En los experimentos, los investigadores descubrieron que podían controlar el sentido de cada rata frente a imágenes nuevas o antiguas. Crédito: Burwell laboratorio / Brown University
Científicos de la Universidad de Brown (EEUU) han descubierto que aplicando pulsos de luz en la parte derecha del cerebro de ratas en frecuencias adecuadas, estos animales pueden ser inducidos a comportarse de forma diferente a la esperada ante dos imágenes.
En concreto, las ratas actuaron como si una imagen que ya habían visto fuese nueva y otra que nunca habían visto ya la conociesen.
“Hemos intentado de este modo reescribir lo novedoso y lo familiar para las ratas en su comportamiento”, explica Rebecca Burwell, profesora de Ciencias Cognitivas, Lingüísticas y Psicológicas en Brown, y autora de un artículo sobre el estudio aparecido en la revista Journal of Neuroscience.
Por otra parte, el grupo de investigación estaba interesado en cómo los comportamientos asociados con el reconocimiento de la novedad y de la familiaridad surgen en el cerebro. Con su trabajo, han hallado qué área del cerebro de los mamíferos es importante en este sentido: la corteza perirrinal o PER. "Sabíamos muy poco sobre cómo se codifica o transmite información sobre la novedad o familiaridad", afirma Burwell, afiliada al Instituto de Brown para la Ciencia del Cerebro.
Control optogenético
Burwell y sus colaboradores han demostrado en concreto cuáles son los patrones cerebrales exactos que sirven para dirigir el comportamiento frente a imágenes familiares o desconocidas. Controlando esos patrones puede conseguirse que grupos de roedores hagan lo contrario de lo que harían normalmente.
En el estudio, las ratas implicadas pasaban la mayor parte del tiempo en un laberinto sencillo, dividido por una pared opaca con la que se formaron dos compartimentos. Las imágenes fueron presentadas en frente de cada zona, y mantenidas ahí durante días, para que las ratas se aclimataran al entorno. Las sesiones de prueba consistieron en introducir a una rata frente a la misma imagen en blanco y negro en cada estancia.
Tras cinco minutos de descanso en una jaula, las ratas eran reingresadas en el laberinto en tres condiciones distintas. En la primera, uno de los compartimentos mostraba una imagen nueva y el otro la imagen vieja que ya había visto la rata. En un segundo caso, en ambos compartimentos aparecía una imagen nueva. Y, en el último, en ambos aparecían las imágenes originales.
Al igual que las personas, normalmente las ratas parsarían más tiempo mirando ¡una nueva imagen que una vieja. Pero en estos experimentos, el equipo de Burwell logró alterar este comportamiento mediante la manipulación de los cerebros de las ratas con optogenética.
Esta tecnología permite a los científicos controlar la activación de las neuronas en un área del cerebro mediante la exposición de esta a colores específicos de la luz visible. Burwell y su grupo utilizaron la optogenética en concreto para alterar la actividad en el PER. Lo hicieron aplicando un pulso de luz en la parte derecha del cerebro, a diferentes frecuencias.
Los investigadores repitieron la acción varias veces, en diversas frecuencias, justo en el momento en el que las ratas entraban en los compartimentos y miraban la imagen en ellas expuestas. Por ejemplo, cuando las ratas se acercaban a una imagen novedosa, hacían incidir la luz sobre sus cerebros en frecuencias de entre 10 y 15 hercios (ciclos por segundo) o cuando las ratas se acercaban a una imagen familiar, a entre 30 a 40 hercios.
En concreto, las ratas actuaron como si una imagen que ya habían visto fuese nueva y otra que nunca habían visto ya la conociesen.
“Hemos intentado de este modo reescribir lo novedoso y lo familiar para las ratas en su comportamiento”, explica Rebecca Burwell, profesora de Ciencias Cognitivas, Lingüísticas y Psicológicas en Brown, y autora de un artículo sobre el estudio aparecido en la revista Journal of Neuroscience.
Por otra parte, el grupo de investigación estaba interesado en cómo los comportamientos asociados con el reconocimiento de la novedad y de la familiaridad surgen en el cerebro. Con su trabajo, han hallado qué área del cerebro de los mamíferos es importante en este sentido: la corteza perirrinal o PER. "Sabíamos muy poco sobre cómo se codifica o transmite información sobre la novedad o familiaridad", afirma Burwell, afiliada al Instituto de Brown para la Ciencia del Cerebro.
Control optogenético
Burwell y sus colaboradores han demostrado en concreto cuáles son los patrones cerebrales exactos que sirven para dirigir el comportamiento frente a imágenes familiares o desconocidas. Controlando esos patrones puede conseguirse que grupos de roedores hagan lo contrario de lo que harían normalmente.
En el estudio, las ratas implicadas pasaban la mayor parte del tiempo en un laberinto sencillo, dividido por una pared opaca con la que se formaron dos compartimentos. Las imágenes fueron presentadas en frente de cada zona, y mantenidas ahí durante días, para que las ratas se aclimataran al entorno. Las sesiones de prueba consistieron en introducir a una rata frente a la misma imagen en blanco y negro en cada estancia.
Tras cinco minutos de descanso en una jaula, las ratas eran reingresadas en el laberinto en tres condiciones distintas. En la primera, uno de los compartimentos mostraba una imagen nueva y el otro la imagen vieja que ya había visto la rata. En un segundo caso, en ambos compartimentos aparecía una imagen nueva. Y, en el último, en ambos aparecían las imágenes originales.
