Las moscas se orientan gracias a las matemáticas complejas

Las moscas de la fruta realizan cálculos complejos con datos obtenidos de los sentidos y utilizan geometría para orientarse en el espacio. Realizan las mismas operaciones que se usan en la enseñanza primaria.

Investigadores del Instituto Médico Howard Hughes de Estados Unidos han descubierto cómo las moscas de la fruta son capaces de orientarse y navegar en distintas direcciones empleando matemáticas complejas. Pueden resolver cálculos con datos que obtienen mediante sus sentidos y, además, aplicar geometría para lograr la precisión necesaria al mover sus cuerpos y desplazarse.

 Dotadas con cerebros del tamaño de semillas de amapola, las moscas navegan por el mundo usando operaciones matemáticas que la mayoría de nosotros deja de lado después de concluir la escuela secundaria. Según una nota de prensa, aunque los científicos ya habían identificado la “brújula” en el cerebro de la mosca de la fruta que les permite orientarse, no sabían qué mecanismos ponían en marcha para activarla y usarla eficazmente.

Un mapa mental

 El centro de orientación cerebral de estos insectos consiste en un conjunto de neuronas dispuestas en una estructura en forma de “rosquilla”, que efectúa un seguimiento de la dirección en la que se encuentra la mosca. Ahora, en dos estudios publicados en la revista Nature, los científicos han precisado el grado de complejidad que alcanza el mecanismo de orientación y navegación de las moscas.

Son conocidas las habilidades de desplazamiento y orientación de los insectos: se sabe, por ejemplo, que desarrollan un proceso para rastrear movimientos pasados y así orientarse en el presente, una especie de memoria espacial de gran eficacia. En los seres humanos, es el mismo proceso os permite levantarnos por la noche y recodar, en medio de la oscuridad, hacia dónde debemos dirigirnos para llegar al baño.

En el marco de la investigación, los especialistas comprobaron que las moscas logran construir un mapa mental en sus cerebros para poder orientarse y moverse a través del mundo. Para la neurociencia, descubrir cómo un cerebro diminuto realiza estos cálculos puede ser crucial para entender la forma en que los cerebros más complejos realizan otras operaciones.

 La nueva investigación ha logrado identificar por primera vez qué neuronas del cerebro de las moscas están rastreando tanto el movimiento como la orientación del cuerpo, y de qué manera las señales se combinan para diseñar un camino eficaz a través del entorno. Al parecer, las matemáticas tienen un papel importante en esta clase de procesos.

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Matemáticas que orientan

De acuerdo a los experimentos realizados, los investigadores comprobaron que la información de las células cerebrales PFNd y PFNv, directamente implicadas en el mapa mental que orienta a las moscas, se combina en el cerebro usando un tipo de matemática llamada aritmética vectorial. Los cálculos permiten precisar en qué dirección viaja la mosca.

Los vectores expresan una cantidad, incluyendo una magnitud y una dirección. Para la navegación y el desplazamiento, un vector es una forma práctica de comunicar la dirección y la velocidad, por ejemplo, mediante flechas que indican el sentido de un trayecto y su extensión. En el cerebro de la mosca, la suma de varios vectores puede indicarle al insecto tanto su dirección precisa de viaje como su velocidad.

Según verificaron los científicos a través de ejercicios de realidad virtual y la obtención de imágenes cerebrales, un circuito neuronal en el cerebro de la mosca puede rotar, escalar y agregar diferentes vectores, que expresan múltiples alternativas de orientación. Esto las ayuda en su viaje, en relación con la orientación de sus cuerpos y el trayecto que deben realizar.

 En otras palabras, estas operaciones matemáticas permiten que las moscas integren dos tipos de información: la dirección de sus cuerpos y el entorno en el que se mueven. Ahora, los investigadores intentarán definir si este tipo de mecanismos también se concreta en otros animales, como por ejemplo los mamíferos.

Referencia

 Building an allocentric traveling-direction signal via vector computation. Cheng Lyu et al., Nature. 2021. DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-04067-0