Estudio de la dinámica neuronal y el comportamiento de un modelo robótico inspirado en el C. elegans y su predador P. pacificus

"El objetivo principal de este trabajo es estudiar la conducta emergente del nematodo Caenorhabditis elegans y su dinámica frente a estímulos de su entorno empleando un modelo robótico, cuyo análisis permite entender cómo emergen comportamientos y funciones específicas del organismo. El C. elegans es considerado un modelo biológico de referencia debido a que su sistema nervioso ha sido completamente mapeado y estudiado, además de poseer una fisiología simplificada, como la transparencia de su cuerpo. Esto lo ha posicionado como un modelo clave en disciplinas como las ciencias biológicas y las neurociencias, siendo ampliamente utilizado para comprender principios fundamentales en estas áreas. Uno de los desafíos principales del proyecto es poder plasmar la complejidad de una red neuronal y el comportamiento de un ser vivo en una estructura robótica. Como punto de partida utilizamos un modelo robótico cuyo comportamiento emerge a partir de un modelo que simula la actividad neuronal utilizando el conectoma del C. elegans y que interactúa con el entorno usando un sensor de distancia. Este sistema fue modificado bajo dos ángulos de investigación: la ablación de neuronas críticas y la eliminación de conexiones específicas, tanto estables como variables, dentro de su conectoma. Además, se analizó el comportamiento de la estructura nerviosa de la faringe del C. elegans para comparar la conducta con la de su predador, P. pacificus, dado que ambos nematodos presentan diferencias significativas en sus métodos de alimentación. Luego, los resultados se contrastaron con lo que ocurre en los ensayos con el organismo vivo. En cuanto a las ablaciones realizadas, los resultados destacan que el efecto de estas depende en gran medida de la centralidad del nodo en la red neuronal. Las neuronas más centrales producen un impacto sustancial en el comportamiento del modelo, tanto robótico como neuronal, mientras que las más periféricas tienden a mantener un comportamiento globalmente similar al natural. Respecto a la eliminación de conexiones, aún se requiere una investigación más sistemática para identificar efectos significativos, ya que las ablaciones exploratorias realizadas representan solo una fracción del total posible, considerando que el conectoma contiene más de 3000 sinapsis eléctricas y químicas. En la comparación con el P. pacificus, se observó que hay otros mecanismos involucrados en el proceso de alimentación que dificultan establecer un punto de comparación directo con los elementos empleados en el proyecto. Una limitación del modelo utilizado es su incapacidad para distinguir entre las funcionalidades específicas de cada conexión (excitatoria/inhibitoria), lo que sugiere la necesidad de incorporar enfoques más detallados para comprender mejor las diferencias entre ambos nematodos. A lo largo del proyecto, los modelos propuestos permitieron observar conductas emergentes y no triviales del robot ante diversos obstáculos presentados en su entorno. Estos resultados abren nuevas puertas para investigaciones futuras, orientadas a una comprensión más profunda de su red neuronal y el comportamiento que esta genera. Asimismo, se plantea la posibilidad de desarrollar modelos robóticos con mayor complejidad, capaces de simular con mayor precisión una variedad de ambientes y condiciones, lo que permitirá explorar aún más las capacidades adaptativas y los mecanismos de toma de decisiones de los nematodos."