Enclavado en el interior del cerebro de una mosca de la fruta, las células nerviosas especializadas se entrelazan en una pequeña brújula. Nuevos resultados de neurocientíficos en el Campus de Investigación Janelia iluminan la arquitectura de este circuito y las fuerzas neuronales que colectivamente mueven la aguja de la brújula.
Además de revelar detalles sobre cómo navegan las moscas de la fruta, los resultados ofrecen información sobre un proceso más grandioso y misterioso: cómo los cerebros crean y mantienen imágenes internas del mundo exterior. Esa posibilidad es "lo más emocionante para nosotros", diceVivek Jayaraman, un líder del grupo Janelia: "Es una ventana a algo que raya en la cognición".
Una estructura cerebral con forma de rosquilla actúa como la brújula interna de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster . Algunas de las células nerviosas que forman esta estructura, llamada cuerpo elipsoide, juegan la parte de la aguja de la brújula. Si una mosca cambia de dirección, por ejemplo, un parche de actividad de las células nerviosas cambia de dirección y se mueve de una célula a otra.alrededor de la dona mientras una mosca gira, Jayaraman y Johannes Seelig informaron Naturaleza en 2015. Seelig, un ex investigador postdoctoral en Janelia, ahora es líder de grupo en el Centro de Estudios e Investigación Europeos Avanzados en Bonn, Alemania.
Ahora, Jayaraman y sus colegas han ido un paso más allá para mostrar cómo el cerebro de la mosca crea una aguja neural tan precisa.
Jayaraman y sus colegas Sung Soo Kim, Hervé Rouault y Shaul Druckmann, todos los científicos de Janelia, un grupo de células nerviosas del cuerpo elipsoide llamadas neuronas E-PG que configuran la aguja de la brújula, activando efectivamente las neuronas vecinas y suprimiendo más células nerviosas remotas, Jayaraman y sus colegas Sung Soo Kim, Hervé Rouault y Shaul Druckmann., informó el 4 de mayo en ciencia . Esas dinámicas - activación cercana y represión remota - ayudan a mantener una dirección de rumbo única y estable en la brújula.
Pero las neuronas E-PG no actúan solas para mover la aguja de la brújula, otra colaboración entre Jayaraman y el Líder del Grupo Janelia Shaul Druckman lo muestra. Al igual que las yemas de los dedos que descansan delicadamente sobre una tabla ouija, otro grupo de células nerviosas llamadas neuronas P-EN desplazanaguja, los investigadores informan el 22 de mayo en eLife .
Las neuronas P-EN forman una estructura en forma de manillar que se encuentra por encima del cuerpo elipsoide, donde pueden enviar señales a las neuronas E-PG y recibir mensajes de regreso. Encaramadas sobre la brújula circular, estas neuronas del manillar están perfectamente posicionadas para ambosdirija la aguja de la brújula y responda a sus movimientos. Esa disposición espacial, descrita por la neuroanatomista Janelia Tanya Wolff, alertó a los investigadores sobre cómo podría funcionar el sistema. Esa es "una de las cosas más hermosas de este circuito en particular", dice Druckmann.Tener esta intuición de la estructura de cómo puede funcionar es un gran impulso ".
Los investigadores estudiaron moscas diseñadas genéticamente para que ciertas neuronas brillaran cuando estaban activas. Daniel Turner-Evans, un científico investigador de Janelia, luego usó un microscopio sofisticado para observar esta actividad neuronal en las moscas mientras caminaban sobre una pelota. Turner-Evans observó las neuronasbrillan, lo que indica actividad en las neuronas de la brújula E-PG. Pero también vio lo que parecían ser las neuronas P-EN que cambiaban esa actividad neuronal a medida que las moscas giraban. "Se podía ver la interacción, el empuje del sistema," él dice.
Cuando las neuronas P-EN en el manillar detectan que una mosca se ha girado, envían señales a las neuronas E-PG en la brújula para empujar la aguja ligeramente en la dirección del giro. "Esencialmente tienes un conjunto de cuerdas de marioneta porque puede llevar a cabo la actividad de una manera u otra ", dice Jayaraman. Pero no es una calle de sentido único. La información sobre la posición actual de la mosca luego vuelve a las neuronas P-EN del manillar, manteniendo informados a ambos conjuntos de neuronas sobre la mosca.posición.
Otros experimentos realizados por la asociada postdoctoral Janelia Stephanie Wegener mostraron que algunas neuronas P-EN individuales responden cuando la mosca gira hacia la derecha y otras responden cuando la mosca gira hacia la izquierda. Sin embargo, algunos factores no descubiertos probablemente apuntalan las habilidades de navegación de la mosca, según los investigadores."no estamos tratando de decir que entendemos cómo funciona todo", dice Wegener. "Entendemos bastante bien una parte del rompecabezas, pero es una parte bastante pequeña de un gran rompecabezas".
Más pistas provienen del grupo del neurocientífico Gaby Maimon en la Universidad Rockefeller en la ciudad de Nueva York. En un artículo publicado en línea el 22 de mayo en Naturaleza , él y sus colegas describen los roles de navegación desempeñados por distintos grupos de neuronas P-EN.
El progreso de Jayaraman y sus colegas se produjo rápidamente gracias al entorno colaborativo único en Janelia, dice. "En realidad, puede haber teóricos en la misma sala mientras se lleva a cabo el experimento, hablando incesantemente con los experimentadores", dice. "Eso esalgo maravillosamente janeliano, esa facilidad de interacción y enfoque en la colaboración ". La comprensión teórica de Rouault y Druckmann de cómo podría funcionar el sistema se probó con experimentos, que ofrecieron resultados que los investigadores utilizaron para refinar las teorías.
Adoptar un enfoque tanto experimental como teórico debería ayudar a los investigadores a medida que se sumergen en preguntas más profundas sobre el sistema de navegación de la mosca. "Nos encantaría conocer el panorama general", dice Jayaraman. "¿Cómo se usa esta brújula?"
En los humanos, el sentido de la dirección es solo uno de los muchos factores que intervienen en la toma de decisiones de navegación. Por lo general, una persona puede caminar directamente para llegar a la estación de metro, pero en un día caluroso puede desviarse al mercado para tomar una bebidaTipos similares de factores pueden influir en las decisiones en el cerebro de una mosca de la fruta. "Imaginamos que esta brújula se usa algunas veces para algunas de las cosas que hace la mosca", dice Jayaraman.
Él y sus colegas están trabajando en formas de estudiar esas decisiones más complejas en las moscas de la fruta. Descubrir cómo la mosca de la fruta crea y usa modelos de su entorno puede proporcionar pistas importantes sobre cómo los humanos sabemos dónde estamos y hacia dónde ir después..
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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