Contempla NeuroMechFly, el mejor simulador de moscas de la fruta hasta la fecha

Drosophila melanogaster, la mosca de la fruta común, es en cierto modo una criatura simple. Pero en otros es tan complejo que, como con cualquier forma de vida, solo estamos arañando la superficie para entenderlo. Los investigadores han dado un gran paso con D. melanogaster al crear el gemelo digital más preciso hasta el momento, al menos en cuanto a cómo se mueve y, hasta cierto punto, por qué.

NeuroMechFly, como llaman los investigadores de la EPFL a su nuevo modelo, es un “modelo biomecánico morfológicamente realista” basado en escaneos cuidadosos y observación cercana de moscas reales. El resultado es un modelo 3D y un sistema de movimiento que, cuando se le solicita, hace cosas como caminar o responder a ciertos estímulos básicos como lo haría una mosca real.

Para ser claros, esta no es una simulación completa célula por célula, en la que hemos visto algunos avances en los últimos años con microorganismos mucho más pequeños. No simula el hambre, la visión ni ningún comportamiento sofisticado, ni siquiera cómo vuela, solo cómo camina sobre una superficie y se acicala.

¿Qué tiene eso de difícil, te preguntarás? Bueno, una cosa es aproximarse a este tipo de movimiento o comportamiento y hacer una pequeña mosca en 3D que se mueva más o menos como una real. Otra es hacerlo en un grado preciso en un entorno físicamente simulado, que incluye un exoesqueleto biológicamente preciso, músculos y una red neuronal análoga a la de la mosca que los controla.

Para hacer este modelo tan preciso, comenzaron con una tomografía computarizada de una mosca, para crear la malla 3D morfológicamente realista. Luego registraron una mosca caminando en circunstancias cuidadosamente controladas y rastrearon los movimientos precisos de sus patas. investigadores de la EPFL luego necesitaba modelar exactamente cómo esos movimientos correspondían a las “partes del cuerpo articuladas, como la cabeza, las piernas, las alas, los segmentos abdominales, la probóscide, las antenas, los halterios” simulados físicamente, el último de los cuales es una especie de órgano sensor de movimiento que ayuda durante el vuelo

Demostraron que estos funcionaban al llevar los movimientos precisos de la mosca observada a un entorno de simulación y reproducirlos con la mosca simulada: los movimientos reales se mapearon correctamente en los del modelo. Luego demostraron que podían crear nuevos aires y movimientos basados ​​en estos, dejando que la mosca corriera más rápido o de forma más estable que lo que habían observado.

No es que estén mejorando la naturaleza, exactamente; simplemente muestran que la simulación del movimiento de la mosca se extendió a otros ejemplos más extremos. Su modelo era incluso robusto contra proyectiles virtuales… hasta cierto punto, como se puede ver en la animación de arriba.

“Estos estudios de caso aumentaron nuestra confianza en el modelo. Pero lo que más nos interesa es cuando la simulación no logra replicar el comportamiento animal, señalando formas de mejorar el modelo”, dijo Pavan Ramdya de EPFL, quien lidera el grupo que construyó el simulador (y otros modelos relacionados con D. melanogaster). Ver dónde falla su simulación muestra dónde hay trabajo por hacer.

“NeuroMechFly puede aumentar nuestra comprensión de cómo surgen los comportamientos de las interacciones entre los sistemas neuromecánicos complejos y su entorno físico”, se lee en el resumen del artículo. publicado la semana pasada en Nature Methods. Al comprender mejor cómo y por qué una mosca se mueve de la forma en que lo hace, también podemos comprender mejor los sistemas subyacentes, lo que produce información en otras áreas (las moscas de la fruta se encuentran entre los animales experimentales más utilizados). Y, por supuesto, si alguna vez quisiéramos crear una mosca artificial por alguna razón, definitivamente querríamos saber primero cómo funciona.

Si bien NeuroMechFly es, en cierto modo, un gran avance en el campo de la simulación digital de la vida, todavía es (como sus creadores serían los primeros en reconocer) increíblemente limitado, ya que se enfoca únicamente en procesos físicos específicos y no en los muchos otros aspectos del cuerpo diminuto. y mente que hacen de una Drosophila una Drosophila. Puede consultar el código y tal vez contribuir en GitHub o código océano.