El “Gran Hermano” para moscas mutantes y la tortura de rellenar “etogramas”

“Gran Hermano,” es un programa de televisión en el que una serie de concursantes viven bajo la atenta mirada de cámaras y micrófonos en una casa durante unos meses. Investigadores del Caltech están estudiando mediante cámaras de alta velocidad el comportamiento de moscas cuyas neuronas han sido alteradas genéticamente (vídeo de ejemplo). Encierran a las moscas en esta particular versión de “Gran Hermano” y les muestran las imágenes a estudiantes universitarios, que deben rellenar unos formularios (“etogramas”) sobre los comportamientos que observan. El objetivo es tratar de entender qué neuronas son las responsables de los comportamientos aberrantes de las moscas mutantes. En un futuro próximo quieren utilizar software de reconocimiento de imágenes para obtener los etogramas de forma automática y relevar a los estudiantes de su peculiar “tortura” (hartarse del “Gran Hermano” de moscas mutantes). El nuevo software de rellenado de etogramas se llama CADABRA (Caltech Automated Drosophila Aggression-Courtship Behavioral Repertoire Analysis). Según sus autores reducirá 270 horas de “tortura” (trabajo humano) a sólo 20 minutos (trabajo semiautomático). Nos lo han contado en Lizzie Buchen, “Behaviour: Flies on film, ” Nature 462: 562-564, 3 December 2009.

Los investigadores del Instituto Tecnológico de California son capaces de desactivar una a una cada una de las neuronas de una mosca (Drosophila) mediante ingeniería genética. El problema es saber qué efecto tiene en los comportamientos de estas moscas dichas mutaciones. La única manera de saberlo es estudiar la etología (el comportamiento social) de estas moscas mutantes. Para ello hay que mantener una población de moscas en ciertos recipientes y observar sus comportamientos, que se graban en vídeo de alta velocidad. La interpretación de lo que se ve en los vídeos está en manos de estudiantes que han sido entrenados para aprender a caracterizar los comportamientos de las moscas según una tabla de posibilidades. Estos estudiantes se dedican a visionar los vídeos a cámara lenta describiendo los comportamientos que observan en un formulario (etograma).

Los neurocientíficos, en un futuro cercano, podrán caracterizar la función de cada de una de las neuronas de la mosca del vinagre. Entender el funcionamiento del cerebro de las moscas ayudará a entender mejor muchas enfermedades. ¡Ánimo muchachos, a ver “Gran Hermano” por el bien de la neurociencia!

El tema del que todo el mundo habla: ¿Por qué es tan difícil matar moscas?

Todos hablan de lo mismo. Muchos blogs. Varias noticias en Menéame. ¿Pero alguien se ha leído el artículo científico? Me refiero a Gwyneth Card, Michael H. Dickinson, “Visually Mediated Motor Planning in the Escape Response of Drosophila,” Current Biology, In Press, Available online 28 August 2008 . Los investigadores del CalTech han escrito un artículo bastante interesante pero hay que leerselo. De todas formas, los que sólo queréis leer algo curioso sobre el tema podéis recurrir a la entrada de Curruncho “¿Por qué es tan difícil matar moscas?,” la de la Cadena Ser “¿Por qué es tan difícil atrapar moscas?,” la de 20minutos.es “¿Por qué es tan difícil matar una mosca?,” la de El Mundo “¿Por qué es tan difícil atrapar una mosca?,” la Opinión “La odisea de atrapar una mosca,” o la noticia de RTVE “¿Por qué es tan difícil matar moscas?,” por sólo mencionar unas pocas. Puedo citaros muchas más en inglés. Pero de qué va el susodicho artículo científico.

El resumen nos lo aclara “Los comportamientos reactivos requieren la habilidad de localizar espacialmente los estímulos recibidos y la de respondar rápidamente a ellos. La respuesta rápida es necesaria en los comportamientos evasivos como respuesta a los ataques de los predadores. Los autores han investigado la mosca de la fruta, Drosophila, encontrando que utilizan información visual con objeto de planificar un salto en la dirección opuesta a la que perciben que reciben un ataque. Para ello han utilizado vídeo de alta velocidad. Unos 200 milisegundos antes de ser golpeadas, las moscas ajustan su postura a la dirección de su futuro escape. Para ello, resituan su centro de masa de tal forma que la extensión de sus piernas les de un impulso máximo para la huida. Estos movimientos previos al vuelo tienen una magnitud y dirección que depende de la postura inicial de la mosca, por lo que los autores creen que involucran un sistema de control realimentado.”

