Todos los días, las personas actúan en respuesta a innumerables estímulos externos, actividades en el mundo exterior que resultan en un comportamiento específico. Un automóvil que se aproxima hace que un peatón en una ciudad bulliciosa salte de vuelta a la acera. Alguien cuenta un chiste que te hacereír. Llamas el nombre de alguien haciendo que esa persona se detenga y se dé la vuelta.
Aunque aparentemente instantáneo, nuestras respuestas a las muchas imágenes y sonidos de la vida son el resultado de vías neuronales que seleccionan la información que finalmente determina nuestro comportamiento. Por ejemplo, el peatón no retrocede a la acera para todos los vehículos en movimiento, solo eluno se dirige hacia él.
La forma en que el cerebro identifica la información útil para el comportamiento, o etológicamente relevante y luego la traduce en acción ha sido difícil de entender. Sin embargo, una de las ideas más completas sobre este proceso ahora puede provenir del cerebro pequeño y relativamente simple.de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster , según un estudio publicado en la revista neurona .
Investigadores de la Universidad de Princeton rastrearon la actividad neuronal de las moscas de la fruta hembra siendo cortejadas por los machos para capturar el proceso a través del cual un estímulo externo causa un cambio en el comportamiento. Monitorearon las células cerebrales en la vía auditiva de la hembra y pudieron observar su actividad neuronal desdemomento en que un hombre captó su interés cuando decidió potencialmente aparearse.
Una mosca de la fruta macho gana la atención de su potencial compañero a través de una "canción" que genera al hacer vibrar sus alas. La hembra perseguida huye del macho, pero cuando escucha una canción que le gusta, reducirá la velocidad para dejar que el macho se acerque.
A través de su estudio, los investigadores de Princeton son los primeros en informar las características específicas de la canción que hacen que una mosca de la fruta hembra cambie su comportamiento. Las hembras responden a "combates" o segmentos de canciones más largos que tienen decenas de segundos de duración.Los investigadores utilizaron estos datos de comportamiento junto con grabaciones eléctricas de neuronas en la vía auditiva de las moscas hembras para construir un modelo de computadora del cerebro de la mosca de la fruta que predijera correctamente la duración de la canción a la que las hembras responderían.
Estos resultados proporcionan un diagrama claro y relativamente más simple del proceso neural de estímulo al comportamiento que con frecuencia llevan a cabo cerebros más complicados como el de los humanos, explicó Mala Murthy, profesora de biología molecular y Princeton Neuroscience Institute. La frutaEl cerebro de la mosca contiene aproximadamente 100,000 neuronas, en comparación con los aproximadamente 100 mil millones que contiene el cerebro de un humano adulto promedio. Los cerebros de la mosca de la fruta se estudian comúnmente en neurociencia porque el tiempo y la función son similares a los cerebros más avanzados, pero a una escala que es mucho más fácilpara observar.
Mucho relevante para los humanos y otras criaturas es el hallazgo de los investigadores de que el cerebro de la mosca de la fruta usa patrones particulares para reconocer estímulos externos que a su vez afectan el comportamiento, dijo Murthy. La sensibilidad a los segmentos de canción más largos probablemente permita que la mosca de la fruta femenina tome una determinaciónSobre el estado físico de un hombre basado en su capacidad para producir episodios largos de canciones, dijo. Esto es similar a cómo una persona acumula información durante un período de tiempo para tomar una decisión. Ha habido poco trabajo en el pasado que indique que los insectos tenían estocapacidad: en cambio, se pensó que era "el dominio de cerebros más complicados", dijo Murthy.
"Aún no entendemos cómo el cerebro humano realiza este tipo de reconocimiento de patrones", dijo Murthy. "Ser capaz de resolver esto en cualquier sistema es útil. Nos permite observar la actividad neuronal a partir de un patrón en el entornoel camino al comportamiento de un organismo.
