Neuronas binoculares y neuronas direccionales de un artrópodo y sus posibles funciones en comportamientos guiados visualmente - Scarano, María Florencia (2018)
Los artrópodos son animales muy activos y en gran medida guían su comportamiento por la visión. Estas características en combinación con ventajas destacables para el abordaje experimental, hacen que algunos artrópodos sean modelos muy utilizados en el estudio de los mecanismos neurofisiológicos y los principios computacionales que subyacen a la detección visual de movimientos. La mayoría de los artrópodos tienen dos ojos formadores de imágenes y, como en otros animales visuales, algunos de sus comportamientos fundamentales requieren combinar la información que ingresa por ambos. Sin embargo, poco se sabe a nivel neurofisiológico sobre el modo en que los artrópodos integran la información proveniente de ambos ojos. Además de procesos de integración binocular, muchos comportamientos requieren de la percepción visual de la dirección de los objetos en movimiento. Por ejemplo, la habilidad para perseguir a una presa que se mueve requiere mantener su imagen fija en una región de la retina, lo que implica percibir continuamente las direcciones en que la imagen se desvía del punto de fijación. El conocimiento de los elementos neurales y mecanismos por los cuales los artrópodos llevan adelante los comportamientos de fijación y seguimiento visual de objetos que se mueven, son aun más desconocidos que en lo mencionado para el procesamiento binocular. Realizando registros intracelulares en el animal intacto y no anestesiado, investigamos las respuestas electrofisiológicas de un gran número de neuronas gigantes de la lóbula (tercer neuropilo óptico) a estímulos visuales de movimiento presentados en distintas partes del campo visual, en condiciones de visión binocular y monocular. La gran mayoría de las neuronas con campo receptivo orientado frontalmente mostraron responder a estímulos presentados tanto a uno como a otro ojo por separado, es decir mostraron tener respuestas binoculares. El rango de binocularidad observado comprende desde neuronas exclusivamente binoculares, pasando por neuronas de respuesta binocular y monocular equivalentes, hasta neuronas estrictamente monoculares. Considerando el perfil eléctrico de cada neurona distinguimos los registros como presinápticos o postsinápticos, a partir de lo cual clasificamos a cada neurona registrada como ipsilateral o contralateral al lado de registro. Mientras las primeras proyectarían desde la lóbula enviando río abajo la información visual (neuronas centrípetas), las segundas traerían hacia la lóbula la información visual percibida desde el ojo contralateral (neuronas centrífugas). Un análisis de la intensidad y de la latencia de respuesta monocular y binocular de las neuronas ipsilaterales y contralaterales por separado, reveló resultados coincidentes con estas predicciones. La interpretación de estos y otros resultados nos condujo a formular un modelo circuital simple, aunque de gran valor heurístico, de la transferencia interocular de información visual de movimiento en un artrópodo. Por otro lado, descubrimos y caracterizamos neuronas altamente sensibles al sentido y la dirección de movimiento de objetos. Encontramos que estas neuronas responden con alta frecuencia de potenciales de acción cuando un objeto se mueve alejándose del punto visual de fijación del animal, y se inhiben toda vez que el objeto se dirige hacia allí. Se trataría de un sistema de neuronas detectoras de desvío al servicio de comportamientos que implican la fijación y seguimiento visual de objetos que se mueven. Luego de caracterizar fisiológicamente a estas neuronas realizamos marcaciones intracelulares que permitieron identificarlas morfológicamente. Todas las neuronas direccionales que marcamos mostraron amplias arborizaciones en la lóbula, proyectando hacia el protocerebro lateral en donde se ramificaron en un glomérulo óptico específico, una estructura anatómica bien delimitada y hasta ahora no descripta. Además, mostraron una proyección hacia la lobula plate, llegándose a observar, en algunos casos, arborizaciones en la misma. Animales tan diversos como humanos y moscas comparten la necesidad de procesar eficazmente la información visual de movimientos para navegar evitando colisiones, seguir el movimiento de objetos, estimar distancias, etc. Estos desafíos compartidos llevan a suponer que los mecanismos fundamentales de detección visual de movimiento podrían ser comunes a diversos organismos. Los resultados de esta tesis aportan datos sobre dos aspectos del procesamiento visual casi inexplorados en artrópodos, que sin duda cumplen funciones muy relevantes en la organización de sus comportamientos, como lo son la integración binocular y la detección de la dirección de movimientos.