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| Un abejorro de cola blanca y un modelo en 3D del cerebro del abejorro, basado en una micro-TC. Las regiones azules simbolizan los centros olfativos primarios. Las regiones de color amarillo/naranja procesan la información visual de los ojos compuestos, y la información visual de color turquesa de los ocelos. En rojo/naranja se muestran los cuerpos de los hongos, importantes para el aprendizaje. La brújula interna de los insectos, el complejo central, es de color verde. (Imagen: Erdhummel von Ivar Leidus / Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0 / 3D-Modell von Lisa Rother / Universität Würzburg) |
Un atlas cerebral estándar del abejorro basado en la microtecnología
El abejorro de cola blanca Bombus terrestris es una de las especies de abejorros más comunes en Europa. No solo es activo en la naturaleza como polinizador: los humanos también lo utilizan en invernaderos y túneles de lámina para obtener buenas cosechas de tomates o fresas.
El abejorro de cola blanca también se utiliza en la ciencia: "La investigación básica lo utiliza cada vez más como organismo modelo para analizar el aprendizaje y la memoria, el sistema visual, el control del vuelo y la capacidad de navegación", dice el Dr. Keram Pfeiffer, catedrático de neurobiología del Biocentro de la Universidad Julius-Maximilians (JMU) de Würzburg, en Baviera (Alemania).
Pfeiffer investiga las bases neuronales de la orientación espacial en los insectos. Junto con su estudiante de doctorado Lisa Rother y un equipo internacional, presenta ahora en la revista Cell and Tissue Research el primer atlas del cerebro de un abejorro de cola blanca basado en datos de tomografía computarizada (TC).
En el trabajo participaron también Nadine Kraft y el Dr. Basil el Jundi, jefe del grupo Emmy Noether (ambos de la JMU), así como el Dr. Richard J. Gill y el Dr. Dylan Smith, del Imperial College de Londres.
Datos promediados de diez cerebros de abejorros
Para crear el atlas, el equipo de investigación tomó imágenes de microtecnología de diez cabezas de abejorros de cola blanca. A partir de ellas, extrajeron primero los datos de las imágenes que mostraban los cerebros. En cada una de estas pilas de datos, se reconstruyeron manualmente 30 regiones del cerebro del abejorro en tres dimensiones. En el clúster de computación de alto rendimiento Julia de la JMU, se calculó entonces un cerebro estándar a partir de los diez conjuntos de datos, basándose en sus valores medios.
El resultado puede verse en la base de datos insectbraindb, de acceso público: https://hdl.handle.net/20.500.12158/SIN-0000010.3
"El atlas se utilizará para investigaciones en las que se analicen circuitos neuronales. Los principios funcionales de estos circuitos suelen ser válidos en general, por lo que también se dan en los seres humanos, por ejemplo", explica Pfeiffer.
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| Flujo de trabajo para la reconstrucción de neuropilas a partir de datos de micro-TC de Bombus terrestris. (a) Corte frontal virtual en 2D a partir de los datos de micro-TC mostrando la posición del cerebro en la cápsula craneal. Flechas rojas: músculos; flechas verdes: retina. (b) El mismo corte que en (a) pero recortado para excluir todos los tejidos no neuronales. (c) El corte recortado con todas las regiones de interés de las neuropilas etiquetadas manualmente. El código de colores de las neuropilas es consistente con Brandt et al. (2005) y Kurylas et al. (2008). (d) Modelo de superficie de una reconstrucción de un cerebro individual con todas las neuropilas etiquetadas. Las restantes neuropilas (RN) fueron etiquetadas de forma semitransparente para hacer más visible el complejo central (CX). Neuropilas: lóbulos antenales (AL), tubérculo óptico anterior (AOTU), anillo basal (BR), complejo central (CX), cuello (CO), lámina (LA), labio (LIP), lóbulo (LO), médula (ME), plexo sináptico ocelar (OC), pedúnculo (PED) y neuropilas restantes (RN). Barras de escala = 1000 µm. Crédito: Cell and Tissue Research (2021). DOI: 10.1007/s00441-021-03482-z |
La microtecnología ofrece ventajas
Ya existen atlas cerebrales similares para otras especies de insectos. Sin embargo, ninguno de ellos se basa en imágenes de micro-TC, sino en una combinación de inmunotinción de regiones sinápticas y microscopía confocal.
En comparación con la micro-TC, esta técnica tiene dos desventajas: En primer lugar, la resolución en la dirección z (de adelante hacia atrás) es mucho menor que la resolución lateral. En segundo lugar, hay que diseccionar el cerebro para la inmunotinción. En el proceso, las regiones exteriores del cerebro, en particular, pueden resultar dañadas y pueden cambiar de posición.
La micro-TC permite dejar el cerebro en el animal. Así, todas las partes permanecen intactas y en su posición natural. Además, la resolución de las imágenes de la micro-TC es la misma en todas las direcciones. Esto simplifica la inserción posterior de los datos neuronales y proporciona más detalles cuando se ve de lado.
Objetivo: combinar ambos métodos
"Actualmente también estamos trabajando en un atlas del cerebro del abejorro utilizando el método convencional de la microscopía confocal", dice Pfeiffer. Este método tiene la ventaja -al menos de momento- de que el contraste y la resolución de los datos son mejores.
Para combinar las ventajas de ambos métodos, el atlas creado de forma convencional se registrará en el atlas de microtecnología al final. El resultado será un atlas que ofrece tanto una alta resolución y un alto contraste como una posición espacial realista de las áreas individuales del cerebro en relación con las demás.
Por el momento, solo se dispone de métodos microscópicos estándar para teñir las células nerviosas individuales. Los datos recogidos con estos métodos sólo pueden insertarse en el cerebro estándar con restricciones. "Por ello, queremos desarrollar protocolos de tinción que permitan registrar las estructuras neuronales directamente con la micro-TC", anuncia el neurobiólogo de la JMU.