"En este momento, no existe una prótesis neural para rescatar la función perceptiva en individuos con trastornos que afectan la comunicación y la percepción", continuó Murthy. "Por lo tanto, comprender cómo un cerebro con muchas menos neuronas puede lograr el reconocimiento de patrones en escalas temporales relevantes para humanosla percepción del habla, por ejemplo, podría proporcionar una base para el desarrollo de este tipo de tecnología "
Comprender los procesos neuronales por los cuales una persona se comporta en respuesta a actividades en el mundo exterior es un objetivo principal de la Iniciativa federal BRAIN Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies anunciada en 2013, cuyo objetivo es mapear la actividad de todosneuronas del cerebro. La investigación en neurona fue apoyado en parte por una beca de la Iniciativa BRAIN para Murthy de la National Science Foundation NSF.
"Para mí es emocionante tomar algo muy complicado y comenzar a analizar el problema para encontrar las neuronas que son relevantes, para hacer estos enlaces", dijo Murthy. "Queremos saber cómo el cerebro resuelve problemas, genera comportamientose interactúa con el mundo. Eso es lo que hemos comenzado a hacer aquí. Creo que es inherentemente emocionante ".
El estudio es uno de los primeros realizados con cualquier criatura para capturar la actividad cerebral asociada con el comportamiento social natural, dijo el coprimer autor Jan Clemens, investigador asociado posdoctoral en el laboratorio de Murthy. Clemens y Murthy trabajaron con el coprimer autor Cyrille Girardin,un ex becario postdoctoral en el grupo de Murthy que ahora es especialista en becas en la Universidad de Friburgo en Suiza; Pip Coen, quien recibió su doctorado en neurociencia de Princeton en 2015 y es investigador postdoctoral en el University College de Londres; Xiao-Juan Guan, especialista senior en investigación en el laboratorio de Murthy, y Barry Dickson, investigador en el Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes en Virginia.
"Muy pocos estudios pueden vincular códigos neuronales con características sensoriales etológicamente relevantes y comportamientos naturales", dijo Clemens.
"Es un problema difícil por dos razones principales. Primero, a menudo no se sabe qué características del entorno sensorial son etológicamente relevantes", dijo. "Segundo, vincular las señales sensoriales naturales y el comportamiento natural con los códigos neuronales generalmente requieregrabaciones sistemáticas de un animal que se comporta en su entorno sensorial natural, pero por razones de dificultad técnica, esto rara vez se logra ".
Las moscas de la fruta hembra se comportan en respuesta a las canciones masculinas, ese es el comportamiento natural, etológicamente relevante. Sabiendo eso, los investigadores de Princeton también tuvieron que capturar la actividad neuronal de la mosca hembra cuando escuchó la canción. Para hacer esto, adjuntaron un mensaje extremadamente pequeñoelectrodos a neuronas individuales en la vía auditiva temprana del cerebro de una mosca hembra para registrar la actividad eléctrica mientras le tocaban canciones masculinas. Los investigadores construyeron modelos computacionales de estas respuestas neuronales, luego usaron estos modelos para examinar las respuestas a aproximadamente 4.000 minutos de cortejo naturalcanciones que habían grabado. Esto permitió a los investigadores predecir con precisión cómo se comportaría una mosca hembra cuando escuchara canciones de la longitud óptima.
En una revisión de la investigación publicada en neurona , el estudiante graduado Rich Pang y el profesor asociado Adrienne Fairhall, ambos en neurociencia computacional de la Universidad de Washington, escribieron que los investigadores de Princeton demuestran cómo "trascender" la dificultad de registrar el comportamiento natural en un entorno de laboratorio. El trabajo ofrece una promesamétodo para explorar la influencia sensorial de otros comportamientos de la mosca de la fruta, como la dirección en que se mueve la hembra.
"El trabajo reciente", escribieron Pang y Fairhall, "proporciona un gran estímulo para que los sustratos neuronales que rigen tales decisiones sensoriales sean decodificables".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Original escrito por Morgan Kelly. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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