Manual de conocimientos base — Proyecto Conectoma

Fase 0: Fundamentos (conocimientos base para la investigación)

Documento de estudio. Última actualización: 20 de septiembre de 2026.

Cómo usar este manual. Está dividido en 7 módulos ordenados por dependencia: cada módulo usa lo anterior. Regla de oro: por cada módulo, (1) lee la teoría, (2) haz el ejercicio o la comprobación marcada con 🔬, (3) solo avanza cuando puedas explicar cada término del módulo en voz alta. El glosario final es tu lista de control: si un término no te sale de memoria, vuelve a su módulo.

Nota de numeración (de programador, para programador): en la hoja de ruta las fases empiezan en 0. Este manual cubre la Fase 0 — Fundamentos, que es exactamente lo que pediste: los conocimientos base. La Fase 1 es ya trabajar con datos reales de FlyWire.


Módulo 1 — La neurona y la sinapsis

Todo conectoma es, en el fondo, un grafo de esto.

1.1 Anatomía de una neurona

🔬 Compruébalo: dibuja una neurona de memoria y etiqueta las cuatro partes con su dirección de flujo (entrada → integración → salida).

1.2 El potencial de acción (el “1” binario del cerebro)

🔬 Compruébalo: ¿por qué el período refractario limita la frecuencia de disparo? Explícalo con tus palabras.

1.3 La sinapsis (la arista del grafo)

1.4 Neurotransmisores (lo mínimo que debes saber)


Módulo 2 — El cerebro como sistema: sensores, coordinación, acción

Aquí está el corazón de tu pregunta: cómo el cerebro recibe, dirige y coordina.

2.1 Dirección del flujo: aferente vs. eferente

2.2 La jerarquía sensorimotora

El flujo típico en mamíferos (y con variantes, en la mosca):

  1. Sensor (retina, cóclea, piel) → convierte el mundo físico en picos.
  2. Núcleos de relevo → primera parada de procesamiento.
  3. Corteza sensorial primaria → representación fiel del estímulo (mapa topográfico).
  4. Áreas de asociación → integran varios sentidos, memoria, contexto. Aquí ocurre la “coordinación”.
  5. Corteza motora / neuronas descendentes → planifican y ordenan la acción.
  6. Motoneuronas → contraen el músculo.

En la mosca el esquema es análogo pero compacto: sensores → lóbulos ópticos / antenalesmushroom bodies (aprendizaje, memoria) y complejo central (navegación, coordinación) → neuronas descendentes → neuronas motoras.

2.3 Principios de organización (los que buscarás en los conectomas)

🔬 Compruébalo: traza con el dedo el camino de un fotón que entra al ojo hasta el movimiento de la mano que lo esquiva, nombrando cada etapa aferente/eferente.


Módulo 3 — Conectómica: cómo se mapea un cerebro

3.1 Qué es un conectoma

Los cuatro se complementan; el estructural es la base física sobre la que se interpretan los demás.

3.2 El pipeline de mapeo por microscopía electrónica

Así se construyó el conectoma de la mosca (y así se intentará el del ratón):

  1. Fijación y tinción: el cerebro se conserva y se tiñe con metales pesados para dar contraste.
  2. Seccionado ultrafino: se corta en lonchas de ~40 nm (ssTEM) o se escanea la superficie del bloque capa a capa (sbSEM, FIB-SEM).
  3. Imagen: millones de imágenes de electrones. El cerebro de la mosca generó decenas de terabytes; 1 mm³ humano, 1,4 petabytes.
  4. Alineación: las lonchas se deforman al cortarlas; hay que re-alinearlas por software.
  5. Segmentación con IA: redes neuronales (p. ej., flood-filling networks) pintan qué píxeles pertenecen a cada neurona. Es la etapa que la IA aceleró brutalmente.
  6. Proofreading: humanos (y cada vez más IA) corrigen los errores de la segmentación: fusiones falsas, divisiones falsas. En FlyWire participaron cientos de personas.
  7. Esqueletización y anotación: se extrae el “esqueleto” de cada neurona y se detectan y cuentan las sinapsis; se predicen neurotransmisores.

3.3 Lo que el conectoma EM no ve (límites honestos)

El conectoma es el diagrama de cableado, no el cerebro en funcionamiento. Memoriza esta frase: te protegerá del hype.

3.4 Los datasets que debes conocer

Dataset Organismo Tamaño Qué tiene de especial
C. elegans (White 1986; Cook 2019) Gusano 302 neuronas El primer conectoma de la historia; tu campo de prácticas
Hemibrain (Scheffer 2020) Mosca ~25.000 neuronas Medio cerebro de mosca, previo a FlyWire
FlyWire / FAFB (Dorkenwald 2024) Mosca 139.255 neuronas, 54,5 M sinapsis El primer cerebro adulto completo
MICrONS (2025) Ratón ~200.000 células, ~500 M sinapsis Conectoma + actividad funcional de las mismas neuronas
H01 (2024) Humano (fragmento) 1 mm³, 1,4 PB El coste de escalar: 326 días de imagen por mm³
HCP Humano ~1.200 sujetos Macro-conectoma por MRI (resolución milimétrica, no sináptica)

3.5 Herramientas del conectomista

🔬 Compruébalo: explica en dos frases por qué el proofreading humano fue necesario aunque la IA segmentara bien.


