Por primera vez, un equipo de neurocientíficos de la Universidad de Columbia ha controlado el comportamiento visual de un ratón activando algunas neuronas en su corteza visual.
En su estudio, publicado en Celda , los investigadores demostraron que grupos específicos de neuronas, conocidos como conjuntos neuronales, tienen un papel causal en el comportamiento. Los investigadores utilizaron nuevas herramientas ópticas y analíticas para identificar conjuntos corticales en ratones mientras realizaban una tarea visual. También utilizaronLa optogenética de resolución se dirige simultáneamente a las neuronas seleccionadas con precisión unicelular, tomando el control del comportamiento de los ratones. Mientras que la activación precisa de las neuronas relacionadas con la tarea mejora el rendimiento del animal, la activación de otras neuronas, no relacionadas con la tarea, se degradael comportamiento.
"Este es el trabajo más emocionante que salió de mi laboratorio en décadas, ya que estamos demostrando que los conjuntos corticales son clave para el comportamiento y que podemos tocar el piano con ellos y alterar a voluntad el comportamiento de los animales", dijo RafaelYuste, autor principal del estudio y profesor de Ciencias Biológicas en Columbia. "Los datos indican, además, que los conjuntos neuronales son representaciones internas de un estímulo visual", agregó Yuste, quien también es miembro del Data Science Institute en Columbia..
La investigación puede tener aplicaciones significativas en medicina. La identificación de conjuntos neuronales fisiológicamente relevantes con precisión unicelular podría usarse para reorganizar los patrones de actividad entre neuronas específicas y reprogramar circuitos neuronales defectuosos. Y la reorganización de esos patrones neuronales tiene el potencial de tratarcondiciones patológicas causadas por patrones de actividad anormales en enfermedades mentales y neurológicas como el Alzheimer, la enfermedad de Parkinson o la esquizofrenia, dijo Luis Carrillo-Reid, un ex investigador en el Laboratorio Yuste y autor principal del artículo, "Control del comportamiento guiado visualmente por el recuerdo holográfico deConjuntos Corticales "
"Todavía estamos lejos de usar estos métodos como tratamientos para pacientes", dijo Carrillo-Reid, "pero este estudio podría representar un mapa de ruta para reprogramar con precisión el cerebro, llevando la neurociencia un paso más cerca de la clínica".
Trabajando en el Laboratorio Yuste, los investigadores utilizaron imágenes de calcio de dos fotones de circuitos neuronales y optogenética de dos fotones, métodos desarrollados originalmente por el grupo Yuste para leer y escribir ópticamente la actividad neuronal. Con las imágenes de calcio, uno puede rastrear qué neuronas estándisparando en un circuito neural, mientras que con la optogenética, uno puede activar las neuronas a voluntad. El uso de láseres de dos fotones, además, permitió al equipo realizar imágenes de calcio y optogenética con precisión unicelular en el cerebro de los animales mientras corren en cintas de correr.
Los investigadores inyectaron ratones a los virus, lo que les permitió observar los patrones de actividad neuronal en sus cerebros. También pudieron manipular con precisión la actividad de sus neuronas con luz. Luego, conectaron los ratones a un microscopio de dos fotones ylos observaron mientras corrían en pequeñas cintas de correr. Durante dos semanas, los investigadores entrenaron a los ratones para asociar un estímulo visual barras verticales a la deriva que se les presentaba en una pantalla de video con agua para que cada vez que aparecieran las barras verticales lamieranun caño de agua. Después de que los ratones aprendieron a asociar el estímulo visual con lamer, los investigadores identificaron el grupo de neuronas en los ratones que respondían a las barras verticales, y reactivaron esas neuronas usando un láser de dos fotones. Esta reactivación ayudó a los ratones alamer correctamente más veces de lo esperado e incluso evocó lamer en ausencia de estímulos visuales, como si los ratones vieran las barras verticales como una alucinación.desencadenó el comportamiento de lamer por estimulación solo dos neuronas, siempre que fueran el grupo específico de neuronas asociadas con el comportamiento.
La estimulación eléctrica de diferentes áreas del cerebro se ha utilizado durante décadas para mejorar los síntomas de los trastornos del movimiento como el Parkinson y, más recientemente, para tratar los trastornos neuropsiquiátricos como depresión. Esta técnica, conocida como Estimulación cerebral profunda, se utiliza para ayudar a decenasde miles de pacientes cada año. Sin embargo, la técnica implica la manipulación de un gran volumen de neuronas cuya ubicación espacial e identidad son desconocidas. En este estudio, los investigadores mostraron la prueba de principio de que identificar y atacar neuronas muy específicas puede cambiar", dijo Carrillo-Reid, quien ahora dirige un laboratorio en la Universidad Nacional Autónoma de México, lo que abre un camino para usar esta técnica para ayudar a corregir los problemas de las enfermedades cerebrales".
"Además, el hecho de que uno pueda suplantar un estímulo sensorial activando algunas neuronas indica que podríamos estar comenzando a acercarnos a comprender qué es una percepción o qué es un pensamiento", dijo Yuste. "Y eso podríaser un importante paso adelante para comprender cómo funciona nuestra mente "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia de Datos en Columbia . Original escrito por Robert Florida. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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