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Rastreando el comportamiento de olfateo de los ratones

El sentido del olfato es crítico para la vida de muchos animales y les sirve para encontrar comida y pareja, así como para evitar depredadores y toxinas. En los humanos, puede indicar un síndrome cerebral o mejorar la calidad de vida.
Rastreando el comportamiento de olfateo de los ratones
La percepción sensorial es un proceso activo. La detección activa permite percibir el entorno y, después, centrar la atención en el objetivo importante. Tal como el movimiento rápido de ojos precede a la fijación en un determinado punto, el olfateo de la zona permite seleccionar un penacho aerotransportado o un rastro transmitido por la superficie.

ACTIVE SNIFFING rastrea el comportamiento de los ratones

Para un roedor, el olfateo, conocido también como inhalación voluntaria, se produce a hasta cuatro veces la velocidad de la respiración de base. El animal decide cuándo y dónde quiere tomar muestras del espacio, actualizando así la representación interna de su entorno que, en última instancia, guía su comportamiento. No obstante, al contrario que la visión y la audición, que se pueden estimular fácilmente con monitores o altavoces, por ejemplo, transmitir olores de un modo preciso puede ser todo un reto.

Con financiación de la UE, el proyecto ACTIVE SNIFFING investigó la detección activa en el contexto del seguimiento del rastro olfativo en ratones y su base neuronal. Para ello, «diseñamos un sistema experimental de alto rendimiento que suministra rastros de olores a una cinta en tiempo real empleando tecnología de impresión de inyección de tinta», explica el coordinador del proyecto, el profesor Matthias Bethge.

Los resultados indicaron que, tras una breve fase de habituación, los ratones siguen los rastros de olor impresos y lo hacen durante un largo periodo de tiempo si reciben recompensas a intervalos aleatorios mientras siguen el rastro. El profesor Bethge añade que «los esfuerzos que se están realizando en el laboratorio Murthy de la Universidad de Harvard siguen centrándose en analizar el comportamiento de los ratones mientras siguen el rastro, con el fin de caracterizar su comportamiento de seguimiento de rastros».

Junto con sus colaboradores, los investigadores de ACTIVE SNIFFING también desarrollaron métodos de aprendizaje exhaustivos para reconstruir de forma precisa los movimientos de las diferentes partes del cuerpo y, en particular, del hocico durante el seguimiento del rastro mediante la videografía. Entonces pudieron medir de forma precisa el movimiento del hocico sin interferir con el movimiento natural de los ratones. Los resultados se han publicado como una edición preliminar en la biblioteca de la Universidad de Cornell.

Siguiendo el rastro oloroso

La configuración es sencilla pero muy eficaz. El papel, que puede medir hasta un metro de ancho, se coloca sobre una mesa con una bobina de alimentación y avanza hacia una bobina de recogida, que se acciona mediante un potente motor eléctrico. Al utilizar papel se garantiza que el sustrato para los rastros de olor está limpio. Los rastros de olor se aplican sobre el papel mediante impresoras de inyección de tinta con controladores personalizados integrados.

Los ratones pueden correr libremente por el papel en el interior de una caja conductual transparente colgante. Esta caja está encerrada en una gran cámara que la aísla de los sonidos y la luz. La mayoría de los experimentos se llevaron a cabo con luz infrarroja, que los ratones no pueden ver. De este modo se garantiza que no empleen indicaciones visuales ni acústicas.

No es simplemente un sentido del olfato

El sentido del olfato mejora muchas de las experiencias cotidianas y puede servir como sistema de advertencia que nos alerta de un peligro (comida estropeada, fuego o fuga de gas), mientras que los déficits olfativos pueden ser un signo de otros problemas de salud. «Ante todo, creemos que esta configuración y el comportamiento de seguimiento de rastro que podemos estudiar así nos permiten comprender la olfacción de un modo sin precedentes».

Una comprensión básica de cómo se procesa la información sensorial y cómo se representa en el cerebro constituye un importante objetivo científico de la neurociencia. Tal como explica el profesor Murthy, «tal comprensión es esencial para intentar detectar trastornos sensoriales en enfermedades neurológicas o mentales, como el alzhéimer, la enfermedad de Parkinson y el autismo».

Descubrir cómo consiguen animales macrosmáticos, es decir, con un sentido del olfato muy desarrollado, tales como los ratones o los perros, seguir rastros de olor en términos algorítmicos podría ser útil para aplicaciones biónicas. La determinación de los parámetros de las capacidades de rastreo altamente eficientes podría servir para robots que sigan rastros de olores.

El equipo todavía está analizando los datos e investigando las estrategias que emplean los ratones para seguir rastros en diversas situaciones. También ha recopilado grabaciones neurales durante la conducta de rastreo y ha intentado comprender el código neural durante tal comportamiento.

Las publicaciones ya disponibles incluyen dos en la revista de alto nivel Neuron y otras cinco en otras revistas arbitradas.

Palabras clave

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