Científicos mapean el cerebro de un gusano nematodo
La organización espacial del cerebro de C. elegans es modular. La imagen muestra las diferentes regiones del cerebro que procesan la información para dirigir comportamientos como la navegación, la evitación y la alimentación. Los sensores recopilan información de la nariz (arriba a la izquierda, no se muestra) y mueven los músculos alrededor de la cabeza y hacia abajo del cuerpo (abajo a la derecha, no se muestra) Crédito: Universidad de Leeds
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 alto 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 los cerebros de los gusanos podrían tener mucho más en común con animales más grandes de lo que se pensaba.
Creado por neurocientíficos de la Universidad de Leeds en colaboración con investigadores del Colegio de Medicina Albert Einstein de Nueva York, el mapa cerebral revela que diferentes regiones espaciales admiten diferentes circuitos especializados para enrutar información en el cerebro, donde la información se integra antes de que se actúe sobre ella.
El estudio Un mapa cerebral multiescala derivado de la reconstrucción volumétrica de todo el cerebro se publicó hoy (24 de febrero) en la revista científica Nature.
C. elegans son nematodos que se alimentan de bacterias que se encuentran en la vegetación en descomposición de su jardín. Miden 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 conexiones entre sí.
Este ‘cerebro’ es el centro de control del animal, donde gran parte del tiene lugar 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 de esos diagramas de circuitos.
Profesor Netta Cohen, neurocientífica computacional de la Universidad de Leeds, que 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 pregunta abierta. Proporcionar la La representación espacial de los circuitos nos ha permitido descubrir la estructura modular del cerebro de este animal».
Creación del mapa del cerebro
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 mapear la organización de los circuitos neuronales de los gusanos, desde el nivel de las células individuales hasta la arquitectura a gran escala de todo el cerebro.
Estructura-función del cerebro
Los científicos identificaron circuitos neuronales y vías conocidas dentro del cerebro, como un circuito neuronal de navegación que un animal usaría para seguir olores y sabores para buscar comida. Se cree que otro circuito facilita la mecano-sensación, por lo que sentiría su camino mientras se retuerce a través del suelo o detectaría si está rodeado de bacterias.
Su teoría es que la información se procesa en el cerebro del gusano a través de un número de capas’. De hecho, una arquitectura en capas similar se encuentra en el cerebro humano. El flujo de información comienza en las células sensoriales, que responden al entorno. Por ejemplo, las células pueden sentir bacterias, pero ¿son las bacterias adecuadas para alimentarse y huelen como las bacterias ‘adecuadas’? La respuesta requiere que la información se integre desde múltiples sentidos antes de enviarse al área de comando del cerebro para que actúe.
El profesor Cohen dijo: «El mapa del cerebro revela una estructura muy elegante para respaldar el flujo de información a través de un gusano». cerebro y es más sofisticado que la visión tradicional de que los animales simples siguen un camino de estímulo-respuesta.
«El mapa sugiere una convergencia de diferentes circuitos neuronales y esto permite que el gusano integre todas las diferentes señales que está recibir a través de sus células sensoriales y coordinar la respuesta».
Variación en la estructura cerebral
Durante su estudio, los investigadores se sorprendieron al descubrir el alcance de la 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 patrón estricto que se observa en toda la especie. Pero cuando se trata a las células cerebrales, parecía haber un alto h 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 formarían el ‘núcleo ‘ circuito a través de una gran población de animales, y aquellos que parecen ser variables entre individuos.
Dr. Christopher Brittin, un ex Ph.D. estudiante de 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 los cerebros 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 aprender sobre los cerebros en general».
La conectividad variable puede respaldar la individualidad, la redundancia y la adaptabilidad de los cerebros como los animales enfrentar entornos desafiantes, peligrosos y en constante cambio.
Explore más
¿Puede un minúsculo gusano tener el secreto para revertir genéticamente el daño cerebral? Más información: Un mapa cerebral multiescala derivado de reconstrucciones volumétricas de todo el cerebro, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03284-x , dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03284-x Información de la revista: Nature
Proporcionada por la Universidad de Leeds Cita: Los científicos mapean el cerebro de un gusano nematodo (24 de febrero de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-scientists-brain-nematode-worm.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.