El circuito multirregional del rombencéfalo permite a los animales volver a la normalidad después de desviarse
Un pez cebra nada hacia su objetivo previsto, pero las fuertes corrientes lo desvían de su rumbo. Sin embargo, el diminuto pez nada de regreso a su ubicación original, decidido a terminar su viaje.
¿Cómo saben los animales dónde están en su entorno y cómo determina esto sus elecciones posteriores? Los científicos del Campus de Investigación Janelia del Howard Hughes Medical Institute (HHMI) descubrieron que el rombencéfalo, una "antigua" región o conservada evolutivamente en la parte posterior del cerebro, ayuda a los animales a calcular su ubicación y usar esa información para averiguar a dónde deben ir a continuación.
La nueva investigación descubre nuevas funciones para partes del "antiguo cerebro", hallazgos que podrían aplicarse a otros vertebrados.
Las imágenes de todo el cerebro revelan nuevas redes
Para descubrir cómo se dan cuenta los animales de su posición en el medio ambiente, los investigadores, dirigidos por En Yang, un postdoctorado en el Laboratorio Ahrens, colocaron pequeños peces cebra translúcidos, de apenas medio centímetro de largo, en un entorno de realidad virtual que simula corrientes de agua. Cuando la corriente cambia inesperadamente, los peces inicialmente se desvían de su curso; sin embargo, pueden corregir ese movimiento y volver al punto de partida.
Vídeo: Este vídeo muestra un entorno de realidad virtual para larvas de pez cebra. El pez atraviesa un entorno 2D en presencia de un flujo de agua simulado. Crédito: Misha Ahrens
Mientras un pez cebra nada en el entorno de realidad virtual, los investigadores utilizan una técnica de imagen de todo el cerebro desarrollada en Janelia para medir lo que sucede en el cerebro del pez. Esta técnica permite a los científicos buscar en todo el cerebro para ver qué circuitos se activan durante su comportamiento de corrección de curso y desentrañar los componentes individuales involucrados.
Los investigadores esperaban ver la activación en el cerebro anterior, donde se encuentra el hipocampo, que contiene un "mapa cognitivo" del entorno de un animal. Para su sorpresa, vieron activación en varias regiones de la médula, donde la información sobre la ubicación del animal se transmitía desde un circuito recién identificado a través de una estructura del cerebro posterior llamada oliva inferior a los circuitos motores en el cerebelo que permiten que los peces se muevan. Cuando se bloquearon estos caminos, el pez no pudo navegar de regreso a su ubicación original.
Estos hallazgos sugieren que las áreas del tronco encefálico recuerdan la ubicación original de un pez cebra y generan una señal de error basada en sus ubicaciones actuales y pasadas. Esta información se transmite al cerebelo, lo que permite que el pez nade de regreso a su punto de partida. Esta investigación revela una nueva función para la oliva inferior y el cerebelo, que se sabía que estaban involucrados en acciones como alcanzar y locomoción, pero no este tipo de navegación.
Vídeo: Este vídeo muestra grabaciones de todo el cerebro de las larvas de pez cebra tomadas mientras estaba en el entorno de realidad virtual. Crédito: Misha Ahrens
"Descubrimos que el pez está tratando de calcular la diferencia entre su ubicación actual y su ubicación preferida y usa esta diferencia para generar una señal de error", dice Yang, el primer autor del nuevo estudio. "El cerebro envía esa señal de error a sus centros de control motor para que el pez pueda corregir después de haber sido movido por el flujo sin querer, incluso muchos segundos después".
Un nuevo circuito rombencéfalo multirregional
Todavía no está claro si estas mismas redes están involucradas en un comportamiento similar en otros animales. Pero los investigadores esperan que los laboratorios que estudian mamíferos comiencen a buscar ahora en el cerebro posterior circuitos homólogos para la navegación.
Esta red del cerebro posterior también podría ser la base de otras habilidades de navegación, como cuando un pez nada hacia un lugar específico para refugiarse, dicen los investigadores.
"Este es un circuito muy desconocido para esta forma de navegación que creemos que podría ser la base de los circuitos del hipocampo de orden superior para la exploración y la navegación basada en puntos de referencia", dice Misha Ahrens, líder sénior del grupo del Janelia.
La investigación se publica en la revista Cell el 22 de diciembre: A brainstem integrator for self-location memory and positional homeostasis in zebrafish
