El trabajo ofrece la oportunidad de estudiar su funcionamiento y allana el camino para mapear los de otras especies y avanzar en el tratamiento de trastornos cerebrales, destaca la publicación.

Las moscas de la fruta comparten el 60 % del ADN humano, y tres de cada cuatro enfermedades genéticas humanas tienen un paralelismo en ellas. Por ello, comprender su cerebro es un peldaño más hacia la comprensión de cerebros de especies más grandes y complejas, como los humanos, apuntan los autores.

Su cerebro puede parecer minúsculo –tiene como un millón de neuronas menos que el órgano humano–, pero una mosca de la fruta puede ver, oler, oír, caminar y volar, argumentan. Es más, socializan, navegan y aprenden de la experiencia, explicó a la prensa Sebastian Seung, investigador en la Universidad estadounidense de Princeton y codirector, junto con Mala Murthy, del equipo de investigación.

Se trata del primer diagrama de cableado (o conectoma) de todo el cerebro de este insecto, Drosophila melanogaster, un organismo modelo típico en biología.

En este estudio participaron investigadores de Reino Unido, Estados Unidos, Australia, Francia, Alemania, Israel, Corea, Filipinas, Polonia, Portugal, Puerto Rico, Suiza y Taiwán.

Mientras que unos grupos se centraron en las conexiones, otros han identificado en dicho conectoma más de 8 400 tipos celulares, de los cuales 4 581 son nuevos, detalla el artículo.

Por último, otros trabajos arrojan luz sobre cómo la conectividad entre neuronas específicas impulsa comportamientos como la comunicación entre regiones cerebrales o el movimiento, subraya.

03 octubre 2024|Fuente: Prensa Latina |Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2024. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.|Noticia

La investigación, publicada en la revista Current Biology, ofrece pistas sobre cómo funcionan estas decisiones en otras especies, y tal vez incluso podría aplicarse para ayudar a las máquinas de inteligencia artificial (IA) a aprender a categorizar información.

Alguien que esté trabajando cerca de una ventana abierta si el ruido exterior es lo suficientemente bajo, es posible que ni siquiera lo note. A medida que el nivel de ruido aumenta gradualmente, comenzará a notarlo más y, finalmente, su cerebro tomará una decisión sobre si debe levantarse y cerrar la ventana.

Pero cómo traduce el sistema nervioso ese aumento gradual y lineal de intensidad en una decisión binaria de «es una pregunta realmente importante, admite el neurocientífico Bing Ye, miembro de la facultad del Instituto de Ciencias de la Vida de la Universidad de Michigan y autor principal del estudio. Entre la entrada sensorial y la salida del comportamiento hay una especie de ‘caja negra’. Con este estudio, queríamos abrir esa caja».

Las imágenes del cerebro en humanos u otros mamíferos pueden identificar ciertas regiones del cerebro que responden a estímulos particulares. Pero para determinar cómo y cuándo las neuronas transforman la información lineal en una decisión no lineal, los investigadores necesitaban un análisis mucho más profundo y cuantitativo del sistema nervioso, señala Ye.

Eligieron trabajar con el organismo modelo ‘Drosophila‘ debido a la disponibilidad de herramientas genéticas que permiten identificar neuronas individuales que responden a estímulos.

Usando una técnica de imágenes que detecta la actividad neuronal a través de la señalización de calcio entre las neuronas, los científicos pudieron producir imágenes de neuroactividad en 3-D de todo el sistema nervioso central de las moscas.

«Lo que vimos fue que, cuando estimulamos las neuronas sensoriales que detectan estímulos dañinos, bastantes regiones del cerebro se iluminan en segundos, explica Yujia Hu, investigadora de la LSI y una de las autoras principales del estudio. Pero estas regiones cerebrales realizan diferentes funciones. Algunas procesan inmediatamente la información sensorial, otras activan la salida del comportamiento, pero algunas son más para este proceso de transformación que ocurre en el medio».

