Investigadores de la Universidad de Osaka y la Universidad de Tohoku han desarrollado un novedoso sistema de microscopio robot que rastrea automáticamente un animal pequeño que se mueve libremente y manipula su actividad cerebral con "mapeo de proyección"
Han llamado al sistema OSaCaBeN u OSB.
Al usar el alcance del robot en su análisis del nematodo C. elegans - un gusano redondo ampliamente utilizado en el estudio de las funciones fundamentales del cerebro - los investigadores revelaron la diversificación funcional de las células nerviosas que liberan dopamina. La dopamina es un químico que regula el movimiento, las emociones y la motivación en el cerebro de los animales.
Para comprender cómo funciona un cerebro, es necesario medir las actividades de las células nerviosas en el cerebro y hacer una hipótesis de cómo la actividad de una célula nerviosa específica está relacionada con la función del cerebro.
La hipótesis se prueba luego manipulando artificialmente la actividad de la célula nerviosa y observando su efecto sobre el comportamiento del animal, la salida más prominente de la función cerebral.
Debido a los recientes avances en las técnicas de ingeniería genética, las actividades de células nerviosas específicas pueden medirse y manipularse ópticamente bajo un microscopio. Sin embargo, todavía es difícil comprender la relación entre el comportamiento de un animal y la actividad de una célula nerviosa específica debido aLa complejidad del cerebro de un animal.
El C. elegans a menudo lo usan los neurocientíficos porque su cerebro muy pequeño consta de solo 302 células nerviosas. Aún así, responde a varios estímulos ¡y a veces los memoriza! Mediante el uso de moléculas que son muy similares a las de otros animales, incluidos los humanos. Además, por el C. elegans 'cuerpo transparente, las actividades de las células nerviosas se pueden medir y manipular fácilmente mediante las técnicas ópticas mencionadas anteriormente.
Pero analizar las actividades neuronales de los gusanos en movimiento no es fácil. Los gusanos se mueven ~ 0.1 mm por segundo, lo cual es extremadamente difícil de seguir porque pasan a través del campo de visión de un microscopio en un segundo.
El grupo de investigación del profesor Koichi Hashimoto resolvió el problema mediante el desarrollo de un alcance de robot que rastrea automáticamente un gusano en un escenario con una tecnología de software de última generación llamada "visión artificial".
El alcance del robot identifica una parte de la cabeza de un gusano de toda la imagen y ajusta la posición de la platina del microscopio para mantener siempre la cabeza en el centro del campo de visión con una precisión de ± 0.001 mm.
"Aunque tal proceso de identificación de imágenes generalmente toma varias horas, el alcance del robot lo hace 200 veces por segundo", dice Hashimoto. "Esto nos permite medir ópticamente las actividades continuas de múltiples células nerviosas en el cerebro de un gusano como esMoviente."
Además, en una disposición ligeramente diferente, el sistema también identifica y rastrea una célula nerviosa específica de muchas en un gusano en movimiento por otro software de visión artificial, y manipula su actividad con la iluminación continua de un haz de luz fino.es el único sistema de microscopio robot que realiza tanto la medición óptica como la manipulación de las células nerviosas con ese nivel de precisión.
Con el alcance del robot, el grupo del Prof. Kotaro Kimura reveló la diversificación funcional de las células nerviosas liberadoras de dopamina. En los gusanos, se sabe que la dopamina se libera de 4 pares de células nerviosas cuando llegan al alimento un césped de bacteriasLa dopamina también modula el movimiento de múltiples partes de su cuerpo, las sensaciones de señal y el aprendizaje.
Sin embargo, aún no se comprende cómo la señal de los alimentos, la información más importante para que los gusanos sobrevivan, se transforma en actividades de las células nerviosas que liberan dopamina.
Los investigadores revelaron que solo el par dorsal de neuronas liberadoras de dopamina CEPD se activa sustancialmente cuando se alcanza la comida. Además, la activación artificial de la CEPD causó cambios de comportamiento similares a los observados cuando se alcanza la comida.
Sin embargo, un par dorsal estructuralmente similar de células nerviosas liberadoras de dopamina CEPV no se activó cuando llegó al alimento, y la activación artificial de CEPV no causó cambios de comportamiento similares a la activación de CEPD. Es probable que CEPVse activa en una situación diferente y juega un papel diferente en la modulación del comportamiento. Por lo tanto, los investigadores revelaron que incluso las neuronas liberadoras de dopamina estructuralmente simétricas tienen funciones asimétricas.
"Analizaremos más de las relaciones entre el cerebro y el comportamiento usando el sistema de microscopio robot en gusanos y pez cebra", dice Kimura. "Nos gustaría entender los principios básicos de la función cerebral a través del análisis de estos animales simples."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Tohoku . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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