El principal desafío de la neurociencia es comprender cómo controla el sistema nervioso el comportamiento de los animales. En los últimos años, los neurocientíficos han hecho grandes avances a la hora de descubrir cómo la actividad colectiva de muchas neuronas individuales resulta clave para controlar comportamientos como el alcance del brazo en los primates, el canto en los jilgueros y la elección entre nadar o reptar en las sanguijuelas.
El problema es que los neurocientíficos sólo pueden estudiar el papel que tienen pequeños grupos de neuronas en estos comportamientos. Principalmente porque resulta difícil observar los comportamientos individuales de agrupaciones densas de neuronas. Las técnicas de toma de imágenes se centran en pequeñas regiones del cerebro, generalmente en animales inmovilizados.
Así pues, una forma de conseguir imágenes de la actividad neuronal en todo el cerebro de un animal en movimiento sería un avance significativo. Ahora, Jeffrey Nguyen y su equipo de la Universidad de Princeton (EEUU) afirman haberlo hecho por primera vez. Los investigadores han capturado la actividad neuronal en todo el cerebro de gusanos nematodos moviéndose libremente por una placa de Petri.
La técnica es relativamente sencilla. Para capturar imágenes de un gusano en movimiento usan un sistema de reconocimiento de imágenes que sigue su movimiento en tiempo real y mueve una plataforma para mantenerlo en el campo de visión de un microscopio confocal.
Después emplean una técnica estándar de toma de imágenes de calcio fosforescente para fotografiar la actividad neuronal en un corte fino del cerebro del nematodo. Esto se logra modificando genéticamente a los gusanos para que expresen una proteína fosforescente que brilla cuando las neuronas producen iones de calcio, que se consideran un indicio de actividad neuronal.
Fotografiando otros cortes del cerebro, el equipo construyó una imagen tridimensional de toda la actividad cerebral. Y haciéndolo a una tasa de 200 fotogramas por segundo capturaron cinco volúmenes del cerebro por segundo mientras se mueve el gusano. Los vídeos se pueden ver aquí.
Los resultados son la primera información que tenemos sobre la actividad cerebral y su relación con el movimiento de todo el cuerpo, que el equipo también se registró con otra cámara.
El gusano nematodo es un sujeto ideal para este tipo de estudio porque ya se ha hecho un mapa completo de las 302 neuronas de sus sistema nervioso. Los investigadores observaron actividad en 78 de esas neuronas y hallaron que mostraba correlaciones significativas con movimientos hacia delante, hacia atrás y giros.
El equipo explica que ha comparado sus resultados con estudios anteriores de neuronas únicas y afirma que son consistentes y que además han encontrado pruebas de la existencia de circuitos de comportamiento completamente nuevos. "Creemos que este trabajo representa un avance significativo para lograr el estudio de dinámicas de población de una red neuronal del tamaño de un cerebro completo para codificar el comportamiento", sostienen.
Es un trabajo impresionante con un potencial significativo para el futuro. Sin embargo, quedan algunos retos por delante. Quizá el más importante sea que nadie sabe cómo se enlazan las neuronas del cerebro con las neuronas del cuerpo. "Hace falta más trabajo para resolver este reto de la identidad neuronal", admite Nguyen.
Pero es un problema que seguro que abordarán muchos investigadores dado este nuevo avance. Lo que sí ha quedado claro es que a partir de ahora la neurociencia tiene acceso a una potente nueva técnica de toma de imágenes.
Ref: arxiv.org/abs/1501.03463: Imágenes de Calcio del Cerebro Completo con Resolución Celular en C. Elegans Sueltos