updated 4:46 PM CEST, Jul 22, 2018

Pez eléctrico filtra sus propias señales

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pez nariz de elefante (Gnathonemus petersii)

Investigadores se acercan a un aspecto vital de la percepción: la capacidad de realizar la cancelación interna del ruido

Una nueva investigación sobre el pez nariz de elefante (Gnathonemus petersii) ha llevado a los neurocientíficos un paso más cerca de comprender cómo procesa el cerebro la información sensorial vital.

Los peces nariz de elefante pertenecen a la familia Mormyridae, y se los conoce como peces débilmente eléctricos. Se mueven lentamente a través de turbios arroyos y lagos en África, utilizando un sistema electrosensorial para detectar los diminutos pulsos eléctricos emitidos por sus presas invertebradas.

Al mismo tiempo, su órgano eléctrico, ubicado en la cola, emite pulsos más grandes para ayudar a la navegación y la comunicación con otros miembros de la especie.

Debido a que el pez usa para estos fines señales eléctricas, es esencial que su cerebro pueda diferenciar entre los pulsos generados por su propio cuerpo y los emitidos por el medio ambiente, las presas y otros miembros de su especie.

El pez nariz de elefante representa un excelente modelo de sistema para que los neurocientíficos estudien cómo filtran los humanos sus propios ruidos generados internamente, como latidos del corazón, respiración, digestión y movimientos del oído interno. Este mecanismo de cancelación de ruido se considera una parte esencial de la percepción y hasta ahora la investigación no había podido demostrar el vínculo entre la capacidad del cerebro para desconectar el ruido interno y percibir efectivamente el mundo exterior.

"En su aspecto más fundamental, el objetivo del cerebro es crear una representación precisa y estable del mundo que nos rodea, y durante mucho tiempo hemos planteado la hipótesis de que este mecanismo de cancelación del ruido desempeñó un papel en eso", dice Nathaniel Sawtell, de la Universidad de Columbia en los Estados Unidos, autor principal de las últimas investigaciones.

"Con este estudio, ofrecemos evidencia directa de que este mecanismo es esencial para perfeccionar y mejorar la capacidad del cerebro para percibir su entorno".

imagen negativaLos neurocientíficos han denominado a la suma total de señales eléctricas autogeneradas la 'imagen negativa', porque se detecta y luego se resta del entorno de los peces elefante.

"El cerebro recibe constantemente información sensorial junto con señales internas relacionadas con la conducta del animal", dice Sawtell.

"Esas señales internas actúan como una especie de etiqueta de identificación, dando pistas al cerebro sobre qué componentes son autogenerados y cuáles no.

"[La imagen negativa] actúa como una especie de mecanismo de sustracción, lo que permite que el animal se concentre en señales de importancia para el comportamiento provenientes del mundo exterior".

Los investigadores utilizaron en el laboratorio una combinación de experimentos de comportamiento y grabaciones neuronales para determinar qué tan esencial es esta imagen negativa para los peces nariz de elefante. Se reprodujeron a los peces las señales eléctricas de varias amplitudes que imitan las señales de las presas y se evaluó el comportamiento cuando el órgano eléctrico se vio afectado momentáneamente por parálisis y, por lo tanto, no pudo emitir pulsos eléctricos.

El equipo, que incluía otros investigadores de la Universidad de Columbia, usó grabaciones neuronales para examinar la respuesta de los electrorreceptores de los peces a estas señales de presas artificiales. Descubrieron que la codificación neuronal, el procesamiento de la información sensorial, mejoraba cuando se utilizaba una imagen negativa.

En la serie final de experimentos, se desactivaron las vías neuronales específicas implicadas en la percepción de la imagen negativa mediante la administración de un fármaco que bloqueó estos receptores.

"Los peces ya no podían distinguir entre señales eléctricas generadas por su entorno y las señales generadas por sus propias acciones. Esto significa que en el nivel más básico estaban esencialmente ciegos a su entorno", dice Sawtell.

El pez nariz de elefante ya no podía detectar presas o navegar por sus alrededores.

Se ha estudiado anteriormente el circuito neuronal responsable de la imagen negativa, o mecanismo de cancelación de ruido, pero esta es la primera vez que los investigadores han podido mostrar su papel directo en el comportamiento. Sawtell y el equipo continúan los trabajos para construir un modelo de cómo el cerebro humano usa una imagen negativa para nuestro procesamiento sensorial, y lo que sucede cuando se descompone este sistema.

"Un ejemplo de esto es el tinnitus, que causa un zumbido en las orejas y que puede comenzar en el núcleo coclear dorsal - una región del cerebro que estudiamos en ratones y que tiene sorprendentes similitudes con el equivalente humano en una región del cerebro llamada cerebelo", dice Sawtell.

"Lo que aprendemos en peces eléctricos es probable que sea relevante para comprender cómo se distingue el cerebro humano de los demás".

La investigación se publica en la revista Neuron: Internally Generated Predictions Enhance Neural and Behavioral Detection of Sensory Stimuli in an Electric Fish

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