Científicos logran controlar el comportamiento visual de un ratón activando algunas neuronas en su corteza visual

Científicos consiguen controlar el comportamiento de un ratón activando las neuronas de su corteza visual—"emocionante".

Por primera vez, un equipo de neurocientíficos de la Universidad de Columbia (Estados Unidos) ha controlado el comportamiento visual de un ratón activando algunas neuronas en su corteza visual. En el estudio, publicado en la revista científica Cell, los investigadores demostraron que algunos conjuntos neuronales tienen un papel causal en el comportamiento.

Los investigadores utilizaron nuevas herramientas ópticas y analíticas para identificar conjuntos corticales en ratones mientras realizaban una tarea visual. A su vez, utilizaron optogenética de alta resolución para apuntar simultáneamente a neuronas seleccionadas con precisión unicelular, tomando el control del comportamiento de los ratones. Mientras que la activación precisa de neuronas relacionadas con la tarea mejoró el rendimiento del animal, la activación de otras neuronas, no relacionadas con la tarea, degradó el comportamiento.

“Este es el trabajo más emocionante que ha salido de mi laboratorio en décadas, ya que estamos demostrando que los conjuntos corticales son clave para el comportamiento, que podemos tocar el piano con ellos y alterar a voluntad el comportamiento conductual de los animales”, dice Rafael Yuste, el autor principal del estudio y profesor de Ciencias Biológicas en Columbia. “Los datos indican, además, que los conjuntos neuronales son representaciones internas de un estímulo visual”, agrega.

Cabe destacar que esta investigación puede tener importantes aplicaciones en medicina, ya que la identificación de conjuntos neuronales fisiológicamente relevantes con precisión unicelular podría usarse para reorganizar los patrones de actividad entre neuronas objetivo y reprogramar circuitos neuronales defectuosos. Según Luis Carrillo-Reid, ex investigador del laboratorio, reorganizar esos patrones neuronales tiene el potencial de tratar afecciones patológicas causadas por patrones de actividad anormales en enfermedades mentales y neurológicas como el alzheimer, el parkinson o la esquizofrenia.

“Todavía estamos lejos de utilizar estos métodos como tratamiento para los pacientes”, dijo Carrillo-Reid, “pero este estudio podría representar una hoja de ruta hacia la reprogramación precisa del cerebro, acercando la neurociencia un paso más a la clínica”.

Mediante un trabajo en el laboratorio de Yuste, los investigadores utilizaron imágenes de calcio de dos fotones de circuitos neuronales y optogenética de dos fotones, métodos desarrollados originalmente por el equipo para leer y escribir ópticamente la actividad neuronal. Con las imágenes de calcio, se puede rastrear qué neuronas se activan en un circuito neuronal, mientras que con la optogenética, se pueden activar las neuronas a voluntad. El uso de láseres de dos fotones, además, permitió al equipo realizar imágenes de calcio y optogenética con precisión unicelular en el cerebro de los animales mientras corren en cintas de correr.

El procedimiento se llevó a cabo inyectando virus a ratones, lo que les permitió observar los patrones de actividad neuronal en sus cerebros y manipular con precisión la actividad de sus neuronas con luz. Luego, conectaron a los ratones a un microscopio de dos fotones y los observaron mientras corrían en pequeñas cintas de correr. Durante dos semanas, los investigadores entrenaron a los ratones para que asociaran un estímulo visual con agua para que cada vez que aparecieran las barras verticales, lamieran un chorro de agua.

Después de que los ratones aprendieron a asociar el estímulo visual con lamer, los investigadores identificaron el grupo de neuronas en los ratones que respondían a ello y reactivaron esas neuronas usando un láser de dos fotones. Esta reactivación ayudó a los ratones a lamer correctamente más veces de las esperadas e incluso provocó el lamido en ausencia de estímulos visuales, como si los ratones estuvieran viendolo como una alucinación. Los investigadores incluso desencadenaron el comportamiento de lamido mediante la estimulación de solo dos neuronas, siempre que fueran el grupo específico de neuronas asociadas con el comportamiento.

La estimulación eléctrica de diferentes áreas del cerebro se ha utilizado durante décadas para mejorar los síntomas de los trastornos del movimiento como el parkinson y, más recientemente, para tratar los trastornos neuropsiquiátricos como depresión. Esta técnica, conocida como estimulación cerebral profunda, se utiliza para ayudar a miles de pacientes, sin embargo, implica la manipulación de un gran volumen de neuronas cuya ubicación espacial e identidad se desconocen. En este estudio, los investigadores mostraron la prueba de principio de que identificar y apuntar a neuronas muy específicas puede cambiar un comportamiento, abriendo un camino para usar esta técnica para ayudar a corregir los problemas de las enfermedades cerebrales “, dijo Carrillo-Reid, quien ahora dirige un laboratorio. en la Universidad Nacional Autónoma de México.

“Además, el hecho de que uno pueda suplantar un estímulo sensorial activando algunas neuronas indica que podemos estar empezando a acercarnos a comprender qué es una percepción o qué es un pensamiento”, dijo Yuste. “Y eso podría ser un importante paso adelante en la comprensión de cómo funciona nuestra mente”.

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