Los microscopios diminutos montados en la cabeza de los ratones han dado a los investigadores un vistazo a los circuitos neuronales del comportamiento social.
Los instintos como el apareamiento o la pelea son comportamientos innatos que generalmente se cree que están conectados al cerebro de un animal. Pero ahora, dos estudios que mapean la actividad cerebral en ratones vivos revelan que las experiencias sociales pueden influir en las respuestas cerebrales a otros ratones. Los resultados, informaron recientementeen las revistas Naturaleza y Celda , muestra cómo y en qué parte del cerebro se forman algunos instintos al aprender, dice el investigador del Instituto Médico Howard Hughes HHMI, David Anderson, del Instituto de Tecnología de California.
"Estamos empezando a tener una idea de lo que sucede entre la parte del cerebro que capta la información sensorial y la parte que produce el comportamiento", dice Anderson.
Los neurocientíficos quieren entender cómo el cerebro convierte imágenes, sonidos y olores en imágenes del mundo exterior. Para los animales, el olfato también proporciona pistas sobre la edad y el sexo de otras personas cercanas; esta información puede desencadenar comportamientos instintivos. Ratones machos y hembrascompartir una jaula se apareará, por ejemplo, mientras que dos machos a menudo lucharán por el territorio.
Anderson y la investigadora del HHMI Catherine Dulac de la Universidad de Harvard han identificado previamente regiones del cerebro que controlan los comportamientos sociales en ratones. Anderson ha utilizado enfoques genéticos y optogenéticos para identificar las regiones del cerebro responsables del control de los comportamientos agresivos y de apareamiento. Y Dulac ha utilizado enfoques similares paraEstudiar las vías neuronales involucradas en los comportamientos sociales relacionados con el olor en ratones machos y hembras.
Ahora, los investigadores han visualizado la actividad cerebral en ratones despiertos mientras interactuaban normalmente con ratones y otros estímulos. Trabajando independientemente, Dulac y Anderson mapearon patrones de actividad cerebral en diferentes regiones del cerebro mientras los ratones olfateaban, ignoraban, peleaban o se aparearon con otrosratones. Dulac también rastreó la actividad cerebral provocada por los olores de depredadores y bebés.
cambios cerebrales duraderos
Dulac y sus colegas rastrearon la actividad cerebral en la amígdala medial, una estructura en forma de almendra que transmite señales de olor al hipotálamo. Primero, los investigadores usaron un truco genético para introducir una proteína que se ilumina en las células cerebrales activas. Luego, elEl equipo montó microscopios livianos en la cabeza de ratones individuales y observó qué células cerebrales estaban activas cuando cada ratón con cámara se encontró con otro ratón. Una varilla de vidrio delgada implantada en la amígdala recogió la luz de las células cerebrales activas y sirvió como lente del microscopio.Los investigadores registraron la actividad neuronal mientras grababan en video el comportamiento de los ratones en diferentes situaciones sociales.
El equipo de Dulac vio que diferentes grupos de neuronas se iluminaban cuando los ratones se encontraban con un miembro del sexo opuesto. En machos y hembras, estos patrones neuronales específicos del sexo eran bastante diferentes, dice Dulac. Y, sorprendentemente, el acto de apareamiento realmente se transformólos patrones de actividad del cerebro. Después de alojar ratones vírgenes en una jaula con un ratón del sexo opuesto durante 15 días, los ratones tuvieron cambios duraderos en el cerebro, descubrieron Dulac y sus colegas.
La clave de este descubrimiento fue un experimento ambicioso que hizo que los investigadores rastrearan el comportamiento del ratón y la actividad neuronal a través de los microscopios montados en la cabeza regularmente durante más de tres meses seguidos, una hazaña técnica que los científicos no habían intentado antes.
Los investigadores encontraron que la experiencia sexual fortalece las respuestas del cerebro a los olores del sexo opuesto y mejora la capacidad de un animal para distinguir a machos y hembras. Esa es una señal de que la experiencia, el aprendizaje, puede ayudar a moldear los instintos de un animal, dice Dulac.
"Fue sorprendente ver que los patrones de actividad cerebral que se cree que se activan instintivamente por el olor en realidad cambian con la experiencia y permanecen cambiados durante más de un mes", dice Dulac.
