El dispositivo inalámbrico implantado hace que los ratones formen un vínculo instantáneo.

Por primera vez en la historia, ingenieros y neurobiólogos de Northwestern han programado de forma inalámbrica, y luego desprogramado, ratones para interactuar socialmente entre sí en tiempo real.

El avance se debe a un dispositivo ultraminiatura, inalámbrico, sin batería y totalmente implantable, el primero en su tipo, que utiliza luz para activar neuronas.

Este estudio es el primer artículo de optogenética (un método para controlar neuronas con luz) que explora las interacciones sociales dentro de grupos de animales, lo que antes era imposible con las tecnologías actuales.

La investigación se publica en la revista Nature Neuroscience.

La naturaleza delgada, flexible e inalámbrica del implante permite que los ratones se vean normales y se comporten normalmente en entornos realistas, lo que permite a los investigadores observarlos en condiciones naturales.

Investigaciones anteriores que utilizaban optogenética requerían cables de fibra óptica, que restringían los movimientos del ratón y provocaban que se enredaran durante las interacciones sociales o en entornos complejos.

“Con tecnologías anteriores, no pudimos observar a varios animales interactuando socialmente en entornos complejos porque estaban atados”, dijo la neurobióloga del noroeste Yevgenia Kozorovitskiy, quien diseñó el experimento.

“Las fibras se romperían o los animales se enredarían.

Para hacer preguntas más complejas sobre el comportamiento de los animales en entornos realistas, necesitábamos esta innovadora tecnología inalámbrica.

Es tremendo escapar de las ataduras“.

“Este documento representa la primera vez que hemos podido lograr implantes inalámbricos sin batería para optogenética con control digital completo e independiente sobre múltiples dispositivos simultáneamente en un entorno dado“, dijo el pionero de la bioelectrónica de Northwestern, John A. Rogers, quien dirigió el desarrollo tecnológico.

“La actividad cerebral en un animal aislado es interesante, pero ir más allá de la investigación en individuos a estudios de grupos complejos que interactúan socialmente es una de las fronteras más importantes y emocionantes de la neurociencia.

Ahora tenemos la tecnología para investigar cómo se forman y se rompen los lazos entre individuos en estos grupos y examinar cómo las jerarquías sociales surgen de estas interacciones“.

Debido a que el cerebro humano es un sistema de casi 100 mil millones de neuronas entrelazadas, es extremadamente difícil sondear neuronas individuales o incluso grupos de neuronas.

Introducida en modelos animales alrededor de 2005, la optogenética ofrece control de neuronas específicas dirigidas genéticamente para sondearlas con un detalle sin precedentes para estudiar su conectividad o liberación de neurotransmisores.

Los investigadores primero modifican las neuronas en ratones vivos para expresar un gen modificado de algas sensibles a la luz.

Luego, pueden usar luz externa para controlar y monitorear específicamente la actividad cerebral.

Debido a la ingeniería genética involucrada, el método aún no está aprobado en humanos.

“Suena a ciencia ficción, pero es una técnica increíblemente útil“, dijo Kozorovitskiy.

“La optogenética pronto podría usarse para corregir la ceguera o revertir la parálisis“.

Sin embargo, los estudios de optogenética anteriores estaban limitados por la tecnología disponible para proporcionar luz.

Aunque los investigadores pudieron sondear fácilmente un animal aislado, fue un desafío controlar simultáneamente la actividad neuronal en patrones flexibles dentro de grupos de animales que interactúan socialmente.

Los cables de fibra óptica generalmente emergen de la cabeza de un animal y se conectan a una fuente de luz externa.

Luego, se podría usar un programa de software para apagar y encender la luz, mientras se monitorea el comportamiento del animal.

“A medida que se mueven, las fibras tiran de diferentes formas“, dijo Rogers.

“Como era de esperar, estos efectos cambiaron los patrones de movimiento del animal.

Por lo tanto, uno debe preguntarse: ¿Qué comportamiento está estudiando realmente?

¿Está estudiando comportamientos naturales o comportamientos asociados con una restricción física?”

Rogers y su equipo desarrollaron un diminuto dispositivo inalámbrico que descansa suavemente sobre la superficie exterior del cráneo pero debajo de la piel y el pelaje de un animal pequeño.

El dispositivo de medio milímetro de espesor se conecta a una sonda filamentosa fina y flexible con LED en la punta, que se extienden hacia el cerebro a través de un pequeño defecto craneal.

El dispositivo en miniatura aprovecha los protocolos de comunicación de campo cercano, la misma tecnología utilizada en los teléfonos inteligentes para los pagos electrónicos.

Los investigadores operan la luz de forma inalámbrica en tiempo real con una interfaz de usuario en una computadora.

Una antena que rodea el recinto de los animales suministra energía al dispositivo inalámbrico, eliminando así la necesidad de una batería pesada y voluminosa.

Para establecer una prueba de principio para la tecnología de Rogers, Kozorovitskiy y sus colegas diseñaron un experimento para explorar un enfoque optogenético para las interacciones sociales de control remoto entre pares o grupos de ratones.

Cuando los ratones estaban físicamente cerca unos de otros en un entorno cerrado, el equipo de Kozorovitskiy activaba de forma inalámbrica y sincrónica un conjunto de neuronas en una región del cerebro relacionada con la función ejecutiva de orden superior, lo que hacía que aumentaran la frecuencia y la duración de las interacciones sociales.

La desincronización de la estimulación disminuyó rápidamente las interacciones sociales en el mismo par de ratones.

En un entorno grupal, los investigadores podrían sesgar a un par elegido arbitrariamente para interactuar más que otros.

“En realidad, no pensamos que esto funcionaría“, dijo Kozorovitskiy.

“Hasta donde sabemos, esta es la primera evaluación directa de una de las principales hipótesis de larga data sobre la sincronía neuronal en el comportamiento social“.

Fuentes: ScienceDaily, Futurism

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