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EXPERIMENTOS CON LAS NEURONAS Y LAS SINAPSIS
Los investigadores llevaron a cabo decenas de miles de experimentos con las neuronas y
las sinapsis (conexión entre neuronas) en el neocórtex de ratas jóvenes y catalogaron
cada tipo de neurona y cada tipo de sinapsis que encontraron. Así, identificaron una
serie de patrones fundamentales que describen cómo se organizan las neuronas en el
microcircuito y cómo están conectadas vía sinapsis; al mismo tiempo, desarrollaron un
algoritmo capaz de predecir las localizaciones de los casi 40 millones de sinapsis en los
microcircuitos.
Según Michael Reimann, uno de los autores, este algoritmo “comienza colocando
modelos 3D realistas de neuronas en un volumen virtual, respetando la distribución
medida de diferentes tipos de neuronas a diferentes profundidades, y detecta las más de
600 millones de localizaciones donde se tocan las ramas de las neuronas”. Luego,
elimina sistemáticamente todos los contactos que no encajan con cinco reglas biológicas
de conectividad, “lo que nos deja con 37 millones de contactos, que son las
localizaciones donde construimos nuestras sinapsis del modelo”.
Srikanth Ramaswamy, otro de los autores principales, explica por su parte que para
modelar el comportamiento de las sinapsis, los investigadores integraron los datos de
sus experimentos y los datos de la literatura científica, consiguiendo “calcular las
corrientes iónicas que fluyen a través de 37 millones de sinapsis mediante la integración
de datos para sólo algunas de ellas”.
Los investigadores hallaron una estrecha relación entre las estadísticas de conectividad
de la reconstrucción digital y las mediciones experimentales en tejido biológico –que no
había sido utilizado en la reconstrucción–, incluyendo las mediciones de investigadores
ajenos al proyecto, como Javier DeFelipe, quien confirmó que la reconstrucción digital
es plenamente comparable con los datos obtenidos de forma independiente en su
laboratorio mediante potentes microscopios electrónicos.
Las supercomputadoras: nueva herramienta para la neurociencia
La infraestructura de supercomputación y el amplio ecosistema de software desarrollado
en el marco de este proyecto es imprescindible para avances como el presente en el
campo de la neurociencia ya que, según explica Felix Schürmann, líder del
departamento de desarrollo de supercomputación, “únicamente con este tipo de
infraestructura es posible resolver los miles de millones de ecuaciones necesarias para
simular cada intervalo de 25 microsegundos de los que se compone la simulación”.
Nuevas teorías a partir de la simulación
Las simulaciones realizadas han permitido además desarrollar nuevas teorías que no
habían sido posibles en base a la experimentación biológica, como la constatación de
que existen múltiples mecanismos celulares y sinápticos que pueden conmutar el
circuito de un estado de actividad a otro (sincrónico y asincrónico), lo que podría dar
lugar a nuevas formas de estudiar el procesamiento de información y los mecanismos de
la memoria en los estados cerebrales normales, como la vigilia, la somnolencia y el
sueño, y algunos de los mecanismos en los estados anormales, tales como la epilepsia, y
potencialmente, otros trastornos cerebrales.