Los científicos primero compilaron un modelo 3D del cerebro de Drosophila

Drosophila de vientre negro (fuente: geo.ru) Los científicos han estado

estudiando el sistema nervioso de humanos y animales durante cientos de años. Por supuesto, durante este tiempo, una persona comenzó a comprender mejor el principio de funcionamiento de las células nerviosas individuales y todo el sistema en el que consiste. Pero para una comprensión completa aún está lejos.

El estudio se lleva a cabo según el principio de "de simple a complejo": si no es posible comprender de inmediato cómo funciona el cerebro humano, por ejemplo, los especialistas están estudiando el cerebro de criaturas más simples. Los científicos de la Universidad de Tokai han elegido el cerebro Drosophila como un objeto para estudiar.

Incluso el cerebro de un insecto tan pequeño como Drosophila es un sistema muy complejo. Para construir un modelo tridimensional de este órgano, los científicos tomaron mucho tiempo. Ahora los expertos están trabajando con una serie de técnicas que permiten estudiar la estructura del cerebro sin ningún problema. Por ejemplo, los científicos usan sustancias fluorescentes que resaltan las neuronas individuales. Un microscopio electrónico también ayuda en el estudio del cerebro, mostrando su estructura a nivel neural.

Después de que las neuronas individuales se "mapean", las imágenes resultantes se analizan para componer un solo sistema. El mapeo de las conexiones entre las neuronas y la compilación de un modelo cerebral es el objetivo final de dicho trabajo. Todo esto es necesario para comprender cómo todo está conectado con todo y cómo funciona todo.



Un modelo de computadora en 3D del cerebro muestra muchas conexiones neuronales. Un equipo de científicos de la Universidad de Tokai, dirigido por Ryuta Mizutnani, ha desarrollado un nuevo método para compilar un mapa volumétrico del cerebro. Para esto, se usa una sustancia especial, cuyas moléculas individuales están unidas a las neuronas cerebrales. A continuación, los científicos crean un "mapa esquelético" de moléculas irradiando el cerebro con rayos X. Usando su método, los científicos pudieron compilar un mapa volumétrico detallado de la red de neuronas cerebrales de insectos.

En bioquímica, se utiliza un método especial para crear modelos 3D de sustancias orgánicas complejas. Los rayos X se utilizan para crear un "mapa esquelético" de una molécula compuesta. Si es posible, el compuesto de interés para los especialistas se cristaliza. Y luego se usa la cristalografía de rayos X (análisis de difracción de rayos X). Este es el uso de rayos X para revelar la estructura molecular de un cristal. El método se basa en el fenómeno de la difracción de rayos X: la dispersión de un haz de rayos X por la estructura atómica del cristal.

Este método no es malo, pero si la estructura de la sustancia es muy compleja, lleva mucho tiempo compilar un modelo 3D de la molécula de la sustancia. En las últimas décadas, los científicos han sido ayudados por computadoras que analizan los datos obtenidos durante el estudio de una sustancia. Los sistemas informáticos ayudan a evaluar la posición de un átomo en el espacio tridimensional, luego estudian la relación con otro átomo, luego con otro, y así sucesivamente. El software está construyendo gradualmente un modelo de la sustancia estudiada.

Mizutani decidió usar este método y software para determinar la ubicación y la forma de las neuronas cerebrales de Drosophila. Aquí hay ciertas dificultades, una de las cuales es que las neuronas no son átomos en absoluto. Estos son objetos complejos que pueden comercializarse entre sí de la manera más inusual.

Para construir un mapa del cerebro, los científicos usaron un método llamado tomografía de rayos X. Este es un método de estudio capa por capa de la estructura de los objetos no homogéneos en la radiación de rayos X, basado en la dependencia del coeficiente de absorción lineal en el rango de rayos X de la composición y la densidad de la sustancia. Los científicos impregnaron el cerebro de la mosca de la fruta con pintura plateada y luego se iluminaron con radiación de rayos X. Un sistema especial ayudó a evaluar la desviación de los rayos X. Y esto, a su vez, hizo posible crear un mapa tridimensional de moléculas de tinte absorbidas por las neuronas.

Después de eso, los científicos pasaron a la siguiente etapa de trabajo, utilizando estos datos para evaluar la ubicación y la forma de las neuronas cerebrales. En el proceso de creación de un mapa cerebral de Drosophila, se utilizó un software especial. Permitió verificar que el sistema no considera dos neuronas adyacentes como una, por ejemplo. El software compiló gradualmente un mapa del cerebro de la mosca, buscando datos anormales y verificando errores. El operador humano verificó el resultado del software. Si algo estaba mal, la persona corrigió el problema.

El modelo final muestra100.000 neuronas El sistema rastreó 15,000 enlaces entre ellos. La creación del mapa, según los científicos, tomó alrededor de 1.700 horas hombre. Pero el resultado valió todo el esfuerzo y el tiempo. El modelo 3D del cerebro de Drosophila es el primero en el mundo. Con su ayuda, fue posible identificar formaciones ya conocidas en el cerebro de un insecto, así como descubrir estructuras sobre las cuales los científicos no sabían nada.

El trabajo de los japoneses es muy importante para seguir estudiando el sistema nervioso de animales y humanos. Con el tiempo, los científicos esperan crear un mapa cerebral de organismos más complejos.

Drosophila, debido a varias de sus características, es un objeto popular para el estudio. Un año antes, un equipo de científicos. del Instituto Médico Howard Hughes en los Estados Unidos presentó un video interesante, que muestra claramente la actividad nerviosa de la larva de la mosca de la fruta de Drosophila.



Los científicos estudiaron el sistema nervioso de la larva mientras avanzaban y retrocedían. El video muestra la transmisión de señales desde la parte superior del cuerpo de la larva a la inferior y viceversa. Según los expertos, este modelo es muy detallado. Fue creado gracias al uso de nuevos métodos para registrar la actividad neuronal del cuerpo.



Para hacer todo esto posible, Philipp Keller ( Philipp Keller ) y Misha Ahrens ( Misha Ahrens ) modifican genéticamente la mosca de la fruta. La modificación consistía en hacer que cada neurona del sistema nervioso de este organismo fluoreszca al recibir o transmitir una señal. Al moverse, se utilizó un sistema óptico, que permitió que la larva de la mosca se retirara simultáneamente de dos lados.

El 8 de septiembre de 2016 se publicó el trabajo científico "Red tridimensional del hemisferio cerebral de Drosophila" (DOI: 10.1016 / j.jsb.2013.08.08.012).

Source: https://habr.com/ru/post/es397693/