La sinceridad supuesto inmersiva y las imágenes de actividad cerebral en tiempo verdadero muestran la atención, la memoria de trabajo y las habilidades de conciencia de Drosophila – ScienceDaily

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Dado que las moscas de la fruta zumban molestamente alrededor de un lote de plátanos en nuestras cocinas, parecen tener poco en común con los mamíferos. Pero como especie modelo para la ciencia, los investigadores están descubriendo similitudes cada vez mayores entre nosotros y los diminutos insectos amantes de las frutas.

En un nuevo estudio, investigadores del Instituto Kavli para el Cerebro y la Mente (KIBM) de la Universidad de California en San Diego encontraron que las moscas de la fruta (Drosophila melanogaster) tienen capacidades cognitivas más avanzadas de lo que se creía anteriormente. Utilizando un entorno de realidad virtual inmersivo personalizado, manipulaciones neurogenéticas y en vivo imágenes de la actividad cerebral en tiempo real, los científicos presentan nueva evidencia el 16 de febrero en la revista Naturaleza de los notables vínculos entre las capacidades cognitivas de las moscas y los mamíferos.

Su enfoque de varias capas para sus investigaciones encontró atención, memoria de trabajo y habilidades similares a la conciencia en las moscas de la fruta, habilidades cognitivas que generalmente se prueban solo en mamíferos. Los investigadores pudieron observar la formación, distracción y eventual desvanecimiento de un rastro de memoria en sus diminutos cerebros.

«A pesar de la falta de similitudes anatómicas obvias, esta investigación trata sobre nuestro funcionamiento cognitivo cotidiano: a qué le prestamos atención y cómo lo hacemos», dijo el autor principal del estudio, Ralph Greenspan, profesor de la División de Ciencias de la Vida de UC San Diego y director asociado. de KIBM. «Dado que todos los cerebros evolucionaron a partir de un ancestro común, podemos rastrear correspondencias entre las regiones cerebrales de moscas y mamíferos en función de las características moleculares y cómo almacenamos nuestros recuerdos».

Para llegar al corazón de sus nuevos hallazgos, los investigadores crearon un entorno de realidad virtual inmersivo para probar el comportamiento de la mosca a través de la estimulación visual y combinaron las imágenes mostradas con un láser infrarrojo como estímulo térmico adverso. Se permite la arena panorámica de 360 ​​grados cercana. drosófila de batir sus alas libremente mientras permanecían atadas, y con la realidad virtual actualizándose constantemente en función del movimiento de las alas (analizado en tiempo real usando cámaras de visión artificial de alta velocidad) le dio a las moscas la ilusión de volar libremente en el mundo. Esto les dio a los investigadores la capacidad de entrenar y probar moscas para tareas de acondicionamiento, lo que permitió que el insecto se orientara lejos de una imagen asociada con el estímulo térmico negativo y hacia una segunda imagen no asociada con el calor.

Probaron dos variantes de condicionamiento, una en la que a las moscas se les dio una estimulación visual que se superpuso con el calor a lo largo del tiempo (condicionamiento retardado), que terminaron juntas, o un segundo condicionamiento de seguimiento, esperando de 5 a 20 segundos para entregar calor después de mostrar y eliminando la estimulación visual. El tiempo intermedio se considera el intervalo de «rastro» durante el cual la mosca retiene un «rastro» del estímulo visual en su cerebro, una característica indicativa de la atención, la memoria de trabajo y la conciencia en los mamíferos.

Los investigadores también imaginaron el cerebro para monitorear la actividad del calcio en tiempo real usando una molécula fluorescente que modificaron genéticamente en sus células cerebrales. Esto permitió a los investigadores registrar la formación y la duración de la memoria viva de la mosca cuando vieron que el rastro parpadeaba y se apagaba mientras se mantenía en la memoria (de trabajo) a corto plazo de la mosca. También encontraron que una distracción introducida durante el entrenamiento, una suave bocanada de aire, hizo que la memoria visual se desvaneciera más rápidamente, lo que marca la primera vez que los investigadores han podido demostrar tal distracción en las moscas e implica un requisito de atención en la formación de la memoria en drosófila.

«Este trabajo demuestra no solo que las moscas son capaces de esta forma superior de condicionamiento de trazas y que el aprendizaje distrae al igual que en los mamíferos y los humanos, sino que la actividad neuronal que subyace a esta memoria atencional y el trabajo en la mosca muestra una notable similitud con la de los mamíferos. ”, dijo Dhruv Grover, miembro de la facultad de investigación KIBM de UC San Diego y autor principal del nuevo estudio. «Este trabajo demuestra que las moscas de la fruta podrían servir como un modelo poderoso para el estudio de la función cognitiva superior. En pocas palabras, la mosca continúa asombrándose de lo inteligente que es en realidad».

Los científicos también identificaron el área del cerebro de la mosca donde se formó y se desvaneció la memoria, un área conocida como el cuerpo elipsoide del complejo central de la mosca, una ubicación que corresponde a la corteza cerebral en el cerebro humano.

Además, el equipo de investigación descubrió que la dopamina neuroquímica es necesaria para dicho aprendizaje y para funciones cognitivas superiores. Los datos revelaron que las reacciones de dopamina ocurrieron cada vez más temprano en el proceso de aprendizaje, anticipando eventualmente el estímulo de calor entrante.

Los investigadores ahora están estudiando los detalles de cómo se codifica fisiológicamente la atención en el cerebro. Grover cree que es probable que las lecciones aprendidas de este sistema modelo afecten directamente nuestra comprensión de las estrategias cognitivas humanas y las alteraciones neuronales que las interrumpen, pero también contribuirán a nuevos enfoques de ingeniería que conducirán a avances en el rendimiento de los diseños de inteligencia artificial.

Los coautores del estudio incluyen a Dhruv Grover, Jen-Yung Chen, Jiayun Xie, Jinfang Li, Jean-Pierre Changeux y Ralph Greenspan (todos afiliados al Instituto Kavli para el Cerebro y la Mente de UC San Diego, y también a J.-P. Changeux miembro del Collège de France).

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de California – San Diego. Original escrito por Mario Aguilera. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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