Los neuropéptidos influyen en el comportamiento animal a través de complejos mecanismos moleculares y celulares, cuyos efectos fisiológicos y conductuales son difíciles de predecir únicamente a partir de la conectividad sináptica. Muchos neuropéptidos pueden activar múltiples receptores, cuya afinidad de ligando y cascadas de señalización aguas abajo a menudo son diferentes entre sí. Aunque sabemos que las diversas características farmacológicas de los receptores de neuropéptidos forman la base de efectos neuromoduladores únicos en distintas células aguas abajo, no está claro exactamente cómo los diferentes receptores dan forma a los patrones de actividad aguas abajo desencadenados por una sola fuente de neuropéptidos neuronales. Aquí, descubrimos dos objetivos aguas abajo separados que están modulados diferencialmente por la taquiquinina, un neuropéptido que promueve la agresión en la taquiquinina de un solo tipo neuronal específico masculino recluta dos grupos separados de neuronas aguas abajo. Un grupo aguas abajo, conectado sinápticamente a las neuronas taquicinérgicas, expresa el receptor y es necesario para la agresión. Aquí, la taquiquinina apoya la transmisión sináptica excitadora colinérgica entre las neuronas taquiquinérgicas y las que se encuentran aguas abajo. El otro grupo aguas abajo expresa el receptor y se recluta principalmente cuando la taquiquinina se sobreexpresa en las neuronas fuente. Los patrones de actividad diferencial en los dos grupos de neuronas aguas abajo se correlacionan con los niveles de agresión masculina desencadenados por las neuronas taquiquininérgicas. Estos hallazgos destacan cómo la cantidad de neuropéptido liberado de un pequeño número de neuronas puede remodelar los patrones de actividad de múltiples poblaciones neuronales aguas abajo. Nuestros resultados sientan las bases para futuras investigaciones sobre el mecanismo neurofisiológico por el cual un neuropéptido controla comportamientos complejos. Los neuropéptidos controlan una variedad de comportamientos innatos, incluidos los comportamientos sociales, tanto en animales como en humanos. A diferencia de los neurotransmisores de acción rápida, los neuropéptidos pueden provocar distintas respuestas fisiológicas en diferentes neuronas corriente abajo. Se desconoce cómo efectos fisiológicos tan diversos coordinan interacciones sociales complejas. Este estudio descubre el primer ejemplo de un neuropéptido de una sola fuente neuronal que provoca distintas respuestas fisiológicas en múltiples neuronas aguas abajo que expresan diferentes receptores de neuropéptidos. Comprender el motivo único de la modulación neuropeptidérgica, que no se puede predecir fácilmente a partir de un mapa de conectividad sináptica, puede ayudar a dilucidar cómo los neuropéptidos orquestan comportamientos complejos mediante la modulación simultánea de múltiples neuronas diana.

La agresión es un comportamiento social importante desde el punto de vista etológico, pero la agresión excesiva puede ser perjudicial para la aptitud física. Las experiencias sociales entre individuos conespecíficos reducen la agresión en muchas especies, cuyo mecanismo se desconoce en gran medida. Descubrimos que la mutación de pérdida de función de (), un homólogo de los genes de translocación mieloide de vertebrados (MTG), aumentó la agresividad solo en moscas con experiencia social y que esto podría revertirse mediante la expresión neuronal de MTG humanos. Se requería específicamente una subpoblación de neuronas octopaminérgicas/tiraminérgicas marcadas por para tal supresión de la agresión dependiente de la experiencia social, tanto en hombres como en mujeres. El análisis transcriptómico específico del tipo de célula de estas neuronas reveló genes que controlan la agresión que probablemente están aguas abajo de . Nuestros resultados ilustran los mecanismos tanto genéticos como neuronales mediante los cuales el sistema nervioso suprime la agresión de una manera dependiente de la experiencia social, un proceso poco conocido que se considera importante para mantener la aptitud física de los animales.

