Los investigadores modelan la integración sensorial utilizando Hawkmoths

Los investigadores modelan la integración sensorial utilizando Hawkmoths

Lisa Junker 7 de noviembre de 2016

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¿Cómo integran el sistema nervioso y el cerebro los estímulos visuales, auditivos y otros, y qué estímulos tienen prioridad sobre los demás? La integración sensorial sigue siendo una de las tareas más interesantes que incluso los sistemas nerviosos simples realizan", dijo el profesor de biología de la Universidad de Washington, Thomas L. Daniel. "Desde tareas como llegar a los humanos hasta la alimentación con néctar de los insectos, nuestro desafío ha sido desarrollar formas experimentales de revelar los mecanismos y circuitos que subyacen a la detección visual y mecánica combinada."

Un equipo de investigación dirigido por Daniel estudió Manduca sexta, que utiliza una larga probóscide para beber comidas con néctar mientras se cierne sobre las flores. Las polillas han sido observadas ajustando su posición para seguir la posición de la flor mientras es movida por el viento.

El grupo de Daniel estudió este comportamiento en el laboratorio usando flores artificiales construidas con pequeñas vainas de néctar. Las polillas responden a las flores artificiales de la misma manera que a las reales y ajustan su posición para seguir alimentándose mientras los investigadores mueven la flor. Para ver cómo la entrada de diferentes sistemas sensoriales contribuyó a este comportamiento, el equipo de Daniel modificó las flores artificiales para dar pistas visuales y táctiles contradictorias: los pétalos de la flor, que la polilla sigue con sus ojos, se mueven independientemente de la vaina de néctar, que la polilla toca con su probóscide. Estudiando cómo responden las polillas a estas señales discordantes, los investigadores esperaban comprender cómo la polilla procesa y combina las entradas de ambos sistemas sensoriales. Sus hallazgos se publicaron el 24 de octubre en las Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Típicamente, para estudiar cómo un sentido particular contribuye a un comportamiento, los científicos tratan de diseñar experimentos en los que el animal sólo recibe ese tipo de señal sensorial", dijo el investigador postdoctoral de la Universidad de Washington, Eatai Roth, que es el autor principal del artículo. "Pero esto no refleja lo que sucede cuando un conjunto de sentidos contribuyen simultáneamente."

El equipo determinó que cuando la cámara de néctar se movía pero el resto de la flor estaba quieta, las polillas generalmente eran capaces de balancearse en respuesta. Pero cuando los investigadores mantuvieron la cámara de néctar quieta y movieron los pétalos de la flor, las polillas sólo se balancearon ligeramente. Esto indicó que, para alimentarse, la información táctil transmitida por la probóscide puede ser un aporte sensorial más importante que la visión.

"En la naturaleza, las señales visuales y táctiles coinciden en gran medida y cualquiera de los dos sentidos por sí solo es suficiente para el trabajo. Tener ambos proporciona redundancia, un respaldo por si acaso", dijo Roth. "Pero cuando le presentamos a la polilla estímulos contradictorios, debe decidir cómo equilibrar la información que no concuerda - qué señal seguir. Y resulta, bastante sorprendente, que el tacto supera a la visión en este tira y afloja sensorial." Los investigadores midieron las posiciones de las polillas durante las pruebas y usaron estos datos para describir el comportamiento de las polillas en un modelo matemático. Aunque el sentido del tacto parecía jugar un papel más importante en el seguimiento del comportamiento, las polillas no dependen sólo de este sentido. Su modelo matemático indicaba que el cerebro de la polilla utiliza un simple modelo aditivo o de suma lineal para integrar las señales de la probóscide y los ojos. Y aunque las polillas dependen en gran medida de las señales táctiles de la probóscide, el modelo sugiere que tanto el sentido visual como el táctil son lo suficientemente agudos como para que la polilla siga a la flor.

El equipo utilizó este modelo para predecir cómo se comportarían las polillas en un nuevo escenario en el que la cámara de néctar y la flor se movían, pero de forma muy diferente. Los investigadores probaron estas predicciones en un conjunto diferente de Manduca sexta, y respondieron tal como el modelo predijo. Daniel y su equipo creen que los fundamentos matemáticos que describen aquí pueden representar un modo común de integración de señales en los animales.

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