¿Cómo se las arregla el cerebro para reaccionar ante un estímulo visual con el comportamiento adecuado?
Resumen: El estudio apoya la teoría de que las neuronas altamente especializadas en el cerebro son clave para traducir diversos estímulos visuales en comportamiento.
Fuente: Instituto Max Planck
Las células ganglionares de la retina (RGC) son el cuello de botella a través del cual fluyen todas las impresiones visuales desde la retina al cerebro. Un equipo del Instituto Max Planck de Neurobiología, la Universidad de California en Berkeley y la Universidad de Harvard creó un catálogo molecular que describe los diferentes tipos de estas neuronas. De esta manera, los tipos individuales de RGC podrían estudiarse sistemáticamente y vincularse a una conexión, función y respuesta conductual específicas.
Cuando los peces cebra ven la luz, a menudo nadan hacia ella. Lo mismo ocurre con las presas, aunque las señales son completamente diferentes. Un depredador, por otro lado, hace que el pez escape. Eso es bueno, porque una confusión tendría consecuencias fatales. Pero, ¿cómo se las arregla el cerebro para reaccionar ante un estímulo visual con el comportamiento adecuado?
Las señales ópticas son generadas por fotones que bombardean la retina del ojo. Las neuronas de la retina recogen y procesan estas impresiones. Mientras lo hace, la retina se enfoca en los detalles importantes: ¿Hay contraste o color? ¿Hay objetos grandes o pequeños? ¿Algo se mueve? Una vez que se filtran estos detalles, las células ganglionares de la retina (RGC) los envían al cerebro, donde se traducen en un comportamiento específico.
Como única conexión entre la retina y el cerebro, las RGC juegan un papel central en el sistema visual. Ya sabíamos que los tipos específicos de RGC envían diferentes detalles a diferentes regiones del cerebro. Sin embargo, no ha quedado claro en qué se diferencian los tipos de RGC a nivel molecular, cuáles son sus funciones respectivas y cómo ayudan a regular el comportamiento dependiente del contexto.
Para comenzar a resolver este rompecabezas, un equipo dirigido por Yvonne Kölsch del laboratorio de Herwig Baier analizó la diversidad genética de las RGC. En colaboración con los grupos de Joshua Sanes (Universidad de Harvard) y Karthik Shekhar (UC Berkeley), determinaron los transcriptomas, es decir, los patrones de todos los genes activos, en RGC y así asignaron a cada célula ganglionar su propia huella molecular única. Un análisis computacional del conjunto de datos a gran escala que comprende > 30.000 RGC identificó al menos 32 tipos diferentes de RGC basados en sus similitudes.
Genes específicos del tipo celular
En este nuevo catálogo de tipos de células neuronales, los científicos encontraron genes que solo están activos en ciertos tipos de RGC. Con la ayuda de estos genes y la edición selectiva del genoma, obtuvieron acceso genético a tipos de RGC seleccionados, el requisito previo para estudiar su estructura y función.
En el pez cebra casi transparente, fue posible etiquetar con fluorescencia los tipos de RGC y registrar en qué regiones del cerebro terminan sus proyecciones axonales. También fue posible determinar qué detalle visual prefiere un tipo RGC. Para ello, los investigadores mostraron a las larvas de peces varios estímulos visuales e investigaron cuál de ellos activa un tipo de célula en particular. Por ejemplo, un tipo de RGC reaccionó a la luz, pero no a la simulación de un depredador atacante.
¿Qué significa para el comportamiento del pez si este tipo de célula ya no funciona? Normalmente, las larvas de peces prefieren un ambiente brillante en el que puedan percibir su entorno y encontrar comida fácilmente. Cuando los científicos inactivaron el tipo de célula anterior midiendo las condiciones de luz, los peces perdieron la capacidad de navegar hacia su entorno favorable, una clara señal de que el tipo RGC es especialmente importante para la luz que se acerca.
Genes altamente especializados
El análisis vincula un tipo de RGC descrito molecularmente con una estructura, función y respuesta de comportamiento específicas. También muestra cuán especializados son los tipos de RGC individuales, desde las regiones del cerebro con las que contactan hasta su papel en el comportamiento. Este hallazgo apoya la teoría de que los circuitos neuronales altamente especializados son el secreto del cerebro para traducir diversos estímulos visuales en un comportamiento adecuado.
En el futuro, el catálogo molecular permitirá investigar de forma sistemática otros tipos de RGC. Por tanto, el estudio nos da un paso decisivo hacia la obtención de una comprensión integral de la arquitectura funcional del sistema visual.
Acerca de esta noticia de neurociencia visual
Fuente: Instituto Max Planck
Contacto: Christina Bielmeier - Instituto Max Planck
Imagen: La imagen se acredita a MPI of Neurobiology / Kuhl
Original Research: Closed access.
“Molecular classification of zebrafish retinal ganglion cells links genes to cell types to behavior” by Yvonne Kölsch, Joshua Hahn, Anna Sappington, Manuel Stemmer, António M. Fernandes, Thomas O. Helmbrecht, Shriya Lele, Salwan Butrus, Eva Laurell, Irene Arnold-Ammer, Karthik Shekhar, Joshua R. Sanes and Herwig Baier. Neuron
Resumen
La clasificación molecular de las células ganglionares de la retina del pez cebra vincula los genes con los tipos de células y el comportamiento
Destacados
- El perfil transcripcional clasifica > 30 tipos distintos de células ganglionares de la retina
- Los perfiles moleculares de las RGC se correlacionan con las características morfológicas y fisiológicas
- Las líneas de controladores diseñadas por genoma brindan acceso selectivo a los tipos de RGC
- La perturbación de una vía visual genéticamente definida interrumpe la fototaxis
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