Cómo hacer que los ratones alucinen

Científicos de la Universidad de Stanford han provocado alucinaciones visuales en ratones activando algunas células cerebrales con señales luminosas. Los investigadores solo necesitaron estimular las neuronas para que los ratones se comportaran como si sintieran algo que no estaba allí, lo que significa que el cerebro puede ser más maleable de lo que se pensaba anteriormente.

Hay tan pocas células implantadas con imágenes visuales en el cerebro del ratón que «plantea la pregunta: ¿Por qué no caminamos con alucinaciones todo el tiempo?», dijo el autor principal del estudio, el profesor de bioingeniería, psiquiatría y ciencias del comportamiento de Stanford, Karl Deisseroth. .

No está claro cómo un cerebro sano evita esta alucinación, pero «como psiquiatra, me hizo pensar en todas las enfermedades que tenemos de actividad espontánea, no deseada e inapropiada», dijo Deisseroth.Esquizofrenia y otros trastornos. «Estamos muy interesados ​​en ir más profundo», agregó.

El estudio fue publicado el 18 de julio en Ciencias, Deisseroth y sus colegas controlaron la percepción de un ratón mientras capturaban su actividad cerebral, y luego usaron esa grabación para estimular las mismas neuronas, desencadenando efectivamente la «alucinación». Michael Hauser, profesor de neurociencia en UCL que no participó en el estudio, dijo que el nuevo trabajo ayudará a los científicos a comenzar a «comprender cómo los circuitos en la corteza cerebral nos ayudan a percibir el mundo». (Un estudio similar fue publicado este mes en la revista célula.)

En los experimentos, los ratones observaron estímulos visuales simples: barras negras verticales u horizontales sobre un fondo blanco. Los investigadores entrenaron a los ratones para que lamieran un tubo para obtener agua cuando veían barras verticales en lugar de barras horizontales o cuando no había dos barras. La actividad neuronal en la corteza visual se registra y luego se estimula con una técnica llamada optogenética, sin mostrar la imagen real, para generar la percepción de cosas que no están ahí. La actividad resultante, incluso en las neuronas que no fueron estimuladas directamente, se parecía a la imagen real que se muestra en la pantalla.

En un momento, los investigadores redujeron gradualmente el contraste de las imágenes hasta que el ratón tuvo dificultad para distinguir las barras verticales u horizontales. Pero, por ejemplo, cuando las neuronas que se disparan en respuesta a las barras verticales se estimularon optogenéticamente, los ratones pudieron identificar mejor las imágenes borrosas de las barras verticales.

El artículo de Deisseroth crea nuevas herramientas para comprender cómo se representa y almacena la información en los circuitos cerebrales, dijo Häusser. «Si podemos usar estas herramientas para comprender el código neuronal de la percepción, entonces podemos simular la sensación», dice Häusser, quien recientemente realizó una investigación similar. «Si podemos hacer eso, podemos hacer prótesis. Básicamente, podemos ayudar al cerebro a percibir el mundo».

Durante la última década más o menos, la tecnología optogenética que Deisseroth ayudó a ser pionera ha permitido a los investigadores diseñar genéticamente diferentes tipos de neuronas para que se enciendan o apaguen cuando son estimuladas por la luz. En 2012, Deisseroth y sus colegas demostraron que podían activar una sola célula cerebral de ratón. Luego controlaron un grupo de células, estimulándolas a su vez.

En el último artículo, Deisseroth y su equipo demuestran una nueva forma de controlar la actividad de las células cerebrales. Hicieron esto probando múltiples proteínas naturales e identificando una que complementaba en lugar de interferir con las proteínas optogenéticas canónicas, para que ambas proteínas pudieran funcionar simultáneamente. Este logro permitió a los investigadores estimular y obtener imágenes de las neuronas simultáneamente.

El grupo también demostró que podría usar este nuevo método para aprender más sobre cómo el cerebro percibe la información sensorial. «Para comprender, por supuesto, influir o restaurar, la percepción, puede ser suficiente influir en la actividad de algunas neuronas. Ese es un impacto profundo», dijo Mrriganka Sur, profesora de neurociencia en el MIT que no participó en el estudio. estudiar. .

Häusser señala que no está claro si las habilidades sensoriales del cerebro humano, incluidos el olfato y el tacto, responden de la misma manera. «Tal vez resulta que la corteza auditiva es muy diferente. Todavía no lo sabemos», dijo.

Pero Deisseroth dice que ve pistas de que los cerebros humanos funcionan de manera similar a los ratones. Una vez tuvo un paciente con un trastorno cerebral llamado síndrome de Charles Bonnet, que ocurre cuando alguien se queda ciego en la edad adulta, causando alucinaciones visuales espontáneas y bien formadas. Los antipsicóticos por lo general no tratan el trastorno, Pero un fármaco para la epilepsia que inhibe la actividad de ciertas células cerebrales ha tenido efecto en sus pacientes, dijo Deisseroth. Esta observación coincidió con lo que vio en los cerebros de los ratones, donde la actividad de algunas células produce alucinaciones.

A continuación, Deisseroth planea estudiar otros aspectos de las células de ratón que estimuló, incluidas las proteínas que producen y su cableado, en un intento de rastrear las señales que envían a sus vecinos y discernir cómo viaja esa información a través del cerebro, obteniendo más detalles. imagen del cerebro de los mamíferos.