Un pez cebra nada hacia su objetivo previsto, pero las fuertes corrientes lo empujan fuera de curso. Sin embargo, el pequeño pez nada de regreso a su ubicación original, decidido a terminar su viaje.
¿Cómo saben los animales dónde se encuentran en su entorno y cómo determina esto sus elecciones posteriores? Los científicos del Campus de Investigación Janelia del HHMI descubrieron que el cerebro posterior, una región evolutivamente conservada o «antigua» en la parte posterior del cerebro, ayuda a los animales a calcular su ubicación y usar esa información para averiguar a dónde deben ir a continuación.
La nueva investigación, publicada el 22 de diciembre de 2022 en la revista Cell, descubre nuevas funciones para partes del «cerebro antiguo», hallazgos que podrían aplicarse a otros vertebrados.
Para averiguar cómo los animales entienden su posición en el medio ambiente, los investigadores, dirigidos por En Yang, un postdoctorado en el Laboratorio Ahrens, pusieron pequeños peces cebra translúcidos, de apenas medio centímetro de longitud, en un entorno de realidad virtual que simula las corrientes de agua. Cuando la corriente cambia inesperadamente, los peces son inicialmente empujados fuera de curso; Sin embargo, son capaces de corregir ese movimiento y volver a donde comenzaron.
Mientras un pez cebra está nadando en el entorno de realidad virtual, los investigadores utilizan una técnica de imagen de todo el cerebro desarrollada en Janelia para medir lo que está sucediendo en el cerebro del pez. Esta técnica permite a los científicos buscar en todo el cerebro para ver qué circuitos se activan durante su comportamiento de corrección de curso y desenredar los componentes individuales involucrados.
Los investigadores esperaban ver la activación en el cerebro anterior, donde se encuentra el hipocampo, que contiene un «mapa cognitivo» del entorno de un animal. Para su sorpresa, vieron la activación en varias regiones de la médula, donde la información sobre la ubicación del animal se transmitía desde un circuito recién identificado a través de una estructura del cerebro posterior llamada olivo inferior a los circuitos motores en el cerebelo que permiten que los peces se muevan. Cuando estas vías fueron bloqueadas, el pez no pudo navegar de regreso a su ubicación original.
Estos hallazgos sugieren que las áreas del tronco encefálico recuerdan la ubicación original de un pez cebra y generan una señal de error basada en sus ubicaciones actuales y pasadas. Esta información se transmite al cerebelo, lo que permite a los peces nadar de regreso a su punto de partida. Esta investigación revela una nueva función para el olivo inferior y el cerebelo, que se sabía que estaban involucrados en acciones como alcanzar y locomoción, pero no este tipo de navegación.
«Encontramos que el pez está tratando de calcular la diferencia entre su ubicación actual y su ubicación preferida y utiliza esta diferencia para generar una señal de error», dice Yang, el primer autor del nuevo estudio. «El cerebro envía esa señal de error a sus centros de control motor para que los peces puedan corregirse después de ser movidos por el flujo involuntariamente, incluso muchos segundos después».
Todavía no está claro si estas mismas redes están involucradas en un comportamiento similar en otros animales. Pero los investigadores esperan que los laboratorios que estudian mamíferos ahora comiencen a mirar el cerebro posterior en busca de circuitos homólogos para la navegación.
Esta red del cerebro posterior también podría ser la base de otras habilidades de navegación, como cuando un pez nada a un lugar específico para refugiarse, dicen los investigadores.
«Este es un circuito muy desconocido para esta forma de navegación que creemos que podría ser la base de los circuitos del hipocampo de orden superior para la exploración y la navegación basada en puntos de referencia», dice Misha Ahrens, líder senior del grupo Janelia.
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