Módulo 4 — Teoría de grafos aplicada a conectomas

Tu ventaja: esto lo hablas con fluidez. Un conectoma es un grafo dirigido y ponderado.

4.1 El diccionario de traducción

Conectómica Grafos
Neurona Nodo (vértice)
Sinapsis Arista dirigida (de pre- a postsináptica)
Nº de sinapsis entre dos neuronas Peso de la arista
Circuito Subgrafo
Matriz de conectividad Matriz de adyacencia

4.2 Métricas que debes dominar

4.3 El ejercicio fundacional 🔬

Con las matrices de C. elegans (wormwiring.org) y Python + networkx:

  1. Carga la matriz de adyacencia.
  2. Calcula la distribución de grados (¿cola pesada?).
  3. Identifica los 10 hubs (mayor grado total).
  4. Calcula clustering medio y longitud media de camino mínimo: ¿es small-world?
  5. Detecta comunidades (p. ej., Louvain) y pregúntate: ¿coinciden con funciones conocidas?

Este ejercicio ES el hito de la Fase 0: el notebook del gusano.


Módulo 5 — Neurociencia computacional: modelos de neurona

Para entender cómo del cableado emerge el cómputo (y para leer el paper de Shiu et al.).

5.1 Modelos de neurona, de simple a complejo

La lección de Shiu et al. (2024): con neuronas simples (tipo LIF) colocadas sobre la topología real del conectoma de la mosca, sin entrenar nada, el modelo predijo correctamente el 91% de 164 respuestas sensorimotoras medidas en moscas reales. El cableado ya contiene el cómputo.

5.2 Cómo codifican información las neuronas

5.3 Plasticidad: cómo aprende el cerebro

5.4 Recurrencia: por qué importa

Una red feedforward (sin ciclos) es una función pura: misma entrada → misma salida, sin memoria. Las conexiones recurrentes (ciclos en el grafo) crean dinámica: memoria de trabajo, atención, secuencias, oscilaciones. Cuando analices conectomas, busca los ciclos: ahí vive la “coordinación” que te interesa.

🔬 Compruébalo: explica por qué una red sin recurrencia no puede “recordar” nada entre dos entradas consecutivas.


Módulo 6 — Interfaces cerebro-ordenador: leer y escribir

El puente físico hacia la fusión cerebro-IA. Dos direcciones, dos dificultades distintas.

6.1 Leer: del cerebro a la máquina

Técnicas ordenadas de menos a más invasivas (y de peor a mejor resolución):

Técnica Qué mide Invasiva Resolución espacial / temporal
EEG Actividad eléctrica en el cuero cabelludo No cm / ms
MEG Campos magnéticos No cm / ms
fMRI Flujo sanguíneo (BOLD) No mm / segundos
ECoG Electrodos sobre la corteza Sí (cirugía) mm / ms
Microelectrodos (Utah, Neuropixels) Picos de neuronas individuales 1 neurona / sub-ms
Stentrode (Synchron) Señal endovascular Mínima (catéter) mm / ms

6.2 Escribir: de la máquina al cerebro

6.3 La frontera que define tu proyecto

Leer (decodificar) funciona razonablemente para señales motoras. Escribir (codificar) es el cuello de botella. Y entre medias está la pregunta dura: ¿en qué “formato” habría que escribir para que el cerebro lo entienda? Esa pregunta es exactamente para lo que sirve estudiar conectomas.

🔬 Compruébalo: ¿por qué decodificar el habla es más fácil que decodificar un recuerdo? (Pista: piensa en qué tienen en común el habla y el movimiento.)


Módulo 7 — IA bioinspirada y cómputo neuromórfico

El otro extremo del puente: IA que hable el idioma del cerebro (picos, no floats).

7.1 Redes de neuronas de picos (SNN)

7.2 Hardware neuromórfico

7.3 Principios biológicos que la IA puede robar (tu lista de trabajo)

  1. Escasez estructurada: pocas conexiones fuertes, no todo-con-todo.
  2. Jerarquía + recurrencia: etapas feedforward con feedback.
  3. Modularidad funcional: subredes especializadas, no un monolito.
  4. Plasticidad local: aprender sin backprop global (STDP y familia).
  5. Codificación eficiente: representar con pocos picos lo esencial (sparse coding).

Estos cinco son hipótesis de investigación, no dogma: tu trabajo en fases posteriores será comprobar cuáles aguantan en datos reales.

🔬 Compruébalo: ¿qué dos principios de la lista ves ya reflejados en la arquitectura de un transformer? ¿Cuáles faltan?


Glosario de términos

Orden alfabético. Entre paréntesis, el módulo donde se explica en profundidad. Objetivo: poder definir cada término en una frase sin mirar.


Checklist de dominio — hito de la Fase 0

Marca cada casilla solo cuando sea verdad, no cuando “casi”:

Cuando todo esté marcado → Fase 1: circuito sensoriomotor completo en FlyWire (de fotorreceptores a neuronas descendentes), informe técnico propio + notebook reproducible.

Recursos (URLs verificadas en la hoja de ruta)