Una red neuronal que representa la dirección en la que se mueven los peces cebra.

30 de mayo de 2023 característica

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por Ingrid Fadelli, Medical Xpress

Estudios previos han descubierto que el cerebro de algunos animales genera representaciones de la dirección en la que se dirigen. Por ejemplo, la dirección de la cabeza de los insectos está representada por la actividad de los neuronas en una región en el centro de su cerebro, conocido como el complejo central.

Recientemente, investigadores de la Universidad Técnica de Munich llevaron a cabo un estudio con el propósito de identificar redes neuronales similares que representan la dirección de viaje de los peces cebra, al mismo tiempo que descubrieron sus dinámicas subyacentes. Sus hallazgos, publicados en Nature Neuroscience, identificaron una red específica en el tallo cerebral anterior de los peces cebra que parece representar la dirección en la que se dirigen.

'Trabajos anteriores en mi laboratorio revelaron una región que está involucrada en la toma de decisiones, en particular, la decisión de girar a la izquierda o a la derecha', dijo Ruben Portugues, uno de los investigadores que realizó el estudio, a Medical Xpress.

'Esta región, el núcleo interpeduncular, es una estructura circular que se puede encontrar en el medio del cerebro vertebrado. La anatomía y dinámica de esta estructura cerebral nos recuerda a una estructura circular profunda del cerebro del insecto, el cuerpo elipsoide, que es importante para la navegación y se demostró que representa la dirección de la cabeza del insecto.'

Este estudio reciente se inspira en trabajos anteriores realizados por otros equipos de investigación, como el laboratorio de Vivek Jayaraman en el Instituto Médico Howard Hughes en Virginia y el laboratorio de Gaby Maimon en la Universidad Rockefeller. Estos trabajos identificaron una región cerebral que parece representar la dirección de la cabeza de los insectos.

En sus experimentos, Portugues y sus colegas buscaron específicamente representaciones de la dirección de la cabeza en las neuronas de los peces cebra que se proyectaban en esta región del cerebro.

'Se encontraron neuronas de dirección en roedores en los años 90, sin embargo, nunca se observó toda la red y nos faltaba comprensión de cómo se generaba la representación de la dirección', explicó Portugues. 'Nuestro objetivo principal en este estudio fue encontrar la red de dirección de los peces cebra e imaginar una gran parte de la red simultáneamente. Esto nos permitió caracterizar la red y cómo representa la dirección de la cabeza del animal.'

En sus experimentos, Portugues y sus colegas examinaron neuronas en el tallo cerebral de los peces cebra utilizando técnicas de imagen funcional. Específicamente, ellos recolectaron imágenes utilizando un microscopio que construyeron, apodado microscopio de lámina de luz, que puede imaginar la actividad de varias neuronas simultáneamente.

'También reconstruimos la morfología de las neuronas en esta región a partir de un conjunto de datos ya existente de microscopía electrónica', dijo Portugues. 'A partir de este conjunto de datos, fue posible detectar dónde estas neuronas envían sus proyecciones y cómo están conectadas a otras neuronas en la red. Nuestras reconstrucciones revelaron que las neuronas de dirección inhiben a las neuronas de dirección que representan la dirección opuesta. Esto asegura que solo se representa una dirección de la cabeza en cualquier momento dado'.

Desde que los neurocientíficos descubrieron por primera vez la existencia de las llamadas 'neuronas de dirección de la cabeza' hace varias décadas, se han introducido muchos modelos teóricos para explicar cómo estas neuronas están conectadas en una red. Los estudios en insectos habían demostrado una hermosa concordancia entre la teoría y los experimentos, pero se podía decir muy poco acerca de las redes de dirección de la cabeza en vertebrados (es decir, animales que poseen una columna vertebral o espinal).

Portugues y sus colegas son los primeros en recopilar hallazgos que confirman que los circuitos neuronales de dirección de la cabeza también existen en el cerebro de los peces cebra.

'Nuestro trabajo reciente muestra la existencia de tales redes en un cerebro de vertebrados', dijo Portugues. 'Gracias a la transparencia y el tamaño reducido de los peces cebra, pudimos revelar la arquitectura de la red, dándonos una comprensión mecanicista de cómo funciona. Además, aunque los insectos y los vertebrados tienen cerebros muy diferentes, mostramos que los sistemas de dirección de la cabeza en ambos comparten muchos patrones de conectividad, lo que sugiere que algunos principios arquitectónicos de los sistemas neuronales se conservan en todo el reino animal.'

The recent findings gathered by this team of researchers could soon pave the way for studies looking for neural representations of heading direction in the brain of other vertebrates, such as different fish species, birds, amphibians, reptiles or even mammals. Collectively, these works could shed some interesting new light on how animals' decisions regarding where to travel are stored or represented in their brain.

'In our recent study, we discovered a network that encodes the heading direction signal,' Portugues added.

'We now plan to discover how this signal is generated, where this signal is transmitted to in the brain and how fish are using it to navigate the environment. Specifically, we would like to investigate what happens when the animal navigates towards a goal; how it is using the heading signal and what happens when this signal is impaired.'

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