Mediante el registro de actividad en el cerebro de una
cucaracha restringida, los investigadores encontraron que los insectos usan la
vista y un sistema similar al vestibular (aquel que está relacionado con el
equilibrio y el control espacial, que informa de la posición en relación con el
suelo) para rastrear la dirección y el ángulo.
Las ratas, los hombres y las cucarachas parecen tener un GPS
similar en sus cabezas que les permite navegar por un entorno nuevo, según
informan los investigadores de la Case Western Reserve University.
El hallazgo, publicado en la revista Current Biology, es
probablemente un ejemplo de evolución convergente, es decir, distintos animales
desarrollaron sistemas similares para gestionar los mismos problemas.
Debido a su cerebro más simple, estudios realizados en
cucarachas (más allá serían difíciles, si no imposibles, en mamíferos), pueden
producir nuevos conocimientos sobre cómo los seres humanos se orientan y
navegan. O sobre lo que va mal en las personas que tienen dificultad extrema
para orientarse.
"Hemos sabido que un mamífero puede entrar en un nuevo
área y, después de un corto período de desorientación, encontrar su camino
alrededor," dijo Roy Ritzmann, profesor de biología de la Case Western
Reserve y autor del nuevo estudio.
Los seres humanos y otros mamíferos se basan en la dirección
de la cabeza, el lugar, así como la rejilla de células en sus cerebros para
procesar, integrar y actualizar la información sensorial. Las señales provienen
de la dirección a la que miran, lo que ven y el movimiento, dijo el
investigador.
Los insectos también deben maniobrar a través de nuevos
entornos.
"La orientación contribuye a la memoria espacial, por
lo que pueden volver al punto A o guiarse hacia algo que les gusta o alejarse
de algo que no les gusta", dijo el estudiante de doctorado Adrienn G.
Varga, autor principal del estudio.
Mediante la repetición de experimentos se pusieron al
descubierto las células de la cabeza relacionadas con la dirección en ratas.
Ritzmann y Varga encontraron actividades similares de dirección de la cabeza y
pruebas de procesamiento de estímulos contextuales en cucarachas.
El experimento.
Los investigadores registraron actividad celular en un área
del cerebro llamada el complejo central, mientras que las cucarachas eran
confinadas en un tubo. Cada cucaracha se colocó en una plataforma que gira
hacia la derecha o hacia la izquierda. La plataforma estaba rodeada por un muro
negro con un único punto de referencia extraíble: un cuadrado blanco.
Los insectos giraron 360 grados en incrementos de 30 grados,
de cuatro a seis veces, tanto en sentido horario como antihorario. Las
cucarachas podían ver, y aunque carecen de un oído interno, tener un sistema
similar al vestibular parece proporcionarlas señales direccionales.
Al igual que en los seres humanos, que parecen tener
diferentes células que se activan cuando giran hacia la derecha en comparación
con la izquierda, la actividad de las células de las cucarachas era diferente
al girar en sentido horario o antihorario. “Las células señalan en qué
dirección debe girar el animal", dijo Varga.
La mayor actividad de las células llegó mientras la tarjeta
blanca estaba insertada en la pared, proporcionando un punto de referencia
visual, junto con las indicaciones proporcionadas por el movimiento pasivo de
la plataforma giratoria.
Cuando se retiró la tarjeta blanca, la actividad de algunas
células era la misma en los mismos ángulos que las cucarachas rotaban, lo que
indica que los insectos sabían su orientación sin necesidad de una aportación
visual.
Para probar esto más aún, los investigadores pusieron una
cubierta de aluminio sobre las cabezas de un nuevo conjunto de cucarachas. A
medida que giraban, las cucarachas cegadas mostraron una actividad del complejo
central similar al de las cucarachas anteriores que estaban activadas sin la
señal.
Posteriormente, los investigadores retiraron la cubierta de
aluminio e insertaron la tarjeta blanca en la pared. Así como las cucarachas
rotadas, algunas células complejas centrales cambiaron su pico de actividad, lo
que sugiere que el GPS fue reasignado al incluir la nueva información visual.
Algunas células, sin embargo, no mostraron cambios en el
pico de actividad, lo que indica que se basan únicamente en las señales
internas que fueron proporcionados por el movimiento pasivo a medida que giran.
Cuando los investigadores examinaron estrechamente la
actividad de las células del complejo central, encontraron que algunas neuronas
parecen codificar la dirección de la cabeza como un compás, mientras que otros
parecen codificar la dirección relativa de la rotación (en sentido horario o en
sentido antihorario) después de cada parada, el almacenando el contexto
relativo a la navegación. Y un pequeño subconjunto hizo ambas cosas.
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| cucarachas asomando por una grieta |
El resultado final.
"El hecho de que encontráramos estas actividades
celulares, que son muy similares a las de los ratones, las ratas y a la
nuestra, nos indica enérgicamente que los insectos dependen de las mismas
entradas sensoriales que necesitamos nosotros para orientarnos y sus cerebros
procesar estas entradas de una manera similar", dijo Varga.
Ritzmann dijo que los seres humanos y las cucarachas tienen
un ancestro común, y esta capacidad fue conservada o, más probablemente,
representa la evolución convergente.
"Sostenemos que hay relativamente pocas soluciones
adecuadas, que impulsen la evolución física y, en última instancia, obtenemos
una solución muy similar", dijo. "Cada animal tiene receptores que
toman información crítica con el fin de guiarse en un entorno complejo."
Se predice que casi todos los animales, de los artrópodos a
los seres humanos, han estructurado de manera similar los sistemas de guía, que
se convirtieron en más especializados y sofisticados en algunas especies.
Ahora, Varga y Ritzmann están diseñando experimentos para
aprender más sobre el GPS, incluyendo si las cucarachas tienen una versión de
lugar y de celdas de cuadrícula. Debido a que pueden centrarse en las células
individuales en lugar de las áreas del cerebro, es posible que sean capaces de
ver directamente ciertas cosas, como los que neuromoduladores y las hormonas
que contribuyen al proceso de orientación, que pueden ser aplicables a otros
animales, incluyendo personas.
Fuente: Science Daily
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