La cuantificación automatizada del comportamiento es cada vez más frecuente en la investigación en neurociencia. Los juicios humanos pueden influir en la clasificación del comportamiento basado en el aprendizaje automático en múltiples pasos del proceso, tanto para enfoques supervisados ​​como no supervisados. Dichos pasos incluyen el diseño del algoritmo para el aprendizaje automático, los métodos utilizados para el seguimiento de animales, la elección de imágenes de entrenamiento y la evaluación comparativa de los resultados de la clasificación. Sin embargo, la forma en que estas opciones de diseño contribuyen a la interpretación de las clasificaciones de comportamiento automatizadas no se ha caracterizado de forma exhaustiva. Aquí, cuantificamos los efectos de las elecciones del experimentador en los resultados de los clasificadores automatizados de los comportamientos sociales de Drosophila. Los comportamientos de Drosophila contienen un grado considerable de variabilidad, que se reflejó en los niveles de confianza asociados con las clasificaciones tanto humanas como informáticas. Descubrimos que una diversidad de combinaciones de sexo y características de seguimiento era importante para un rendimiento sólido de los clasificadores automáticos. En particular, las funciones relativas a la posición relativa de las moscas contenían información útil para entrenar un algoritmo de aprendizaje automático. Estas observaciones arrojan luz sobre la importancia de la influencia humana en los algoritmos de seguimiento, la selección de imágenes de entrenamiento y la calidad de las imágenes de muestra anotadas utilizadas para comparar el rendimiento de un clasificador (la 'verdad básica'). La evaluación de estos factores es necesaria para que los investigadores interpreten con precisión los datos de comportamiento cuantificados por un algoritmo de aprendizaje automático y para mejorar aún más las clasificaciones automatizadas.

Para un apareamiento exitoso, un animal macho debe ejecutar comportamientos de cortejo efectivos hacia un sexo objetivo receptivo, que es la hembra. Aún no se ha caracterizado si la capacidad de ejecución del cortejo y la regulación positiva del cortejo hacia las hembras se especifican a través de vías genéticas separables que determinan el sexo. Aquí, encontramos que uno de los dos genes determinantes del sexo, (), especifica un componente neuronal específico del macho que sirve como mecanismo de ejecución para el comportamiento de cortejo, mientras que () es necesario para mejorar el comportamiento de cortejo hacia las hembras. El mecanismo de ejecución de cortejo dependiente incluye una subclase específica dentro de un grupo neuronal que co-expresa y . Este clúster contiene al menos otra subclase que se especifica de forma cooperativa por ambos y . Aunque estas poblaciones neuronales también pueden promover un comportamiento agresivo hacia las moscas macho, esta capacidad requiere mecanismos dependientes de β. Nuestros resultados descubren cómo los genes determinantes del sexo especifican la capacidad de ejecución y la mejora específica de la conducta de cortejo femenina a través de mecanismos neurogenéticos separables pero cooperativos.

El comportamiento agresivo entre machos es un comportamiento sexualmente dimórfico prominente. Por lo tanto, es probable que los circuitos neuronales que subyacen a la conducta agresiva estén bajo el control de los genes que determinan el sexo. Sin embargo, el mecanismo neurogenético que genera el comportamiento agresivo específico del sexo sigue siendo en gran parte desconocido. Aquí, encontramos que una clase neuronal especificada por uno de los genes determinantes del sexo, (), pertenece al circuito neuronal que genera el comportamiento agresivo de tipo masculino. Esta clase neuronal puede promover un comportamiento agresivo independientemente de otro gen determinante del sexo, (), aunque está involucrada en asegurar que el comportamiento agresivo se realice solo hacia los machos. También encontramos que tres isoformas con diferentes dominios de unión al ADN muestran una división del trabajo en los comportamientos agresivos masculinos. Un papel dominante de en la especificación del comportamiento agresivo específico del sexo puede subrayar un mecanismo genético que permite que el comportamiento agresivo de tipo masculino evolucione, al menos parcialmente, independientemente del comportamiento de cortejo, que está bajo diferentes presiones selectivas.

La importancia del sexo como variable biológica está siendo reconocida por cada vez más investigadores, incluidos los que lo utilizan como organismo modelo. Las diferencias entre los dos sexos no se limitan a comportamientos reproductivos bien conocidos, sino que incluyen otros comportamientos y características fisiológicas que se consideran "comunes" a ambos sexos. Es posible clasificar los dimorfismos sexuales en diferencias "cualitativas" y "cuantitativas", y esta revisión se centra en los avances recientes para dilucidar las bases genéticas y neurofisiológicas de las diferencias sexuales cualitativas y cuantitativas en el comportamiento. Si bien los comportamientos específicos del sexo a menudo están mediados por circuitos neuronales sexualmente dimórficos, el dimorfismo sexual cuantitativo es causado por la modulación específica del sexo de un sustrato neuronal común.