En ratones machos, la hormona oxitocina, conocida por su papel en el vínculo materno y social, probablemente esté involucrada en la regulación de estos cambios a largo plazo en el cerebro, descubrió el equipo de Dulac. En ratones hembras, el embarazo también cambió los patrones de actividad cerebralDurante y después del embarazo, una bocanada de olor a depredador cama de rata sucia no desencadenó una respuesta neuronal tan grande como en ratones antes del embarazo. Dulac dice que este hallazgo se destacó porque las hembras embarazadas y las nuevas madres han sidoSu equipo, que colaboró con el investigador del HHMI Mark Schnitzer en la Universidad de Stanford y Venkatesh Murthy en Harvard, informó sus resultados el 26 de octubre de 2017, en. Celda .
sondeando el hipotálamo
En Caltech, Anderson y sus colegas también querían visualizar los circuitos neuronales involucrados con el comportamiento social en ratones machos. Los investigadores, incluido el Schnitzer de Stanford, utilizaron la misma técnica microscópica que el equipo de Dulac, pero implantaron la lente en el hipotálamo ventromedial, un sistema evolutivoestructura antigua involucrada en el comportamiento social. El equipo de Anderson imaginó la actividad de una población específica de neuronas que producen el receptor de estrógenos, que es bien conocido por su influencia en los comportamientos sociales.
El equipo de Anderson colocó los microscopios en ratones machos vírgenes y socialmente aislados y les permitió interactuar de manera alterna con cinco hembras diferentes y cinco machos diferentes, cada uno durante dos minutos, durante varios días consecutivos. Los investigadores tomaron imágenes de las mismas neuronas en múltiples ensayosy varios días, y cambios correlacionados en la actividad neuronal con cambios en los comportamientos sociales, como olfatear, montar y atacar.
Durante los encuentros iniciales de los machos con visitantes masculinos o femeninos, los investigadores observaron poco apareamiento o pelea, y las mismas neuronas se encendieron en respuesta a ambos sexos. Pero con la experiencia social continua, los machos comenzaron gradualmente a aparearse con visitantes femeninos, yluego atacar a los visitantes masculinos. Al mismo tiempo, más neuronas comenzaron a responder específicamente a uno u otro sexo, y menos a ambos.
"Observamos cómo estos patrones de actividad cambiaban en tiempo real cuando el cerebro de un ratón aprendió a diferenciar entre machos y hembras", dice Anderson.
En un conjunto diferente de experimentos, el equipo de Anderson demostró que solo una breve experiencia con un ratón hembra podría marcar una gran diferencia en el cerebro de un macho virgen, así como en su comportamiento agresivo. Tan solo 30 minutos de experiencia sexual fueron suficientespara promover patrones de activación neural específicos de mujeres y hombres cuando se probaron 24 horas después. La breve cita también hizo que los hombres exhibieran agresividad al día siguiente, mientras que los hombres sin esta experiencia no fueron agresivos. Treinta minutos de experiencia con un hombre no tuvieron talefecto.
Los resultados sugieren que aunque el apareamiento y las peleas son comportamientos innatos, los cerebros de los ratones tienen que aprender a diferenciar entre machos y hembras antes de que puedan exhibir ambos comportamientos adecuadamente, dice Anderson. "Hay un componente aprendido de estos comportamientos instintivos"."Los hallazgos de su equipo también revelan que la actividad neuronal en el hipotálamo es dinámica y puede ser moldeada por la experiencia, agrega Anderson. Esas propiedades indican que esta región evolutivamente antigua del cerebro puede ser más similar a las regiones cerebrales más nuevas de lo que se pensaba anteriormente.dice. Él y sus colegas informaron su trabajo el 18 de octubre de 2017, en
Naturaleza . Aunque los equipos de Dulac y Anderson examinaron diferentes regiones del cerebro, ambos investigadores observaron una relación similar entre la actividad neuronal específica del sexo y el comportamiento social.
Pero aún no es posible decir si los patrones de activación observados por los dos grupos en diferentes regiones del cerebro se están influenciando entre sí, dice Anderson. Las conexiones entre el hipotálamo y la amígdala son complicadas, y los experimentos para seguir el flujo de información entre los dosestán al borde de lo que es técnicamente posible, agrega.
Dulac dice que "el trabajo actual les ha dado a los investigadores una visión detallada de los circuitos neuronales que subyacen al comportamiento social del ratón". Es maravilloso tener una gran cantidad de información sobre lo que dice el cerebro de un animal cuando se encuentra con otro animal y cómoeso cambia con diferentes experiencias sociales. Para mí, esto es un sueño hecho realidad ", dice ella.
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Materiales
proporcionado por Instituto Médico Howard Hughes . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud. Referencias de revistas
: Ying Li, Alexander Mathis, Benjamin F. Grewe, Jessica A. Osterhout, Biafra Ahanonu, Mark J. Schnitzer, Venkatesh N. Murthy, Catherine Dulac.
: MLA