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Cómo los científicos del cerebro engañan a sus ratones de laboratorio
Los científicos ahora pueden observar los cerebros de los animales de laboratorio en detalle microscópico a medida que los animales realizan alguna acción. Una técnica llamada imagen de dos fotones, en particular, permite a los neurocientíficos observar miles de neuronas trabajando en concierto para codificar información.
Un ratón está listo para entrar en un sistema de realidad virtual en el que se pueden obtener imágenes de su cerebro mientras cree que está corriendo por un laberinto.
El problema es que las imágenes de dos fotones requieren que la cabeza del animal permanezca fija en su lugar. Eso parecería impedir observar el cerebro mientras el animal hace algo de mucho interés.
Una solución creativa es la realidad virtual: un entorno generado por computadora que se experimenta a través de un auricular. Hace algunos años, los neurocientíficos comenzaron a diseñar diminutos sistemas de realidad virtual para engañar a los ratones haciéndoles creer que estaban navegando por un laberinto cuando en realidad corrían sobre una bola grande, con la cabeza fija en esa posición.
Sin embargo, hasta ahora, los ratones no corrían sobre la pelota hasta que habían tenido semanas de entrenamiento. Nicholas Sofroniew, trabajando con otras personas en el Campus Janelia del HHMI en Virginia, creó un laberinto virtual táctil que los ratones parecen entender de inmediato: navegan a través de corredores virtuales sin entrenamiento. Más recientemente, ha estado trabajando con Jeremy Freeman para expandir la complejidad del sistema.
Está diseñado para explotar la forma en que los ratones navegan en la naturaleza, dice Freeman. En lugar de depender principalmente de sus ojos, los ratones dependen en gran medida de sus bigotes para sentir su camino por el mundo.
En la realidad virtual orientada a los bigotes, las paredes se mueven para darle al ratón la ilusión de que está corriendo por pasillos sinuosos, dice. Pero todo el tiempo, la cabeza del roedor está estacionaria.
Una imagen de alta resolución muestra las neuronas en acción mientras el ratón navega por el sistema de realidad virtual.
Karel Svoboda, investigador principal del proyecto, dice que ya aprendieron que diferentes neuronas se activan según la distancia entre la cabeza del ratón y la pared. El cerebro parece estar traduciendo la información de los bigotes a una forma que el ratón pueda usar.
La técnica de imagen, que Svoboda ayudó a desarrollar, se basa en proteínas fluorescentes de medusas. Los investigadores alteran genéticamente a los ratones para que sus células produzcan esta proteína fluorescente en una forma que se activa cuando se exponen a iones de calcio. Las neuronas se comunican mediante la transferencia de iones de calcio, por lo que las neuronas marcadas se iluminan junto con la actividad cerebral. Para ver y registrar lo que sucede, los investigadores reemplazan una parte de los cráneos de los animales con una pequeña ventana.
Los científicos han podido durante mucho tiempo escuchar neuronas individuales usando electrodos, dice Svoboda, pero eso es como poder escuchar un solo instrumento durante una sinfonía. Ahora, dice, pueden observar la forma en que la información fluye a través del cerebro mientras el ratón aprende a lidiar con un entorno nuevo, aunque virtual.
Aunque la cabeza del ratón no se mueve, está involucrada en lo que Svoboda llama sensación activa. Lo hacemos cuando movemos los ojos para explorar nuestro entorno. Los ratones también hacen eso, y también mueven sus bigotes para explorar al tacto. El cerebro del ratón parece usar conjuntos de neuronas para representar distancias, dice.
En última instancia, los investigadores esperan comprender cómo el cerebro procesa la información. Eso podría ayudar a descubrir qué sucede en trastornos como el autismo. Queremos entender cómo los cerebros hacen todo lo relacionado con la detección, el aprendizaje y la toma de decisiones, dice Freeman.
Lo que realmente les gustaría es comprender el mecanismo del aprendizaje y llegar a la naturaleza de la inteligencia. Es un problema difícil, dice, pero tratar de entender el cerebro mientras exploramos entornos inmersivos es una de nuestras mejores oportunidades.