El GPS mental de los gusanos les ayuda a encontrar comida

El GPS mental de los gusanos les ayuda a encontrar comida

Los científicos de Salk desarrollan una teoría para explicar cómo los animales recopilan información y cambian la atención

LA JOLLA–Perdió su teléfono celular. Empiezas escaneando donde recuerdas haberlo dejado: en tu buró. Verifica una y otra vez la oficina antes de expandir su búsqueda alrededor y debajo de la oficina. Eventualmente, cambia de esta área local a una más global, ampliando su búsqueda al resto de su habitación y más allá.

Cuando se trata de animales y comida, se usa una estrategia similar para buscar comida ("forrajeo"). Ahora, los científicos de Salk han desarrollado una teoría matemática, basada en la búsqueda de alimento por lombrices intestinales, que predice cómo los animales deciden cambiar de una búsqueda localizada a una muy amplia. Esta nueva teoría podría comenzar a explicar el comportamiento animal de una manera más unificada, sentando las bases para reglas generales de comportamiento que podrían ayudarnos a comprender comportamientos complejos o erráticos relacionados con la atención, como el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH), e incluso permitirnos predecir cómo podrían comportarse los extraterrestres.

Los animales buscan intensamente un área local (panel superior) antes de pasar a explorar el área "global" más grande (panel inferior).

Haga clic aquí para una imagen de alta resolución.

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

“¿Cómo decides qué ruta llevar a casa o en qué problema trabajar? Esta teoría está explorando lo que en última instancia nos hace humanos: cómo tomamos decisiones basadas en información parcial que afecta todos los aspectos de nuestras vidas”, dice Tatiana Sharpee, profesor asociado de Laboratorio de Neurobiología Computacional de Salk y autor principal del artículo, que se publicó en ELIFE de diciembre 9, 2014.

Los gusanos y otros animales a menudo siguen un rastro químico (un olor, por ejemplo) para encontrar su alimento. Pero cuando no hay productos químicos presentes, cambian a una búsqueda de "infotaxis" donde la recopilación de información ocurre en etapas locales y globales más discretas.

“Lo sorprendente es que estos organismos simples con un sistema nervioso muy pequeño realizan, o se aproximan, estrategias de planificación a largo plazo bastante complejas y de varios pasos”, dice Sharpee.

Este tipo de búsqueda es como buscar a un amigo en una playa llena de gente, dice Sreekanth Chalasani, profesor asistente de Laboratorio de Neurobiología Molecular, titular de la Cátedra de Desarrollo Helen McLoraine de Salk en Neurobiología y coautor principal del trabajo. Si cree que el amigo está bajo un paraguas azul, no necesariamente cargará hasta el primer paraguas azul que vea. Probablemente primero realice una inspección más global de la escena, observando todas las sombrillas y descartando las áreas donde no aparece el azul. Si aún no puede encontrar a su amigo, podría expandir su búsqueda para incluir otras ubicaciones además de debajo de las sombrillas azules. A pesar de que pierde algo de tiempo, aún obtiene mucha información sobre dónde es probable que esté esta persona al enfocarse en cosas que no están directamente relacionadas con su objetivo.

Sreekanth Chalasani y Tatyana Sharpee

Haga clic aquí para una imagen de alta resolución.

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

“Buscar información sobre un objetivo suele ser mejor que buscar el objetivo en sí”, dice Chalasani. “Y lo que este artículo confirma en un modelo teórico es que no se necesitan muchas neuronas para realizar estas búsquedas que incluyen cambiar de una búsqueda local a una global; puede aproximarse usando solo tres neuronas, como en el gusano redondo. C. elegans."

La búsqueda exitosa de comida es fundamental para la supervivencia de un animal. Previamente, C. elegans Se ha demostrado que los gusanos realizan una búsqueda intensa de un área donde creen que se encuentra la comida. Después de unos 15 minutos, giran menos y exploran un área más extensa. Dado que los gusanos no tenían un gradiente químico que seguir, el equipo quería explorar la estrategia subyacente del comportamiento de los gusanos. Usando datos de los estudios experimentales de Chalasani, el laboratorio de Sharpee desarrolló simulaciones virtuales de los gusanos para modelar su comportamiento.

Aunque esta teoría de maximización de la información se ha probado en algunos tipos de comportamiento, Sharpee y otros creen que podría proporcionar una base para un marco unificado más grande para comprender diferentes tipos de comportamiento entre especies, células, neuronas e incluso fenómenos a mayor escala, como como asignación de recursos.

A continuación, los investigadores planean ver si el gusano redondo puede, y en qué medida, mantener un mapa mental de su búsqueda de alimentos y explorar los costos y beneficios energéticos de la búsqueda de información.

Los autores del artículo incluyen a Adam Calhoun del Universidad de California, San Diego, además de Sharpee y Chalasani.

El trabajo fue financiado por un Fundación Nacional de Ciencias beca de investigación de posgrado, y la Instituto UCSD de Computación Neural beca de posgrado a Adam Calhoun, el Fundación Rita Allen a Sreekanth Chalasani y un premio CARRERA de la Fundación Nacional de Ciencias el Los Institutos Nacionales de Salud, Fondo de dotación McKnight para la neurociencia y La Fundación Ray Thomas Edwards a Tatiana Sharpee.

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:
El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la orientación de futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

Los logros de la facultad han sido reconocidos con numerosos honores, incluidos premios Nobel y membresías en la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el pionero de la vacuna contra la polio Jonas Salk, MD, el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.