Los investigadores han mapeado la organización física del cerebro de un gusano nematodo microscópico que vive en el suelo llamado Caenorhabditis elegans , creando un nuevo modelo para la arquitectura del cerebro del animal y cómo procesa la información.
En un giro inesperado, encontraron un gran grado de variación en la estructura de algunos circuitos o vías neuronales en gusanos individuales que complementaban un conjunto central de circuitos neuronales comunes a diferentes animales.
Los científicos dicen que el cerebro de los gusanos podría tener mucho más en común con los animales más grandes de lo que se pensaba.
Creado por neurocientíficos de la Universidad de Leeds en colaboración con investigadores de la Facultad de Medicina Albert Einstein de Nueva York, el mapa cerebral revela que diferentes regiones espaciales soportan diferentes circuitos especializados para enrutar información en el cerebro, donde la información se integra antes de actuar sobre ella..
El estudio se publica hoy 24 de febrero en la revista científica Naturaleza .
C. elegans son nematodos que se alimentan de bacterias que se encuentran en la vegetación en descomposición de su jardín. Tienen solo alrededor de un milímetro de largo y son tan delgados como un cabello humano.
Un gusano adulto tiene exactamente 302 células en su sistema nervioso; en comparación, el cerebro humano tiene alrededor de 100 mil millones de células. Pero casi dos tercios de las células nerviosas del gusano forman un anillo en la región de la cabeza, donde hacen miles de conexionesjuntos.
Este 'cerebro' es el centro de control del animal, donde tiene lugar gran parte de la detección y la toma de decisiones.
Aunque el cerebro es muy compacto, el animal muestra una variedad de comportamientos complejos y los neurocientíficos han estado interesados en comprender su cerebro durante décadas. Estudios anteriores han creado 'diagramas de cableado' para las conexiones entre las células nerviosas.
Este último estudio, sin embargo, es el primero en proporcionar las coordenadas espaciales completas a esos diagramas de circuito.
La profesora Netta Cohen, neurocientífica computacional de la Universidad de Leeds, quien supervisó la investigación, dijo: "El cerebro necesita organizar el flujo de información para controlar el comportamiento del animal. Pero cómo se relacionan la estructura y la función del cerebro es una cuestión abierta. Proporcionar la representación espacial de los circuitos nos ha permitido descubrir la estructura modular del cerebro de este animal ".
Creando el mapa cerebral
Los investigadores utilizaron una colección heredada de imágenes de microscopio electrónico del cerebro de un gusano nematodo adulto y juvenil. Esas imágenes revelaron neuronas o células cerebrales individuales, lo que permitió a los investigadores trazar un mapa de la organización de los circuitos neuronales de los gusanos, desde el nivel decélulas individuales hasta la arquitectura a gran escala de todo el cerebro.
Estructura-función del cerebro
Los científicos identificaron circuitos neuronales conocidos y vías dentro del cerebro, como un circuito neuronal de navegación que un animal usaría para seguir los olores y sabores en busca de alimento. Se cree que otro circuito facilita la sensación mecánica, por lo que se sentiría a su manera.mientras se retuerce a través del suelo, o detectar si está rodeado de bacterias.
Su teoría es que la información se procesa en el cerebro del gusano a través de una serie de 'capas'. De hecho, en el cerebro humano se encuentra una arquitectura de capas similar. El flujo de información comienza en las células sensoriales, que responden al entorno. Por ejemplo, las células pueden sentir las bacterias, pero ¿son las bacterias adecuadas para alimentarse? ¿Huelen como las bacterias 'correctas'? La respuesta requiere que la información se integre desde múltiples sentidos antes de enviarla al área de comando del cerebro para la acción.
El profesor Cohen dijo: "El mapa cerebral revela una estructura muy elegante para respaldar el flujo de información a través del cerebro de un gusano y es más sofisticado que la visión tradicional de que los animales simples siguen una ruta de estímulo-respuesta.
"El mapa sugiere una convergencia de diferentes circuitos neuronales, y esto permite que el gusano integre todas las diferentes señales que recibe a través de sus células sensoriales y coordine la respuesta".
variación en la estructura del cerebro
Durante su estudio, los investigadores se sorprendieron al descubrir el grado de variación individual en los cerebros de los gusanos.
C elegans es uno de los animales más estudiados en biología. Durante la vida del gusano, la forma en que sus células se dividen y crecen sigue un esquema estricto que se observa en toda la especie. Pero en lo que respecta a las células cerebrales, parecía haberser un alto grado de variación en la forma en que las células cerebrales formaron contactos con las células vecinas para crear circuitos neuronales.
Usando modelos matemáticos e informáticos, los científicos pudieron discernir entre las conexiones que probablemente formen el circuito 'central' en una gran población de animales y las que parecen ser variables entre los individuos.
El Dr. Christopher Brittin, ex estudiante de doctorado en la Universidad de Leeds y primer autor del artículo, dijo: "Este trabajo plantea preguntas interesantes sobre cómo incluso los sistemas nerviosos aparentemente simples son capaces de acomodar circuitos cerebrales tanto centrales como individualizados".
Los científicos descubrieron que solo alrededor de la mitad del cableado en el cerebro de los gusanos es similar; la otra mitad mostró variaciones.
El profesor Cohen agregó: "Este hallazgo fue realmente emocionante para nosotros. Primero, esto sugiere que los cerebros de los gusanos tienen mucho más en común con los cerebros de animales superiores de lo que sabíamos o esperábamos, y las lecciones aprendidas sobre los gusanos pueden ayudarnos a aprendersobre los cerebros en general ".
La conectividad variable puede respaldar la individualidad, la redundancia y la adaptabilidad de los cerebros cuando los animales se enfrentan a entornos desafiantes, peligrosos y en constante cambio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Leeds . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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