Al igual que las personas, normalmente las ratas parsarían más tiempo mirando ¡una nueva imagen que una vieja. Pero en estos experimentos, el equipo de Burwell logró alterar este comportamiento mediante la manipulación de los cerebros de las ratas con optogenética.
Esta tecnología permite a los científicos controlar la activación de las neuronas en un área del cerebro mediante la exposición de esta a colores específicos de la luz visible. Burwell y su grupo utilizaron la optogenética en concreto para alterar la actividad en el PER. Lo hicieron aplicando un pulso de luz en la parte derecha del cerebro, a diferentes frecuencias.
Los investigadores repitieron la acción varias veces, en diversas frecuencias, justo en el momento en el que las ratas entraban en los compartimentos y miraban la imagen en ellas expuestas. Por ejemplo, cuando las ratas se acercaban a una imagen novedosa, hacían incidir la luz sobre sus cerebros en frecuencias de entre 10 y 15 hercios (ciclos por segundo) o cuando las ratas se acercaban a una imagen familiar, a entre 30 a 40 hercios.
Resultados obtenidos
Durante este proceso, los investigadores siguieron minuciosamente el tiempo que las ratas miraban cada imagen.
Durante muchos ensayos con dos grupos independientes de ratas, el análisis posterior de estos tiempos mostró patrones estadísticamente significativos.
Así, sin estimulación optogenética, las ratas miraban más tiempo las nuevas imágenes que las familiares. Con 30 hercios de estimulación, miraron en cambio las imágenes familiares por un tiempo más largo, como si dichas imágenes fueran nuevas. En cambio, la estimulación a 11 hercios tuvo el efecto contrario, reduciendo el tiempo de observación de nuevas imágenes, como si estas resultasen familiares a los animales.
"Este hecho sugiere que la estimulación de entre 30 40 hercios sobre la PER provoca el mismo efecto que una novedad en el comportamiento exploratorio y que la estimulación a 10-15 hercios simula los efectos de la familiaridad", explican los autores del estudio.
Otras frecuencias no mostraron los mismos efectos en el comportamiento. Asimismo, se confirmó que 30 hercios pueden resultar óptimos para la inducción del comportamiento de "novedad", y que unos 11 hercios pueden inducir el comportamiento de "familiaridad".
Próximos análisis
El equipo está investigando ahora la incorporación de las interacciones del PER con la corteza prefrontal de los cerebros de estos animales, que es una región cerebral implicada en la toma de decisiones ejecutivas. Esperan así entender mejor cuándo y por qué una rata optaría por explorar una imagen nueva o aplazar ese comportamiento exploratorio.
Con la tecnología de la optogenética, ya se había conseguido recuperar recuerdos, controlar el cerebro de un mono, e incluso implantar falsos recuerdos en ratones. Estos avances resultan importantes porque apuntan a que, algún día, la optogenética permita desarrollar terapias neuronales muy específicas y seguras, destinadas al tratamiento de trastornos cerebrales humanos.
Durante este proceso, los investigadores siguieron minuciosamente el tiempo que las ratas miraban cada imagen.
Durante muchos ensayos con dos grupos independientes de ratas, el análisis posterior de estos tiempos mostró patrones estadísticamente significativos.
Así, sin estimulación optogenética, las ratas miraban más tiempo las nuevas imágenes que las familiares. Con 30 hercios de estimulación, miraron en cambio las imágenes familiares por un tiempo más largo, como si dichas imágenes fueran nuevas. En cambio, la estimulación a 11 hercios tuvo el efecto contrario, reduciendo el tiempo de observación de nuevas imágenes, como si estas resultasen familiares a los animales.
"Este hecho sugiere que la estimulación de entre 30 40 hercios sobre la PER provoca el mismo efecto que una novedad en el comportamiento exploratorio y que la estimulación a 10-15 hercios simula los efectos de la familiaridad", explican los autores del estudio.
Otras frecuencias no mostraron los mismos efectos en el comportamiento. Asimismo, se confirmó que 30 hercios pueden resultar óptimos para la inducción del comportamiento de "novedad", y que unos 11 hercios pueden inducir el comportamiento de "familiaridad".
Próximos análisis
El equipo está investigando ahora la incorporación de las interacciones del PER con la corteza prefrontal de los cerebros de estos animales, que es una región cerebral implicada en la toma de decisiones ejecutivas. Esperan así entender mejor cuándo y por qué una rata optaría por explorar una imagen nueva o aplazar ese comportamiento exploratorio.
Con la tecnología de la optogenética, ya se había conseguido recuperar recuerdos, controlar el cerebro de un mono, e incluso implantar falsos recuerdos en ratones. Estos avances resultan importantes porque apuntan a que, algún día, la optogenética permita desarrollar terapias neuronales muy específicas y seguras, destinadas al tratamiento de trastornos cerebrales humanos.
Referencia Bibliográfica
J. W. Ho, D. L. Poeta, T. K. Jacobson, T. A. Zolnik, G. T. Neske, B. W. Connors, R. D. Burwell. Bidirectional Modulation of Recognition Memory . Journal of Neuroscience (2015). DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2278-15.2015.
J. W. Ho, D. L. Poeta, T. K. Jacobson, T. A. Zolnik, G. T. Neske, B. W. Connors, R. D. Burwell. Bidirectional Modulation of Recognition Memory . Journal of Neuroscience (2015). DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2278-15.2015.