Un “mando a distancia” para activar la conducta social

Por vez primera, un grupo de ingenieros y neurobiólogos ha programado de manera inalambrica ratones para hacerlos interactuar socialmente entre sí en tiempo real, y luego ha revertido esa programación. La clave para lograrlo ha sido recurrir a un dispositivo minúsculo, inalámbrico, sin pilas e implantable que utiliza luz para activar las neuronas de un modo que genera en el animal la conducta deseada por los científicos.

El avance es obra de un equipo que incluye a la neurobióloga Yevgenia Kozorovitskiy y a John A. Rogers, pionero de la bioelectrónica, ambos de la Universidad del Noroeste en Estados Unidos.

Este estudio es el primero en optogenética (el control de las neuronas mediante luz) que explora las interacciones sociales dentro de grupos de animales, lo que antes era imposible con las tecnologías convencionales.

El implante, además de ser inalámbrico, es flexible y muy delgado, lo que facilita que cada ratón que lo reciba se comporte de manera natural y también tenga, ante los ojos de sus congéneres, un aspecto normal. Prescindir de cables también permite a los ratones con el implante disfrutar de plena movilidad y moverse por entornos de todo tipo. Gracias a esto, los investigadores pueden observar a los ratones programables en situaciones naturales. Las investigaciones anteriores con optogenética requerían cables de fibra óptica, que limitaban los movimientos de los ratones y hacían que se enredaran durante las interacciones sociales o en entornos complejos, algo muy alejado de una situación normal.

Dado que el cerebro humano es un sistema de casi 100.000 millones de neuronas interconectadas, es extremadamente difícil examinar una sola neurona, o incluso un grupo de neuronas. Introducida en modelos animales hacia 2005, la optogenética ofrece el control de neuronas específicas, genéticamente seleccionadas, con el fin de escrutarlas con un nivel de detalle sin precedentes para estudiar su conectividad o la liberación de neurotransmisores. Los investigadores modifican primero las neuronas de de interés en ratones vivos para que expresen un gen modificado que proviene de algas sensibles a la luz. A continuación, pueden utilizar luz externa para controlar esas neuronas. Debido a la ingeniería genética implicada, el método aún no está aprobado para ser utilizado en humanos.

El dispositivo implantable que Rogers y sus colegas han desarrollado se apoya suavemente en la superficie exterior del cráneo, pero bajo la piel y el pelaje de un animal pequeño. El dispositivo, de medio milímetro de grosor, se conecta a una sonda filamentosa fina y flexible con LEDs en la punta, que se extienden hasta el cerebro a través de un diminuto conducto craneal.

El dispositivo implantable para controlar a distancia la conducta social del individuo. (Foto: Northwestern University)

El dispositivo aprovecha los protocolos de comunicación de campo cercano, la misma tecnología utilizada en los teléfonos inteligentes para los pagos electrónicos. Los investigadores manejan la luz de forma inalámbrica en tiempo real con una interfaz de usuario en un ordenador. Una antena que rodea el recinto de los animales suministra energía al dispositivo inalámbrico, eliminando así la necesidad de una batería voluminosa y pesada.

En los experimentos con esta nueva tecnología, cuando dos ratones estaban físicamente cerca uno de otro en un entorno cerrado, el equipo de Kozorovitskiy activó de forma inalámbrica en cada ratón al mismo tiempo un conjunto de neuronas en un sector del cerebro relacionado con la sociabilidad, haciendo que aumentaran la frecuencia y la duración de las interacciones sociales. Al desincronizar la estimulación, disminuyeron rápidamente las interacciones sociales en la misma pareja de ratones. En un grupo más numeroso, los investigadores podían predisponer a dos ratones elegidos arbitrariamente a interactuar más entre ellos que con los demás.

El estudio se titula "Real-time control in wireless multilateral optogenetics for broad neuroscience applications". Y se ha publicado en la revista académica Nature Neuroscience. (Fuente: NCYT de Amazings)