Audio o subtítulos en españolVídeos
Tendencias

Escaneo nanométrico del cerebro de una mosca de la fruta

Investigadores del HHMI utilizaron tecnología de microscopía electrónica para generar una instantánea digital de alta resolución del cerebro de la mosca adulta de la fruta.

Vía neurosciencenews.com

7,062 cortes transversales del cerebro. 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 son el resumen de escanear en alta resolución con dos microscopios electrónicos de alta velocidad el cerebro adulto de la mosca de la fruta.

Los investigadores ahora pueden rastrear el camino de cualquier neurona a cualquier otra neurona en todo el cerebro, dice el neurocientífico Davi Bock, un líder del grupo en Janelia que informó el trabajo junto con sus colegas el 19 de julio de 2018, en la revista Cell.

“Nunca se han generado imágenes de todo el cerebro de la mosca con esta resolución que te permite ver las conexiones entre las neuronas”, dice. 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. Además, 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.

La mente de una mosca

Las moscas de la fruta, o Drosophila melanogaster, pueden ser más conocidas por zumbar alrededor de los plátanos maduros. Pero estos diminutos insectos son sorprendentemente sofisticados, dice Bock. “Pueden aprender y recordar. Ellos saben qué lugares son seguros y peligrosos. Tienen elaboradas secuencias de cortejo”.

Bock quiere descubrir cómo funciona todo.

El cerebro de la mosca de la fruta, aproximadamente del tamaño de una semilla de amapola, contiene alrededor de 100.000 neuronas (los humanos tienen 100 mil millones). Cada neurona se ramifica en un estallido de cables finos que tocan los cables de otras neuronas. Las neuronas se comunican entre sí a través de estos puntos de contacto, o sinapsis, formando una densa red de circuitos de comunicación.

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.

La aceleración de la microscopía electrónica

La microscopía electrónica ha sido, históricamente, un proceso lento. Hace una década, recopilar los millones de imágenes necesarias para ver todo el cerebro de la mosca habría estado fuera de discusión, dice Bock. “Imagina tomar 21 millones de fotos con tu iPhone”, dice. “Estarías sentado y haciendo clic durante décadas”.

Él 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, cinco veces más rápido que la matriz de cámara de microscopio electrónico de transmisión de alto rendimiento anterior, TEMCA1. Bock y sus colegas también se beneficiaron de un cargador robótico personalizado construido en Janelia que recoge y coloca muestras automáticamente.

Crear esa tecnología de punta no fue una tarea fácil, dice Bock. El trabajo requirió la colaboración de docenas de neurocientíficos, ingenieros mecánicos y desarrolladores de software de Janelia, así como consultores de ingeniería y científicos de la Universidad Johns Hopkins y el Laboratorio de Biología Molecular de MRC. Después de una larga colaboración informal entre estos científicos, en 2016 se creó un equipo formal del proyecto Janelia, coadministrado por el ingeniero de software Khaled Khaled, de Bock and Janelia, para impulsar el esfuerzo hasta su finalización.

Una mirada más cercana

Los millones de imágenes que el equipo de Bock recopiló y cosió ofrecen una visión en profundidad del cerebro de la mosca y la posibilidad de explorar áreas desconocidas.

El equipo de Bock rastreó los caminos de las neuronas que llegan al cuerpo de los hongos, una región involucrada en la memoria y el aprendizaje. Estas células, llamadas neuronas de proyección olfativa, han sido bien descritas anteriormente, usando microscopía óptica. Al rastrear manualmente los contornos de estas neuronas y todas sus proyecciones parecidas a cables, el equipo de Bock confirma la calidad de sus datos de imagen.

Las neuronas de proyección olfativa envían mensajes a las neuronas llamadas células de Kenyon. Estas células, a su vez, hablan con diferentes conjuntos de neuronas. Hasta ahora, los científicos no habían identificado a los interlocutores de las células de Kenyon en una región del cuerpo de hongo llamada cáliz. El equipo de Bock identificó algunas de estas neuronas, así como también una neurona desconocida hasta ahora que también transmite información a las células de Kenyon.

Las neuronas de proyección olfativa también parecían estar más unidas entre sí de lo que los científicos pensaban, dice Bock. Esta agrupación sugiere una estructura ordenada en algo que una vez se creía que era en gran parte aleatorio.

Una mejor comprensión de este circuito cerebral podría dar a los científicos una idea del comportamiento de la mosca, dice Bock. “Creemos que nos dirá algo sobre cómo aprende el animal, cómo asocia los olores con una recompensa o un castigo”, explica.

Ahora, más de 20 grupos de laboratorio están explorando el nuevo conjunto de datos, rastreando las neuronas y delineando los circuitos del cerebro. Bock llama a los datos un recurso que los mineros neurocientíficos pueden explorar para explorar la mente de la mosca. “Agrega otra herramienta al conjunto de herramientas que estamos utilizando para comprender este animal”.

Tags
Ver más...

Artículos relacionados

Close