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Computation of innate threats and defensive behaviour in the mouse

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Los ratones que corren sin desplazarse ayudan a comprender los circuitos neuronales subyacentes a las respuestas ante amenazas

Como si fuese una casa encantada para ratones, un paradigma único con sombras espeluznantes, ruidos aterradores y huida «virtual» ha ayudado a unos neurocientíficos a estudiar el procesamiento neuronal de las amenazas.

Energía
Investigación fundamental

El encéfalo absorbe una cantidad de información ingente que se procesa, y permite tomar decisiones y realizar acciones en escalas temporales muy breves. Para correlacionar la actividad neuronal con esta secuencia rápida de eventos, lo mejor es recurrir a experimentos que combinen algún tipo de registro o medición con animales en estado de alerta que realicen una tarea conductual controlada. Sin embargo, esto complica aún más algo ya de por sí complejo. La dotación financiera de una beca de investigación individual Marie Skłodowska-Curie permitió a Yaara Lefler, del Centro Sainsbury Wellcome de Circuitos Neuronales y Comportamiento del University College de Londres, hacerlo posible. En el marco del proyecto defence_SC, Lefler desarrolló y aplicó un novedoso paradigma de huida virtual con mediciones neuronales «in vivo».

Correr para buscar refugio, sin desplazarse

La señalización neuronal se logra, en gran medida, a través del movimiento de iones cargados, que genera corrientes y tensiones. Los registros electrofisiológicos son la prueba de referencia para comprender la excitación neuronal. Sin embargo, los dispositivos diminutos que miden cada pequeña fluctuación eléctrica en neuronas individuales a escalas temporales muy cortas están sujetos a interferencias significativas en animales en movimiento. Lefler y su equipo desarrollaron un método único para solucionar este problema con el que conseguían que los ratones moviesen su entorno, en lugar de moverse ellos mismos, para buscar refugio. En sus propias palabras: «Para crear un paradigma realista con un movimiento mínimo de la cabeza, empleamos una superficie flotante que consta de una plataforma ligera con un refugio que flota sobre una mesa neumática. Los ratones estaban sujetos por la cabeza, pero podían mover la plataforma con las patas mientras caminaban. Exploraban el entorno a medida que la plataforma se movía a su alrededor y podían entrar en el refugio cuando quisieran».

Una «casa encantada» virtual de los horrores ratoneros

El área de interés era el mesencéfalo, considerado desde hace tiempo como una parte importante para los comportamientos de defensa. Durante el procesamiento sensorial de una amenaza, la respuesta de huida y la respuesta de parálisis participan diferentes subáreas del mesencéfalo. Sin embargo, no está claro de qué forma ocurre la integración sensorial para señalar una amenaza o qué sustratos neuronales están presentes en las dos respuestas contrarias, excluyentes entre sí, de huida o parálisis. A fin de abordar esta cuestión, el equipo aplicó a los ratones un «estímulo amenazante» —un disco oscuro que aumentaba de tamaño y que imitaba a un depredador que se acercaba (visual)— o un estímulo ultrasónico que imitaba el sonido de una rata depredadora (auditivo). Unas sondas de silicio de alta densidad registraron los potenciales de acción extracelulares de cientos de neuronas al mismo tiempo y los registros de «patch-clamp» en configuración de célula entera capturaron los procesos sinápticos en neuronas individuales.

Quedarse o irse

Con todos los datos disponibles, se están realizando análisis que ya empiezan a arrojar luz sobre los circuitos neuronales relacionados con la respuesta ante amenazas. Tal como explica Lefler: «Encontramos neuronas en áreas específicas del mesencéfalo que responden a estímulos amenazantes auditivos, visuales o de los dos tipos. Además, encontramos neuronas que reaccionan únicamente durante el comportamiento de defensa y no con un estímulo amenazante que no provoque una respuesta conductual, lo que indica que están activas como parte del mecanismo del comportamiento». En estos momentos, el trabajo se centra en analizar los registros electrofisiológicos para aclarar los mecanismos sinápticos que conducen a la decisión de huir o quedar paralizado. Lefler añade: «Esta instalación única ofrece una oportunidad fascinante para explorar los mecanismos neuronales de la toma de decisiones a escala de neuronas individuales. Las aplicaciones se pueden extender fácilmente a otros comportamientos, otras áreas del encéfalo y a otras especies». Los ratones que hacen girar una rueda de la fortuna horizontal marcan el camino mientras corren sin desplazarse.

Palabras clave

defence_SC, neuronas, virtual, toma de decisiones, respuesta ante amenazas, comportamiento de defensa, electrofisiológico, mesencéfalo, sináptico, potencial de acción

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