Los renacuajos ven con ojos extra
Xenopus laevis renacuajo con un ojo extra injertado en su cola. sus colas En una nueva investigación publicada hoy (27 de febrero) en The Journal of Experimental Biology, los investigadores de la Universidad de Tufts demostraron que los ojos injertados en las colas de los renacuajos permitieron a los anfibios aprender la diferencia entre dos colores de luz, aunque el ojos nuevos’ los nervios no llegan al cerebro.
La investigación muestra que «los animales se adaptan mucho más allá de lo que pensábamos antes». dijo Josh Bongard, roboticista de la Universidad de Vermont que no participó en la investigación. Los hallazgos podrían ayudar a inspirar “flexible” robots que se adaptan fácilmente a nuevas entradas, aprovechando inmediatamente la información de una nueva cámara que no estaba incluida en el diseño original del robot, por ejemplo.
Los hallazgos también pueden tener implicaciones para el diseño funcional. ..
Los cerebros de renacuajo, como otros cerebros de vertebrados, evolucionaron para esperar entradas sensoriales de un cuerpo con un patrón específico. Pero los anfibios (y en menor grado otros animales) sufren drásticas alteraciones corporales durante el desarrollo, lo que sugiere una gran capacidad de plasticidad cerebral. Para obtener pistas sobre lo que subyace a este proceso normal, el biólogo del desarrollo Michael Levin decidió llevar los cerebros de los anfibios más allá de su flexibilidad normal y examinar cómo el cerebro aprende a lidiar con cuerpos que tienen una arquitectura radicalmente diferente a la esperada, dijo que es como tener ojos en la cola en lugar de tener ojos en la cola. la cabeza.
Décadas de trabajo realizado por otros científicos había demostrado que los renacuajos de Xenopus laevis podían desarrollar ojos adicionales, pero nadie había examinado si estos nuevos ojos podían comunicar información visual al cerebro. . Para probar esto, Levin y el primer autor, Douglas Blackiston, injertaron tejido embrionario precursor del ojo en las colas de renacuajos cuyos propios ojos habían sido extirpados quirúrgicamente. El tejido se convirtió en ojos que proyectaban nervios en el tejido circundante. En unos pocos renacuajos raros, estos nervios se conectaron con la médula espinal, pero ningún ojo ectópico se conectó directamente con el cerebro.
Para demostrar que los cerebros de las ranas podían procesar los nuevos estímulos visuales, los investigadores diseñaron una luz- tarea de aprendizaje basado. Encendieron una luz LED roja o azul en diferentes cuadrantes de los platos de los renacuajos, y luego les aplicaron una descarga eléctrica leve si se desviaban hacia la zona roja. Luego probaron si los renacuajos evitaron la luz roja en ausencia de descargas. Si los renacuajos pasaban menos del 10 por ciento del tiempo de entrenamiento siendo castigados y evitaban las áreas con luz roja más del 70 por ciento del tiempo después del entrenamiento, se los consideraba aprendices exitosos. Si bien ninguno de los renacuajos cegados tuvo éxito, algunos con ojos ectópicos cumplieron con los criterios, lo que demuestra que sus cerebros estaban procesando estímulos visuales de los nuevos ojos en sus colas.
Sorprendentemente, solo los renacuajos cuyos ojos ectópicos inervaron la médula espinal podría aprender a evitar la luz roja. Mostramos que los ojos ectópicos no necesitan conectarse directamente al cerebro para un aprendizaje visual exitoso, dijo Levin.
Pero los cerebros de renacuajo están diseñados para recibir información visual a través del nervio óptico, no de la médula espinal, que generalmente envía información somatosensorial. La gran pregunta ahora es cómo el cerebro recibe y procesa la información visual, dijo Zupanc. ¿Los ojos ectópicos se conectan al cerebro de forma difusa, o se conectan específicamente con el centro de procesamiento visual?
Levin, por su parte, cree que el secreto de la capacidad del cerebro para procesar estímulos de ojos ectópicos Puede ser que las entradas sensoriales de cada órgano estén etiquetadas con información de identificación que permita que el cerebro reconozca, por ejemplo, estímulos visuales, independientemente de si los transporta la médula espinal o el nervio óptico. Él y Blackiston están trabajando actualmente en el seguimiento de las señales de los ojos ectópicos al cerebro, así como en el control de la dirección del crecimiento de los nervios para alentar a los nervios de los ojos adicionales a hacer contacto con la médula espinal.
No está claro cómo así el trabajo se traducirá a otras especies. Zupanc espera que sea difícil recrear los hallazgos en animales que no poseen las capacidades regenerativas envidiables de los anfibios, pero Levin no está de acuerdo. La plasticidad del cerebro es enorme, señaló. Creo que es súper fundamental para el funcionamiento de todos los animales.
D. Blackiston et al., Los ojos ectópicos fuera de la cabeza en renacuajos de Xenopus proporcionan datos sensoriales para el aprendizaje mediado por la luz, The Journal of Experimental Biology, 216:1031-40, 2013.
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