Las manipulaciones optogenéticas crean percepción sin entrada sensorial
WIKIMEDIA, TIIA MONTO
Los ratones que han aprendido a lamer una tromba de agua en respuesta a una señal visual pueden realizar la acción sin ver esa señal si las neuronas activadas por la señal son estimuladas con luz, según un artículo publicado en Science hoy (18 de julio). Se informaron resultados similares en un artículo reciente de Cell la semana pasada (11 de julio). El enfoque adoptado en los artículos podría ayudar a los investigadores a abordar cuestiones sobre cómo se codifica la percepción en el cerebro, afirman los científicos.
«[El enfoque] es un importante paso adelante en nuestra capacidad para manipular la actividad de las neuronas». de manera específica” dice Shaul Hestrin, un neurocientífico del comportamiento de la Universidad de Stanford que no participó en ninguno de los estudios, “y los resultados son muy prometedores”
La forma en que el cerebro identifica e interpreta los estímulos externos y luego ejecuta los comportamientos sigue siendo en gran medida una caja negra. Se sabe, por ejemplo,…
Las técnicas optogenéticas, en las que las células neuronales pueden activarse bajo demanda con luz, podrían ayudar a responder a tales preguntas, pero hasta hace poco la técnica carecía de especificidad, activando múltiples neuronas vecinas juntas. Las neuronas que componen conjuntos que responden a ciertos estímulos no son necesariamente adyacentes, y una neurona individual puede actuar de manera muy diferente a sus vecinas. El progreso en los métodos unicelulares ha abordado este problema, pero hasta ahora tales avances no han permitido la obtención de comportamientos definidos. Para hacerlo, dice el bioingeniero Karl Deisseroth de la Universidad de Stanford, quien dirigió el estudio publicado en Science, parece que se necesita la estimulación de múltiples células individuales dentro de una red.
Con ese fin, El equipo de Deisseroths combinó la excitación de dos fotones, que permite enfocar la luz para golpear células individuales, con una técnica de iluminación holográfica que esencialmente esculpe la fuente de luz en 3D de modo que múltiples células individuales distribuidas en un área pequeña del cerebro pueden ser golpeadas a la vez. .
Armado con esta técnica de iluminación y con un novedoso canal de iones activado por luz opsina llamado ChRmine, que el equipo seleccionó y desarrolló por su extrema sensibilidad a la luz roja y su poderosa generación actual, Deisseroth y sus colegas se pusieron a probar su capacidad. para imitar la actividad neuronal inducida por la visión natural en ratones e impulsar un comportamiento posterior específico. Transdujeron cortezas de ratón con un vector que codifica la opsina ChRmine y un indicador de calcio fluorescente que brilla en verde cuando se activan las células. Luego entrenaron a ratones sedientos para que reconocieran una señal visual particular, barras contrastantes que se movían horizontal o verticalmente en una pantalla, que indicaba la disponibilidad de agua en un pico, que los ratones procedieron a lamer.
A través de ventanas en los cráneos de la cabeza. ratones fijos, el equipo registró la actividad del conjunto inducida por señales (células verdes brillantes) en las cortezas visuales de los animales. Luego, utilizando iluminación holográfica, estimularon la actividad de ChRmine en un pequeño subconjunto de las mismas neuronas y provocaron con éxito el comportamiento de lamer el pico en ausencia total de una señal visual.
Rafael Yuste, neurocientífico de la Universidad de Columbia, no participó en el artículo de Science pero fue autor del reciente artículo de Cell en el que se obtuvieron resultados similares con una opsina diferente. Ambos artículos muestran el poder de la holografía optogenética de dos fotones como método para tocar el piano con circuitos neuronales con precisión unicelular y para manipular específicamente el comportamiento, escribe en un correo electrónico a The Scientist. También demuestran que los conjuntos neuronales son unidades funcionales de percepción visual.
Aunque todavía queda mucho por aprender [sobre] . . . la cuestión de cómo la actividad neuronal genera la percepción, dice Hestrin, el nuevo método sin duda nos acerca a ese objetivo.
JH Marshel et al., Dinámica crítica específica de la capa cortical que desencadena la percepción, Ciencia, doi:10.1126/science.aaw5202, 2019.
L. Carrillo-Reid et al., Control de la conducta guiada visualmente mediante el recuerdo holográfico de conjuntos corticales, Célula , 178:111, 2019.
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