Científicos han llevado a cabo un estudio en el que han transformado un pez dorado en un cyborg para entender cómo se representa el espacio en el cerebro de los teleósteos. Los investigadores registraron la actividad de varias células individuales en el telencéfalo del pez dorado y descubrieron una población de células que codifican el espacio, conocidas como células vectoriales de límite.
La ciencia siempre está en busca de respuestas a preguntas que parecen imposibles de responder. En este sentido, el estudio titulado «Boundary Vector Cells in the Goldfish Central Telencephalon Encode Spatial Information» publicado en PLOS One, es un proyecto innovador que busca comprender los mecanismos neuronales detrás de la navegación en los animales y su evolución. En el marco de este proyecto, los científicos han llevado a cabo un procedimiento novedoso: el implante de electrodos en los cráneos de peces dorados para registrar su actividad neuronal.
El objetivo del estudio
Imagen en mi cabeza cuando leí el estudio
El objetivo de este proyecto es entender cómo los animales encuentran su camino en su entorno, ya sea para encontrar comida, refugio o para escapar de los depredadores. En este sentido, la navegación es un aspecto crucial del comportamiento animal y, por lo tanto, es importante estudiar cómo funciona el cerebro de los animales en relación con la navegación.
Para llevar a cabo el proyecto, los científicos han implantado electrodos en los cráneos de 15 peces dorados. El procedimiento no fue sencillo, ya que el cerebro del pez dorado es muy pequeño y tiene una longitud de solo 0.5 pulgadas, lo que lo hace parecer un grupo de lentejas. Los científicos tuvieron que exponer el cerebro y colocar los electrodos dentro con la ayuda de un microscopio. Cada electrodo que se implantó tiene el diámetro de un hilo de cabello.
Uno de los desafíos más grandes fue encontrar una forma de realizar el procedimiento en tierra sin dañar al pez dorado. Para ello, los científicos bombearon agua y anestesia en la boca del pez dorado para mantenerlo hidratado y evitar que se moviera durante el procedimiento. Después de implantar los electrodos, los científicos conectaron un pequeño dispositivo de grabación que monitorea la actividad neuronal.
Entrenamiento y adaptación de los peces dorados
Antes de realizar los experimentos, los científicos entrenaron a los peces dorados para que nadaran continuamente en un tanque de agua rectangular. Los peces se alimentaban en diferentes lugares del tanque, lo que les permitió familiarizarse con su entorno. Después de 1 a 2 semanas de entrenamiento, los peces se adaptaron a explorar todo el espacio del tanque libremente.
Tras el entrenamiento, se implantó un sistema de grabación inalámbrica y tetrodos extracelulares en el telencéfalo central de los peces dorados. Después de un día de recuperación, los peces continuaron explorando el tanque mientras se registraba su actividad neuronal y se rastreaba su posición.
La actividad neuronal se registró mediante 3 a 4 tetrodos, y las células individuales se identificaron mediante la separación de picos. Se analizaron las asociaciones entre la actividad celular y la trayectoria del pez.
Resultados para que lo entienda todo el mundo
Los hallazgos del estudio son fascinantes. Los científicos descubrieron que los peces dorados usan un tipo diferente de sistema de neuronas que los mamíferos para navegar. En lugar de usar células para determinar su ubicación exacta en su entorno, los peces dorados confían en las neuronas que les indican cuando se acercan a un obstáculo o límite. Al combinar varias distancias de barrera, los peces pueden orientarse en el espacio.
En contraste, los mamíferos utilizan células para determinar su ubicación exacta en su entorno, lo que sugiere que diferentes animales usan diferentes circuitos de navegación para enfrentar los desafíos de su entorno.
Resultados más técnicos
Los resultados mostraron que una parte considerable de las células registradas tenía una actividad neuronal que estaba modulada por la posición del pez en el entorno. De estas células espacialmente moduladas, algunas mostraron un patrón de disparo difuso y fueron eliminadas del análisis.
Las células restantes se clasificaron como células vectoriales de límite, que se caracterizan por una disminución gradual de la tasa de disparo a medida que aumenta la distancia del animal respecto a un límite en una dirección específica. Estas células se asemejan a las células vectoriales de límite encontradas en mamíferos.
Se analizó si la actividad de las células vectoriales de límite estaba modulada por la dirección de nado del pez en relación con su posición. Los investigadores encontraron que la tasa de disparo de algunas células se atenuaba al nadar alejándose de su límite preferido.
Para abordar la posibilidad de que los resultados pudieran estar mediados por una diferencia en la velocidad de nado hacia o alejándose del límite, se realizó un análisis de varianza (ANOVA). Este análisis respaldó la idea de que existe una sintonización de direccionalidad en la actividad de las células vectoriales de límite en los peces, aunque aún es difícil diferenciar con seguridad el efecto de la dirección de nado de otros aspectos conductuales en el espacio. Por lo tanto, se necesitan más investigaciones para establecer este punto.
Para probar la hipótesis de que las células registradas estaban sintonizadas con un límite preferido en lugar de un campo específico en el entorno, se realizó un experimento adicional en el que se midió la actividad neuronal de las mismas células antes y después de cambiar la geometría del tanque. Esto se hizo agregando una pared adicional horizontal en el tanque. Después de agregar la pared, las células vectoriales de límite respondieron tanto al fondo del tanque de agua como a la nueva pared, como se esperaría de una célula vectorial de límite.
Los patrones de disparo observados en la población registrada de células vectoriales de límite mostraron principalmente un patrón monótono decreciente con la distancia desde un límite en la dirección preferida de cada célula. Los investigadores calcularon el tamaño del campo receptivo de estas células como el ancho de la curva sigmoidea que mejor se ajustaba a los datos. Las direcciones preferidas (Θmax) de las células vectoriales de límite registradas se distribuyeron de manera casi uniforme en el espacio.
Conclusión
La transformación de los peces dorados en cyborgs permitió a los científicos analizar la actividad neuronal en tiempo real y explorar cómo se representa el espacio en su cerebro. Aunque se necesitan investigaciones adicionales para comprender completamente la función de estas células y cómo interactúan con otros aspectos del comportamiento, estos resultados proporcionan información valiosa sobre la codificación espacial en teleósteos y podrían tener implicaciones en la comprensión de sistemas de navegación en otros animales.
Más información en www.sciencefocus.com y en nature.com