Naden por sus vidas
Huir del peligro a tiempo permite a los peces dorados seguir vivitos y coleando. Pero, ¿cómo lo hacen? Un reciente trabajo científico acaba de develar la forma en que integran las señales para considerarlas de riesgo. Este hallazgo desnuda, en parte, de qué manera funciona el cerebro animal a la hora de tomar decisiones.
Nada y nada. ¿Feliz? No se sabe, porque como pasa con la mayoría de los peces, su cara resulta inexpresiva, casi un enigma. Pero su comportamiento es sagaz, y rápido de reflejos: huye a tiempo en sentido opuesto de donde percibe el peligro. En cada escape preciso salva su vida. ¿Cómo hace para procesar en milésimas de segundos distintas señales como imágenes o sonidos aun cuando no sean muy intensas y decidir qué hacer, si quedarse en el lugar o escabullirse hacia aguas más calmas?
La respuesta la encontró un dúo científico que logró ingresar al cerebro del animal y monitorear en tiempo real sus reacciones ante diversos estímulos. Y no sólo eso. También desarrolló un modelo computacional que anticipa con alto nivel de acierto cómo actuará ante diversas percepciones de riesgo.
El hallazgo de este estudio que acaba de ser publicado en Scientific Reports va más allá de la computadora o de la pecera del laboratorio, y podría, en el futuro, proveer información clave para comprender mejor enfermedades neurológicas que presentan alteraciones a la hora de integrar estímulos sensoriales, como la esquizofrenia o los trastornos del espectro autista.
“El sistema nervioso de los vertebrados utiliza estrategias similares para resolver tareas similares. Las reglas de funcionamiento básicas del cerebro son comunes a grandes grupos de animales. Observaciones hechas en perros, gatos y humanos muestran que en ciertos aspectos funcionan igual. Uno de ellos es la respuesta de escape frente a un peligro inminente. En este caso, uno puede echar un poco de luz acerca de cuáles son los mecanismos que definen la decisión de escapar o no frente a un conjunto de señales”, define la doctora en biología Violeta Medan, del Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIBYNE, UBA-CONICET) en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires, junto con Nicolás Martorell, primer autor del trabajo.
Peces dorados
De uno a la vez, estudiaron la reacción de 180 peces dorados ante situaciones que representaban niveles de riesgo de distinta intensidad. “El 80 por ciento de los animales escapaban cuando los sometíamos a sonidos breves y fuertes. En la medida en que el estímulo era más débil, huían en menor proporción”, precisan. Lo mismo ocurría cuando les mostraban imágenes de peligro inminente, como si un ave u otro pez estuvieran a punto de capturarlos. “En apenas 20 milisegundos el animal decide qué hacer. Más rápida es la respuesta, mayores son las chances de sobrevivir”, indican.
Al principio, en estas pruebas, medían su respuesta ante estímulos auditivos o visuales por separado. Pero ¿qué pasaba cuando se juntaban el ruido y la imagen amenazantes? “No sabíamos cómo reaccionarían cuando combináramos la información, situación que suele darse en la vida real. Nosotros y todos los animales no tenemos información de una única fuente sino que integramos todos los estímulos que percibimos del mundo externo, especialmente, cuando la información es incompleta o confusa. La integración de fuentes independientes de información ayuda a reducir la ambigüedad de la situación y a tomar mejores decisiones”, subraya.
En el medio, COVID-19
Mientras sobraban interrogantes científicos para poner a prueba, la pandemia de COVID-19 acechó al mundo y el equipo científico no pudo seguir con los experimentos en laboratorio por catorce meses. La interrupción impidió estudiar más directamente a las neuronas responsables del comportamiento de escape. Para registrar la actividad neuronal “se hace –indican- una pequeña incisión en la cabeza del pez anestesiado, y se le introduce un electrodo finísimo en la neurona sin dañarla. Esto permite medir la respuesta eléctrica producida ante un estímulo y determinar, en tiempo real, cómo es la toma de decisión del animal”.
Imposibilitados por más de un año de observar el comportamiento del pez y de saber qué ocurría en el interior de su cabeza, el dúo pensó en desarrollar un modelo computacional para descifrar qué pasaría si los animales recibían dos tipos de estímulos a la vez. “Nicolás llevó adelante este programa como parte de su tesis doctoral. El modelo computacional fue, de alguna manera, un efecto de la pandemia”, dice Medan, directora de la tesis.
Valeria Medan y Nicolás Marturell. Foto: Diana Martinez LLaser
Cuando las puertas del laboratorio se volvieron a abrir era el momento de probar su eficacia y de hacer los experimentos para chequear si los resultados en la pecera coincidían con las probabilidades anticipadas por el programa informático. “Vimos que el modelo computacional es capaz de reproducir muy bien lo que vemos en el comportamiento de los peces ante diferentes estímulos”, adelanta, y enseguida destaca las posibilidades de simulación computacional “como una herramienta que ayuda a reducir el número de ensayos realizados en animales, permite testear hipótesis y proponer nuevos experimentos”.
Múltiples señales
De regreso al laboratorio en la Ciudad Universitaria, no solo corroboraron la eficacia del modelo computacional, sino qué les pasa por la cabeza a los peces ante la combinación de sonidos e imágenes. Lo pudieron monitorear, seguirlo en tiempo real. “En su cerebro, el pez tiene dos células gigantes, una por cada hemisferio cerebral, llamadas de Mauthner, que tienen dos ramas principales en forma de ‘v’. Una de las ramas recibe información visual, la otra auditiva y esa información viaja por estas prolongaciones o dendritas al soma, que es el centro de integración. Si la neurona se excita lo suficiente, se activa y desencadena la respuesta de escape”, detalla Medan sobre esta sala de control de decisiones del animal.
Allí se integran las distintas señales que no necesitan ser muy intensas. Pueden ser algo débiles, pero al sumarse percepciones auditivas con visuales logran excitar lo suficiente a la célula que lleva el apellido de su descubridor: Ludwig Mauthner. “La integración audiovisual en la célula de Mauthner mejora la probabilidad de escape y reduce la latencia de respuesta”, indica el estudio.
“Ya se sabe en humanos y en otros modelos de animales que la suma de fuentes de información permite tomar mejores decisiones y en menor tiempo. De esta manera, podemos desplegar comportamientos más adaptativos. Pero la investigación de esta temática en seres humanos es complicada tanto por cuestiones éticas como por el aumento en la complejidad de los circuitos cerebrales involucrados. Y hay numerosas enfermedades neurológicas asociadas con alteraciones en la integración de la información sensorial. Entonces, contar con modelos animales para intentar develar algunos de esos interrogantes es importante porque puede orientarnos sobre los mecanismos que podrían estar funcionando mal en pacientes”, concluye Medan.
