Completan el mapeo del cerebro de una mosca de la fruta adulta

 (economist.com)
1 puntos por GN⁺ 2024-10-03 | 1 comentarios | Compartir por WhatsApp
  • Se completó el mapa de conexiones del cerebro de una mosca de la fruta adulta, convirtiéndose en un punto de referencia para la investigación del conectoma, que busca leer en detalle cerebros animales complejos
  • La mosca de la fruta tiene un repertorio de comportamientos que incluye no solo volar, sino también cortejar, pelear y formar memorias de largo plazo sobre su entorno
  • Puede advertir a otras moscas de la fruta sobre peligros que no son directamente visibles, como avispas parásitas, por lo que resulta difícil explicarla solo como conducta refleja simple
  • Este mapa se vuelve un caso importante para investigaciones que buscan comprender a la vez las conexiones cerebrales y los comportamientos complejos en animales pequeños
  • El mapeo del cerebro de la mosca de la fruta adulta también deja abierta la posibilidad de que en el futuro pueda seguir el mapeo del cerebro humano

El conectoma del cerebro de una mosca de la fruta adulta

  • Se mapeó el cerebro de una mosca de la fruta adulta, y se lo presenta como el conectoma más sofisticado creado hasta ahora
  • Conectoma se usa en el sentido de mapa de conexiones del cerebro

La complejidad conductual que muestran las moscas de la fruta

  • Las moscas de la fruta muestran capacidades conductuales tan diversas que resulta difícil verlas solo como insectos simples
    • Pueden volar
    • Pueden cortejar
    • Pueden pelear
    • Pueden formar memorias de largo plazo complejas sobre su entorno
    • Pueden advertir a otras moscas de la fruta sobre la presencia de peligros no visibles, como avispas parásitas
  • El mapeo del cerebro de la mosca de la fruta adulta se aborda junto con la posibilidad de que más adelante lleve al mapeo del cerebro humano

Lecturas relacionadas

1 comentarios

 
GN⁺ 2024-10-03
Opiniones en Hacker News

  • El artículo de acceso abierto publicado en Nature se puede ver aquí: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07558-y

  • https://archive.is/vBUjt

  • Relacionado con esto, hay un comentario de HN que es mi favorito, publicado hace un año en un artículo similar: era una broma sobre que se estaba haciendo mucha investigación interesante en el avance hacia el mapeo completo del conectoma completo de la mosca de la fruta
    Por ejemplo, planteaba el caso de un CTO de una startup en modo sigiloso que “haría por el utilitarismo lo que los créditos de carbono hicieron por el ambientalismo”: simularía billones de cerebros de mosca de la fruta en un estado de éxtasis constante y vendería “créditos de utilidad” para compensar el daño que las empresas hacen a la felicidad y el bienestar
    https://news.ycombinator.com/item?id=36584130

    • Si te interesa la crítica real al utilitarismo detrás de esa broma, se llama monstruo de utilidad: https://en.wikipedia.org/wiki/Utility_monster
    • Parece tan útil como los créditos de carbono reales
    • Hay una oportunidad de branding. Algo como Karma Kredits, incluso con co-branding con las donas de Krispy Kreme
      Compras una dona, obtienes alegría, y además recibes Karma Kredits para compensar esa alegría
      Así puedes disfrutar KK con KK
    • Suena como una vuelta de tuerca a algo de Venomous Lumpsucker, de Ned Beauman. No voy a hacer spoilers, pero recomiendo mucho el libro
    • ¿Hace falta simularlo? La correspondencia entre el estado de una computadora y el estado simulado que representa solo existe en nuestras cabezas
      Con ese criterio, también podríamos decir que todas las realidades vagamente imaginables existen y tienen peso moral

  • Tenía entendido que la investigación basada en conectomas suele ser un callejón sin salida. Porque no captura ni la dinámica ni las innumerables interacciones
    Si alguna vez viste crecer neuronas, sabes que esa enorme estructura gelatinosa es muy plástica y dinámica. Incluso en los cerebros más simples, por ejemplo C. elegans, la cantidad de neuronas y conexiones aumenta exponencialmente a escala de 10^x durante el crecimiento

