Los científicos del Laboratorio Cold Spring Harbor CSHL han resuelto un debate de décadas sobre cómo se modifica el cerebro cuando un animal aprende.
Utilizando herramientas recientemente desarrolladas para manipular poblaciones específicas de neuronas, los investigadores han observado por primera vez evidencia directa de plasticidad sináptica, cambios en la fuerza de las conexiones entre las neuronas, en el cerebro de la mosca de la fruta mientras las moscas están aprendiendo.
"Mostramos algo que la gente esperaba ver durante mucho tiempo", dice el líder del equipo, Profesor Asociado de CSHL Glenn Turner, "y lo mostramos definitivamente". Los resultados aparecen en línea hoy en la revista neurona .
Debido a la relativa simplicidad de la anatomía neuronal de la mosca de la fruta: solo hay dos sinapsis que separan la antena detectora de olores de un centro cerebral de memoria olfativa llamado cuerpo de hongo; los diminutos insectos han proporcionado un poderoso organismo modelo para estudiar el aprendizaje.
Históricamente, los investigadores han monitoreado las neuronas en el cuerpo del hongo, así como otras a las que envían señales, utilizando una técnica llamada imágenes de calcio. Este enfoque permitió a los investigadores anteriores observar cambios en la actividad neuronal que acompañan el aprendizaje. Sin embargo, esta técnica no funcionaNo revela con precisión cómo se modifica la actividad eléctrica de las neuronas, ya que el calcio no es el único ion involucrado en la señalización neuronal.
Además, no estaba claro cómo los cambios que se habían visto estaban relacionados con el comportamiento del animal.
Turner y sus colegas de CSHL y el Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes pudieron acercarse a una parte particularmente importante del cerebro de la mosca donde pudieron conectar la actividad neuronal con el comportamiento. Toshihide Hige, el autor principal del artículo, utilizó su experiencia en grabaciones electrofisiológicas para examinar directamente los cambios en la fuerza sináptica en este sitio.
Los investigadores expusieron a las moscas de la fruta a un olor de prueba específico y poco tiempo después las sometieron a una señal artificial de aversión. Para hacerlo, dispararon pequeños rayos de luz láser en las neuronas liberadoras de dopamina en el cuerpo del hongo que fueron genéticamente modificadas parase activan en respuesta a la luz. Al igual que nuestras propias neuronas, las neuronas liberadoras de dopamina en la mosca están involucradas en la recompensa y el castigo ". Presentar el olor a cerezas, por ejemplo, que normalmente es un olor atractivo para las moscas, mientras estánAl mismo tiempo que estimula una neurona de dopamina en particular, entrena a la mosca para evitar el olor a cereza ", explica Turner.
Además de las neuronas de dopamina, el equipo identificó las neuronas que representaban el olor de la prueba y las neuronas que representaban la respuesta conductual de las moscas a ese olor. Estas neuronas están conectadas entre sí, mientras que las neuronas de dopamina, que representan la señal de castigo,modular esa conexión. Luego, el equipo realizó grabaciones de las neuronas que representan el comportamiento. Esto les permitió descubrir cualquier cambio en las entradas sinápticas que esas neuronas recibieron de las neuronas que representan los olores antes y después del aprendizaje.
Sorprendentemente, el equipo encontró una reducción dramática en las entradas sinápticas en presentaciones posteriores del olor de la prueba, pero no olores de control. Esta caída reflejó la disminución en el atractivo del olor que resultó del aprendizaje ". La caída promedio en la sinápticala fuerza fue de alrededor del 80 por ciento, eso es enorme ", dice Turner.
En futuros estudios, Turner planea explotar herramientas poderosas disponibles para estudiar la genética de la mosca de la fruta para comprender mejor los componentes genéticos del aprendizaje. "Ahora tenemos una forma de investigar los cambios sinápticos con herramientas genéticas para identificar moléculas involucradas en el aprendizaje y realmente entender elfenómeno a un nivel que une los mecanismos moleculares y fisiológicos ", dice.
"Ese nivel mecanicista de comprensión va a ser realmente importante", agrega. "Es a menudo en el nivel de las moléculas entre las que se ven conexiones realmente fuertes Drosophila y otras especies, incluidos los humanos ".
La investigación descrita en el comunicado fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto Médico Howard Hughes, la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia y la Fundación Memorial Uehara.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Cold Spring Harbor . Original escrito por Chris Palmer. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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