Los investigadores han dirigido con un ángulo de 50° en una trayectoria descendente un disco negro de 14 cm. de diámetro hacia una mosca colocada en una plataforma de 5 milímetros cuadrados encima de un cilindro. Han rodado la respuesta de la mosca con una cámara de video de alta velocidad. El 96% de las moscas han respondido a la amaneza del disco saltando al aire e iniciando su vuelo (ver vídeo justo abajo). El retraso medio entre el inicio del estímulo y la respuesta de la mosca (pérdida de contacto tarsal de alguna de las patas) fue de 215 ms ± 42 ms (media ± desviación típica). Este valor es una cota superior del tiempo de respuesta neuronal de la mosca.

Obviamente las moscas estaban colocadas en la platarforma en diferentes posturas y direcciones, por lo que en algunos casos el ataque del disco era frontal. El video de alta resolución muestra que las moscas saltan con un ángulo aproximadamente a la mitad entre alejarse en dirección opuesta al obstáculo (α = θ +180°) y dirigirse directamente hacia él (α = 0°). Este sesgo hacia adelante no es sorprendente dado que el comportamiento voluntario de la mosca es huir del ataque.

La mosca calcula la dirección de escape a partir del estímulo visual debido al predador que se acerca (el disco en el experimento). ¿Influye el aire en movimiento debido al predador? Con objeto de estudiar su efecto, los investigadores han introducido un poco de “viento” entre el disco que se acerca y la plataforma en la que reposa la mosca. Los estudios estadísticos no muestran diferencia entre la respuesta de la mosca con y sin viento. Por ello concluyen que la información utilizada por la mosca para determinar la dirección de ataque es básicamente visual.

La mosca puede responder de dos formas diferentes, adaptando sus patas para saltar en la dirección adecuada o saltar como esté y luego cambiar de dirección gracias a sus alas. Los autores han estudiado estas dos posibilidades mediante el uso de moscas a las que les han quitado las alas (¿algo cruel es la ciencia?). El 97% de las moscas sin alas han saltado en la “misma” dirección que las moscas con alas (ver vídeo justo abajo). Mostrando que la respuesta inicial al estímulo es adaptar la postura de las patas para el salto en la dirección adecuada. Utilizando moscas a las que les han quitado las patas (¡la crueldad de la ciencia!) han mostrado que incluso sin ellas las moscas tratan de volar en la dirección adecuada aunque con una respuesta mucho más lenta. La mosca trata de huir “como sea” en la dirección “correcta,” moviendo como puede la postura de cuerpo, ayudándose de sus alas.

¿Cómo es el sistema de control moto-sensorial de la mosca? En teoría de control hay dos tipos de sistemas, los retroalimentados (feedback), más complejos, y los directos (feedforward), más sencillos. En los directos el estímulo visual provoca un cambio en la postura de las patas, independientemente de la postura actual de las mismas. En los segundos (feedback) la postura actual de la mosca es utilizada como estado inicial a partir del cual se produce la adaptación de las patas en la dirección correcta antes del vuelo. Los investigadores han mostrado que el movimiento de las patas de la mosca “compensa” su postura inicial, mostrando que el sistema de control neuronal de la mosca es retroalimentado.

En resumen, los investigadores ham mostrado que ante un estímulo de ataque, la mosca Drosophila muestra un conjunto de acciones motoras antes de iniciar el vuelo que determinan la dirección inicial de escape. En unos 200 ms. la mosca estima la dirección de aproximación mediante estímulo visual, codifica un programa motor que mueve su cuerpo en una posición que facilita su salto en dirección “opuesta” a la de ataque, utilizando sus 6 patas de forma coordinada así como sus 3 segmentos torácicos. La dependencia con la postura inicial de este comportamiento sugiere un sistema de control retroalimentado. Los autores sugieren que las neuronas de las patas (propioceptores) y los circuitos neurales torácicos asociados son suficientes para lograr la retroalimentación observada.

Los resultados observados no se pueden justificar fácilmente con el mecanismo de escape visual basado en el par de neuronas de gran diámetro llamadas fibras gigantes de la mosca. Un sistema neuronal de pequeño diámetro, todavía por identificar, debe ser el responsable de la respuesta de escape observada de las moscas.

Cada avance de la ciencia nos muestra que todavía queda mucho por conocer.