Lo que alguna vez se pensó que era un mapa hecho y desempolvado del cerebro de la mosca de la fruta ha sido revisado por segunda vez, y los investigadores han descubierto que en realidad no está hecho en absoluto.
Dos equipos de científicos en el Campus de Investigación Janelia han mapeado independientemente una región del cerebro crítica para la memoria y el aprendizaje en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster , en las etapas de vida larval y adulta. Sus hallazgos han agregado algunas conexiones neuronales inesperadas, o sinapsis, a un circuito aparentemente resuelto.
Los resultados subrayan la necesidad de un mapeo cerebral profundamente detallado, y justifican el uso de microscopía electrónica de alta resolución EM para hacerlo, dice Albert Cardona, líder del grupo y neurobiólogo en Janelia. Incluso en los estudios más bien estudiadospartes del cerebro de la mosca, dice, todavía hay mucho más para que los científicos vean.
Cardona y colegas, y el equipo y los colaboradores del Proyecto FlyEM de Janelia, recientemente publicaron dos estudios separados: uno en Naturaleza el 10 de agosto de 2017, el otro en eLife el 18 de julio de 2017, que detalla las conexiones neuronales recién descubiertas y cómo podrían relacionarse con el comportamiento.
"Esta región del cerebro había sido seleccionada durante décadas, y la gente ya había descrito los circuitos principales", dice Gerry Rubin, director ejecutivo de Janelia. "Las modelos tenían todo muy limpio y ordenado; estos documentos dicen: 'Bueno,no tan rápido '"
Los científicos han estudiado los fundamentos neuronales del aprendizaje y la memoria de la mosca durante más de 40 años, y mapearon la región del cerebro involucrada usando microscopía de luz. Esa técnica no captura el meollo del nervio de la misma manera que lo hace la microscopía electrónica,Rubin dice: EM requiere más tiempo pero puede ofrecer muchos más detalles de imagen.
Rubin compara el estado actual de EM en la conectómica, el mapeo de las sinapsis en el cerebro, con los primeros días de la secuenciación del genoma humano. Rubin, un pionero de la secuenciación de genes Drosophila durante su mandato como investigador del HHMI en la Universidad de California, Berkeley, recuerda que algunos científicos inicialmente evitaron la secuenciación. Citaron el diluvio de información y detalles profundos como una carga, no una bendición, dice. Ahora una similarla disputa impregna el campo de la conectómica: ¿vale la pena la microscopía electrónica el esfuerzo adicional? ¿O pueden los científicos seguir confiando en la microscopía de luz probada y verdadera?
Ahora, dados los nuevos estudios de Cardona y FlyEM, los equipos dicen que la EM debe incluirse como un aspecto clave para comprender el cerebro de la mosca.
Los documentos de ambos equipos son parte de esfuerzos más grandes para mapear todo Drosophila sistema nervioso - Cardona y colaboradores en larvas, el equipo del Proyecto FlyEM en moscas adultas. Los estudios emplearon dos métodos EM diferentes: microscopía electrónica de transmisión TEM en las larvas y microscopía electrónica de barrido de haz de iones enfocados FIB-SEMen el adulto, y un software especializado que ayuda a dar sentido a la inmensa maraña de neuronas. Ambos estudios se centraron en el cuerpo del hongo, el área del cerebro responsable del aprendizaje asociativo como asociar el anillo de una campana con un sabroso manjar - piense en el perro de Pavlov.
El cuerpo del hongo consta de múltiples compartimentos, tres de los cuales forman el "lóbulo alfa" en el adulto. FlyEM se concentró en esta región, mapeando un total de 983 neuronas. El enfoque de Cardona difirió ligeramente. Las neuronas en el sistema nervioso de la larva sonmás pequeño en comparación con la mosca adulta, por lo que pudo rastrear las 300 neuronas de los cuerpos de hongos larvarios.
Para su sorpresa, FIB-SEM reveló tres clases de sinapsis nunca antes vistas en el cuerpo del hongo, que se observaron tanto en la larva como en el adulto. Estas conexiones sinápticas se formaron entre tres tipos de neuronas: células de Kenyon,que informan información sensorial; neuronas dopaminérgicas, que proporcionan detalles sobre la información sensorial; y neuronas de salida, que transmiten información más allá del cuerpo del hongo.
El hecho de que estas sinapsis se vieran en moscas jóvenes y adultas implica que las conexiones son una parte fundamental del circuito de aprendizaje y memoria, dice Rubin.
"Cuando los vimos en la larva, no estábamos seguros si era solo un artefacto del desarrollo, si desaparecerían, como la versión neuronal de los dientes de leche", dice. El equipo FlyEM de Janelia confirmó las neuronas "existencia en adultos, y los coautores del estudio, Yoshi Aso, Toshi Hige y Glenn Turner, mostraron que las sinapsis contribuyeron a la función del cuerpo del hongo.
Ahora, los equipos continúan mapeando el sistema nervioso de la mosca y la larva en su totalidad. FlyEM, con 10 neuronas más para registrar, aprovecha un impulso desde el lado del software, aplicando la última visión artificial e inteligencia artificialmétodos en colaboración con Google, así como algoritmos informáticos y software desarrollados internamente en Janelia. Steve Plaza, que dirige el equipo FlyEM, especula que los 18 meses que llevó completar este estudio podrían haberse prolongado a 10 años si no hubiera sidopor el poder computacional que racionalizó su trabajo.
"Estoy realmente entusiasmado con el progreso en este campo", dice Rubin. "Si me hubieras preguntado hace un año cuánto tiempo tomaría mapear todo el cerebro de la mosca, habría dicho: 'Treinta años,y sería afortunado de verlo ". Ahora diría más como cinco años", dice. "Creo que el campo está realmente a punto de despegar".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Médico Howard Hughes . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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