Los científicos predicen el comportamiento de los peces a partir del monitoreo cerebral en tiempo real

ARRIBA: Una representación artística de los dos estados cerebrales que conducen a la elección correcta o incorrecta del movimiento direccional observado en las larvas del pez cebra durante la toma de decisiones ALIPASHA VAZIRI

Comprender la variedad de señales neuronales que se producen cuando un organismo toma una decisión es un desafío. Para abordarlo, los autores de un estudio publicado la semana pasada (16 de enero) en Cell obtuvieron imágenes de grandes franjas del cerebro de las larvas de pez cebra mientras los animales decidían en qué dirección moverse. sus colas para evitar una situación indeseable. Al encontrar patrones en los datos, pudieron usar imágenes para predecir con 10 segundos de anticipación el tiempo y la dirección del movimiento del pez.

En muchos otros sistemas modelo, es realmente difícil. . . registrar algo que sucede en todo el cerebro con un alto nivel de precisión, dice Kristen Severi, bióloga del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey que no participó en el estudio. Cuando tienes algo como una larva de pez cebra donde tienes acceso a todo el cerebro con resolución de una sola célula en un vertebrado transparente, es un buen lugar para comenzar a buscar patrones de actividad que podrían estar distribuidos y podrían ser difíciles de conectar.

Incluso si un animal ha aprendido a hacer algo, no ejecuta exactamente las mismas respuestas motoras cada vez, dice la biofísica Alipasha Vaziri de la Universidad Rockefeller. Agrega que los enfoques comunes para estudiar la base neuronal de la toma de decisiones pueden no contar toda la historia. Por ejemplo, monitorear un puñado de neuronas y luego extrapolar a partir de su actividad lo que sucede en todo el cerebro significa que los investigadores podrían perderse el panorama general. Del mismo modo, registrar todo el cerebro y luego promediar los resultados entre ensayos corre el riesgo de perder detalles esenciales para comprender cómo el cerebro codifica este comportamiento.

Para superar estos problemas, Vaziri y sus colegas utilizaron una técnica de imágenes de calcio que les permitió monitorear la actividad neuronal simultáneamente de aproximadamente 5,000 neuronas individuales en los cerebros de peces cebra de ocho días. Para estudiar cómo interactúan las regiones del cerebro para impulsar el comportamiento dirigido a un objetivo, expusieron las larvas de pez cebra al calor, que a los peces no les gusta, y las entrenaron para mover la cola hacia la izquierda o hacia la derecha, momento en el que los investigadores apagaron el calor. /p>

Durante los ensayos individuales, el equipo descubrió que los cerebros de los animales exhibían un patrón de actividad que aparecía unos 10 segundos antes de que movieran la cola hacia el lado correcto y un patrón diferente para el lado incorrecto. Los investigadores pudieron predecir qué elección haría el pez y cuándo en cada prueba con un 80 por ciento de precisión. Esta actividad apareció en todo el cerebro, incluso en el telencéfalo, la habénula y el cerebelo.

Este estudio destaca un punto importante: incluso los comportamientos simples, como hacer un movimiento dirigido a un objetivo, involucran una actividad generalizada en muchas áreas del cerebro, Nuo Li, un neurocientífico de la Facultad de Medicina de Baylor que no participó en el trabajo, escribe en un correo electrónico a The Scientist. El proceso puede requerir comunicaciones coordinadas entre diferentes partes del cerebro. Todavía estamos en la etapa inicial de comprender cómo las diferentes regiones del cerebro se comunican entre sí.

El papel del cerebelo en la toma de decisiones

Hubo actividad en todo el cerebro en varios regiones, pero creemos que los principales contribuyentes son las llamadas células granulares en el cerebelo, dice Vaziri. Este hallazgo los sorprendió porque el cerebelo es conocido principalmente por su control de la función motora, no por la toma de decisiones.

Los investigadores usaron láseres para lesionar el cerebelo después del entrenamiento, y los peces tomaron la decisión correcta con menos frecuencia y también tomó más tiempo decidir.

Otros neurocientíficos cuestionan si eso significa que el cerebelo está involucrado en la toma de decisiones, o si el comportamiento posterior a la lesión cerebral podría reflejar simplemente una disfunción motora.

Toman partes enteras del cerebro y los déficits son amplios. Luego [ellos] hacen afirmaciones muy específicas sobre la función de estas áreas del cerebro en la tarea cognitiva que están estudiando. Cuando se realiza la ablación del cerebelo, se observan deficiencias motoras, por lo que la lentitud en la toma de decisiones podría estar relacionada con la función motora del cerebelo, advierte Herwig Baier, directora del Instituto Max Planck de Neurobiología en Alemania, quien no participó en el estudio. . Agrega que los autores están grabando desde una losa de tejido nervioso que está en el medio del cerebro. Dado que el artículo trata principalmente sobre el cerebelo, que se encuentra en la superficie del cerebro, me inquieta un poco la interpretación de que realmente están grabando desde el cerebelo.

Baier dice que los autores podrían tener ambos confirmó la anatomía y lesionó la región con mucha más precisión utilizando líneas de peces transgénicos con neuronas cerebelosas etiquetadas, lo que ayudaría a aclarar el papel de esa región del cerebro.

Vaziri reconoce que comprender las relaciones causales de este circuito interconectado es sigue siendo una pregunta abierta. Él dice que su grupo planea continuar investigando la participación del cerebelo en la toma de decisiones. Necesitaríamos no solo crear imágenes sino también hacer interferencia causal, por ejemplo, [con] optogenética.

P. Lin et al., La neurodinámica del cerebelo predice el momento de la decisión y el resultado en el nivel de un solo ensayo, Cell, doi:10.1016/j.cell.2019.12.018, 2020 . 

Abby Olena es una periodista independiente que reside en Alabama. Encuéntrala en Twitter @abbyolena.