Ratones toman selfies de sus propios cerebros

El hogar de la rata de laboratorio es modesto: una jaula pequeña y maloliente con ropa de cama suave, y comparte una jaula con hasta otros cuatro animales. Pero sigue siendo un hogar, un lugar acogedor. Es decir, hasta que los investigadores se acerquen y lo saquen para experimentar.

El experimento podría medir si los ratones se sienten ansiosos o sociables, o detectar actividad en sus cerebros. Pero, ¿la intrusión de la mano del investigador afecta el comportamiento que se estudia?

Sí, dice Timothy Murphy, profesor de ciencias celulares y fisiológicas de la Universidad de Columbia Británica en Vancouver, Canadá. El equipo de Murphy ha desarrollado una jaula de alta tecnología que permite que los ratones trabajen sin interrupciones^1. Las jaulas registraron cada movimiento de las ratas. Cada vez que el animal tenía sed, entraba al pasillo y bebía con la cabeza pegada al dispositivo mientras se usaba un microscopio para tomar fotografías de su actividad cerebral.

Murphy y sus colegas usaron jaulas para medir la sincronía entre las regiones del cerebro en ratones. En un experimento, los investigadores tomaron más de 7000 instantáneas de la actividad cerebral durante un período de menos de dos meses, todo después de que los ratones «posaran» voluntariamente para una cámara.

Le preguntamos a Murphy cómo entrenar a los ratones para que participen y cómo este enfoque podría ayudar a la investigación del autismo.

espectro: ¿Cómo funciona su método de imagen?

Timoteo Murphy: Necesitamos preparar cada ratón primero. Para este tipo de imágenes, separamos la piel de sus cabezas y pegamos un trozo de vidrio al cráneo para proporcionar una superficie plana para la imagen. Pero a diferencia de otros métodos, no necesitamos abrir una ventana en su cráneo. Si obtenemos imágenes de las interacciones entre las regiones del cerebro (en lugar de las neuronas individuales), podemos obtener una resolución suficiente a través de cráneos de ratón intactos.

Montamos una varilla en la cabeza de cada ratón para ayudar a fijar al animal bajo el microscopio. Luego etiquetamos a cada ratón con un pequeño dispositivo del tamaño de un grano de arroz que emitía radiofrecuencias que detectamos con sensores en una computadora fuera de la jaula. Esto nos permite rastrear e identificar cada ratón.

Luego entrenamos a los ratones para que se adhirieran a un microscopio al final de un túnel conectado a la jaula. Antes de que comience el entrenamiento, restringimos su ingesta de agua para que estén motivados a buscar agua. La fuente de agua es a través de un túnel, y la única forma en que las ratas pueden ingresar a este túnel es colocando la barra en su cabeza en la vía. Una vez que comienzan a bajar por la pista, el software de la computadora detecta la frecuencia de radio de la rata y envía una señal a la tromba marina para que libere el agua. Con el tiempo, alejamos la tromba de agua del punto de entrada para que la rata tuviera que adentrarse más en el pasillo.

Cuando la rata llega al final del pasillo, la varilla toca el sensor. Estos sensores activan un sistema mecánico que sostiene la barra bajo el microscopio y la mantiene en su lugar hasta por dos minutos mientras los ratones beben.

Una vez que las ratas se dan cuenta de que esta es una forma de obtener mucha agua, se unen. Van y vienen varias veces al día.

pequeño: ¿Cuáles son los beneficios de esta configuración?

valor de MT: Los métodos tradicionales requieren que los investigadores retiren los ratones de las jaulas en las instalaciones para animales y los transporten a los laboratorios para realizar experimentos. Los investigadores generalmente restringen el agua y la comida de los animales, lo que les permite beber todo de una sola vez durante la prueba, para motivar a los ratones a completar la prueba. Fisiológicamente, esto puede ser perjudicial para el animal.

En nuestros experimentos, les damos a los ratones una opción. Necesitan entrar en la habitación para obtener agua, pero pueden obtener agua en cualquier momento y en cualquier lugar.

Los ratones también parecían ansiosos cuando se movían. Su jaula maloliente y sucia es su hogar. Cada jaula tiene una estructura social que destruyes una vez que recoges algunos ratones y los eliminas. Nos dimos cuenta de que su participación en la tarea experimental cambiaba cada vez que teníamos que mover el ratón a otra habitación. Cuando se quita un ratón, los ratones restantes pueden incluso darse cuenta. En un caso, tuvimos que sacar a un animal porque tenía un problema con la barra de la cabeza, y las otras ratas no fueron a los pasillos ni bebieron tanta agua después de eso, parecían extrañar a la rata.

Finalmente, una configuración automatizada hace que el estudio de los animales nocturnos sea mucho más fácil. Un grupo de ratones que se comporte bien mantendrá sus instalaciones a oscuras durante el día para que los experimentos se puedan realizar mientras los ratones están naturalmente despiertos y activos. Pero aún debe sacar a los ratones de sus jaulas y llevarlos a un laboratorio o sala de pruebas, que puede ser difícil de mantener a oscuras. Los investigadores pueden tratar a los animales con luces rojas tenues o gafas de visión nocturna para que puedan permanecer en la oscuridad, pero eso se complica.

pequeño: ¿Podría este enfoque ser útil para la investigación del autismo?

valor de MT: Sí. Nuestro sistema nos permite reunir ratones y escanear sus cerebros sin alterar el orden social. Cada jaula puede contener hasta 5 ratones, pero ahora estamos uniendo dos jaulas para acomodar hasta 10 ratones.

Debido a que cada ratón fue etiquetado con un dispositivo de seguimiento, pudimos alojar animales que portaban la mutación asociada al autismo con animales de control y comparar su actividad cerebral y dinámica social. Para monitorear la actividad social, podemos usar etiquetas de radio para mapear la ubicación de cada mouse y medir qué tan interactivos son los ratones. También usamos transmisión de video, como una cámara de niñera, para grabar y monitorear el comportamiento del ratón las 24 horas del día.

Podemos modificar genéticamente ratones para que podamos activar ciertas neuronas en sus cerebros con rayos de luz, una técnica llamada optogenética. Una teoría del autismo es que existe un desequilibrio entre las neuronas que inhiben la actividad cerebral y las que la excitan. Entonces, un posible experimento sería cambiar el equilibrio cada vez que ciertos ratones van a beber, para ver si esta manipulación cambia la forma en que los ratones interactúan con sus compañeros y se mueven alrededor de la jaula.

pequeño: ¿Que vas a hacer despues?

valor de MT: La mayor parte de nuestros esfuerzos se han dedicado a optimizar este sistema. Todavía tenemos que pesar a los ratones para asegurarnos de que realmente beban agua y no estén deshidratados. Por lo tanto, queríamos desarrollar un método para pesar automáticamente cada ratón. De esa manera, realmente podemos mantener estas jaulas tranquilas durante mucho tiempo.

También queremos poner el sistema en manos de otros investigadores. Utilizamos componentes baratos. La jaula costó cientos de dólares para construir y utiliza una computadora de $ 35 del tamaño de una tarjeta de crédito. Nuestro sitio web proporciona el código de software para examinar ratones individuales y controlar el microscopio, así como los archivos impresos en 3D que se utilizan para fabricar el tubo de fijación de la cabeza. De esta manera, nos esforzamos por brindar la mejor plataforma y la más accesible para la comunidad de investigación.

Este artículo se reproduce con permiso de Spectrumnews.org. Este artículo se publicó por primera vez el 8 de noviembre de 2022.