Un nuevo estudio revela cómo las moscas de frutas pueden ver en color

Los científicos de Columbia han identificado un circuito cerebral que impulsa la capacidad de las moscas de la fruta para ver en color, y descubrieron que tiene un parecido sorprendente con los circuitos detrás de nuestra propia capacidad de visión en color. Estos hallazgos arrojan luz sobre el proceso fundamental, aunque misterioso, por el cual la información sobre las ondas de luz se transmite desde el ojo hasta el cerebro. Esta investigación no solo impulsará nuevas investigaciones sobre cómo funciona la visión del color en moscas y humanos, sino que también podría impulsar los esfuerzos para desarrollar algoritmos que ayuden a las computadoras a ver en color.

"El cerebro puede reconocer más de un millón de colores diferentes, un poder asombroso que apenas estamos comenzando a entender", dijo Rudy Behnia, investigador principal del Instituto de comportamiento mental Brain Mortu B. Zuckerman de Columbia y autor principal del artículo. "Con el estudio identificamos un circuito de células nerviosas que actúan como un sintetizador de color para el cerebro de la mosca. Este descubrimiento es muy emocionante porque un sistema similar parece estar funcionando en el cerebro humano. A medida que profundizamos en la fruta cerebro cerebral, estamos descubriendo más sobre nuestra propia capacidad de ver y procesar el color".

Tanto en las moscas como en los humanos, la visión del color comienza con el ojo, que contiene células nerviosas especializadas llamadas fotorreceptores. Estas células sensibles al color recubren la retina en la parte posterior del ojo. La mayoría de las personas (excepto, por ejemplo, las personas con daltonismo) tienen tres tipos de fotorreceptores para la visión del color. Las moscas de la fruta tienen cuatro. En todos los animales, cada tipo de fotorreceptor es sensible a un rango particular de longitudes de onda de luz. La luz que golpea los fotorreceptores desencadena una serie de señales eléctricas que se envían al cerebro.

"Sabemos que el cerebro compara estas señales eléctricas de los diferentes fotorreceptores, en última instancia, las traduce en color, pero precisamente cómo sucede esto se ha mantenido esquivo", dijo la Dra. Behnia, quien también es profesora asistente de neurociencia en el Colegio de Médicos Vagelos de Columbia. y cirujanos. "Gracias a los recientes avances en tecnología molecular y de imagen, ahora podemos ver las células nerviosas en diferentes áreas del cerebro de la mosca con exquisito detalle".

El tamaño pequeño y la relativa simplicidad del cerebro de la mosca de la fruta lo convierten en un organismo ideal para investigar la visión del color. La organización y la estructura de su cerebro también están bien documentadas, gracias a iniciativas como el Proyecto Fly Connectome en Janelia Research Campus, que ha mapeado la ubicación y las conexiones de cada célula en el cerebro de la mosca.

Para el estudio del Instituto Zuckerman, Sarah Heath, una candidata doctoral en el laboratorio de Behnia y coautora del artículo, registró la actividad de los fotorreceptores de la mosca de la fruta, uno a la vez, mientras la mosca observaba diferentes fuentes de LED de colores.

Cada fotorreceptor tenía ramas largas, llamadas axones, que se extendían hacia el lóbulo óptico de la mosca, el área del cerebro responsable de la visión. Estos axones se comunicaban entre sí, enviando información de ida y vuelta sobre las señales que estaban transmitiendo. Mientras los investigadores rastreaban el camino de cada señal, descubrieron que estos caminos conducían a un tipo de célula nerviosa llamada Dm9.

"Creemos que Dm9 sirve como un sintetizador, un lugar para que cada señal de fotorreceptores se compare entre sí", dijo el Dr. Behnia.

Esta comparación es importante. Décadas de experimentos han demostrado que las señales de un solo fotorreceptor no son suficientes para que el cerebro identifique un color. Esta es la razón por la cual las personas que carecen de uno o más tipos de fotorreceptores tienen distintos grados de daltonismo.

"Cada señal de fotorreceptores debe ser comparada y analizada cuantitativamente por el cerebro para identificar el color correcto", continuó el Dr. Behnia. "Y nuestro trabajo ha demostrado que Dm9, de hecho, puede cumplir ese papel".

Utilizando estos datos recién recopilados, así como los datos del Proyecto Fly Connectome, Matthias Christenson, coautor del presente artículo y candidato a doctorado en el laboratorio Behnia, desarrolló un modelo computacional del circuito de color de la mosca. Este modelo podría ayudar a los científicos a predecir cómo se comportarán las moscas en respuesta a diferentes colores, llenando los muchos agujeros en nuestra comprensión del sistema visual.

Christenson espera que una mejor comprensión de cómo el cerebro percibe el color también podría conducir a nuevas tecnologías informáticas para las personas con discapacidad visual.

"Los sistemas actuales luchan por resolver la panoplia de matices que experimentamos todos los días", dijo Christenson. "A medida que continuamos descubriendo los mecanismos detrás del procesamiento del color, uno podría prever algoritmos de visión que mejoren la forma en que las computadoras reconocen los diferentes colores".

Esta investigación también reveló una conexión inesperada con las personas. Por ejemplo, el equipo descubrió que los fotorreceptores en la mosca se comportan de manera similar a los humanos.

"Las células Dm9 tienen un parecido sorprendente en estructura, organización y función con las células nerviosas del sistema visual humano llamadas células horizontales", dijo Heath. "Esta semejanza podría ser el resultado de una evolución convergente, un fenómeno en el que dos especies evolutivas distintas, en este caso, las moscas y las personas, desarrollan la misma solución a un problema común".

Estas y futuras ideas que el equipo descubre en las moscas podrían utilizarse como punto de partida para comprender mejor el sistema visual humano.   @mundiario