Nuestros sistemas nerviosos son traductores notables, canalizan información de muchas fuentes e inician respuestas conductuales apropiadas. Pero aunque sabemos mucho sobre cómo funcionan las neuronas, los científicos no entienden completamente cómo el sistema nervioso integra los estímulos de diferentes sentidos. Puede olerfumar y sentir calor, pero ¿cómo combina e interpreta el cerebro estos diferentes estímulos, indicándole que llame al departamento de bomberos?
Resulta que los insectos son modelos atractivos para investigar preguntas sobre la integración de información de diferentes vías sensoriales. The hawkmoth, Manduca sexta , usa una trompa larga en forma de tronco para beber comidas dulces de néctar de flores complacientes.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor de biología de la Universidad de Washington, Tom Daniel, ha descubierto cómo los hawkmoth integran señales de dos sistemas sensoriales: visión y tacto. Sus hallazgos, publicados el 24 de octubre en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , ilustra la base computacional de esta integración, que puede servir como modelo general para insectos, otros animales y humanos.
"La integración sensorial sigue siendo una de las tareas más interesantes que incluso los sistemas nerviosos simples logran", dijo Daniel. "Desde tareas como llegar a los humanos hasta alimentar a los néctares con insectos, nuestro desafío ha sido desarrollar formas experimentales para revelar los mecanismos y circuitosque subyacen a la detección visual y mecánica combinada "
La probóscide del hawkmoth es más larga que su cuerpo, por lo que puede sondear profundamente dentro de una flor para encontrar néctar mientras el hawkmoth se mueve hacia arriba. Incluso cuando la flor se balancea y sopla con el viento, se ha observado que los hawkmoth ajustan su posición para seguir con elposición de la flor.
Los científicos pueden estudiar el comportamiento de seguimiento en el laboratorio utilizando flores artificiales especialmente diseñadas construidas con sus propias vainas de néctar pequeñas. Los Hawkmoth responden a estas cenas preenvasadas de manera similar a las flores reales y, si los investigadores manipulan la flor artificial para que se mueva cuandohawkmoth se está alimentando: hawkmoth ajusta su posición para mantenerse al día.
Además de sus deberes de beber, la trompa también es un órgano sensorial, que transmite información sobre la flor en movimiento que está tocando. Para ver cómo los aportes de diferentes sistemas sensoriales contribuyeron al seguimiento del comportamiento, el equipo de Daniel modificó las flores artificiales para entregar simultáneamente contradictoriasSeñales visuales y táctiles: los pétalos de la flor, que el hawkmoth sigue usando sus ojos, se mueven independientemente de la vaina de néctar, que toca la probóscide del hawkmoth. Al estudiar cómo las polillas responden a las señales visuales y táctiles discordantes, esperaban descifrar cómo el cerebro del hawkmothprocesa y combina entradas de ambos sistemas sensoriales.
"Típicamente, para estudiar cómo un sentido particular contribuye a un comportamiento, los científicos intentan diseñar experimentos en los que el animal solo reciba ese tipo de señal sensorial", dijo el investigador postdoctoral de la Universidad de Washington Eatai Roth, autor principal del artículo."Pero esto no refleja lo que sucede cuando un conjunto de sentidos contribuye simultáneamente. Nuestro enfoque - conflicto sensorial - - bombardea al animal con ricas señales multisensoriales simultáneamente. Esto nos permite modelar cómo se procesa la información y se combina simultáneamente a través de diferentes sentidos"
Daniel y su equipo probaron qué tan bien rastrearon los hawkmoth mientras se alimentaban de la flor discordante. Cuando la cámara de néctar se movió pero el resto de la flor estaba quieto, las polillas generalmente podían balancearse en respuesta a su comida en movimiento. Pero cuando se manteníanla cámara de néctar se movió y movió los pétalos de las flores, las polillas solo se balancearon ligeramente, lo que indica que, para alimentarse, la información táctil transmitida por la trompa puede ser un aporte sensorial más importante que la visión.
"En la naturaleza, las señales visuales y táctiles coinciden en gran medida y cualquiera de los dos sentidos es suficiente para el trabajo. Tener ambos proporciona redundancia, una copia de seguridad por si acaso", dijo Roth. "Pero cuando presentamos a la polilla con estímulos conflictivos,debe decidir cómo equilibrar la información no coincidente, qué señal seguir. Y resulta, sorprendentemente, que el toque supera la visión en este tira y afloja sensorial ".
Midieron las posiciones de los halcones durante las pruebas y utilizaron estos datos para describir el comportamiento de los halcones en términos de un modelo matemático. Aunque el sentido del tacto parecía desempeñar un papel más importante en el seguimiento del comportamiento, las polillas no se basan solo en este sentido.El modelo indicó que el cerebro de la polilla utiliza un simple aditivo o modelo de "suma lineal" para integrar las señales de la trompa y los ojos. Y aunque las polillas dependen en gran medida de las señales táctiles de la trompa, el modelo sugiere que tanto los sentidos visuales como táctiles sonlo suficientemente agudo para que la polilla siga a la flor.
El equipo usó este modelo para predecir cómo se comportarían las polillas en un nuevo entorno discordante en el que la cámara de néctar y la flor se movían, pero de manera bastante diferente. Los investigadores probaron estas predicciones en un conjunto diferente de halcones salvajes, y respondieron a estodiscordia floral tal como lo predijo el modelo. Daniel y su equipo creen que los fundamentos matemáticos que describen aquí pueden representar un modo común de integración de señal en animales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Original escrito por James Urton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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