updated 3:47 PM CET, Dec 7, 2016

Mira 80.000 neuronas de fuego en el cerebro de un pez

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neuronas en un pez cebra

Es la primera vez que ha sido fotografiado un cerebro completo mientras que el pez estaba viendo

El video de abajo muestra un 80 por ciento de neuronas encendidas en el cerebro de un pez cebra bebé cuando el animal responde a lo que ve. Los científicos que realizaron el video dicen que su nueva técnica, llamada imagen-lámina de luz, les permitirá estudiar los mecanismos neurales de la conducta en un detalle sin precedentes.

"Tiene que haber principios fundamentales acerca de cómo representan la información y guían el comportamiento las grandes poblaciones de neuronas", dice el neurocientífico Jeremy Freeman del Howard Hughes Medical Institute’s Janelia Farm Research Campus en Ashburn, Virginia. "En este sistema en el que grabamos todo el cerebro, podemos empezar a entender cuáles son esas reglas".

Tratar de averiguar cómo se mueve y percibe un animal el mundo a su alrededor desde la acción de unas pocas neuronas es como tratar de averiguar la trama de una película desde el parpadeo de una docena de píxeles aleatorios. Pero eso es análogo a lo que los neurocientíficos han estado haciendo durante décadas: usan electrodos de fino alambre, o rejillas de ellos, para recoger las señales de (en el mejor de los casos) unos cientos de neuronas, millones o incluso miles de millones.

En un documento en Nature Methods, Freeman y sus colegas describen cómo utilizaron una combinación de ingeniería genética y óptica para capturar la actividad de alrededor de 80.000 neuronas en los cerebros de las larvas de pez cebra. Los científicos utilizaron el pez cebra mediante ingeniería genética para tener un indicador químico en cada neurona. En una décima de segundo después el indicador de una neurona se vuelve fluorescente. Barriendo rápidamente con rayos láser a través del pez, los científicos hacen que brillen las neuronas activadas recientemente. Dado que el pez cebra es totalmente transparente, la luz de cada neurona puede ser capturada con una cámara cenital.

Al principio de la película, el pez está en reposo y la región del cerebro anterior en la extrema derecha está parpadeando. Eso puede representar lo que el pez está pensando cuando simplemente pasa el tiempo.

Entonces, los científicos crearon la ilusión de que el pez iba a la deriva hacia atrás poniendo unas barras de deslizamiento en frente de sus ojos. Su intención de nadar para ponerse al día se midió con electrodos en sus músculos. Cuando las barras empiezan el deslizamiento, se iluminan unas pocos neuronas situadas justo detrás de los ojos, seguido de una enorme cascada de actividad, incluyendo los grandes impulsos que inician la natación.

Estudios previos realizados por este laboratorio y otros han estudiado el cerebro del pez cebra en alta resolución, pero este estudio marca la primera vez que fue fotografiado un cerebro completo mientras que el pez estaba viendo y comportándose. Cada fotograma de la película muestra una instantánea de medio segundo de la actividad del cerebro. La resolución temporal es lo suficientemente rápida para identificar qué neuronas están implicadas en un comportamiento dado, pero demasiado lenta para contar cuántas veces se disparan.

El experimento proporciona una vista excepcional de un fenómeno bien conocido llamado selectividad direccional, presente en los seres humanos, monos, ranas y peces. Para cada dirección espacial, hay algunas neuronas sintonizados para responder al movimiento en esa dirección (ver imagen de cabecera). Por ejemplo, cuando un objeto se mueve en el campo de visión de izquierda a derecha, unas pocos neuronas se encienden y transmiten esa información al resto del cerebro. Este estudio presenta un panorama de la selectividad direccional en todo el cerebro del pez cebra.

Los colores caleidoscópicos en la parte superior e inferior de la imagen muestran las neuronas en el techo óptico, que son las primeras en procesar las señales del ojo. En esta etapa, están presentes todos los colores. Pero cuando la información direccional se mueve a través del cerebro, diferentes colores quedan concentrados en diferentes regiones. Por ejemplo, las regiones púrpuras y verdes en la luz central cuando se detecta deslizamiento de lado.

Un curso ligeramente torcido se puede corregir hacia la izquierda o hacia la derecha, lo que corresponde a amarillo o rosa. De hecho, los dos lados de la parte posterior del cerebro, que se activan en la iniciación de la natación, son anillados con esos colores.

En el cerebro anterior, donde pueden suceder las versiones de pensamientos y recuerdos del pez, el significado de los colores sigue siendo un misterio. Para ayudar a dilucidar el papel de esas neuronas, los investigadores planean modificar dinámicamente el entorno de los peces en respuesta a su actividad cerebral.

Artículo científico: Light-sheet functional imaging in fictively behaving zebrafish