    • Como neurocientífico de un campo cercano al conectoma, diría que definitivamente no es un callejón sin salida. Pero tampoco es, de ningún modo, el panorama completo
      Una de las grandes preguntas abiertas de la neurociencia actual es cómo se relacionan en el cerebro la estructura de red, la dinámica y la función. El conectoma aporta una enorme comprensión de la estructura, pero por sí solo no suele resolver los problemas de dinámica o función
      Por ejemplo, para muchas neuronas no conocemos bien la relación entrada-salida, y esa relación puede influir mucho en la dinámica que emerge en redes altamente conectadas. También son cuestiones importantes las diferencias de conectoma entre individuos y cómo cambia el conectoma durante el desarrollo, aunque al menos en la mosca de la fruta se cree que buena parte de la estructura básica se conserva entre individuos adultos
      Aun con estas limitaciones, conocer la estructura física de la red cerebral puede imponer fuertes restricciones sobre qué modelos deberíamos usar para entender la dinámica y la función. Por ejemplo, hay regiones bien conocidas, como los “cuerpos fungiformes”, que tienen patrones específicos de conexión feed-forward muy distintos de una red recurrente aleatoria
      También hay regiones, como el complejo central del cerebro de la mosca de la fruta, donde se considera que la relación estructura-función es bastante clara. Allí existe un anillo físico de neuronas, que se cree que sostiene un “bump” de actividad con función de brújula para ayudar a la navegación de la mosca, mediante sistemas dinámicos tipo atractor en anillo
      Así que, aunque falten muchas piezas, estos diagramas de cableado son muy útiles para generar hipótesis que guíen experimentos y estudios teóricos más dirigidos
    • Este trabajo se hizo en adultos, así que las neuronas ya están desarrolladas
      El conectoma no es un callejón sin salida, pero tampoco resuelve todos los problemas conocidos. Es más parecido a crear un mapa estático y luego observar sobre él cómo circulan los autos, es decir, la dinámica y las interacciones como los choques
      Además, la neurogénesis en adultos sigue siendo un tema discutido en varias especies. Para un comentario sobre las dificultades en la mosca de la fruta, ver https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7554932/, y para el problema más amplio, https://en.wikipedia.org/wiki/Adult_neurogenesis
    • Es muy interesante que los científicos puedan acceder aunque sea a una instantánea del conectoma. El primer paso para entender por qué algo es como es, y cómo llegó a ser así, es ver qué es
      Hay sistemas que hacen que el cerebro tenga su forma actual, y no los conocemos bien. Entendemos mejor las neuronas individuales, pero no tanto los sistemas emergentes
      Ahora que más científicos podrán saber cuál es el objetivo de esos sistemas, es decir, qué cerebro produjeron, podrán empezar a entender los bucles de control y retroalimentación que llevaron a ese estado de instantánea
      Por eso no es un callejón sin salida. Que no produzca de inmediato un producto de consumo no significa que no sea progreso
    • No se puede obtener la dinámica solo a partir del conectoma, pero el conectoma es indispensable. Más que un callejón sin salida, el punto es que la dinámica por sí sola tampoco basta, y el conectoma por sí solo tampoco basta: se necesitan ambos
      Más aún, si necesitas un soporte al que realmente asociarle la dinámica, necesitas anatomía celular, y por eso el conectoma es esencial. Que el conectoma no sea una condición suficiente no significa que esta investigación sea un callejón sin salida, sino que los prerrequisitos para entender el sistema nervioso son mucho más complejos y exigentes de lo esperado
    • Es útil. Es parecido a obtener un mapa estático de carreteras en un país sin autos
      Ese mapa no puede cobrar vida con la actividad de los autos, pero sí permite inferir por dónde debería manejar la gente. Aunque no sepas cuándo ni por qué manejan, ni qué hacen, es una gran pista

  • Para mapear el cerebro humano, el software tendría que mejorar muchísimo. La mosca de la fruta tiene 140 mil neuronas y 54.5 millones de sinapsis, y aun así la IA que las mapeó requirió que, en el posprocesamiento, personas revisaran todo e hicieran 3 millones de correcciones; además, todavía falta identificar todos los tipos de neuronas
    El cerebro humano tiene alrededor de 86 mil millones de neuronas y probablemente billones o más de sinapsis, y eso quizá sea una subestimación. Esas 3 millones de correcciones se convertirían como mínimo en 3 millones * 10^6 correcciones manuales, lo cual no parece realista
    Para que la tasa de error en la mosca de la fruta pueda usarse en el mapeo del cerebro humano, tendría que bajar a niveles de un solo dígito. Habría que mejorar de alrededor de 6% a 0.000006% en términos de sinapsis, así que sería un salto enorme en mejora de IA

    • Es como decir que, como los cartógrafos ya mapearon Escocia, ahora todo el mundo podría ser el siguiente
    • Parece que escribieron “fruit flu” dos veces en lugar de “fruit fly”; ¿fue un error tipográfico o de verdad se referían a la gripe en vez de a la mosca?

