Los ratones se escabullen mientras buscan comida, pero la genética puede ser la mano invisible que controla estos movimientos sinuosos. Los investigadores de la Universidad de Utah Health están utilizando el aprendizaje automático para establecer vínculos entre los controles genéticos que dan forma a los pasos incrementales de los comportamientos instintivos y aprendidos. Los resultadosestán disponibles en línea en Informes de celda el 13 de agosto
"Los patrones de comportamiento complejo, como la búsqueda de alimentos, se componen de secuencias que se sienten al azar, espontáneas y libres", dijo Christopher Gregg, Ph.D., profesor asistente de Neurobiología y Anatomía en U of U Health y autor principal de"Usando el aprendizaje automático, estamos encontrando secuencias discretas que se reproducen con mayor frecuencia de lo que cabría esperar por casualidad y estas secuencias tienen sus raíces en la biología".
El equipo de investigación se está aventurando en el nuevo territorio de secuenciación conductual.
"Estamos tratando de entender la arquitectura del comportamiento complejo y cómo la genética da forma a estos patrones", dijo Gregg.
La investigación respalda la idea de que el comportamiento complejo se compone de una colección de "bloques de construcción" finitos que los autores llaman módulos de comportamiento, y que la genética está controlando la progresión de estos bloques de construcción para formar diferentes patrones de comportamiento.
El equipo de investigación evaluó a 190 ratones con diferencias en su genética y edad a medida que se mudaban de su hogar a una 'arena' creada de forma única para evaluar el conjunto de secuencias de comportamiento expresadas mientras buscaban comida. En la búsqueda de comida, los ratones exhiben comportamientosque requieren muchos sistemas neuronales para controlar los comportamientos de búsqueda, ansiedad, recompensa, preservación, hambre, saciedad, atención, navegación y memoria. Los nuevos métodos revelaron que diferentes efectos genéticos y de edad influyen en diferentes secuencias.
"La mayoría de las especies tienen un rango de hogar y sus comportamientos se estructuran alrededor de este rango de hogar", dijo Gregg. "Pudimos identificar secuencias de comportamiento reproducibles y usar esta información para comprender los patrones complejos a lo largo del tiempo".
El equipo separó los viajes de ida y vuelta desde el hogar a una fuente de alimentos y regresó a una serie de más de 5,600 acciones del ratón. En capas dentro de estas acciones hay información adicional, como el patrón de marcha, la velocidad, la distancia recorrida y los lugares visitados. Utilizando el aprendizaje automático,evaluaron esta información e identificaron 71 secuencias de comportamiento reproducibles que son los bloques de construcción subyacentes para patrones de comportamiento más complejos.
La transición de un 'bloque de construcción' al siguiente implica una relación mecanicista que produce comportamientos específicos de alimentación que minimizan el riesgo de depredación, el gasto de energía y la ingesta calórica. Además, el algoritmo pudo identificar respuestas espontáneas que son exclusivas de ratones específicos.
Gregg cree que este enfoque es lo suficientemente sensible como para detectar una mutación en la copia de un gen. Para probar este punto, su equipo se centró en los comportamientos de alimentación en ratones con una mutación en un gen impreso, Magel2, que está relacionado con el autismo.Por ejemplo, cuando se apaga la copia de la madre, se enciende la copia del padre. En este escenario, se creía ampliamente que la copia de la madre estaba en silencio y no afectaba a la descendencia. No es así.
"Lo que fue emocionante para nosotros fue que pudimos detectar efectos significativos en el comportamiento de una sola mutación solo en la copia genética de la madre", dijo Gregg.
En este momento, el estudio solo ha explorado los componentes básicos del comportamiento de alimentación en ratones de laboratorio. Gregg cree que la metodología podría aplicarse para comprender la base de otros patrones de comportamiento complejos y aprender los elementos genómicos específicos que dan forma a los comportamientos que conducen a la enfermedad enhumanos, incluyendo obesidad, adicción, miedo, ansiedad y trastornos psiquiátricos.
"Al deconstruir comportamientos realmente complejos y aparentemente espontáneos, pudimos detectar cosas que no eran observables en otros estudios", dijo Gregg. "Si hay una mutación que causa la enfermedad en personas, esperamos utilizar este método para mapeara módulos específicos [también conocidos como bloques de construcción de comportamiento] para aprender cómo los genes contribuyen a dar forma a patrones de comportamiento particulares ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Salud de Utah . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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