Un diseño de microscopio de epifluorescencia para comportamiento naturalista y actividad celular en Caenorhabditis elegans en libertad

Observar a pequeños gusanos vivir su vida normal

Para entender cómo los cerebros controlan el comportamiento, los científicos necesitan ver qué hacen las neuronas mientras un animal se mueve de forma natural, no solo cuando está inmovilizado bajo un microscopio pesado. Este estudio presenta Wormspy, un sistema de microscopio y software sencillo y de bajo coste que permite a los investigadores observar tanto los movimientos como la actividad luminiscente de las células dentro de diminutos nematodos mientras se desplazan libremente, ofreciendo una ventana sobre cómo funcionan los sistemas nerviosos en tiempo real.

Un pequeño animal con un gran papel en la investigación cerebral

El trabajo se centra en Caenorhabditis elegans, un gusano de suelo de un milímetro de longitud que se ha convertido en un favorito en los laboratorios de biología. Estos gusanos son casi transparentes y tienen un número fijo de células, lo que hace posible seguir músculos y neuronas individuales entre distintos animales. Al diseñar genéticamente los gusanos para que células específicas brillen cuando cambian los niveles de calcio, los investigadores pueden usar luz para monitorizar cuándo esas células se activan. Hasta ahora, sin embargo, hacer esto mientras los gusanos se movían libremente normalmente requería microscopios personalizados costosos o sacrificaba la riqueza de su comportamiento natural.

Una herramienta compacta para rastrear la luz dentro de gusanos en movimiento

Wormspy está diseñado para cerrar esa brecha. En lugar de deslizar la placa con los gusanos bajo una lente fija, el sistema mueve el propio microscopio sobre una arena estable, lo que mantiene bajas las vibraciones para el animal. Una única lente objetiva recoge dos tipos de imágenes a la vez: un canal registra el contorno y la postura del gusano, y otro registra el brillo cambiante de los indicadores fluorescentes dentro de las células. Cámaras comerciales, fuentes de luz y plataformas motorizadas controladas por software de código abierto pueden ejecutar diferentes modos de seguimiento, desde umbrales simples de brillo hasta visión por ordenador avanzada, mientras una función de enfoque automático mantiene la imagen nítida mientras el gusano se desplaza.

Ver músculos, sentidos y detalles finos en acción

Los autores demuestran que este montaje es más que un artilugio ingenioso aplicándolo a varias preguntas clásicas en la neurociencia del gusano. Primero, registraron cómo se iluminan los músculos del cuerpo mientras los gusanos reptan, comparando animales normales con mutantes con un defecto de movimiento conocido. Wormspy capturó ondas rítmicas de activación muscular a lo largo del cuerpo y confirmó que los mutantes se doblan más profundamente y se mueven con patrones alterados y más lentos. A continuación, el equipo se centró en una única neurona sensora de dolor llamada ASH cuando los gusanos encontraron un anillo de glicerol salado. Al registrar señales verdes y rojas simultáneamente y corregir el movimiento, observaron que la actividad de la neurona aumentaba justo antes y durante las inversiones de escape de los gusanos, coincidiendo con trabajos previos realizados en animales inmovilizados.

Seguir señales de comida y nerviosas a escala fina

Wormspy también manejó escenas más desafiantes, como gusanos reptando sobre un parche de bacterias que sirve de alimento. En esta superficie irregular y visualmente desordenada, el sistema siguió funcionando y rastreó una neurona sensora de olores llamada AWCON, revelando que su actividad aumenta cuando el extremo nasal del gusano abandona la comida, en consonancia con teorías sobre cómo los animales buscan cuando la comida se vuelve escasa. Finalmente, los investigadores aumentaron la resolución midiendo pequeñas ráfagas localizadas de calcio en diferentes segmentos del axón de una única interneurona mientras el gusano movía la cabeza de un lado a otro. Encontraron que estas señales estaban estrechamente vinculadas a la dirección y velocidad de las inclinaciones de la cabeza, y diferían en su sincronía respecto a mediciones tomadas en gusanos inmovilizados, subrayando el valor de estudiar el movimiento verdaderamente libre.

Bajar las barreras para observar cerebros en movimiento

En conjunto, estas demostraciones muestran que Wormspy puede conectar la actividad detallada de las células con el comportamiento natural sin recurrir a microscopios comerciales caros ni a análisis personalizados complejos. Dado que el diseño es modular, abierto y está construido con piezas estándar, otros laboratorios pueden adaptarlo a distintos marcadores fluorescentes, a métodos de estimulación basados en luz o incluso a otros pequeños animales como larvas de mosca. Para los no especialistas, el mensaje clave es que herramientas como Wormspy facilitan que investigadores de todo el mundo observen sistemas nerviosos vivos en funcionamiento mientras los animales se comportan como lo harían normalmente, acercándonos a entender cómo los patrones de actividad dentro de cerebros diminutos generan las ricas acciones que vemos externamente.

Cita: Wittekindt, S.N., Owens, H., Guisnet, A. et al. An epifluorescence microscope design for naturalistic behavior and cellular activity in freely moving Caenorhabditis elegans. Nat Commun 17, 4411 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72709-w

Palabras clave: Caenorhabditis elegans, imagen de calcio, microscopio de código abierto, actividad neuronal, comportamiento en libertad