  • Durante mi investigación de licenciatura trabajé en identificar la fuerza sináptica a partir del comportamiento de disparo de una red simple de modelos de neuronas de integración y disparo
    Comparado con neuronas reales era un modelo de juguete, pero fue un buen punto de partida y los resultados fueron bastante buenos. Incluso con ruido, se podía identificar la solución que reproducía de forma más robusta los patrones de disparo
    Me pregunto qué tan bien documenta el conectoma, más allá de las rutas de conexión, las conexiones y la geometría de dendritas y axones. Podría ayudar a revelar comportamientos como la fuerza de las conexiones, la temporización y la sensibilidad de disparo neuronal
    Incluso si se trata de un modelo estable y sin aprendizaje capturado en el momento del escaneo, para investigar el propósito y el comportamiento de la adaptación ayuda entender qué comportamiento operativo se aprendió

  • También hay un artículo interesante publicado anteriormente: Whole-brain connectome of the fruit fly (2023)
    https://news.ycombinator.com/item?id=36568609

  • Quizás sea una pregunta muy ignorante, pero ¿con este conectoma se podría “ejecutar” una simulación virtual de una mosca de la fruta, como MMAcevedo?

    • Es una red neuronal sin pesos, y tampoco tiene cuerpo.
      Podría llevar décadas descubrir el comportamiento de las neuronas. Creo que algún día lo lograremos, pero simular todo el cuerpo de una mosca de la fruta parece algo que estará fuera de nuestro alcance durante muchísimo tiempo.
    • Microsoft Fly Simulator (tm)
    • MMAcevedo se refiere a este cuento breve. Es una obra con formato de artículo de wiki del futuro y, si aún no lo leíste, vale mucho la pena.
      https://qntm.org/mmacevedo
      En ese escenario, el Miguel Acevedo emulado, a diferencia de la mayoría de los humanos emulados, arranca con una actitud animada y alegre. Quiere saber cuánto tiempo pasó desde la carga, en qué contexto se lo está emulando y en qué tarea o experimento debe participar.
      La actitud de MMAcevedo contrasta marcadamente con la de la mayoría de las cargas de humanos adultos modernas. La mayoría arranca en estado de desorientación y pronto pasa al terror y al pánico extremo.
      Como no hacen falta procedimientos para asegurar la cooperación, como red-washing, blue-washing u Objective Statement Protocols, se reduce la carga computacional de pasar rápidamente por los protocolos de cooperación. Por eso, en tareas adecuadas, el tiempo operativo de MMAcevedo suele llegar al 99.4%, algo que solo una ínfima minoría de las cargas conocidas puede igualar.
      Sin embargo, por las habilidades y la personalidad innatas de MMAcevedo, resulta fundamentalmente inadecuado para muchas tareas.
    • No. En la línea de investigación de Turaga hay trabajos que restringen la topología de una red modelo usando el conectoma y la entrenan con datos visuales.
      Personalmente, me parece una dirección de investigación bastante tonta y creo que llega a conclusiones muy equivocadas sobre qué hace cada neurona. Aun así, eso es lo más cercano a tu pregunta.

  • http://archive.today/vBUjt

  • ¿Todos los cerebros de las moscas de la fruta son iguales? ¿Alguien sabe qué fue lo que se mapeó realmente y por qué podría generalizarse de una mosca a otra?

    • No creo que Drosophila tenga eutelia (https://en.wikipedia.org/wiki/Eutely), donde el número exacto de células y sus posiciones son fijos. Así que dos moscas no tienen exactamente las mismas células en exactamente las mismas posiciones.
      C. elegans sí tiene esa característica y probablemente sea el organismo con el conectoma mejor estudiado.
      Las estructuras a gran escala probablemente sean aproximadamente iguales entre individuos. Para generalizar, lo más probable es que haga falta algún tipo de mapeo, como un embedding. Sin duda es un área de investigación activa.
    • El artículo explica que cortan el cerebro de la mosca de la fruta en láminas muy delgadas y fotografían esas secciones con un microscopio electrónico.
      Luego analizan las imágenes de las secciones para identificar las neuronas y sus conexiones. Esa es la parte difícil, y el avance de esta vez es un método basado en IA.
      Lo más probable es que hasta ahora solo hayan mapeado un cerebro.
    • Según dicen, sí. Dicen que tienen exactamente las mismas neuronas y exactamente las mismas conexiones.
      Tanto así que, mientras caminaba con el autor de correspondencia, le pedí que me confirmara de nuevo ese dato.
    • Es muy estereotipado, pero de ningún modo idéntico.