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Cómo el cerebro de una mosca detecta el movimiento
Uno de los conectomas más grandes publicados hasta la fecha revela cómo los cerebros pueden detectar movimiento.
Observador matamoscas: una reconstrucción de 379 neuronas involucradas en la detección de movimiento en la mosca de la fruta.
Investigadores del Instituto Howard Hughes Campus de Janelia Farm Research y sus colaboradores reporte en Naturaleza el miércoles que pudieron reconstruir las formas y las interconexiones de las neuronas dentro de una pequeña parte del cerebro de la mosca que es responsable de detectar el movimiento visual.
Al mapear la estructura del cerebro con tanto detalle, los investigadores obtuvieron nuevos conocimientos sobre cómo el cerebro detecta el movimiento. Su trabajo es el último ejemplo de muchos esfuerzos en curso en neurociencia para comprender cómo funciona el cerebro mediante la construcción de diagramas intrincados de conexiones neuronales o conectomas (ver Conectividad).
Una teoría sobre cómo las neuronas podrían trabajar juntas para interpretar el movimiento había existido durante unos 60 años, pero los científicos no sabían cómo los circuitos neuronales llevaban a cabo el comportamiento, dice el autor principal. Dmitri Chklovskii . En parte, eso se debe a que rastrear un circuito neuronal, incluso en el pequeño cerebro de una mosca de la fruta, es extremadamente difícil, dice.
Para construir su mapa tridimensional detallado, Chklovskii y sus colegas tomaron fotografías de rebanadas muy delgadas talladas en un cerebro de mosca congelado y luego unieron más de 20,000 de esas imágenes. Pudieron automatizar gran parte de esta reconstrucción, pero los humanos tuvieron que pasar para verificar si había errores. En total, se necesitaron alrededor de 14,400 horas-persona para construir el conectoma de 379 células con 8,637 conexiones sinápticas.
Los investigadores identificaron células conectadas entre sí en circuitos que encajan con el modelo existente de cómo los cerebros detectan el movimiento. Pero para conectar completamente la información estructural con el comportamiento, los patrones de actividad neuronal deben combinarse con estos mapas detallados. Trazar un mapa de la actividad neuronal en el cerebro es uno de los principales objetivos de la iniciativa de neurociencia a gran escala anunciada por el presidente Obama a principios de este año (consulte El mapa de actividad cerebral).
En ese sentido, surgió una historia más completa de cómo el cerebro calcula el movimiento cuando el diagrama de cableado se combinó con los resultados de otro estudio. publicado en el mismo número de Naturaleza . Usando moléculas fluorescentes que brillan cuando las neuronas están activas, un segundo equipo de científicos demostró que cuatro subconjuntos de neuronas en el conectoma de movimiento responden cada uno al movimiento en una de las cuatro direcciones cardinales: izquierda, derecha, arriba y abajo.
Con la combinación de nuestro trabajo anatómico con la teoría, y el trabajo de fisiología y comportamiento de otros laboratorios, la historia completa comienza a aclararse ahora, dice Chklovskii. Los conectomas de los cerebros de las moscas y los cerebros humanos difieren entre sí, pero en ambos casos, los cerebros tienen que realizar cálculos similares, dice Chklovskii. Las lecciones aprendidas proporcionarán información para resolver cómo se realizan cálculos más complejos en el cerebro de los animales, incluidos los vertebrados como nosotros.