Dos microscopios electrónicos de alta velocidad. 7.062 rebanadas de cerebro. 21 millones de imágenes. Por primera vez, ahora podemos rastraer el cerebro de la mosca a nanoescala gracias a científicos del campus de investigación Janelia en el Instituto Médico Howard Hughes
Nanoescala
El trabajo requirió la colaboración de docenas de neurocientíficos, ingenieros mecánicos y desarrolladores de software de Janelia, así como consultores de ingeniería y científicos de la Universidad Johns Hopkins y el Laboratorio de Biología Molecular de MRC.
Con esta inmensa operación con datos visuales, ahora los investigadores han rastreado así los caminos de las neuronas (hilos de colores) que se extienden hasta el 'cuerpo del hongo', una región involucrada en la memoria y el aprendizaje.
A pesar de su tamaño, aproximadamente del tamaño de una semilla de amapola, el cerebro de la mosca de la fruta contiene unas 100.000 neuronas (los humanos tienen 100 mil millones). Y nunca se ha generado una imagen de todo el cerebro de la mosca con esta resolución que te permite ver las conexiones entre las neuronas. Ese nivel de detalle es clave para trazar los circuitos del cerebro: las redes precisas de conexiones neuronales que apuntalan comportamientos específicos de las moscas.
Cada neurona se ramifica en un estallido de cables finos que tocan los cables de otras neuronas. Las neuronas se comunican entre sí a través de estos puntos de contacto, o sinapsis, formando una densa red de circuitos de comunicación. Los científicos pueden ver estos cables y sinapsis con una técnica de imagen llamada microscopía electrónica de transmisión de sección serial.
Para lograr, primero se añadieron al cerebro de la mosca metales pesados. Estos metales se acumulan en las membranas celulares y las sinapsis, y finalmente marcan los contornos de cada neurona y sus conexiones. Luego, los investigadores golpearonn las rebanadas del cerebro con un haz de electrones, que atraviesa todo menos las partes cargadas de metal.
Pero tomar 21 millones de imágenes sería muy lento, se tardarían décadas. Sin embargo, el equipo desarrolló nuevas herramientas para acelerar el proceso empleando cámaras de alta velocidad y dos sistemas personalizados para mover rápidamente las muestras de tejido en incrementos de ocho micrómetros, lo que les permitió capturar rápidamente las imágenes de las áreas vecinas.
Pudieron obtener una imagen de una rebanada de cerebro completa en menos de siete minutos, cinco veces más rápido que la matriz de cámara de microscopio electrónico de transmisión de alto rendimiento anterior, TEMCA1. También se beneficiaron de un cargador robótico personalizado construido en Janelia que recoge y coloca muestras automáticamente.
Ahora, más de 20 grupos de laboratorio están explorando el nuevo conjunto de datos, rastreando las neuronas y delineando los circuitos del cerebro.