Un nuevo estudio describe un mecanismo clave en el cerebro que permite a los animales reconocer y reaccionar cuando se producen simultáneamente señales sensoriales sutiles que pueden no parecer importantes por sí mismas. Dicha "integración multisensorial" MSI es una habilidad vital para los cerebros jóvenes.desarrollar, dijeron los autores del artículo en eLife , porque da forma a la eficacia con que los animales pueden dar sentido a su entorno.
Para un mouse, esa habilidad puede marcar la diferencia entre la vida y la muerte. Ni un leve chillido ni una pequeña mancha negra en el cielo pueden provocar preocupación, pero los dos juntos sugieren que hay un halcón en el aire.la vida humana diaria también. Una llamada entrante en un teléfono celular puede ser más notable cuando se señala visualmente y con sonido, por ejemplo.
"Es realmente importante entender cómo interactúan todos nuestros sentidos para darnos una imagen completa del mundo", dijo el autor principal del estudio, Torrey Truszkowski, estudiante de doctorado en neurociencia en la Universidad de Brown. "Si algo es muy sobresaliente en el sistema visual".- un destello de luz brillante - no necesita el mecanismo multisensorial. Si solo hay un pequeño cambio en los niveles de luz, puede ignorarlo, pero si en la misma área del espacio visual también tiene un pedazo deentrando información auditiva, entonces es más probable que lo note y decida si necesita hacer algo al respecto "
Para comprender cómo sucede eso, Truszkowski y su equipo realizaron el nuevo estudio en renacuajos. Las ranas juveniles resultan ser un modelo muy conveniente de una arquitectura MSI en desarrollo que tiene un análogo directo en los cerebros de mamíferos, incluidos los humanos.
Los neurocientíficos llaman a la propiedad clave de los renacuajos modelados en este estudio, la capacidad de las células cerebrales y los circuitos para responder a veces a señales débiles, "efectividad inversa". Autor principal del estudio Carlos Aizenman, profesor asociado de neurociencia y miembro del Instituto BrownPara Brain Science, dijo que el nuevo artículo representa, "la primera explicación a nivel celular de la efectividad inversa, una propiedad de MSI que permite al cerebro amplificar selectivamente entradas sensoriales débiles de fuentes únicas y que representan múltiples modalidades sensoriales".
ensayos de renacuajo
Para lograr esa explicación a nivel de células y proteínas, los investigadores comenzaron con el comportamiento. Los renacuajos que nadan en un plato de laboratorio se acelerarán, como asustados, cuando detecten un estímulo sensorial fuerte y repentino, como un patrónde rayas proyectadas desde abajo o un sonido de clic fuerte. En su primer experimento, los investigadores midieron los cambios en la velocidad de natación cuando proporcionaron estímulos fuertes, luego estímulos más débiles y finalmente estímulos más débiles en combinación.
Lo que encontraron es que las versiones más sutiles de los estímulos, por ejemplo, rayas con solo un 25 por ciento de contraste máximo, apenas afectaban la velocidad de natación cuando se presentaban solas. Pero cuando esas rayas sutiles se presentaban simultáneamente con clics sutiles, producíanuna respuesta sorprendente tanto como cuando se proyectaron rayas de contraste completo en el plato.
Para comprender cómo funciona eso en el cerebro, los investigadores realizaron más experimentos en los que realizaron mediciones en una región llamada tectum óptico donde los renacuajos procesan la información sensorial. En mamíferos como los humanos, las células desempeñan la misma función en el colículo superiorEl tectum óptico del renacuajo se encuentra justo en la parte superior del cerebro. Dada esa posición fortuita y la piel transparente de los animales, los científicos pueden observar fácilmente la actividad de las células y las redes en la vida, comportándose renacuajos usando bioquímica para hacer que las células se iluminen cuandoestán activos
En muchas células individuales y a través de redes en el tectum óptico, los investigadores descubrieron que la actividad neuronal apenas se movió cuando los renacuajos vieron, escucharon o sintieron un estímulo sutil individualmente, pero saltó tremendamente cuando los estímulos sutiles fueron simultáneos. La "efectividad inversa" aparenteen el comportamiento de la velocidad de natación tuvo un claro correlato en la respuesta de las células cerebrales y las redes que procesan los sentidos.
La pregunta clave era cómo funciona esa efectividad inversa. El equipo tenía dos sospechosos moleculares en mente: un receptor para el neurotransmisor GABA o un tipo específico de receptor de glutamato llamado NMDA. En los experimentos, utilizaron productos químicos para bloquear los receptores para ambos.descubrió que el bloqueo de GABA no afectó la efectividad inversa, pero que el bloqueo de NMDA hizo una diferencia significativa.
El papel de NMDA tiene sentido porque ya se sabe que es importante para detectar coincidencias, por ejemplo, cuando las dendritas espinosas de una neurona reciben señales simultáneas de otras neuronas. Truszkowski dijo que el estudio muestra que NMDA es crucial para la efectividad inversa en MSI, aunquepodría no ser el único receptor en el trabajo.
Desarrollando los sentidos
La investigación es parte de un estudio más amplio de integración multisensorial en el laboratorio de Aizenman. El año pasado, como parte de la misma investigación, los investigadores descubrieron que los cerebros de renacuajo en desarrollo refinan su juicio sobre si los estímulos son realmente simultáneos a medida que cambian progresivamente el equilibrio deexcitación e inhibición entre neuronas en el tectum óptico.
El laboratorio de Aizenman busca comprender cómo se desarrolla la percepción al principio de la vida, no solo como una cuestión de ciencia básica, sino también porque podría proporcionar información sobre los trastornos humanos en los que el procesamiento sensorial se desarrolla de manera anormal, como en algunas formas de autismo.
El laboratorio tiene un modelo de autismo en renacuajos. Truszkowski dijo que un siguiente paso interesante podría ser realizar estos experimentos con esos renacuajos.
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Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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