Un nuevo trabajo de Finlandia ha podido vincular el comportamiento de los mamíferos con su código neural subyacente. El trabajo examinó cómo los cerebros de los mamíferos interpretan las señales de los ojos a bajos niveles de luz.
El nuevo estudio arroja luz sobre una ruta para resolver los dos objetivos generales de la neurociencia. El primer objetivo es leer las señales nerviosas e interpretar lo que significan para nuestros cerebros, y el segundo es averiguar cómo nuestro cerebro toma estas señales ydecide qué hacer: predecir cómo nos comportamos en función de lo que vemos.
Secreto para interpretar el código neuronal encontrado en el laberinto oscuro
Toda la información que el cuerpo envía al cerebro, como lo que podemos ver, oír, oler y sentir, se envía a través de los nervios como impulsos eléctricos llamados trenes de espigas.
Se desconoce el libro de reglas sobre cómo el cerebro decodifica los trenes de púas, y el trabajo se hace más difícil por el hecho de que el sistema nervioso a menudo lleva el mismo mensaje de muchas maneras diferentes. Cuando las diferentes versiones del mismo mensaje llegan al cerebro,interpreta todas estas señales juntas para decidir cómo comportarse. El profesor Petri Ala-Laurila y sus equipos de la Universidad de Aalto y la Universidad de Helsinki ahora han podido vincular el comportamiento en un mouse con trenes de espigas específicos que se originan en sus ojos.
Los ratones habían sido entrenados para nadar hacia una luz extremadamente tenue en un laberinto oscuro, y el equipo midió cuán efectivos fueron los ratones para encontrarlo. La oscuridad tuvo que usarse porque reduce críticamente el número de trenes de espigas relevantes aldos más sensibles a la luz tenue: uno llamado el canal ENCENDIDO y otro llamado el canal APAGADO. Al crear un escenario donde hay un número limitado de trenes de espigas enviados para una entrada específica, el equipo pudo aislar qué tren de espigas individualcomportamiento controlado
Es muy difícil llevar a cabo experimentos científicos precisos en completa oscuridad, por lo que el equipo desarrolló un repertorio único de técnicas de vanguardia. Tuvieron que diseñar formas de medir señales eléctricas que se originan a partir de fotones individuales a través del tejido neuraldel ojo - la retina - y vinculó estas señales con el comportamiento del ratón en el laberinto. Uno de los avances es que el equipo puede rastrear ratones en la oscuridad usando cámaras de visión nocturna y su software basado en aprendizaje profundo con tanta precisión queson capaces de predecir con una resolución sin precedentes dónde aterrizan los fotones en las retinas de cada mouse.
La luz que el ratón intentaba encontrar se atenuaba cada vez, hasta el punto de que en los últimos intentos solo unos pocos fotones a la vez entraban en los ojos del ratón.
El equipo comparó dos tipos de ratones. El primer grupo de ratones que hicieron la tarea eran ratones de laboratorio normales. El segundo grupo había sido modificado genéticamente para que su canal de ENCENDIDO más sensible necesita 10 veces más luz para enviar un tren de espigas que elcanal desactivado más sensible. Estos ratones modificados resultaron ser 10 veces peores al ver la luz que sus primos no modificados. Por lo tanto, los investigadores pudieron demostrar su importante descubrimiento: los trenes de espigas individuales que atravesaban el canal ENCENDIDO fueron responsables de ver el ratónla luz.
Resultado relevante para todos los neurocientíficos que estudian la percepción
Este resultado es la primera vez que alguien vincula el comportamiento visual con esta resolución a códigos de espiga precisos provenientes de la retina. "Esto es como tratar de traducir un idioma", explica el profesor Petri Ala-Laurila. "Anteriormente estábamos usando unlibro de frases: sabíamos lo que significaban oraciones completas, pero no el significado de palabras individuales. Ahora que podemos vincular códigos precisos que consisten en impulsos nerviosos individuales al comportamiento, nos estamos acercando a la comprensión de 'palabras' individuales ".
El resultado es muy relevante para los investigadores que trabajan en la visión, pero también es ampliamente relevante para todos los neurocientíficos que trabajan en la percepción, debido a un aspecto sorprendente del resultado que anuló las creencias previamente mantenidas en neurología. Durante 70 años, los investigadores han estado utilizando la teoría de la informaciónpara modelar cómo el cerebro maneja las diferentes señales. Una de las suposiciones fue que si el cerebro tiene que elegir entre dos códigos en competencia, dependerá de la señal que contiene más información. En el caso de los canales ON y OFF en la visión en elratones modificados genéticamente, el canal ON, que el equipo demostró que era clave para controlar el comportamiento, contiene menos información: el canal ON aumenta la cantidad de impulsos nerviosos que envía al cerebro cuando detecta fotones, mientras que el canal OFF disminuye su impulsoy los investigadores muestran que el comportamiento se basa solo en mensajes que están codificados en una mayor tasa de impulso en lugar de una menor tasa de impulso ". Este descubrimiento es realy emocionante para toda la neurociencia porque es una prueba experimental del cerebro que prioriza la información codificada en espigas en lugar de en ausencia de espinas ", dice Lina Smeds, estudiante de doctorado en la Universidad de Helsinki, quien es el primer autor del artículo.
Los siguientes pasos para los grupos finlandeses son medir si los mismos principios se aplican a más circuitos neuronales y paradigmas de comportamiento y ver si también siguen las mismas reglas. El profesor Ala-Laurila compara el descubrimiento con el de la Piedra de Rosetta en términosde su aplicabilidad ". Cuando se descubrió la Piedra de Rosetta, no significaba que pudiéramos entender de inmediato al Antiguo Egipcio: pero les dio a los investigadores una herramienta que usaron durante las siguientes 2 décadas para finalmente traducir Jeroglíficos. Del mismo modo, este descubrimiento nosignifica que podemos predecir inmediatamente el comportamiento a partir de las señales nerviosas sensoriales, pero significará que ahora podemos comenzar a estudiar qué significan las señales individuales para el cerebro ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Aalto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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