Cuando las neuronas sensoriales detectan los estímulos externos dañinos, envían información a las neuronas de segundo orden del sistema nervioso central. Los investigadores descubrieron que una región del sistema nervioso en particular, denominada núcleo medial posterior, responde a la información sensorial ya sea silenciando señales menos intensas o amplificando señales más intensas, clasificando eficazmente un gradiente de entradas sensoriales en categorías de «responder» o «no responder».

Las señales se amplifican a través de un mayor reclutamiento de neuronas de segundo orden en la red neuronal, lo que los investigadores denominan amplificación escalonada. Un estímulo leve podría activar dos neuronas de segundo orden, por ejemplo, mientras que un estímulo más intenso podría activar 10 neuronas de segundo orden en la red. La red más grande puede provocar una respuesta conductual.

Pero para tomar una decisión de «sí» o «no», el sistema nervioso necesita una forma no solo de amplificar la información (para una respuesta de «sí»), sino también de suprimir información innecesaria o menos dañina (para una respuesta de «no»).

«Nuestro sistema sensorial detecta y nos dice mucho más de lo que nos damos cuenta, asegura Ye, quien también es profesor de biología celular y del desarrollo en la Facultad de Medicina de la UM. Necesitamos una forma de silenciar esa información, o simplemente tendríamos una amplificación exponencial constante».

Usando las imágenes en 3-D, los investigadores encontraron que las neuronas sensoriales en realidad detectan los estímulos menos dañinos, pero esa información es filtrada por el núcleo medial posterior, a través de la liberación de una sustancia química que reprime la comunicación de neurona a neurona.

Juntos, los hallazgos decodifican el mecanismo biológico que utiliza el sistema nervioso de la mosca de la fruta para convertir un gradiente de información sensorial en una respuesta conductual binaria. Y Ye cree que este mecanismo podría tener aplicaciones mucho más amplias.

«Existe una idea dominante en nuestro campo de que estas decisiones se toman mediante la acumulación de evidencia, lo que lleva tiempo, explica. En el mecanismo biológico que encontramos, la red está cableada de tal manera que no necesita una fase de acumulación de evidencia. No lo sabemos todavía, pero nos preguntamos si esto podría servir como modelo para ayudar a la IA a aprender a clasificar la información más rápidamente».

octubre 29/2020 (Europa Press) Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

 Referencia Bibliográfica:

Hu Y.,Yang C., Yang L., Pan G., Liu H., Yu G., Ye B.: A Neural Basis for Categorizing  Enhance Decision Accuracy. Current Biology. 2020. https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.09.045

Es un hallazgo importante, publicado en la revista Cell Reports, porque los sistemas sensoriales periféricos, que determinan cómo percibimos el entorno que nos rodea, hacen que los objetivos terapéuticos sean más accesibles para tratar los síntomas relacionados con los TEA, en lugar del cerebro central.

En la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster, un poderoso modelo para estudiar neurobiología, los investigadores mostraron que la pérdida de una proteína conocida como neurofibromina 1 causaba que las moscas macho adultas tuvieran problemas sociales.

Esos déficits, según mostraron los investigadores, se remontan a una interrupción primaria en un pequeño grupo de neuronas periféricas que controlan los estímulos externos, como el olfato y el tacto, que se comunican con el cerebro.

Estos datos plantean la emocionante posibilidad de que la raíz del problema no comience con errores en el cerebro en sí. Es el flujo interrumpido de información desde la periferia al cerebro lo que deberíamos estar observando más de cerca, explica el autor principal Matthew Kayser, profesor asistente en el departamento de Psiquiatría de la Facultad de Medicina de la Universidad de Pensilvania.

Los hallazgos deberían ayudar a guiar el campo hacia objetivos terapéuticos de procesamiento sensorial que, de ser efectivos, podrían ser transformadores para los pacientes que sufren estos trastornos, añade.

En humanos, una pérdida de neurofibromina 1 se asocia con neurofibromatosis tipo 1 (NF1), un trastorno del desarrollo neurológico con altas tasas de ASD, pero se desconoce cómo esa pérdida conduce a déficits sociales. Estudios anteriores también han demostrado un vínculo entre el sistema sensorial periférico y los déficits sociales, pero este es el primero que implica la función de neurofibromina.