En esta revisión, discuto el conocimiento actual y las cuestiones pendientes sobre los neuromoduladores que influyen en el comportamiento agresivo de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster. Primero presento evidencia de que Drosophila intercambia información durante una interacción agonista y elijo acciones apropiadas basadas en esta información. Luego discuto la influencia de varias aminas biogénicas y neuropéptidos en el comportamiento agresivo. Una característica sorprendente de la neuromodulación es que puede configurar un circuito neuronal de forma dinámica, lo que permite que un circuito genere múltiples resultados. Sugiero un efecto de consenso de cada molécula neuromoduladora sobre la agresión de Drosophila, así como los efectos de las proteínas receptoras cuando se disponga de datos relevantes. Por último, considero la neuromodulación en el contexto de elecciones de acción estratégica durante interacciones agonísticas. Los componentes genéticos de los sistemas neuromoduladores están altamente conservados en los animales, lo que sugiere que los mecanismos moleculares y celulares que controlan la agresión de Drosophila pueden arrojar luz sobre los principios neuronales que gobiernan la elección de acciones durante las interacciones sociales.

Las interacciones sociales, como un encuentro agresivo entre dos machos conespecíficos o un encuentro de apareamiento entre un macho y una hembra, generalmente progresan desde una fase inicial apetitiva o motivacional hasta una fase consumatoria final. Esta progresión implica tanto cambios en la intensidad del estado interno de excitación o motivación de los animales como cambios secuenciales en su comportamiento. ¿Cómo se codifican en el cerebro estos estados internos y su intensidad creciente? ¿Esta escalada impulsa la progresión de la fase apetitiva/motivacional a la consumatoria de una interacción social y, de ser así, cómo se eligen los comportamientos apropiados durante esta progresión? Trabajos recientes sobre comportamientos sociales en moscas y ratones sugieren posibles formas en las que los cambios en la intensidad del estado interno durante un encuentro social pueden codificarse y acoplarse a decisiones conductuales apropiadas en las fases apropiadas de la interacción. Estos estudios pueden tener relevancia para comprender cómo los estados emocionales influyen en las decisiones de comportamiento cognitivo en niveles más altos de función cerebral.

Los machos de la mayoría de las especies son más agresivos que las hembras, pero los mecanismos neurales que subyacen a este dimorfismo no están claros. Aquí, identificamos una neurona y un gen que controlan el mayor nivel de agresión característica de los machos de Drosophila melanogaster. Los machos, pero no las hembras, contienen un pequeño grupo de neuronas FruM(+) que expresan el neuropéptido taquiquinina (Tk). La activación y silenciamiento de estas neuronas aumentó y disminuyó, respectivamente, la agresión entre machos sin afectar el comportamiento de cortejo macho-hembra. Las mutaciones tanto en Tk como en un receptor candidato, Takr86C, suprimieron el efecto de la activación neuronal, mientras que la sobreexpresión de Tk lo potenció. La activación de la neurona Tk superó la agresividad reducida causada por la eliminación de una variedad de señales sensoriales o contextuales, lo que sugiere que promueve la activación o motivación agresiva. La taquiquinina/sustancia P se ha relacionado con la agresión en mamíferos, incluidos los humanos. Por lo tanto, la mayor agresividad de los machos de Drosophila refleja la expresión de dimorfismo sexual de un neuropéptido que controla los comportamientos agonísticos a lo largo de la filogenia.

Se percibe que la mayoría de los olores tienen la misma calidad en un amplio rango de concentración, pero se desconocen los mecanismos neuronales que permiten la percepción olfativa invariable a la concentración. En las larvas de la mosca del vinagre Drosophila melanogaster, los olores son detectados por una serie de 25 receptores odorantes expresados ​​en 21 neuronas sensoriales olfativas (OSN). Investigamos cómo los subconjuntos de OSN larvarios con propiedades de respuesta superpuestas pero distintas cooperan para mediar en la percepción de un odorante dado en un rango de concentraciones.

En general, se supone que el olfato es crítico para la supervivencia porque este sentido permite a los animales detectar señales de comida y feromonas. Aunque es probable que la capacidad de detectar feromonas sexuales [1, 2, 3] sea importante para los insectos, se desconoce la contribución de la detección general de olores a la supervivencia. Investigamos hasta qué punto el sistema olfativo confiere una ventaja de supervivencia a las larvas de Drosophila que buscan alimento en condiciones de recursos limitados y competencia de otras larvas.

Se cree que los receptores de olores (OR) actúan de forma combinatoria, en la que la identidad del olor se codifica mediante la activación de un subconjunto de OR y las neuronas sensoriales olfativas (OSN) que los expresan. Se desconoce hasta qué punto un solo OR contribuye al comportamiento de la quimiotaxis. Investigamos esta pregunta en larvas de Drosophila, que representan un poderoso sistema genético para analizar la contribución de los OSN individuales a la codificación de olores.