Los neurocientíficos de la Universidad de Northwestern ahora pueden leer la mente de una mosca. Han desarrollado una nueva herramienta inteligente que ilumina las conversaciones activas entre las neuronas durante un comportamiento o experiencia sensorial, como oler un plátano. El mapeo del patrón de conexiones neuronales individuales podría proporcionarideas sobre los procesos computacionales que subyacen al funcionamiento del cerebro humano.
En un estudio centrado en tres de los sistemas sensoriales de la mosca de la fruta, los investigadores utilizaron moléculas fluorescentes de diferentes colores para etiquetar las neuronas en el cerebro para ver qué conexiones estaban activas durante una experiencia sensorial que sucedió horas antes.
Las sinapsis son puntos de comunicación donde las neuronas intercambian información. La técnica de etiquetado fluorescente es la primera que permite a los científicos identificar las sinapsis individuales que están activas durante un comportamiento complejo, como evitar el calor. Mejor aún, la señal fluorescente persiste durante horas después de laevento de comunicación, lo que permite a los investigadores estudiar la actividad del cerebro después del hecho, bajo un microscopio.
"Gran parte del cómputo del cerebro ocurre al nivel de las sinapsis, donde las neuronas están hablando entre sí", dijo Marco Gallio, quien dirigió el estudio. "Nuestra técnica nos brinda una ventana de oportunidad para ver qué sinapsis estaban involucradas en la comunicacióndurante un comportamiento particular o experiencia sensorial. Es una etiqueta retrospectiva única ".
Gallio es profesor asistente de neurobiología en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern.
Por ejemplo, al leer las señales fluorescentes, los investigadores pudieron determinar si una mosca había estado en calor o frío durante 10 minutos una hora entera después de que ocurriera el evento sensorial, por ejemplo. También pudieron ver esa exposición al aroma de un plátanoconexiones neuronales activadas en el sistema olfativo que eran diferentes de las activadas cuando la mosca olía a jazmín.
Los detalles de la técnica versátil, que podrían usarse con otros sistemas modelo para el estudio de neurociencia, se publicarán el 4 de diciembre en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Gallio y su equipo querían estudiar la actividad cerebral de una mosca de la fruta mientras realizaba un comportamiento complejo, pero esto no se logra fácilmente con un microscopio. Los científicos descubrieron un enfoque diferente utilizando la ingeniería genética. Comenzando con el gen para unLa proteína verde fluorescente que se encuentra en las medusas, los autores obtuvieron tres marcadores de diferentes colores que se iluminan en el punto de contacto entre las neuronas que están activas y que hablan entre sí la sinapsis. Las señales fluorescentes se pueden leer una o tres horas después de la acción.se acabó.
"Diferentes sinapsis están activas durante diferentes comportamientos, y podemos ver eso en el mismo animal con nuestras tres etiquetas distintas", dijo Gallio, el autor correspondiente del artículo.
Las señales fluorescentes verdes, amarillas y azules permitieron a los investigadores etiquetar diferentes sinapsis activadas por la experiencia sensorial en diferentes colores en el mismo animal. Las señales fluorescentes persistieron y luego se pudieron ver bajo un microscopio relativamente simple.
Los investigadores estudiaron la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, un animal modelo para aprender sobre el cerebro y sus canales de comunicación. Probaron sus moléculas fluorescentes de nueva ingeniería aplicándolas a las conexiones neuronales de los sistemas sensoriales más prominentes de la mosca: su sentidode olfato, sistema visual sofisticado y sistema termosensorial altamente sintonizado.
Expusieron a los animales a diferentes experiencias sensoriales, como la exposición al calor o la luz y el olor a plátano o jazmín, para ver lo que sucedía en el cerebro durante la experiencia.
Para crear las etiquetas, los científicos dividen una molécula fluorescente a la mitad, la mitad para la neurona que habla y la otra mitad para la neurona que escucha. Si esas neuronas se hablaban entre sí cuando una mosca estaba expuesta al olor o al calor del plátano, eldos mitades se unieron y se iluminaron. Esto solo sucedió en el sitio de transmisión sináptica activa.
"Nuestros resultados muestran que podemos detectar un patrón específico de actividad entre las neuronas en el cerebro, registrando intercambios instantáneos entre ellas como señales persistentes que luego se pueden visualizar bajo un microscopio", dijo Gallio.Este es el tipo de nuevas tecnologías que los científicos discuten en el contexto de la Iniciativa BRAIN Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies del presidente Obama, dijo Gallio. Dicha herramienta ayudará a los investigadores a comprender mejor cómo los circuitos cerebrales procesan la información, y este conocimiento puede entoncesser aplicado a los humanos.
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Materiales
proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud. Referencia del diario
: Lindsey J. Macpherson, Emanuela E. Zaharieva, Patrick J. Kearney, Michael H. Alpert, Tzu-Yang Lin, Zeynep Turan, Chi-Hon Lee, Marco Gallio.
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