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Cada día nos acercamos más a desentrañar los misterios que conectan nuestros comportamientos con los complejos componentes del cerebro. La biomedicina sueña con desvelar cómo las neuronas del cerebro influyen en nuestra vasta gama de comportamientos. ¿Qué neuronas se activan cuando avanzamos? ¿Qué señales nos hacen retroceder y regresar al punto de partida? ¿Cómo determinamos el lugar exacto desde donde comenzamos? ¿Por qué algo nos irrita o nos aburre?
La tarea es monumental, compleja y laboriosa. Para comprender la relación entre la actividad cerebral y el comportamiento, necesitamos mapear esta correlación teniendo en cuenta todas las neuronas de un cerebro completo, un desafío que hasta ahora ha sido insuperable.
Cuando el sistema a estudiar es demasiado complejo, como el cerebro humano y sus innumerables combinaciones de comportamientos en solo una hora de nuestras vidas, la ciencia busca un modelo más sencillo. En este caso, necesitamos un ‘cerebro’ más pequeño que controle una lista limitada de comportamientos. Aquí es donde entra en juego el humilde gusano Caenorhabditis elegans, conocido como C. elegans.
El humilde gusano c. elegans
C. elegans ha sido una herramienta invaluable para la ciencia, proporcionando una ventana al funcionamiento de los organismos multicelulares. Su pequeño tamaño, simplicidad y transparencia lo convierten en el organismo ideal para estudiar la genética, la biología celular y la neurociencia. Con solo 302 neuronas, su sistema nervioso es relativamente simple pero contiene todos los componentes básicos de sistemas nerviosos más complejos, como el nuestro. Esta característica lo hace perfecto para buscar la conexión entre neuronas y comportamiento.
Un avance científico en la revista Cell
Recientemente, un equipo de científicos publicó en la revista Cell grabaciones de todo el sistema nervioso de C. elegans y un modelo matemático que predice con gran precisión cómo las neuronas representan los comportamientos del gusano. Aplicando este modelo a cada célula, los investigadores elaboraron un atlas que muestra cómo la mayoría de las células y los circuitos en los que participan codifican las acciones del animal.
Este atlas revela la ‘lógica’ que sigue el cerebro del gusano para producir un repertorio sofisticado y flexible de comportamientos.
Tecnologías innovadoras para un estudio detallado
Para realizar las mediciones necesarias y desarrollar el modelo matemático predictivo, los científicos inventaron un nuevo microscopio acoplado a un software que rastrea automáticamente la actividad de cada neurona y casi todos los comportamientos del gusano, incluyendo movimiento, alimentación, sueño y puesta de huevos, entre otros.
Descubrimientos clave sobre la actividad neuronal
El análisis de los datos reveló tres observaciones novedosas sobre la actividad neuronal:
- Las neuronas rastrean el comportamiento del momento presente y del pasado reciente.
- Son capaces de ajustar su codificación de comportamientos.
- Muchas neuronas codifican simultáneamente múltiples comportamientos.
Por ejemplo, las neuronas representaban factores como la velocidad, la dirección y si el gusano estaba comiendo o no, incluso en el simple acto de retorcerse en un plato de laboratorio. Algunas neuronas representaban el movimiento del gusano retrocediendo en el tiempo alrededor de un minuto, ayudando al gusano a ‘calcular’ cómo sus acciones pasadas influían en el presente.
Flexibilidad y adaptabilidad neuronal
Una vez identificada la relación neurona-comportamiento, se generó un atlas, aunque aún incompleto, que permite cuantificar y predecir cómo cualquier célula cerebral representaría el comportamiento del gusano. Un hallazgo importante fue que, aunque la mayoría de las neuronas seguían las predicciones del modelo, alrededor del 30% de las que codifican un comportamiento específico eran capaces de reajustar su codificación inicial y asumir nuevas tareas, especialmente en respuesta a estímulos inesperados como el calentamiento repentino del hábitat de los gusanos.
Este excelente trabajo nos hace pensar que la información conductual se expresa de manera rica y diversa en todo el cerebro. Cada día estamos más cerca de comprender cómo se conectan nuestros comportamientos con los componentes de esa ‘caja negra’ que llamamos cerebro. La ciencia avanza, y con cada paso nos acercamos más a desvelar los misterios del comportamiento humano y la mente.
