Ritmos colectivos en sistemas biológicos : los casos de oscilaciones neuronales y de desarrollo embrionario

Wappner, Marcos

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Ritmos colectivos en sistemas biológicos : los casos de oscilaciones neuronales y de desarrollo embrionario
Título alternativo:	Collective rhythms in biological systems : study cases of neuronal oscillations and of embryonic development
Autor:	Wappner, Marcos
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Lugar de trabajo:	Instituto Max Planck Argentina - CONICET. Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires - Instituto Partner de la Sociedad Max Planck (IBIOBA-MPSP)
Fecha de defensa:	2025-05-30
Fecha en portada:	2025
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas
Departamento Docente:	Departamento de Física
Director:	Morelli, Luis Guillermo
Consejero:	Mininni, Pablo Daniel
Jurado:	Guisoni, Nara C.; Bruno, Luciana; Trevisan, Marcos Alberto
Idioma:	Español
Palabras clave:	RITMOS COLECTIVOS; SINCRONIZACIPN; ENTRAINMENT; OSCILACIONES NEURONALES; ONDAS CEREBRALES; RELOJ DE SEGMENTACIONCOLLECTIVE RHYTHMS; SYNCHRONIZATION; ENTRAINMENT; NEURAL OSCILLATION; CEREBRAL WAVES; SEGMENTATION CLOCK; EMBRYO DEVELOPMENT
Formato:	PDF
Handle:	https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7747_Wappner
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7747_Wappner.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7747_Wappner
Ubicación:	FIS 007747
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Wappner, Marcos. (2025). Ritmos colectivos en sistemas biológicos : los casos de oscilaciones neuronales y de desarrollo embrionario. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7747_Wappner

Resumen:

Los ritmos colectivos son una propiedad fundamental de los sistemas biológicos, observándose en múltiples escalas espaciales y temporales. Desde ritmos circadianos y oscilaciones cardíacas hasta la formación de patrones durante el desarrollo embrionario y la coordinación de individuos a escalas poblacionales, la sincronización entre unidades individuales es esencial para generar comportamientos autoorganizados y coordinados. Comprender estos mecanismos es clave para entender la formación de patrones y la organización de los sistemas biológicos. Esta tesis estudia ritmos colectivos en dos contextos biológicos. En la primera parte, nos enfocamos en el cerebro de la mosca de la fruta, caracterizando oscilaciones espontáneas en una población de neuronas individuales. Mediante registros de la actividad eléctrica de las neuronas, mostramos que estas oscilaciones dependen de señales externas, provenientes de otras neuronas. Construimos un modelo teórico, consistente con la evidencia experimental, y que predice sincronización con relación de fase fija entre pares de neuronas, lo que confirmamos con registros simultáneos. Estos resultados sugieren la posible existencia de ondas cerebrales en esta región. En la segunda parte, abordamos la segmentación embrionaria y el rol de la vía de señalización Notch en coordinar oscilaciones bioquímicas. Basados en datos de pez cebra, proponemos un modelo de osciladores acoplados mediante diferentes variantes del ligando Delta. Consideramos dos escenarios: uno en que Notch es activado por dímeros, y otro por monómeros. Ambos escenarios son consistentes con los fenotipos experimentales, pero asignan roles distintos a uno de los ligandos. Discutimos experimentos que podrían diferenciar estas posibilidades. En conjunto, este trabajo contribuye a entender cómo interacciones locales entre osciladores generan ritmos colectivos, y cómo la diversidad molecular de una vía puede modular la respuesta del sistema en distintos contextos biológicos.

Abstract:

Collective rhythms are a fundamental property of biological systems, observed across multiple spatial and temporal scales. From circadian rhythms and cardiac oscillations, to pattern formation during development and coordination of individuals in a population, synchronization between individual units enables self-organized behaviors. Understanding these mechanisms is key to the understanding of pattern formation and organization of biological systems. This thesis explores collective rhythms in two biological contexts. In the first part, we focus on the brain of the fruit fly, characterizing spontaneous oscillations in a population of individual neurons. Through recordings of neural electrical activity, we show that these oscillations depend on external signals from other neurons. We construct a theoretical model consistent with experimental evidence, which predicts phase-locked synchronization between pairs of neurons—confirmed through simultaneous recordings. These findings suggest the possible existence of brain waves in this region. In the second part, we address embryonic segmentation and the role of Notch signaling in coordinating biochemical oscillations. Based on zebrafish data, we construct a model of coupled oscillators mediated by different variants of the Delta ligand. We consider two scenarios: one in which Notch is activated by dimers, and another by monomers. Both scenarios are consistent with experimental phenotypes but assign different roles to one of the ligands. We discuss experiments that could distinguish between these possibilities. Together, this work contributes to understanding how local interactions between oscillators give rise to collective rhythms, and how molecular diversity within a signaling pathway can modulate system responses in different biological contexts.

Citación:

---------- APA ----------

Wappner, Marcos. (2025). Ritmos colectivos en sistemas biológicos : los casos de oscilaciones neuronales y de desarrollo embrionario. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7747_Wappner

---------- CHICAGO ----------

Wappner, Marcos. "Ritmos colectivos en sistemas biológicos : los casos de oscilaciones neuronales y de desarrollo embrionario". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2025.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7747_Wappner

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