Hasta el 50 por ciento de los niños con NF1 entran en el espectro del autismo y tienen 13 veces más probabilidades de presentar síntomas de trastornos por deficit de atención (TEA) muy elevados, incluidas discapacidades sociales y comunicativas, mayor aislamiento y acoso, dificultades en las tareas sociales y sensibilidades al sonido o la luz.

Esos síntomas están relacionados con dificultades para procesar la información sensorial. El procesamiento de la cara y la mirada, por ejemplo, hace que un gesto social como el contacto visual sea extremadamente difícil.

El equipo, dirigido por la científica postdoctoral, Emilia Moscato, usó moscas manipuladas genéticamente para mostrar que una pérdida de neurofibromina condujo a una disminución del comportamiento de cortejo social y errores en las neuronas sensoriales gustativas llamadas ppk23, que se sabe que coordinan tales comportamientos.

Estos déficits conductuales se derivan de un papel continuo de la neurofibromina en la coordinación de las funciones sociales en adultos, en lugar de guiar el desarrollo de los circuitos neuronales conductuales sociales.

Más específicamente, el control in vivo de la actividad neuronal en las moscas mutantes mostró una disminución de la activación de las neuronas sensoriales en respuesta a señales feromonales específicas, que luego interrumpieron la función adecuada de las neuronas cerebrales posteriores que dirigen las decisiones sociales.

La interrupción también condujo a cambios persistentes en el comportamiento de las moscas más allá de la interacción social en sí, lo que sugiere que un breve error sensorial puede tener consecuencias duraderas en el comportamiento.

A continuación, los investigadores apuntan a comprender mejor cómo esta mutación se traduce en una interrupción en la actividad cerebral y, en última instancia, en los comportamientos asociados con ASD y NF1. También esperan probar diferentes drogas en modelos animales para identificar nuevos compuestos que puedan restaurar los comportamientos sociales.

El procesamiento sensorial es un punto de entrada fácilmente comprobable en la disfunción del comportamiento social, destaca Kayser, por lo que los hallazgos de estos experimentos tienen el potencial de impactar rápidamente el entorno clínico.

julio 09/2020 (Europa Press) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Investigadores del Hospital Johns Hopkins en Estados Unidos, en un estudio publicado en la revista «Nature», señalan que podrían haber descubierto el primer paso para ver cómo una mutación genética cusa un daño cerebral asociado a la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) o la demencia frototemporal (DFT). Explican que el gen alterado C9orf72, localizado en el cromosoma humano 9, causa que las moléculas de ARN bloqueen importantes vías para el transporte de proteínas, lo que provocaría atascos moleculares fuera de los núcleos de las células cerebrales y afectaría a sus operaciones y supervivencia. Gracias a un experimento, los especialista apunta que además, una terapia molecular podría mitigar este tráfico y restauran el flujo molecular en el núcleo celular.

La mutación C9orf72, el factor genético de riesgo más conocido para estas enfermedades, se asocia con el 40 % de los casos hereditarios de ELA y a un 25 % de los de demencia frototemporal. Ambas enfermedades se caracterizan por la degeneración de las células nerviosas con el tiempo.

400 PROTEÍNAS

Según Jeffrey Rothstein, profesor de la Facultad de Medicina de la Universidad de Johns Hopkins, los investigadores sabían que la mutación C9orf72, en vez de cambiar de un bloque de ADN a otro, generaba un cadena de nucleótido de ADN para que se repitieran ciento de veces. A través de un ADN mutado, estas células afectadas crean largas hebras de ARN repetitivo, material genético responsable de transmitir el código genético de ADN fuera del núcleo a la maquinaria que la traduce en proteínas.

En 2003, el laboratorio de Rothstein identificó más de 400 proteínas en las células en las que las hebras repetitivas de ARN podrían interactuar. Sin embargo, los investigadores del hospital, junto con Thomas Lloyd, profesor de neurología en la universidad, se han dirigido a una de esas proteínas, la RanGAP, como la clave para mediar el efecto del ARN mutado en las células.

