MADRID, 4 (EUROPA PRESS)
Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un sistema de realidad virtual (VR) capaz de medir una amplia gama de actividades neuronales en las cortezas de ratones durante comportamientos activos.
Esto les ha permitido, por ejemplo, esclarecer las anomalías en la dinámica de las redes funcionales corticales que se observan en ratones modelo de autismo. Gracias al aprendizaje automático, también pudieron distinguir con gran precisión entre los ratones modelo de autismo y los normales basándose en los patrones de la red funcional cortical cuando los ratones empiezan o dejan de correr.
El trastorno del espectro autista es un trastorno del neurodesarrollo con muchos aspectos inexplorados, caracterizado por una comunicación social deficiente, una intensa preocupación por ciertas cosas y comportamientos repetitivos. El número de personas autistas está aumentando notablemente, lo que se considera un problema social importante.
En los últimos años, se han llevado a cabo investigaciones para identificar anomalías cerebrales funcionales exclusivas de los personas autistas. Los estudios en estado de reposo sugieren que la densidad de las redes cerebrales funcionales aumenta en los autistas jóvenes y disminuye en los adultos. Sin embargo, estos cambios varían mucho de un persona a otra. Como el análisis se llevó a cabo cuando los participantes estaban en estado de reposo, no quedó claro cómo afectan al comportamiento las anomalías en las redes cerebrales funcionales.
La genética contribuye significativamente al autismo, y se cree que anomalías genómicas como las variaciones en el número de copias están implicadas en la neuropatología. Últimamente, para dilucidar la neuropatología del autismo se suelen utilizar animales (principalmente ratones).
En este estudio, los investigadores desarrollaron un sistema de RV que puede medir la actividad cerebral de ratones modelo de autismo en tiempo real durante un comportamiento activo. Mediante la investigación de la dinámica de la red funcional cerebral, el grupo de investigación pretendía aclarar los fenómenos específicos del autismo en el cerebro durante el comportamiento.
En primer lugar, se colocó un ratón con la cabeza fija en una cinta de correr y se le mostró una imagen de un espacio virtual proyectada en una pantalla. El espacio virtual se preparó de modo que reprodujera el campo utilizado para los experimentos conductuales con ratones. El movimiento de la cinta rodante se reflejó en las imágenes de vídeo, lo que permitió a los ratones explorar libremente el espacio virtual.
Junto a las mediciones del comportamiento, como la locomoción, se realizaron simultáneamente imágenes de calcio transcraneal para poder medir en tiempo real una amplia gama de actividad de áreas funcionales en la corteza cerebral.
Para ello, los investigadores utilizaron ratones transgénicos que expresan la proteína sensor de calcio (GCaMP) en sus neuronas. Además, establecieron un método para analizar la dinámica de las redes funcionales corticales. Calcularon correlaciones entre áreas funcionales a partir de datos de actividad neuronal de un segundo obtenidos mediante imágenes de calcio, y visualizaron la red funcional utilizando la teoría de grafos.
Los investigadores analizaron las ventanas temporales de 3 segundos antes y después de que el ratón espontáneamente empezara o dejara de moverse en la cinta y examinaron las características de la red en cada ventana temporal.
Los resultados revelaron que la estructura de la red cambia con el inicio de la locomoción y que la modularidad aumenta. También se comprobó que la estructura de la red vuelve al estado de reposo cuando se detiene la locomoción. Así, consiguieron visualizar la dinámica de la red durante el paso del reposo a la locomoción y de la locomoción al reposo.
A continuación, los investigadores utilizaron la realidad virtual para analizar la red cortical funcional de ratones modelo de autismo. Para el experimento, utilizaron el primer modelo de ratón establecido de autismo con variaciones en el número de copias.
Los ratones mostraron una locomoción y una distancia recorrida en el espacio de RV reducidas. El examen de la red cortical funcional reveló conexiones de red más altas después del inicio de la locomoción, centralidad de red disminuida, y modularidad disminuida de la red funcional.
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