Cercetătorii Salk au izolat neuroni specifici care controlează comportamente sociale complexe
Creierul nostru integrează constant informații despre starea noastră internă și despre mediu pentru a determina cum ne comportăm.
Coordonarea acestora depinde, în mare măsură, de neuromodulatori, substanțe chimice care stabilesc modul în care neuronii comunică și funcționează. Înțelegerea modului în care aceste semnale produc răspunsuri distincte în diferite contexte sociale este esențială pentru a înțelege cum funcționează creierul.
Interesant este că multe dintre aceste mecanisme moleculare fundamentale sunt conservate de-a lungul evoluției, inclusiv în creierul minuscul al unei muște de fructe. Aceasta face ca muștele de fructe să fie modele puternice pentru a studia modul în care neuromodulatorii influențează comportamente sociale complexe, cum ar fi agresiunea. Un astfel de neuromodulator, octopamina—echivalentul funcțional al noradrenalinei la oameni—poate reglementa o gamă largă de procese, de la agresiune și alimentație până la veghe și memorie.
Dar cum poate un singur mesager chimic să îndeplinească atât de multe funcții?
Oamenii de știință au suspectat de mult timp că un set diferit de neuroni, care folosesc același neuromodulator, ar putea fi specializați pentru un proces specific, dar le-au lipsit uneltele necesare pentru a-i studia separat. Așa cum descrie Valentina Fajner, coautorea studiului și cercetătoare la Salk, „Este ca și cum ai încerca să izolezi un singur instrument dintr-o orchestră.”
Acum, cercetătorii Salk au dezvoltat un set de instrumente genetice care le permit să facă exact asta. Studiul, publicat în Current Biology pe 27 august 2026, arată că subtipuri neuronale distincte, identificate folosind acest set de instrumente genetice, pot produce efecte diferite—chiar opuse, inclusiv identificarea neuronilor care suprimă agresiunea.
Cum poate un singur chimic cerebral să îndeplinească atât de multe funcții diferite?
Octopamina oferă un sistem ideal pentru explorarea funcției neuronale în muștele de fructe, deoarece reglează o gamă largă de comportamente, inclusiv agresiunea. Conform lui Fajner, „Social, agresiunea poate fi benefică—pentru apărarea teritoriului sau accesarea resurselor—dar poate fi, de asemenea, riscantă.”
Octopamina în sine prezintă un paradox în această privință. Lucrări anterioare au asociat octopamina cu creșterea agresiunii, în timp ce alte dovezi sugerează că poate, de asemenea, să o reducă. Acest fenomen intrigant i-a condus pe oamenii de știință de la Salk să ipotezeze că, mai degrabă decât toți neuronii asociați cu octopamina să îndeplinească aceeași sarcină, diferite subgrupuri ar putea contribui la funcții diferite.
Până acum, cercetătorii nu au putut testa această ipoteză deoarece le-au lipsit uneltele necesare pentru a distinge subgrupurile neuronale individuale din cadrul sistemului de octopamină.
„Practically, no single gene is sufficient for specifying one single cell type.”
Kenta Asahina, asociat la Salk, a menționat.
Pentru a depăși această limitare, echipa a selectat mai multe sute de muște de fructe modificate genetic pentru a identifica modele comune de exprimare. Apoi, au dezvoltat un set de instrumente genetice care utilizează marcatori genetici suprapuse pentru a identifica grupuri specifice de neuroni. Prin restrângerea locurilor unde acești markeri se suprapun, cercetătorii au putut manipula subgrupuri distincte ale sistemului de octopamină—în unele cazuri, țintind doar o pereche de neuroni.
„Înainte, era ca și cum ai încerca să izolezi un singur instrument dintr-o orchestră,” spune Fajner. „Acum, putem asculta un instrument pe rând.”
Ce ne pot spune neuronii individuali despre agresiune?
Folosind noul lor set de instrumente, cercetătorii au deconstruit ce fac grupurile individuale de neuroni din cadrul sistemului de octopamină și au început să dezvăluie paradoxul aparent—cum poate același neuromodulator (octopamina) să promoveze și să suprime agresiunea?
Ei au identificat un subgrup neuronal, numit ASM4, care ajută la suprimarea agresiunii în muștele de fructe care trăiesc în grupuri. După ce au identificat neuronii ASM4, cercetătorii au căutat o explicație chimică pentru capacitatea lor de a suprima agresiunea. Octopamina este produsă dintr-un alt neuromodulator numit tiramină. Au descoperit că neuronii ASM4 par incapabili să convertească tiramina în octopamină. Deoarece octopamina și tiramina pot avea efecte fiziologice opuse, cercetătorii ipotezează că rolul unic al ASM4 ar putea depinde atât de tipul de neuron, cât și de semnalul chimic pe care îl eliberează.
Fajner a fost deosebit de intrigată de o altă descoperire: ASM4 a suprimat agresiunea atât la muștele de fructe masculine, cât și la cele feminine, în ciuda faptului că agresiunea diferă, de obicei, între sexe. „Acest neuron în sine este important pentru ambele,” spune Fajner. „Astfel, este un control mai universal al agresiunii.”
Setul de instrumente a identificat, de asemenea, un alt grup de neuroni cu un rol complet diferit—ajutând muștele să urmărească mișcarea vizuală în timpul zborului. Împreună, descoperirile arată cum neuronii din cadrul aceluiași sistem neuromodulator pot îndeplini sarcini foarte diferite. Sau, așa cum spune Fajner, „un modulator, dar neuroni distincți, sarcini distincte.”
Ce ar putea învăța creierul unei muște de fructe despre creierul uman?
Multe mecanisme fundamentale ale sistemului nervos sunt conservate în multe specii. Neuromodulatorul octopamină dintr-o muscă de fructe este funcțional legat de noradrenalină, un neuromodulator uman important asociat cu reacții comportamentale de tip fight-or-flight și altele.
Cu toate acestea, sistemele umane sunt mult mai complexe, ceea ce este exact motivul pentru care cercetătorii Salk văd valoare în a începe cu sistemul nervos mai simplu al muștelor de fructe; mai întâi, să descopere principiile fundamentale ale neuromodulării, apoi să întrebe dacă acele principii se extind la organisme mai complexe.
Următorul pas în cercetarea lor este să cartografieze semnalele de intrare și ieșire în sistemul octopamină/tiramină în muștele de fructe pentru a înțelege circuitul neuronal mai mare și modul în care diferitele stimulente sociale promovează sau suprimă agresiunea. În cele din urmă, disecarea acestor mecanisme în muște ar putea oferi un plan de acțiune pentru a înțelege organizarea moleculară a sistemului noradrenergic uman și modul în care eșecurile de semnalizare contribuie la funcționarea alterată a creierului.
„Aproape fiecare celulă din creier este diferită,” spune Asahina. „Nu putem studia cu precizie cum funcționează creierul dacă tratăm un grup de neuroni ca o unitate unică. Acum, putem începe să întrebăm ce face fiecare neuron specific.”
