Se publicó un nuevo trabajo de investigación en la revista iScience que permite entender cómo funcionan los ritmos de las neuronas en el
cerebro de la mosca Drosophila melanogaster.
Un equipo interdisciplinario del IBioBA, formado por neurocientíficas y físicos del Instituto, publicó un trabajo de investigación en la revista iScience, en el que estudiaron los ritmos de las neuronas en el cerebro de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), especialmente las que están involucradas en el sueño y los ciclos circadianos, es decir, las que funcionan como el reloj interno que regula cuándo dormimos y cuándo estamos despiertos.
“Ya se sabía que las neuronas en el cerebro de los mamíferos tienen un comportamiento rítmico, pero no se tenía conocimiento sobre lo que sucede en los insectos, y en este trabajo pudimos ver que las neuronas del cerebro de la mosca también tienen una actividad oscilatoria: suben y bajan repetida y regularmente”, afirma Nara Muraro, jefa del grupo ‘Neurobiología del sueño’.
“Investigamos un grupo de neuronas del cerebro de esta mosca, llamadas LNvs, que están vinculadas al reloj biológico interno (el que regula los ciclos de sueño y vigilia). Sabíamos que estas neuronas pueden generar oscilaciones eléctricas, pero no estaba claro si lo hacían de forma colectiva o cada una por separado”, agrega Luis Morelli, jefe del grupo ‘Procesamiento de información en células y tejidos’.
Florencia Fernández Chiappe se doctoró bajo la dirección de Muraro en el Instituto y ahora realiza sus estudios de postdoctorado en la Universidad de Boston. Es, además, una de las primeras autoras del paper en el que utilizó una técnica muy precisa llamada “patch clamp”, para registrar la actividad eléctrica de las neuronas LNvs. “Pudimos ver que las oscilaciones desaparecen si bloqueamos una molécula llamada acetilcolina, que las neuronas usan para comunicarse. Esto sugiere que las oscilaciones no se generan de manera aislada, sino que dependen de señales externas”, explica Florencia.
Además, vieron que al perturbar una neurona, ésta volvía rápidamente a su ritmo sin alterar la fase general del grupo, lo que indica que están siendo “guiadas” desde afuera. Según la descripción teórica que realizaron para explicar lo que habían visto, las neuronas actúan como ‘osciladores forzados’: reciben un empuje externo que las sincroniza.
“Una predicción clave de este modelo es que las neuronas del mismo tipo deberían oscilar juntas, mientras que las de diferente tipo podrían tener un pequeño desfase entre sí”, comenta Marcos Wappner, recientemente doctorado en Ciencias Físicas en el grupo de Morelli. Lo que sugiere la descripción teórica propuesta por el equipo, y llevada adelante por Wappner, entonces, es que ambas siguen el compás, pero con un leve delay.
Finalmente, para comprobar su teoría, registraron la actividad en pares de neuronas al mismo tiempo, y efectivamente vieron que algunas oscilan con un ligero adelanto respecto a otras, pero siguen un ritmo conjunto. También vieron que otras neuronas cercanas, que no eran LNvs, mostraban oscilaciones similares y sincronizadas.
En síntesis, los resultados de este trabajo sirven para entender cómo las neuronas se organizan para generar ritmos colectivos en el cerebro de la mosca, lo que podría dar pistas sobre cómo se organizan los cerebros para realizar funciones complejas, tanto en insectos como en mamíferos.
Estudiar estos procesos en modelos simples como la mosca nos ayuda a entender principios generales del funcionamiento cerebral, y cómo la actividad colectiva de neuronas da lugar a comportamientos y funciones complejas.
Sobre las descripciones teóricas
La teoría permite entender problemas donde hay un comportamiento dinámico (que cambia en el tiempo) -como las oscilaciones-, porque cuando uno formaliza (es decir, escribe ecuaciones sobre lo que está sucediendo) un proceso complejo que incluye a varios actores, todo se vuelve riguroso. “Esto no quiere decir que se vuelva más verdad, sino que es un lenguaje que te permite ver lo que pasa”, apunta Morelli.
A la teoría se le pueden hacer preguntas, que responde en forma de predicciones en función de los cambios posibles dentro de un proceso, que luego, habrá que cotejar experimentalmente. En definitiva, lo que aporta la teoría es un rigor que permite, cuantitativamente, decir qué va a pasar en determinadas circunstancias, siempre y cuando la teoría sea una buena descripción del problema.