Arrojando luz sobre las actividades neuronales con LED

(A a D) Diagramas esquemáticos del sistema CBRAIN. (A) Foto de un ratón que lleva el escenario de cabeza CBRAIN de 2,6 g de peso. (B) Un headstage que consta de un amplificador, un procesador informático de borde, telemetría y LED registra, analiza, transmite señales BLA e informa la actividad neuronal. Una cámara espectral de vista de pájaro de alta velocidad registra los comportamientos del grupo y las luces LED. (C) El software de adquisición de datos CBRAIN Studio sincroniza y registra las señales neuronales de varios ratones. (D) Un diagrama esquemático de la configuración experimental para CBRAIN. Aquí, los puntos azules y rojos representan los LED de seguimiento y neuroinformes. (E) Un rastro de ejemplo de la señal neuronal en la amígdala que contiene oscilaciones gamma (arriba) y detección de oscilaciones gamma por computación perimetral (abajo). (F a H) Ejemplo de datos de neuroetiquetado CBRAIN con trayectorias. (F) Marco de imagen capturado con marcadores de identidad. (G) Un cuadro de video con la trayectoria y los eventos de neuroinformes proporcionados por CBRAIN para ocho ratones durante un período de aproximadamente 1 s. (H) Las trayectorias y los eventos de neuroinforme para todos los ratones durante un período de tiempo de 15 s. Crédito: Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST)

Vivir en grupo tiene claros beneficios. Como miembro de un grupo social, uno puede compartir recursos con los demás, buscar protección de los depredadores y buscar alimento de manera eficiente. En un artículo de 2020 publicado en Science Advances, la neurocientífica Jee Hyun Choi y su estudiante Jisoo Kim del Instituto de Ciencias del Cerebro en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) argumentan que hay muchas más historias sobre las ventajas de la vida en grupo y social. comportamientos en el cerebro de los mamíferos aún por descubrir. Su investigación se llevó a cabo utilizando CBRAIN (Investigación cerebral colectiva asistida por actividad neuronal iluminada), un dispositivo neurotelemétrico único equipado con luces LED, que permite la medición y el análisis en tiempo real de las actividades cerebrales colectivas.

Si bien se realizaron muchos experimentos para determinar los comportamientos y posturas individuales bajo esquemas de costo-beneficio, la pregunta de cómo un grupo de animales forma comportamientos sociales específicos ha recibido un interés creciente por parte de la comunidad neurocientífica. Comprender cómo los individuos elaboran estrategias para producir un comportamiento grupal concreto es fundamental para comprender los grupos sociales y sus fenotipos de comportamiento. Por ejemplo, estudios recientes han encontrado que el riesgo general impuesto a los depredadores durante los intentos exitosos de depredación se reduce cuando la depredación se coordina como grupo.

«En la naturaleza, es probable que los animales encuentren varias amenazas durante las cuales comportarse como un grupo puede no ser beneficioso para todos los miembros del grupo», explica el autor principal Jee Hyun Choi. «De hecho, formar un grupo compacto puede dificultar que algunos miembros eviten a los depredadores de manera efectiva. Nuestro objetivo es encontrar las actividades cerebrales colectivas que representan fenotipos de comportamiento que emergen del grupo en un entorno complejo y caracterizan el vínculo entre el cerebro y el comportamiento entre los miembros del grupo». «

Imágenes fijas de la película en la condición de grupo La arena estaba dividida en dos zonas por una pared con una puerta retráctil que permitía el paso de un solo ratón a la vez. y Tasas gamma promedio durante la línea de base en condiciones individuales (azul) versus grupales (rojo). *P < 0,05, prueba de rangos con signo de Wilcoxon. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST)

En colaboración con Sung Q Lee de ETRI en Corea del Sur, el equipo de investigación desarrolló CBRAIN, un dispositivo de grabación inalámbrico con un LED iluminado en el borde que se coloca en la cabeza de un ratón. Este pequeño dispositivo se implantó en el cerebro subcortical para recoger las señales de voltaje de una subregión específica de la amígdala llamada amígdala basolateral (BLA), que es un área del cerebro conocida por ser muy sensible a los estímulos emocionales como el estrés y la ansiedad. Cuando la actividad rítmica de frecuencia específica en el tablero ocurre durante un escaneo en tiempo real de las actividades neuronales, el LED en el dispositivo se enciende. Estos eventos rítmicos, junto con las señales de un grupo de ratones, se transmiten a un receptor. La capacidad de CBRAIN para generar un informe en vivo de las actividades cerebrales colectivas es notable en contraste con otros dispositivos de grabación neuronal que analizan las señales después de que se completan todos los experimentos.

Choi y su equipo desarrollaron protocolos experimentales para confirmar las coordenadas de los electrodos y ritmos rápidos transitorios calibrados en BLA comprendidos en el rango de frecuencia gamma, llamados ráfagas gamma, en ratones. Los investigadores estudiaron este fenómeno de explosión durante demostraciones activas y pasivas de miedo cuando un gran grupo de ratones fue atacado por un robot con forma de araña. Utilizando CBRAIN, observaron que la aparición de los estallidos gamma durante los comportamientos impulsados por el miedo dependía de las situaciones sociales. Los ratones mostraron menos explosiones gamma cuando se encontraron con el robot en grupo, y los ratones evitaron y se defendieron contra el robot en grupo, tal como lo hacen en la naturaleza.

Análisis post-hoc de las trayectorias de movimiento calculado por herramientas de aprendizaje profundo reveló que las formas de agregación están correlacionadas con las actividades gamma. Mientras que los ratones en el borde del grupo mostraron una mayor actividad gamma, los ubicados dentro del grupo mostraron un nivel de actividad gamma similar al nivel cuando no había ningún robot presente. «La reducción de los estallidos gamma en la amígdala podría reflejar el efecto amortiguador social que resulta de estar juntos», dijo Jisoo Kim, el primer autor del artículo. «Sin embargo, se requiere probar la actividad en varias situaciones ecológicas y diferentes estructuras de población para llegar a una conclusión definitiva».

Con respecto a una tecnología recientemente desarrollada y la perspectiva de la neurociencia socioconductual, muchos neurocientíficos son optimistas. . «Analizamos los datos adquiridos por CBRAIN de una manera idéntica a la de las grabaciones neuronales convencionales, pero la observación directa sin tener que registrar e inspeccionar primero los datos nos da un mayor grado de libertad para descubrir funciones de actividades cerebrales específicas», concluye Choi. «Creo que este trabajo sirve como un estudio ejemplar que destaca la eficacia de las grabaciones neuronales de iluminación de bordes en tiempo real de individuos en un grupo, y la conexión instantánea de un cerebro y comportamientos ampliará nuestra comprensión de los motivos detrás de comportamientos sociales complejos».

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Los astrocitos mejoran la toma de decisiones Más información: Jisoo Kim et al, Una vista panorámica de la actividad cerebral en ratones que interactúan socialmente a través de la computación de borde móvil (MEC), Ciencia Avances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.abb9841 Información de la revista: Science Advances

Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología Cita: arrojar luz sobre las actividades neuronales con LED (2021) , 26 de febrero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-neural.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.