Son las piezas pequeñas las que hacen la imagen general, y en este caso, las piezas no se pueden ver a simple vista. Una nueva investigación en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST utilizó técnicas de microscopía para reconstruirel cerebro del milímetro de largo Caenorhabditis elegans , revelando que sus neuronas disparan potenciales de acción: un aumento en el voltaje debido a que las neuronas envían información sensorial en la membrana celular. Sus resultados podrían conducir a una mejor comprensión de cómo se transmiten las señales nerviosas en el organismo y servir como un modelo futuro paraprocesamiento de información neuronal en otros animales, incluidos los humanos.
Los científicos de la Unidad de Biología de Procesamiento de la Información IPBU y la Unidad de Investigación de Neurobiología NRU en OIST colaboraron en el proyecto. La IPBU tenía la tecnología para modificar genéticamente C. elegans , mientras que la NRU tenía el conocimiento para grabar señales eléctricas de las neuronas diminutas del gusano. Aunque generalmente se cree que carece de la capacidad de disparar potenciales de acción, los impulsos de todo o nada necesarios para la toma de decisiones, el Prof.Ichiro Maruyama, investigador principal de la IPBU, tuvo resultados que sugirieron que las neuronas del gusano dispararon potenciales de acción. Para confirmar sus sospechas, quería más datos utilizando electrofisiología, que su laboratorio no estaba haciendo activamente, por lo que compartió sus ideas con el profesor Jeff.Wickens, jefe de la NRU e investigadores Tomomi y Mayumi Shindou.
Siete años después, la colaboración valió la pena; el estudio completo se publicó en Informes científicos el 5 de marzo de 2019. Antes del proyecto, la percepción común era que C. elegans las neuronas solo respondieron de forma gradual con señales analógicas. Sin embargo, el trabajo demostró que las neuronas dispararían un potencial de acción si cruzaran un umbral, un tipo de señalización más digital.
"Lo principal que muestra este artículo es que las neuronas que estudiamos son potenciales de acción del fuego", dijo Wickens. "Ahora C. elegans las neuronas tienen transmisión activa y pasiva, por lo que todos estos mecanismos son esenciales para el procesamiento sensorial, incluso en las neuronas más pequeñas ".
para observar el procesamiento sensorial en C. elegans , Maruyama y su equipo aplicaron sal a la punta de la nariz del gusano. Aumentaron y disminuyeron la concentración de sal, buscando diferentes reacciones del gusano y monitoreando la electroactividad de sus neuronas. Descubrieron que un aumento de sal afectaba primero a una neuronaen el lado izquierdo del cerebro, luego disparó señales que hicieron que el gusano se moviera hacia adelante. Una disminución provocó que una neurona en el lado derecho enviara señales para que el gusano se moviera hacia atrás.
"Este par de neuronas tienen la misma estructura y nombre, pero funciones completamente opuestas", dijo Maruyama. "Usar esas dos neuronas juntas es muy eficiente para que el gusano llegue a un lugar con una concentración de sal preferible".
Desarrollo de métodos minúsculos
Investigando C. elegans impone un desafío: dar una perspectiva de cuán pequeño es el cerebro de C. elegans es que tienen 302 neuronas, una hormiga tiene 250,000 y un ratón tiene 75 millones. Wickens puso a su ex postdoc y primer autor del artículo, Dr. Tomomi Shindou, a cargo de desarrollar la metodología para el proyecto. El trabajo tomó tiempo- cuatro años de prueba y error para crear las técnicas correctas, y tres más para recopilar datos.
La NRU creó una aguja de vidrio afilada menor que el tamaño de un micrómetro. Usaron la aguja para extraer una célula cerebral C. elegans una vez que estuvo expuesto a la sal para ver la neurona. Este método es como usar pinzas para extraer una astilla de un dedo.
"Solo un puñado de laboratorios en el mundo pueden hacer esto", dijo Maruyama. "Una vez que se extrajo la célula, los científicos usaron electrofisiología, que mide el cambio de voltaje en las células para rastrear las neuronas que ven la activación activa y pasiva. Los científicos también usaronimágenes de calcio para producir más datos, y observaron gusanos que se movían libremente que habían estado expuestos a la sal.
"Puede expresar una proteína del sensor de calcio en una neurona particular; si la neurona se activa, se encenderá", dijo Maruyama. "Una vez que las neuronas se activan, producen una fluorescencia verde y ahora está detectando la actividad neuronal conel microscopio fluorescente. Los datos de las dos pruebas coincidieron perfectamente "
"Datos perfectamente combinados" es una frase que todo investigador espera escuchar. Los resultados sugieren que el dogma aceptado, que estos gusanos solo envían señales pasivas, es incorrecto. El hallazgo notable también abre una puerta a un mapeo neuronal mejorado en elfuturo.
"Cada C. elegans tiene el mismo conjunto de neuronas conectadas de la misma manera, a diferencia de un cerebro de ratón que es una jungla de conexiones ", dijo Wickens." Si podemos obtener una mejor comprensión de este sistema nervioso simple, para el cual tenemos una especie dediagrama de circuito, podemos obtener información sobre cómo operan cerebros más complicados a mayor escala "
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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