Un circuito cerebral multirregional permite que las larvas de pez cebra rastreen dónde están, dónde han estado y cómo regresar a su ubicación original después de haber sido desplazadas, informan los investigadores el 22 de diciembre en la revista. Celda. Los resultados arrojan luz sobre cómo las larvas de pez cebra rastrean su propia ubicación y la usan para navegar después de que las corrientes las desvíen de su curso.
«Estudiamos un comportamiento en el que las larvas de pez cebra deben recordar desplazamientos pasados para mantener con precisión su ubicación en el espacio porque, por ejemplo, el flujo de agua puede arrastrarlos a áreas peligrosas de su entorno natural», dice la autora principal Misha Ahrens del Janelia Research Campus, Instituto Médico Howard Hughes. «Sin embargo, se desconoce si rastrean explícitamente su ubicación en escalas de tiempo prolongadas y usan información posicional memorizada para volver a su ubicación anterior, un comportamiento que denominamos homeostasis posicional. Tales capacidades pueden ser etológicamente críticas porque las larvas de pez cebra nadan de forma intermitente y son movidas por las corrientes. durante el descanso».
Muchos animales hacen un seguimiento de dónde están en su entorno. Usan la información de autoubicación para muchos comportamientos importantes, como regresar eficientemente a lugares seguros después de visitar áreas desconocidas y potencialmente peligrosas, volver a visitar áreas ricas en alimentos y evitar buscar comida en áreas pobres en alimentos. Si bien la autoubicación está representada en la formación del hipocampo, se desconoce cómo surgen tales representaciones, si existen en regiones cerebrales más antiguas y por qué vías controlan la locomoción.
«Dichos circuitos han sido difíciles de identificar porque la neurociencia generalmente se basa en grabaciones de células en regiones cerebrales preseleccionadas que cubren una pequeña fracción de todas las neuronas en el cerebro», dice el primer autor En Yang del Campus de Investigación Janelia, Instituto Médico Howard Hughes.
En el nuevo estudio, los investigadores se propusieron identificar circuitos completos de navegación en larvas de pez cebra, desde integradores de movimiento hasta centros premotores, mediante imágenes y análisis exhaustivos de todo el cerebro a resolución celular durante un comportamiento que se basa en la autolocalización. El acceso a más de 100 000 neuronas por animal reveló regiones del cerebro que antes se desconocía que estuvieran involucradas en la autolocalización, lo que llevó al descubrimiento de un circuito multirregional del cerebro posterior que media una transformación de la velocidad, a través de la memoria de desplazamiento, al comportamiento.
«Nuestros resultados revelan un sistema neuronal para la autolocalización y el comportamiento asociado en el cerebro posterior de vertebrados y proporcionan una comprensión de su función a nivel de circuito, representacional y teórica de control. El sistema funciona en un circuito cerrado con entornos dinámicos, y el El bucle entorno-cerebro-comportamiento abarca la integración, las representaciones neuronales de la autoubicación y el control motor», dice Ahrens. «Estos resultados demuestran la necesidad de considerar los cerebros a nivel holístico y unificar los conceptos de neurociencia de sistemas, como la autolocalización y el control motor, que a menudo se estudian por separado».
Las imágenes funcionales de todo el cerebro revelaron no solo la existencia de homeostasis posicional en las larvas de pez cebra, sino también cómo el cerebro identifica y corrige los cambios en la ubicación del pez cebra. El circuito subyacente calcula la autoubicación en el tronco encefálico dorsal mediante la integración de información visual para formar un recuerdo de desplazamientos pasados a medida que el animal cambia su ubicación de forma activa o pasiva. Esta representación de autoubicación es leída por la oliva inferior como una señal de error de posición de larga duración, que refleja la diferencia entre la posición original y actual del pez. Esta señal se transforma en una salida locomotora que corrige los desplazamientos acumulados en el transcurso de muchos segundos.
Los autores dicen que este circuito multirregional tiene homólogos anatómicos y funcionales potenciales en los mamíferos y puede interactuar con otras representaciones conocidas de autoubicación. Además, este trabajo conecta la autolocalización y el control motor olivocerebeloso y establece el cerebro posterior de vertebrados como un centro de control neuronal para el comportamiento de navegación dirigido a objetivos.
«Nuestros resultados sobre la memoria de ubicación y la homeostasis posicional resuenan con la idea de que las regiones cerebrales evolutivamente antiguas contribuyen de manera central a los comportamientos de orden superior», dice Ahrens. «La idea de que los procesos cognitivos están ampliamente distribuidos en el sistema nervioso se alinea con la propuesta evolutiva de que los comportamientos complejos surgieron, en parte, al construir nuevos circuitos sobre estructuras cerebrales antiguas que realizan cálculos relacionados. Por lo tanto, las encuestas de actividad neuronal en todo el cerebro pueden ser crítico para determinar los mecanismos de la función cognitiva distribuida».
Este trabajo fue apoyado por el Instituto Médico Howard Hughes y por la Fundación Simons.
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