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Científicos logran controlar los vínculos sociales en ratones mediante implantes cerebrales inalámbricos

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Las interacciones sociales son fundamentales en el desarrollo humano. Esto ha quedado demostrado recientemente con el surgimiento del covid-19, donde la necesidad de mantener o crear vínculos interpersonales se ha puesto de manifiesto. Si bien muchas personas lograron adaptarse y en parte suplir estos lazos utilizando las redes sociales y herramientas tecnológicas disponibles, otras necesitan del contacto cercano, del encuentro cara a cara con otro individuo. Sin importar el caso, todas estas situaciones coinciden en que son expresiones de una necesidad primitiva de conectarnos.

Publicado en El Mostrador el 9 diciembre de 2021
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En el campo de la neurociencia, poco a poco ha crecido el interés por estudiar el cerebro considerando su naturaleza social. Respondiendo a este interés, una de las técnicas que permite a los científicos estudiar las funciones cerebrales y sus respectivas respuestas conductuales es la optogenética. Esta metodología se basa en el uso de proteínas sensibles a la luz (opsinas) que permiten la activación (excitación) o apagado (inhibición) neuronal, modulando los procesos cerebrales.

La presencia de opsinas en las neuronas se consigue mediante la ingeniería genética. Una de las opciones es crear animales genéticamente modificados que produzcan opsinas en zonas específicas del cerebro y otra opción es inyectar vectores virales en el cerebro. En palabras simples esto significa que los investigadores deben inyectar virus que contienen el gen para producir opsinas directamente en la región de interés, estos virus infectan las neuronas, las que luego comienzan a producir opsinas.

Una vez que las opsinas están presentes en las neuronas, es que los científicos pueden estimular con luz ciertas regiones cerebrales y las opsinas reaccionarán activando o inhibiendo la actividad neuronal. Esta estrategia experimental les permite a los investigadores regular a voluntad las vías neuronales, apagando o encendiendo núcleos cerebrales y estudiar el efecto en el comportamiento de estos animales.

Un nuevo dispositivo

Una de las restricciones que tiene esta metodología de experimentación, es la utilización de dispositivos intracraneales que se deben implantar en los animales para poder estimular con luz estas proteínas. Por esta razón es que el grupo de investigación liderado por Yevgenia Kozorovitsky y John Rogers de la universidad de Northwestern en Estados Unidos, se propuso construir un dispositivo optogenético pequeño, delgado, flexible e inalámbrico que pudiesen implantar en ratones con un filamento LED cercano a las neuronas de interés y que fuera capaz de operar en tiempo real a través de un computador.

La creación de este dispositivo les facilitaría el estudio de la actividad neuronal, la que podían relacionar inmediatamente con el comportamiento social de múltiples animales.

Teniendo este objetivo en mente, los investigadores evaluaron la funcionalidad del dispositivo creado en un grupo de neuronas dopaminérgicas (que producen el neurotransmisor dopamina) en un área cerebral llamada área tegmental ventral, zona asociada con el circuito de la recompensa, el cual controla el comportamiento emocional y de placer (circuito que, por ejemplo, hace que disfrutes de comer chocolate y de reunirte con tus amigos).

Con esto comprobaron que cuando fotoestimulaban de forma inalámbrica a estas neuronas, y exponían a ratones a un paradigma de interacción social, en el que debían escoger pasar tiempo entre un animal del mismo sexo o con un objeto inanimado, estos roedores preferían interactuar con su semejante.

Impulsar las interacciones sociales

Una vez probada la funcionalidad de los dispositivos, quisieron ir más allá y consideraron estudios previos que sugerían que para impulsar las interacciones sociales en un grupo de animales, era necesaria la sincronía de la actividad neuronal en una región cerebral denominada corteza prefrontal medial (CPFm), área cerebral esencial en las funciones cognitivas, afectivas y sociales.

Para esto, los científicos implantaron los dispositivos optogenéticos inalámbricos en la CPFm de ratones y generaron una actividad intercerebral con dos tipos de frecuencias de estimulación, de esta forma podían inducir una actividad sincronizada y otra desincronizada.  Primero, evaluaron el efecto de la estimulación cerebral en parejas y como resultado, observaron que cuando sincronizaban los patrones de estimulación los roedores aumentaba la cantidad de tiempo dedicado a la interacción social, lo que se veía reflejado en un aumento de las conductas de permanencia, acicalamiento y olfateo entre ellos.

Posteriormente en estos mismos animales, cuando cambiaban el patrón de estimulación y desincronizaban esta área cerebral, la interacción social entre los roedores disminuía. Luego realizaron el mismo experimento, pero ahora en un grupo de tres animales, en el que a dos ratones se les estimulaba con un patrón sincronizado, mientras que el tercero tenía sus neuronas activadas, pero en una frecuencia diferente.

Sincronía cerebral

En esta modalidad, encontraron que los animales interactuaban y pasaban un mayor tiempo con su par sincronizado neuralmente que con el tercero no sincronizado. Con estos resultados, los científicos pudieron establecer que las interacciones sociales que surgen en un contexto grupal y que la preferencia social con un determinado individuo está definida por la sincronía cerebral entre ellos.

Al extrapolar los datos, esto podría explicar por qué con algunas personas nos relacionamos fácilmente, mientras que con otras simplemente no conectamos. También nos podría responder el motivo de los cambios de afinidad que sufrimos con algunas personas, interacciones sociales que podrían depender de nuestro grado de sincronización cerebral.

Con la tecnología desarrollada, los investigadores de la universidad de Northwestern reconocen que será emocionante explorar las redes neuronales que subyacen a la formación de lazos sociales y también cómo estos se rompen. Este trabajo abre las puertas a un sin número de estudios en la neurociencia del comportamiento, ya que permitirá investigar la relación de regiones cerebrales de difícil acceso con interacciones conductuales complejas a nivel individual y grupal o profundizar sobre comportamientos sociales atípicos.

Fuente: https://www.nature.com/articles/s41593-021-00849-x

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