Cientistas identificam circuito neural que permite autolocalização em peixe-zebra – ScienceDaily

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Um circuito cerebral multirregional permite que o peixe-zebra larval rastreie onde está, onde esteve e como voltar ao local original após ser deslocado, relatam pesquisadores em 22 de dezembro na revista Célula. Os resultados lançam luz sobre como o peixe-zebra larval rastreia sua própria localização e usa isso para navegar depois de ser desviado do curso pelas correntes.

“Estudamos um comportamento no qual o peixe-zebra larval deve se lembrar de deslocamentos anteriores para manter com precisão sua localização no espaço porque, por exemplo, o fluxo de água pode levá-los a áreas perigosas de seu ambiente natural”, diz o autor sênior Misha Ahrens do Janelia Research Campus, Instituto Médico Howard Hughes. “No entanto, não se sabe se eles rastreiam explicitamente sua localização em escalas de tempo longas e usam informações posicionais memorizadas para retornar à sua localização anterior – um comportamento que chamamos de homeostase posicional. durante o repouso.”

Muitos animais acompanham onde estão em seu ambiente. Eles usam informações de autolocalização para muitos comportamentos importantes, como retornar com eficiência a locais seguros após visitar áreas desconhecidas e potencialmente perigosas, revisitar áreas ricas em alimentos e evitar procurar alimentos em áreas pobres em alimentos. Embora a autolocalização seja representada na formação do hipocampo, não se sabe como essas representações surgem, se existem em regiões cerebrais mais antigas e por quais vias elas controlam a locomoção.

“Tais circuitos têm sido difíceis de identificar porque a neurociência normalmente depende de registros de células em regiões cerebrais pré-selecionadas que cobrem uma pequena fração de todos os neurônios do cérebro”, diz o primeiro autor En Yang do Janelia Research Campus, Howard Hughes Medical Institute.

No novo estudo, os pesquisadores se propuseram a identificar circuitos de navegação completos em peixes-zebra larvais, de integradores de movimento a centros pré-motores, por meio de imagens e análises exaustivas de todo o cérebro em resolução celular durante um comportamento que depende da autolocalização. O acesso a mais de 100.000 neurônios por animal revelou regiões do cérebro que antes eram desconhecidas por estarem envolvidas na autolocalização, levando à descoberta de um circuito multirregional do cérebro posterior mediando uma transformação da velocidade, através da memória de deslocamento, ao comportamento.

“Nossos resultados revelam um sistema neural para autolocalização e comportamento associado no rombencéfalo de vertebrados e fornecem uma compreensão de nível de circuito, representacional e de controle teórico de sua função. O sistema funciona em um circuito fechado com ambientes dinâmicos, e o O loop ambiente-cérebro-comportamento abrange integração, representações neurais de autolocalização e controle motor”, diz Ahrens. “Esses resultados demonstram a necessidade de considerar o cérebro em um nível holístico e unificar os conceitos de sistemas de neurociência – como autolocalização e controle motor – que muitas vezes são estudados separadamente”.

Imagens funcionais de todo o cérebro revelaram não apenas a existência de homeostase posicional em larvas de peixe-zebra, mas também como o cérebro identifica e corrige mudanças na localização do peixe-zebra. O circuito subjacente calcula a autolocalização no tronco encefálico dorsal, integrando informações visuais para formar uma memória de deslocamentos passados ​​à medida que o animal ativa ou passivamente muda sua localização. Essa representação de autolocalização é lida pela azeitona inferior como um sinal de erro posicional duradouro, refletindo a diferença entre a posição original e atual do peixe. Este sinal é transformado em saída locomotora que corrige os deslocamentos acumulados ao longo de muitos segundos.

Os autores dizem que este circuito multirregional tem potenciais homólogos anatômicos e funcionais em mamíferos e pode interagir com outras representações conhecidas de autolocalização. Além disso, este trabalho conecta a autolocalização e o controle motor olivocerebelar e estabelece o rombencéfalo dos vertebrados como um centro de controle neural para o comportamento de navegação direcionado a um objetivo.

“Nossos resultados sobre memória de localização e homeostase posicional ressoam com a ideia de que regiões cerebrais evolutivamente antigas contribuem centralmente para comportamentos de ordem superior”, diz Ahrens. “A ideia de que os processos cognitivos são amplamente distribuídos pelo sistema nervoso se alinha com a proposição evolutiva de que comportamentos complexos surgiram, em parte, pela construção de novos circuitos sobre estruturas cerebrais antigas que executam cálculos relacionados. Pesquisas em todo o cérebro da atividade neural podem, portanto, ser crítico para determinar os mecanismos da função cognitiva distribuída.”

Este trabalho foi financiado pelo Howard Hughes Medical Institute e pela Simons Foundation.

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Materiais fornecidos por Cell Press. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.



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