«Hemos llegado a este descubrimiento usando un modelo de la mosca de la fruta con ELA y demencia, que nos permitía detectar de esos 400 candidatos uno que bloquee las muerte de las células cerebrales en un organismo vivo», explica Lloyd. «Este trabajo identifica a la proteína RanGAP como un objetivo principal de las repeticiones de C9orf72 que podrían prevenir la muerte de células cerebrales», añade el especialista.

EN BUSCA DE UN FÁRMACO

En células sanas, el RanGAP ayuda a transportar moléculas a través de los poros nucleares que conectan el citoplasma celular y el núcleo. Pero en su estudio, con células de las mosca y humanas, Rothstein y Lloyd descubrieron que el RanGAP se aglutina fuera del núcleo. Es más, las proteínas que dependen del RanGAP para transportarse al núcleo no fluyen a través de los poros nucleares.

Rothstein ha anunciado una colaboración con el laboratorio Isis Pharmaceuticals para desarrollar un fármaco que podrían ayudar tanto a pacientes con ELA y DFT: Sin embargo, «aún no sabemos el paso que existe entre la mutación C9orf72 y la muerte celular en el cerebro», señala Rothstein.
agosto 28/2015 (Diario Médico)

Los científicos conocen que nuestros relojes biológicos controlan la actividad neuronal. Pero antes no se entendía cómo ocurría este proceso -es decir, cómo la información de los relojes biológicos conduce los ritmos en la actividad eléctrica de las neuronas marcapasos las que, a su vez, impulsan los ritmos diarios.

Para comprender este mecanismo, los investigadores examinaron los relojes biológicos, o circadianos de la mosca de la fruta Drosophila, las que son empleadas comúnmente para la investigación en esta área. Estudios anteriores de los «genes reloj» en moscas de la fruta permitieron la identificación de genes que funcionan de manera similar en los seres humanos.

En su estudio, los investigadores se centraron en ocho neuronas marcapasos maestras localizadas en el cerebro central    -estas neuronas establecen el calendario de las transiciones diarias entre el sueño y la vigilia en la mosca. En concreto, ellos fueron capaces de aislar estas neuronas en animales e identificar grupos de genes expresados diferencialmente entre el amanecer y el atardecer.

En una serie de experimentos de seguimiento se concentraron en un gen, Ir, cuya expresión era mucho mayor al atardecer  que al amanecer y mucho más altamente expresada en las neuronas marcapasos que en el resto del cerebro. Ir codifica un canal de potasio que ayuda a establecer el estado de reposo de las neuronas -por lo que su expresión rítmica hace que sea un excelente candidato para ayudar a relacionar al reloj biológico con la actividad de la neurona marcapasos. Los altos niveles de expresión del Ir al atardecer deben hacer a las neuronas marcapasos mucho más difícil la señalización que los niveles bajos observados en la madrugada, un hallazgo que concuerda con estudios anteriores que muestran que las neuronas marcapasos se disparan más al amanecer que al atardecer.

Los autores también descubrieron que las manipulaciones genéticas que aumentan o disminuyen los niveles de Ir afectan los ritmos de comportamiento. Pero quizás lo más interesante sea que estos niveles también se asociaron con cambios en el momento y la fuerza de las oscilaciones en el núcleo del reloj.

«La biología nunca es tan simple como imaginamos», explicó Blau. «Estábamos buscando una vía en el reloj biológico que uniera el núcleo del reloj a la actividad neuronal.  El gen Ir parece hacer esto, pero también, sorprendentemente, retroalimenta la regulación del núcleo del reloj por si mismo. Los circuitos de retroalimentación parecen estar profundamente arraigados en el reloj biológico y presumiblemente ayuden a estos relojes a funcionar tan bien. »
septiembre 30/2012 (Eurekalert)

Marc Ruben, Mark D. Drapeau, Dogukan Mizrak, Justin Blau. A Mechanism for Circadian Control of Pacemaker Neuron Excitability. J Biol Rhythms, octubre 2012; vol. 27, 5: pp. 353-364. doi: 10.1177/0748730412455918.

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