El cerebro humano está compuesto por miles de millones de neuronas conectadas entre sí en intrincadas redes y comunicándose a través de pulsos eléctricos y señales químicas. Aunque los neurocientíficos han progresado en la comprensión de las muchas funciones del cerebro, como regular el sueño, almacenar recuerdos y tomar decisiones,- visualizar el "diagrama de cableado" completo de las conexiones neuronales en todo el cerebro no es posible usando los métodos disponibles actualmente. Pero ahora, usando moscas de la fruta Drosophila, los investigadores de Caltech han desarrollado un método para ver fácilmente las conexiones neuronales y el flujo de comunicaciones en tiempo real dentro demoscas vivas. El trabajo es un paso adelante hacia la creación de un mapa de todas las conexiones de todo el cerebro de la mosca, lo que también podría ayudar a los científicos a comprender los circuitos neuronales dentro del cerebro humano.
Un documento que describe el trabajo aparece en línea en la edición del 12 de diciembre de eLife . La investigación se realizó en el laboratorio del profesor de investigación de Caltech, Carlos Lois.
"Si un ingeniero eléctrico quiere entender cómo funciona una computadora, lo primero que querrá descubrir es cómo se conectan los diferentes componentes entre sí", dice Lois. "Del mismo modo, debemos saber cómo funcionan las neuronas".están conectados para comprender cómo funcionan los cerebros "
Cuando dos neuronas se conectan, se unen con una estructura llamada sinapsis, un espacio a través del cual una neurona puede enviar y recibir señales eléctricas y químicas hacia o desde otra neurona. Incluso si varias neuronas están muy juntas, necesitan sinapsis pararealmente comunicarse
El laboratorio de Lois ha desarrollado un método para rastrear el flujo de información a través de las sinapsis, llamado TRACT Control transneuronal de la transcripción. Utilizando moscas de la fruta de Drosophila genéticamente modificadas, TRACT permite a los investigadores observar qué neuronas están "hablando" y qué neuronas están "escuchando "haciendo que las neuronas conectadas produzcan proteínas brillantes".
Con TRACT, cuando una neurona "habla", o transmite una señal química o eléctrica a través de una sinapsis, también producirá y enviará una proteína fluorescente que ilumina la neurona parlante y sus sinapsis con un color particular.Las neuronas que "escuchan" la señal reciben esta proteína, que se une a la llamada molécula receptora, genéticamente incorporada por los investigadores, en la superficie de la neurona receptora. La unión de la proteína señal activa el receptor y activa laneurona a la que está unida para producir su propia proteína fluorescente de diferente color. De esta manera, la comunicación entre las neuronas se hace visible. Usando un tipo de microscopio que puede mirar a través de una ventana delgada instalada en la cabeza de la mosca, los investigadores pueden observar el coloridoresplandor de las conexiones neuronales en tiempo real a medida que la mosca crece, se mueve y experimenta cambios en su entorno.
Se cree que muchas afecciones neurológicas y psiquiátricas, como el autismo y la esquizofrenia, son causadas por conexiones alteradas entre las neuronas. Usando TRACT, los científicos pueden monitorear las conexiones neuronales en los cerebros de cientos de moscas cada día, lo que les permite hacer comparaciones endiferentes etapas de desarrollo, entre los sexos y en las moscas que tienen mutaciones genéticas. Por lo tanto, TRACT podría usarse para determinar cómo diferentes enfermedades perturban las conexiones dentro de los circuitos cerebrales. Además, debido a que las sinapsis neuronales cambian con el tiempo, TRACT permite el monitoreo de la sinapsisformación y destrucción del día a día. Ser capaz de ver cómo y cuándo las neuronas se forman o rompen las sinapsis será fundamental para comprender cómo se ensamblan los circuitos en el cerebro a medida que el animal crece y cómo se desmoronan con la edad o la enfermedad.
TRACT puede localizarse para enfocarse en el cableado de cualquier circuito neuronal particular de interés, como los que controlan el movimiento, el hambre o la visión. Lois y su grupo probaron su método examinando neuronas dentro del circuito olfativo bien entendido,las neuronas responsables del sentido del olfato. Sus resultados confirmaron los datos existentes sobre el diagrama de cableado de este circuito en particular. Además, examinaron el circuito circadiano, que es responsable del ciclo de vigilia y sueño, donde detectaron nuevas conexiones sinápticas posibles.
TRACT, sin embargo, puede hacer más que producir diagramas de cableado. Las moscas transgénicas se pueden diseñar genéticamente para que la técnica incite a las neuronas receptoras a producir proteínas que tienen una función, en lugar de proteínas coloridas que simplemente rastrean conexiones.
"Podríamos usar proteínas funcionales para preguntar, '¿Qué pasa en la marcha si silencia todas las neuronas que reciben información de esta neurona?'", Dice Lois. "O, por el contrario, '¿Qué pasa si hago las neuronas queestán conectados a esta neurona hiperactiva? 'Nuestra técnica no solo nos permite crear un diagrama de cableado del cerebro, sino también modificar genéticamente la función de las neuronas en un circuito cerebral ".
Los métodos anteriores para examinar las conexiones neuronales llevaban mucho tiempo y trabajo, e involucraban miles de rodajas finas de un cerebro reconstruido en una estructura tridimensional. Un laboratorio que usa estas técnicas solo podría producir un diagrama para una pequeña y pequeña fruta.volar cerebro por año. Además, estos enfoques no se pudieron realizar en animales vivos, lo que hace imposible ver cómo las neuronas se comunican en tiempo real.
Debido a que el método TRACT está completamente codificado genéticamente, es ideal para su uso en animales de laboratorio como Drosophila y pez cebra; en última instancia, Lois espera implementar la técnica en ratones para permitir el rastreo neural de un cerebro de mamífero ". TRACT es un nuevo"Herramienta que nos permitirá crear diagramas de cableado de cerebros y determinar la función de las neuronas conectadas", dice. "Esta información proporcionará pistas importantes para comprender el funcionamiento complejo del cerebro humano y sus enfermedades".
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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