Un programa de computadora inteligente llamado JAABA ha ayudado a los científicos a crear un atlas de comportamiento de moscas de la fruta en todo el cerebro.
El programa de aprendizaje automático rastreó la posición y catalogó los comportamientos de 400,000 moscas de la fruta, en más de 225 días de video, ayudando a los investigadores a unir comportamientos específicos con diferentes grupos de neuronas.
"Queríamos entender qué están haciendo las neuronas a nivel celular", dice Kristin Branson, Líder del Grupo Janelia. Ella y sus colegas informaron el trabajo del 13 de julio en la revista Celda .
Sus resultados son los mapas neurales de comportamiento más completos que se hayan creado hasta ahora. Tales mapas detallados podrían dar a los investigadores un punto de partida para rastrear el circuito neural que usan las moscas para producir comportamientos específicos, como saltar o acicalarse, dice Branson. Comprender el funcionamiento internodel cerebro de la mosca podría incluso ofrecer una idea de la base neuronal del comportamiento humano, dice ella.
Aunque el cerebro de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster es solo del tamaño de una semilla de amapola, comprende aproximadamente 100,000 neuronas que interactúan en circuitos complejos para controlar una amplia gama de comportamientos.
"Las moscas hacen todo lo que un organismo necesita hacer en el mundo", dice la coautora del estudio Alice Robie, científica investigadora de Janelia. "Tienen que encontrar comida, deben escapar de los depredadores, tienen que encontrar uncompañero, tienen que reproducirse ". Todas esas acciones, dice ella, involucran diferentes comportamientos para interactuar con el medio ambiente.
Los científicos han identificado algunas de las neuronas en el trabajo en el cortejo, por ejemplo, o persiguiendo, pero nadie ha abordado todo el cerebro a la vez. El equipo de Branson adoptó un enfoque en todo el cerebro para encontrar neuronas involucradas en un conjunto de 14 comportamientos,incluyendo aleteo, caminar cangrejo e intento de cópula.
El equipo estudió 2.204 poblaciones de moscas, parte de una colección desarrollada en Janelia llamada GAL4 Fly Lines. Las moscas están diseñadas genéticamente para aumentar la actividad de ciertas neuronas. Trabajo previo de imágenes, el Proyecto FlyLight de Janelia, identificó en qué parte del cerebroestas neuronas residían, por lo que los investigadores ya tenían un mapa anatómico de las neuronas seleccionadas en cada grupo de moscas. Pero los investigadores no sabían qué papel desempeñaban estas neuronas en el comportamiento.
Marcar la actividad de las neuronas en un tipo de moscas, por ejemplo, las hizo acurrucarse juntas cuando se colocaban en un plato poco profundo, dice el técnico de laboratorio Jonathan Hirokawa, ahora ingeniero mecatrónico en la Universidad Rockefeller en la ciudad de Nueva York. Otros tipos de moscasrecuerda que "actuó aún más extrañamente:" A veces, las moscas se volvían en círculos o se seguían como si estuvieran en una línea de conga ".
Por ejemplo, a partir de estas peculiaridades conductuales, los investigadores pudieron reconstruir los tipos de células involucradas en caminar o retroceder, por ejemplo. Los investigadores abordaron el problema de manera automatizada, dice Robie. Utilizando videos de moscas, Robie enseñó la visión artificial y -programa de aprendizaje JAABA, Janelia Automatic Animal Behavior Annotator, cómo reconocer comportamientos específicos. Luego, el equipo de Branson puso a JAABA a trabajar observando y etiquetando comportamientos en videos de los 2.204 grupos de moscas diferentes, una hazaña que habría llevado a los humanos unos 3.800 años.
Además de hacer coincidir los tipos de células con los comportamientos, los investigadores identificaron algo completamente nuevo: las células nerviosas vinculadas al comportamiento de persecución femenina. "Ha habido algunos informes de agresión femenina, pero no hembras persiguiendo a otras moscas", dice Robie.
Branson dice que ese hallazgo se destaca, pero es solo uno de los miles de resultados que arrojó su estudio. "Con estos grandes conjuntos de datos, hemos estado tratando de descubrir cómo realmente comparte la información", dice. Su soluciónes un programa llamado BABAM, o el Atlas Navegable de Mapas de Anatomía del Comportamiento. Con BABAM, los científicos pueden explorar los nuevos datos, crear mapas que vinculen el comportamiento con la anatomía del cerebro de las moscas y buscar grupos de moscas asociados con ciertos comportamientos.
Branson y Robie dicen que los nuevos resultados resaltan las ventajas de combinar diferentes disciplinas científicas en Janelia. "Esto es lo que sucede cuando se juntan los biólogos y los informáticos", dice Robie.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Médico Howard Hughes . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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