El mecanismo de retraso dentro del elegante circuito cerebral que consta de solo cinco neuronas significa que los grillos femeninos pueden detectar automáticamente chirridos de machos de la misma especie. Los científicos dicen que este ejemplo de circuito neuronal simple podría ser "fundamental" para otros tipos de procesamiento de información en cerebros mucho más grandes.
Los científicos han identificado un circuito cerebral ingeniosamente elegante que consta de solo cinco células nerviosas que permite que los grillos femeninos identifiquen automáticamente los chirridos de machos de la misma especie a través de los pulsos rítmicos ocultos dentro de la llamada de apareamiento.
El circuito utiliza un mecanismo de retardo de tiempo para hacer coincidir los espacios entre pulsos en un chirrido específico de la especie, espacios de solo unos pocos milisegundos. El circuito retrasa un pulso por el espacio exacto entre pulsos, de modo que, si coincide con elsiguiente pulso entrante, se confirma la misma señal de especie.
Es una de las primeras veces que se caracteriza un circuito cerebral formado por neuronas individuales que identifica un ritmo acústico. Los resultados se informan hoy 11 de septiembre en la revista Avances científicos
Con pequeños electrodos, los científicos del Departamento de Zoología de la Universidad de Cambridge exploraron el cerebro de los grillos femeninos para detectar neuronas auditivas individuales que responden a los chirridos de grillos manipulados digitalmente incluso un organismo relativamente simple como un grillo todavía tiene un cerebro que contiene hasta un millón de neuronas.
Una vez ubicadas, las células nerviosas se tiñeron con un tinte fluorescente. Al monitorear cómo respondía cada neurona a los pulsos de sonido de los chirridos de los grillos, los científicos pudieron calcular la secuencia en la que las neuronas dispararon, permitiéndoles eliminar la lógica de retardo de tiempodel circuito
El procesamiento del sonido comienza en los órganos auditivos, pero las características temporales y rítmicas de las señales sonoras, vitales para toda comunicación acústica desde el canto de los pájaros al lenguaje hablado, se procesan en el sistema auditivo central del cerebro.
Los científicos dicen que la red neuronal simple y codificada en el tiempo descubierta en el cerebro de los grillos puede ser un ejemplo de circuito neuronal fundamental que identifica ritmos y patrones de sonido, y podría ser la base de "sistemas neuronales complejos y elaborados" en vertebrados.
"En comparación con nuestro lenguaje complejo, los grillos solo tienen algunas canciones que deben reconocer y procesar, por lo que, al observar su cerebro mucho más simple, nuestro objetivo es comprender cómo las neuronas procesan las señales de sonido", dijo el autor principal, el Dr. Berthold Hedwig..
Al igual que en el código Morse, dentro de cada chirrido de grillo hay varios pulsos, intercalados por espacios de unos pocos milisegundos. Es la longitud variable de los espacios entre pulsos el ritmo único de cada especie.
Es este 'código Morse' el que lee el circuito de cinco neuronas en el cerebro femenino.
Las orejas de los grillos están ubicadas en sus patas delanteras. Al escuchar un sonido como un chirrido, las células nerviosas responden y llevan la información al segmento torácico y al cerebro.
Una vez allí, el circuito auditivo se divide y envía la información en dos ramas :
Una rama que consta de dos neuronas actúa como una línea de retardo, reteniendo el procesamiento de la señal por la misma cantidad de tiempo que el intervalo entre pulsos, un mecanismo específico para el chirrido de una especie de grillo. La otra rama envíala señal directamente a una neurona 'detector de coincidencia'.
Cuando entra un segundo pulso, también se divide, y parte de la señal pasa directamente al detector de coincidencia. Si el segundo pulso y la señal retardada del primer pulso 'coinciden' dentro de la neurona del detector, entonces el circuitotiene una coincidencia para el código de tiempo del pulso dentro del chirrido de su especie, y se dispara una neurona de salida final, cuando la hembra escucha el patrón de sonido correcto.
"Una vez que el circuito tiene un segundo pulso, puede definir el ritmo. El primer pulso es la excitación inicial; el segundo pulso se superpone con la parte retardada del primero. La neurona de salida solo produce una respuesta fuerte si los pulsos chocanen el detector de coincidencias, lo que significa que el tiempo está bloqueado y la llamada de apareamiento es una coincidencia de especies ", dijo Hedwig.
"En retrospectiva, diría que es imposible simplificar los circuitos; es la cantidad mínima de elementos que se requieren para realizar el procesamiento. Esa es la belleza de la naturaleza, se trata de las formas más simples y elegantes detratar y procesar información ", dijo.
Para encontrar el patrón de sonido más efectivo, los científicos manipularon digitalmente los patrones de pulso natural y jugaron los diversos patrones en grillos femeninos montados sobre una bola de seguimiento dentro de una cámara acústica que contiene altavoces ubicados con precisión.
Si un ritmo particular de pulsos hizo que la hembra se disparara en la dirección de ese altavoz, la bola de seguimiento registraba los tiempos y la dirección de la reacción.
Una vez que habían pulido los patrones de pulso, el equipo los jugó con grillos femeninos en mini cámaras modificadas con cabezas abiertas y cerebros expuestos para los experimentos.
Los microelectrodos les permitieron registrar las neuronas auditivas clave "lleva un par de horas encontrar la neurona correcta en un cerebro de cricket", etiquetarlas y teñirlas, y juntar el circuito neuronal que lee los pulsos rítmicos que ocurren a intervalos deunos pocos milisegundos en chirridos de grillo masculino.
Agregó Hedwig: "A través de esta serie de experimentos hemos identificado un mecanismo de retraso dentro de un circuito neuronal para el procesamiento auditivo, algo que se planteó por primera vez hace más de 25 años. Este circuito de retraso de tiempo podría ser bastante fundamental como un ejemplo para otros tiposdel procesamiento neuronal en otros cerebros, quizás mucho más grandes también ".
La investigación fue financiada por el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas BBSRC.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :