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Las moscas tienen capacidades cognitivas más avanzadas de lo que se creía, según un nuevo estudio que ha evaluado a los insectos mediante un entorno de realidad virtual inmersiva construido a medida y la obtención de imágenes de la actividad cerebral en tiempo real.
Investigadores del Instituto Kavli para el Cerebro y la Mente (KIBM) de la Universidad de California en San Diego han encontrado atención, memoria de trabajo y capacidades similares a la conciencia en las moscas de la fruta, rasgos que normalmente sólo se han probado en mamíferos.
El estudio, publicado el miércoles en la revista Nature, arroja luz sobre la formación, la distracción y el eventual desvanecimiento de un rastro de memoria en los diminutos cerebros de las moscas de la fruta (Drosophila melanogaster).
“A pesar de la falta de similitud anatómica evidente, esta investigación habla de nuestro funcionamiento cognitivo cotidiano: a qué prestamos atención y cómo lo hacemos”, explicó en un comunicado Ralph Greenspan, autor principal del estudio y director asociado del KIBM.
“Dado que todos los cerebros evolucionaron a partir de un ancestro común, podemos establecer correspondencias entre las regiones cerebrales de las moscas y los mamíferos basándonos en las características moleculares y en cómo almacenamos nuestros recuerdos”, añadió el Dr. Greenspan.
En los seres humanos y en los mamíferos de orden superior, los investigadores han estudiado ampliamente dos formas de aprendizaje asociativo: el condicionamiento de retardo y el condicionamiento de rastro.
En el condicionamiento retardado, un estímulo no condicionado -como una descarga eléctrica o cualquier estímulo que pueda desencadenar una respuesta de forma natural y automática sin aprendizaje o práctica previa- se introduce en los momentos finales de un estímulo condicionado, como un tono, y ambos terminan al mismo tiempo.
Y en el condicionamiento de rastro, un intervalo de “rastro” separa el estímulo condicionado y el estímulo incondicionado, lo que requiere que los organismos tengan alguna forma de memoria o representación neuronal del estímulo inicial.
En el nuevo estudio, los científicos crearon un entorno de realidad virtual inmersiva para comprobar el comportamiento de la mosca a través de la estimulación visual y acoplaron las imágenes mostradas con un láser infrarrojo como estímulo térmico aversivo.
El escenario virtual proporcionó a la Drosophila un espacio panorámico de casi 360 grados para batir sus alas libremente mientras permanecían atadas, y como la RV se actualizaba constantemente en función del movimiento de sus alas (analizado en tiempo real mediante cámaras de visión artificial de alta velocidad), daba a las moscas la ilusión de estar volando libremente en el mundo, dijeron los científicos.
Gracias a este sistema, los científicos pudieron entrenar y probar a las Drosophila en tareas de condicionamiento, permitiendo que las moscas se alejaran de una imagen asociada al estímulo térmico negativo y se acercaran a una segunda imagen no asociada al calor.
Utilizaron dos tipos de condicionamiento: Uno en el que las moscas recibían una estimulación visual que se solapaba en el tiempo con el calor (condicionamiento de retardo), terminando ambos juntos, y en el segundo – condicionamiento de rastro – esperando de 5 a 20 segundos para entregar el calor después de mostrar y retirar la estimulación visual.
Aquí, el tiempo intermedio, según los investigadores, se considera el intervalo de “rastro”.
Durante este tiempo intermedio, dijeron, la mosca retiene un “rastro” del estímulo visual en su cerebro – una característica indicativa de rasgos como la atención, la memoria de trabajo y la conciencia en los mamíferos.
Los científicos también tomaron imágenes del cerebro de las moscas para rastrear la actividad del calcio en tiempo real utilizando una molécula fluorescente que diseñaron genéticamente en sus células cerebrales.
Esta configuración permitió a los investigadores registrar la formación y la duración de la memoria viva de la mosca, ya que vieron cómo el rastro se encendía y apagaba mientras se mantenía en la memoria a corto plazo de la mosca.
El estudio también descubrió que una distracción introducida durante el entrenamiento en forma de un suave soplo de aire hacía que la memoria visual se desvaneciera más rápidamente en las moscas.
“Este trabajo demuestra no sólo que las moscas son capaces de esta forma superior de condicionamiento de trazos, y que el aprendizaje es distraíble al igual que en los mamíferos y los seres humanos, sino que la actividad neuronal que subyace a estos procesos atencionales y de memoria de trabajo en la mosca muestran una notable similitud con los de los mamíferos”, dijo Dhruv Grover, miembro de la facultad de investigación KIBM de la UC San Diego y autor principal del nuevo estudio.
“Este trabajo demuestra que la mosca de la fruta podría servir como un poderoso modelo para el estudio de las funciones cognitivas superiores. Sencillamente, la mosca sigue sorprendiendo por lo inteligente que es”, añadió el Dr. Grover.
Los investigadores también hallaron la zona del cerebro de la mosca donde se formaba y desvanecía la memoria, conocida como cuerpo elipsoide del complejo central de la mosca.
Esta región del cerebro de la mosca, según los científicos, se corresponde con la capa exterior del cerebro humano llamada corteza cerebral.
El estudio también descubrió que la dopamina, sustancia química del cerebro, es necesaria para el aprendizaje y las funciones cognitivas superiores de la mosca, y que las reacciones del neuroquímico se producen cada vez más temprano en el proceso de aprendizaje, anticipando finalmente el estímulo térmico que se avecina.
Los científicos están estudiando actualmente los detalles de cómo se codifica fisiológicamente la atención en el cerebro.
Creen que los hallazgos del sistema modelo de la mosca de la fruta pueden informar directamente sobre nuestra comprensión de la cognición humana y los trastornos neuronales que la alteran.
Los investigadores dicen que el estudio también puede contribuir a nuevos enfoques de ingeniería para mejorar los diseños de inteligencia artificial.
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