Un grupo de científicos del MIT ha logrado un avance significativo en la comprensión del comportamiento animal, al crear un mapa detallado de cómo los worms nematodos C. elegans responden a olores y generan movimientos para seguir aromas atractivos o evitar aquellos desagradables. Este estudio, publicado en acceso abierto en la revista Nature Neuroscience, revela la compleja interacción entre el cerebro de estos pequeños organismos y su entorno sensorial.
“A lo largo del reino animal, existen comportamientos realmente notables”, afirma Steven Flavell, autor principal del estudio y profesor asociado en el Picower Institute y el Departamento de Ciencias Cognitivas y del Cerebro del MIT. “Con las herramientas modernas de neurociencia, finalmente estamos logrando mapear sus fundamentos mecánicos”.
Investigación pionera
Dirigido por Talya Kramer, quien realizó esta investigación como parte de su tesis doctoral, el equipo identificó con precisión qué neuronas en el cerebro del C. elegans se encargan de detectar olores, planificar giros y ejecutar movimientos hacia adelante o en reversa. El estudio no solo desvela la secuencia de acciones neuronales involucradas, sino que también demuestra que estos gusanos son más hábiles e intencionados en sus movimientos de lo que se pensaba anteriormente. Todo este proceso está coordinado por el neuromodulador químico llamado tiramina.
“Lo que realmente nos emocionó de este estudio es que pudimos observar cómo se ve un arco sensorimotor a escala de todo un sistema nervioso: todos los componentes, desde las respuestas al estímulo sensorial hasta la implementación de la respuesta conductual”, añade Flavell.
Navegación precisa
En su experimento, Kramer colocó a los gusanos en platos con manchas de olores que debían seguir o evitar. Utilizando microscopios personalizados y software avanzado, ella y sus coautores pudieron rastrear cómo los gusanos se movían mientras registraban la actividad eléctrica de más de 100 neuronas en sus cerebros durante esos comportamientos (considerando que los gusanos solo tienen 302 neuronas en total).
Los resultados mostraron que los gusanos no simplemente se movían al azar; ejecutaban giros con un momento y ángulos bien calculados. Parecía que tenían una clara intención mientras navegaban a lo largo de los gradientes olfativos.
Activación neuronal específica
Dentro de sus cabezas, patrones de actividad eléctrica entre un grupo específico de diez neuronas revelaron la secuencia necesaria para llevar a cabo estos movimientos guiados por el sentido: avanzar, retroceder, girar y luego volver a avanzar. Cada paso estaba dirigido por neuronas particulares encargadas de detectar olores, planificar giros y ejecutar movimientos.
Ciertas neuronas fueron identificadas como clave en esta secuencia. Una neurona llamada SAA resultó fundamental para integrar la detección del olor con la planificación del movimiento, prediciendo así la dirección del giro eventual. Otras neuronas mostraron patrones flexibles dependiendo del contexto, como la ubicación del olor o si el gusano estaba avanzando o retrocediendo.
Papel crucial de la tiramina
El neuromodulador tiramina (el análogo del norepinefrina en los gusanos) fue esencial para facilitar este cambio en las actividades neuronales. Después de que los gusanos comenzaron a moverse hacia atrás, la tiramina proveniente de la neurona RIM permitió que otras neuronas ajustaran su actividad para llevar a cabo los giros necesarios. En experimentos donde se eliminó RIM tiramina, se observó una desintegración significativa en los comportamientos de navegación y en la secuencia neuronal.
“El neuromodulador tiramina desempeña un papel central en la organización de estos patrones secuenciales de actividad cerebral”, concluye Flavell.
Aparte de Flavell y Kramer, otros autores del trabajo incluyen a Flossie Wan, Sara Pugliese, Adam Atanas, Sreeparna Pradhan, Alex Hiser, Lillie Godinez, Jinyue Luo, Eric Bueno y Thomas Felt. La investigación recibió financiamiento a través de diversas instituciones como MathWorks Science Fellowship y National Institutes of Health.
Preguntas sobre la noticia
¿Qué descubrieron los científicos del MIT sobre los nematodos C. elegans?
Los científicos del MIT revelaron cómo los circuitos de neuronas en los nematodos C. elegans responden a olores y generan movimientos para seguir olores atractivos o evitar olores desagradables.
¿Cómo se llevó a cabo la investigación?
La investigación involucró colocar a los gusanos en platos con manchas de olores que querían seguir o evitar, utilizando microscopios personalizados y software para rastrear su navegación y la actividad eléctrica de más de 100 neuronas en sus cerebros durante esos comportamientos.
¿Cuál es el papel del neuromodulador tiramina en este estudio?
La tiramina juega un papel central en la organización de los patrones de actividad cerebral secuenciales, permitiendo que las neuronas cambien su actividad adecuadamente para ejecutar los giros necesarios durante la navegación.
¿Qué importancia tiene este estudio en el campo de la neurociencia?
Este estudio proporciona una visión detallada de cómo se implementan las acciones en el cerebro, ayudando a mapear los fundamentos mecánicos detrás del comportamiento animal, lo cual es un avance significativo en la neurociencia moderna.
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