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El mapa cerebral más completo del cerebro de una mosca a nanoescala

Instituto Médico Howard Hughes

Científicos del Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) tomaron fotografías detalladas de todo el cerebro de una mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) hembra adulta, utilizando microscopía electrónica de transmisión.

Son insectos sorprendentemente sofisticados: «pueden aprender y recordar. Tienen secuencias de cortejo y arreglo personal», dice el neurocientífico Davi Bock del HHMI.

El cerebro de la mosca de la fruta es aproximadamente del tamaño de una semilla de amapola, formado por alrededor de 100 mil neuronas (los humanos tienen 100 mil millones). Cada neurona se ramifica como cables finos, los cuales se «conectan» con otras neuronas, comunicándose entre sí a través de estos puntos de contacto, o sinapsis, formando una densa red de circuitos de comunicación.

Fueron necesarios dos microscopios electrónicos de alta velocidad, 7 062 rebanadas de cerebro y 21 millones de imágenes.

Para un equipo de científicos en el Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes en Ashburn, Virginia, estas cifras se suman a una primera técnica: una instantánea digital de alta resolución del cerebro adulto de la mosca de la fruta.

Los investigadores ahora pueden rastrear el camino de una neurona a otra en cualquier parte del cerebro, dice Bock, uno de los líderes del grupo en Janelia que publicó el trabajo junto con sus colegas en la revista Cell.

«Nunca se han generado imágenes de todo el cerebro de la mosca con esta resolución capaz de permitirte ver las conexiones entre las neuronas», dice el investigador. Ese detalle es clave para trazar los circuitos del cerebro: las redes precisas de conexiones neuronales que apuntalan los comportamientos específicos de las moscas.

Los datos del equipo de Janelia ofrecen una nueva herramienta para que los científicos compitan para «mapear» estas conexiones. Y, en un centro de memoria del cerebro, los datos también revelaron un nuevo tipo de célula y otras sorpresas. «Cada vez que miras imágenes con mayor resolución y más integridad, vas a descubrir cosas nuevas», dice Bock.

Una mirada de alta resolución al cerebro de la mosca de la fruta permite a los científicos rastrear los caminos de las células nerviosas individuales. Un nuevo hallazgo: el descubrimiento de un nuevo tipo de neurona (naranja) que habla con otras neuronas llamadas células de Kenyon (turquesa), que viven en una parte del cerebro de la mosca asociada con el aprendizaje y la memoria.
Foto: ScienceNews

Los científicos pueden ver estos cables y sinapsis con una técnica de imagen llamada microscopía electrónica de transmisión de sección serial. Primero, infunden el cerebro de la mosca con un cóctel de metales pesados. Estos metales se acumulan en las membranas celulares y las sinapsis, y finalmente marcan los contornos de cada neurona y sus conexiones. Luego, los investigadores golpean las rebanadas del cerebro con un haz de electrones, que atraviesa todo menos las partes cargadas de metal. «Es de la misma manera que los rayos X atraviesan su cuerpo, excepto donde golpean el hueso», explica Bock.

Las imágenes resultantes exponen rincones y grietas que una vez fueron escondidos en el cerebro.

Bock y un grupo de científicos desarrollaron nuevas herramientas para acelerar el proceso. El equipo utilizó cámaras de alta velocidad y dos sistemas personalizados para mover rápidamente las muestras de tejido en incrementos de ocho micrómetros, lo que les permitió capturar rápidamente las imágenes de las áreas vecinas. Pudieron obtener imágenes de una porción entera del cerebro en menos de siete minutos. También se beneficiaron de un cargador robótico personalizado construido en Janelia que recoge y coloca muestras automáticamente.

 

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