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NEUROBIOLOGÍA | Comportamiento

Las moscas aprenden mediante un mecanismo similar al humano

Cazar una mosca al vuelo es un ejercicio de difícil ejecución. Las ranas lo hacen, pero los humanos somos prácticamente incapaces. Su rapidez y sus continuos cambios de rumbo parecen indicar que traza una trayectoria caótica, sin sentido, que con frecuencia nos impide incluso seguirla con la vista. Pero la mosca sabe lo que hace, y su vuelo no está determinado por el azar, discrimina lo que ve y selecciona sus objetivos, evitando los que puedan ser desagradables y aproximándose a los que le pueden proporcionar comida o placer.

Ahora, gracias a los trabajos realizados por Reinhard Wolf, del Instituto de Genética de la Universidad de Würzburg (Alemania), con moscas del género Drosophila, se sabe que este proceso es fruto de un aprendizaje metódico por el que la mosca llega a diferenciar objetos y formas, los asocia con sensaciones de agrado o repulsa y ello determina su comportamiento posterior. La mosca acumula la información obtenida de sus experiencias mediante un mecanismo semejante a ciertos procesos por los cuales también aprendemos los humanos ciertas conductas. "El comportamiento de estas moscas parece muy similar al de nuestra conducta no pre-programada, cuando intentamos hacer algo nuevo o nos enfrentamos a una situación inesperada, mediante el sistema de prueba y error, en el que la respuesta enseña a manejar la situación", explica Wolf.

La 'Drosophila' es demasiado pequeña, y es muy difícil colocarle los electrodos

Este investigador, que se formó en física aplicada e ingeniería, estuvo hace unos días en Madrid, presentando su trabajo en el Instituto de Neurobiología Ramón y Cajal, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, y explicando los experimentos que ha realizado desde 1976 para llegar a estas conclusiones. Para ello utiliza una cámara cilíndrica, denominada simulador de vuelo, donde se coloca la mosca, sujeta por dos alambres de cobre pegados entre la cabeza y el tórax. La mosca está viva y tiene delante un panorama cambiante. Puede volar, o más bien creer que vuela, agitar sus alas, girar, acelerar o frenar, aunque en realidad no se mueve porque está sujeta al alambre. Pero las torsiones que realiza con sus intentos de cambiar su movimiento son recogidos por los alambres, y transmitidos a un ordenador, que los analiza en tiempo casi real, calcula el movimiento exacto que la mosca quiere hacer y modifica el panorama para hacerle creer que realmente se ha movido. Así, la mosca tiene la impresión visual de que está realmente volando.

Todo este montaje no es más que la puesta en escena de los experimentos, que consisten en colocar señales en el panorama visual del animal y provocar sensaciones, molestas o no (choques de calor, cambios de luz...), para que asocie una señal con una sensación. Así, Wolf ha podido determinar el proceso de aprendizaje asociativo de la mosca, y comprobar que su experiencia condiciona su comportamiento futuro.

Uno de los objetivos del estudio es determinar qué formas es capaz de reconocer visualmente la mosca. Para ello utiliza rayas de diferente grosor, dibujos en forma de T y T invertida, triángulos apuntando hacia arriba o hacia abajo, círculos, cruces... Y así ha descubierto que las moscas son capaces de distinguir aquellas que ofrecen diferencias en cuanto al centro de gravedad. Por ejemplo, si se colocan la T y la T invertida, la primera tiene el centro de gravedad más bajo y las diferencia.

"Obviamente, la mosca no reconoce ni recuerda las formas exactas, ni el escenario visual completo, sólo extrae ciertos parámetros importantes, como la diferente altura del centro de gravedad", dice Wolf. "Conocemos por ahora tres parámetros que diferencia, además de éste, la diferencia de tamaño, diferenciando un cuadrado grande de uno pequeño, y la verticalidad frente a la horizontalidad, dividiendo en segmentos horizontales las partes verticales de la figura".

El estudio ha permitido determinar el centro del cerebro de la mosca responsable de este aprendizaje. Se trata de un órgano denominado cuerpo achampiñonado (mushroom body), equivalente funcional, salvando las distancias, del hipocampo de cerebro humano. Para ello, Wolf ha empleado técnicas de supresión genética, desactivando los genes implicados en el desarrollo y formación de varias partes del cerebro, hasta comprobar que las moscas sin este órgano no son capaces de realizar este aprendizaje, mientras que las que sólo tienen este órgano, y carecen de otros sí aprenden. Las moscas sobreviven perfectamente sin el cuerpo achampiñonado, pero ciertas funciones les están vedadas.

"Básicamente, estamos interesados en los mecanismos neuronales implicados en ciertos aspectos del comportamiento, del aprendizaje y la relación entre visión y conducta motora. Éste es uno de los primeros sistemas que permiten medir el comportamiento de una forma cuantitativa, ya que la observación clásica puede estudiar ese comportamiento, pero no medirlo con cifras", explica Wolf.

Por ello, Wolf se propone identificar más parámetros que las moscas puedan utilizar para distinguir señales u objetos, descubrir por qué reconocen cambios horizontales del centro de gravedad, pero no verticales, y determinar los mecanismos neuronales implicados en el proceso. Para ello, Wolf considera que sería interesante poder utilizar electrodos que permitieran estudios precisos de las neuronas que se activan y la red neural que participa, pero se enfrenta al problema de que la Drosophila es demasiado pequeña, y técnicamente es muy difícil colocarle los electrodos. "En EE UU han colocado electrodos en el cerebro de moscas Calliphora (que son de mayor tamaño), en los globos oculares y estimulando mediante control remoto les hacen girar a la derecha o a la izquierda, acelerar o frenar", dice.

El trabajo, además de ayudar a comprender ciertos mecanismos neuronales básicos, podría ser útil en otros campos, como la inteligencia artificial. "La conducta no es sólo la respuesta a un estímulo. La mayor parte de los robots caminan en línea recta y sólo cambian de dirección como respuesta a un estímulo exterior, pero de una forma preprogramada. La experiencia de la mosca, aplicada a este caso, debería llevar a que escogiera no una de las respuestas posibles, sino la más efectiva".

* Este artículo apareció en la edición impresa del Miércoles, 5 de noviembre de 2003