Estudio neurobiológico y modelado matemático del comportamiento del Krill Antártico

  Modelado en 3d del Krill con apoyo del departamento de informática de nuestro colegio.

  Emilia y Fernanda trabajando en la bitácora del proyecto. Mientras avanzan en su investigación, registran ideas, observaciones y hallazgos que formarán parte del diario de este fascinante proceso científico. Desde la plasticidad neuronal hasta el modelado matemático de su comportamiento colectivo, todo queda registrado en este diario de investigación que crece junto con el proyecto. Observar, cuestionar, anotar y reflexionar se vuelve parte esencial del proceso científico.

 

  Desde el año 2023, el Colegio Wolfgang Amadeus Mozart de Collipulli ha incorporado el Taller de Neurociencias y Neurobiología , con un enfoque interdisciplinario único que conecta la neurobiología con las matemáticas y la ciencia computacional. Esta innovadora iniciativa busca acercar a los estudiantes al conocimiento del cerebro y su funcionamiento, vinculándolo con herramientas y metodologías propias de las ciencias exactas y aplicadas. Objetivos Introducir a los estudiantes en los principios fundamentales de la neurobiología y las neurociencias. Explorar cómo se pueden aplicar conceptos de matemáticas, estadística y programación al estudio del cerebro y los procesos cognitivos. Promover el pensamiento científico, lógico y computacional a través de proyectos prácticos e integradores. Estimular el desarrollo de habilidades de análisis de datos, modelamiento de sistemas biológicos y visualización de información neurocientífica. Fomentar vocaciones científicas y tecn...

  La exploración de la plasticidad neuronal en el krill ofrece a la neurociencia, nuevas perspectivas sobre cómo los sistemas nerviosos pueden adaptarse a condiciones extremas. La capacidad del krill para sobrevivir y prosperar en un entorno tan hostil sugiere la presencia de mecanismos neuronales altamente adaptativos. Tomado de https://es.linkedin.com/posts/howernerk_antarctic-krill-can-lock-away-similar-levels-activity-7244398021726154754-_X-f Estudios preliminares indican que el sistema nervioso del krill muestra una notable plasticidad, permitiendo ajustes en comportamientos migratorios, alimenticios y reproductivos en respuesta a las variaciones estacionales. Estos cambios adaptativos podrían implicar procesos como la sinaptogénesis, la neurogénesis y la modulación de circuitos neuronales, los cuales son fundamentales para la adaptación y supervivencia en entornos inestables. El krill antártico (Euphausia superba) es una especie fundamental en el ecosistema marino antá...

  Grafo de interacciones. Elaboración propia Modelado matemático del comportamiento del krill mediante teoría de grafos El krill antártico (Euphausia superba) es un organismo clave en los ecosistemas oceánicos, conocido por su comportamiento gregario y la formación de densos cardúmenes. Comprender la estructura y dinámica de estos grupos requiere herramientas que permitan representar interacciones complejas y cambiantes. En este contexto, la teoría de grafos se presenta como una herramienta matemática poderosa para modelar redes de interacción en poblaciones animales. Las figuras anteriores muestran dos grafos con diferentes densidades de conexiones basadas en los niveles de serotonina. Elaboración propia. Fundamentos matemáticos: teoría de grafos Desde el punto de vista formal, un grafo se define como un par ordenado: G = ( V , E ) donde V = { v 1 , v 2 , … , v n } V = \{v_1, v_2, \dots, v_n\}  es el conjunto de nodos (en nuestro caso, individuos de un enjambre de  kr...

  El equipo compartiendo experiencias con científicos e investigadores del laboratorio de Biología Marina, Universidad Austral de Chile, ciudad de Valdivia.

  Modelado computacional mediante Python Diversos estadios del comportamiento del Krill modelados en Python utilizando librerías como Pandas, Numpy, Keras, etc.

  Modelado computacional de la forma en como el Krill comparte información respecto de estímulos externos. Métodos: Modelamiento mediante algoritmos bioinspirados: ·          Estrategias de evasión de mínimos locales Con los datos obtenidos se desarrollan algoritmos en Python que permiten comprender cómo el enjambre, mediante “evasión de mínimos locales”, fomenta la exploración del espacio mediante dispersión posterior a una convergencia. Se entiende por mínimo local aquellos puntos de convergencia en los cuales los individuos tienden hacia un equilibrio. Para escapar de estos puntos de equilibrio (inactividad), los organismos utilizan un comportamiento de vorticidad que permite la dispersión y por tanto una mejor exploración del espacio.

  El krill antártico es una especie fundamental en los ecosistemas marinos polares, desempeñando un papel crucial en la transferencia de energía desde los productores primarios hasta los niveles tróficos superiores. La capacidad del krill para sobrevivir y prosperar en las duras condiciones del océano Antártico sugiere adaptaciones biológicas únicas, particularmente en el sistema nervioso. La plasticidad neuronal, que permite al sistema nervioso adaptarse a cambios ambientales y experiencias, es un área de estudio de gran interés que podría revelar nuevos aspectos de la neurobiología de los crustáceos y su capacidad de adaptación. La Neuroplasticidad es la capacidad del Sistema Nervioso para adaptarse y reorganizarse, tanto funcional como estructuralmente a modo de respuesta a la experiencia del organismo, ante el aprendizaje o eventuales daños. Éste fenómeno ha sido ampliamente estudiado principalmente en seres humanos, dónde se ha demostrado que es crucial para el desarrollo ...

El proyecto de investigación se centra en estudiar la comunicación y plasticidad neuronal en el krill antártico (Euphausia superba), eufausiáceo clave en la cadena alimentaria marina. El objetivo es investigar cómo el krill adapta sus funciones neurológicas y comportamentales a las extremas y cambiantes condiciones del entorno antártico a través de un enfoque multidisciplinario que incluye neurobiología, matemática, ciencia computacional y biología molecular. De esta manera, se espera obtener una comprensión más profunda de los mecanismos subyacentes a la plasticidad neuronal y su relevancia para la supervivencia y adaptación en entornos extremos.   El proyecto tiene el potencial de revolucionar nuestra comprensión de la adaptabilidad neural. Al investigar cómo estos pequeños, pero resilientes crustáceos, ajustan sus sistemas nerviosos para enfrentar los desafíos de su entorno, es posible descubrir nuevos principios en la plasticidad neuronal aplicables a una amplia gama de espec...