Una red neuronal capta las neuronas ruidosas en un modelo de ratón con autismo

POR PETER HESS

Fuente: Spectrum | 18/06/2021

Fotografía: Autism Spectrum

Los ratones que carecen del gen SHANK3, relacionado con el autismo, utilizan más neuronas para realizar conductas sociales que el resto

Según un nuevo estudio, los ratones que carecen del gen SHANK3, relacionado con el autismo, utilizan más neuronas para realizar conductas sociales que los ratones de control, lo que refleja una red de señalización cerebral más desorganizada y menos eficiente.

Las mutaciones en SHANK3 aparecen en el 1 ó 2 por ciento de las personas autistas y también pueden dar lugar a una enfermedad relacionada, el síndrome de Phelan-McDermid. El gen codifica una proteína que soporta, entre otras proteínas, un receptor para el glutamato, un mensajero químico excitador que anima a las neuronas a disparar. Los expertos sospechan que un desequilibrio entre la señalización excitatoria e inhibitoria subyace a los rasgos del autismo.

En el nuevo estudio, los científicos monitorizaron la actividad cerebral de ratones que se movían libremente para determinar qué grupos de neuronas, o conjuntos, se activan durante el comportamiento social. Los ratones a los que les faltaba una copia de SHANK3 tenían más conjuntos neuronales que se activaban de forma concertada en comparación con los ratones de control, según muestra un análisis de la red neuronal. Pero los conjuntos no trabajaban necesariamente juntos: Los ratones SHANK3 tenían más solapamientos aleatorios, con conjuntos neuronales que no están implicados en el comportamiento social y que también se activan.

Los resultados sugieren que las mutaciones en SHANK3 alteran la relación entre la señal y el ruido en la red social del cerebro, dice el investigador principal, Vikaas Sohal, profesor asociado de psiquiatría y ciencias del comportamiento en la Universidad de California, San Francisco.

"Este estudio aborda un tema muy importante de la neurociencia del que no sabemos mucho, que es cómo el cerebro representa la información social", dice Alex Kwan, profesor asociado de psiquiatría y neurociencia de la Universidad de Yale, que no participó en el nuevo trabajo. "[Este] proporciona un cierto avance hacia esa comprensión".

Un reparto conjunto

Sohal y su equipo registraron la actividad de los conjuntos neuronales de los ratones, tanto en su jaula como en presencia de un ratón joven desconocido, utilizando microscopios en miniatura implantados en la corteza prefrontal de los animales. Los microscopios detectan la entrada de iones de calcio en las neuronas, que se produce cuando las células se disparan.

En los ratones de control surgieron patrones de actividad distintivos: Algunos conjuntos se sincronizaban más cuando aparecía un nuevo ratón, mientras que otros lo hacían menos.

El equipo introdujo estos datos en una serie de algoritmos para simular la respuesta de las neuronas posteriores, las que podrían traducir la actividad del córtex prefrontal en comportamiento. Y encargaron a esta red neuronal que clasificara los comportamientos del animal como sociales o no sociales, basándose únicamente en la actividad de los conjuntos neuronales.

"Esto les permite aislar los conjuntos de neuronas que son más informativos con respecto al estado del ratón", dice Ofer Yizhar, profesor de neurociencia en el Instituto de Ciencias Weizmann de Rehovot (Israel), que no participó en el estudio. "Se trata de un enfoque realmente interesante, ya que forma una especie de 'híbrido' cerebro-ordenador, que les permite caracterizar con precisión la información que las neuronas grabadas podrían estar proporcionando a las neuronas que las 'escuchan' en el cerebro del ratón".

El equipo descubrió que los ratones SHANK3 pasaban mucho menos tiempo interactuando con ratones desconocidos que sus compañeros de camada de tipo salvaje. Y sus conjuntos neuronales eran más activos pero menos informativos sobre si los ratones estaban en una situación social o no, según mostró la red neuronal.

Los resultados se publicaron en mayo en PLOS Biology.

Actores desconocidos

Los resultados parecen sugerir que "la red cortical de estos ratones es menos eficiente a la hora de transmitir la información necesaria", afirma Yizhar. Y eso concuerda con un estudio de 2019 del equipo de Yizhar que demostró que los déficits sociales en ratones que carecen del gen CNTNAP2, vinculado al autismo, van acompañados de un exceso de ruido en la corteza prefrontal.

Aun así, las grabaciones de la señalización de calcio no iluminan todo el alcance de la actividad cerebral que se produce durante las interacciones sociales, afirma Yizhar. Muestran qué conjuntos neuronales están activos y cuándo, pero carecen de la sensibilidad necesaria para revelar la actividad de las neuronas individuales.

Y aunque el estudio combina un enfoque técnico de vanguardia con una técnica de análisis novedosa, también plantea nuevas cuestiones, dice Kwan. La técnica de obtención de imágenes no incluye las células que reciben una señal durante las interacciones sociales, sólo las que la envían.

"¿Cuál es la naturaleza de estas células?" dice Kwan. "¿Cuál es la región descendente que lee esta información y que realmente ejecuta este comportamiento?".

El equipo planea abordar estas cuestiones mediante la obtención de imágenes de múltiples regiones del cerebro a la vez, dice el coinvestigador Nicholas Frost, profesor asistente de neurología en la Universidad de Utah en Salt Lake City.

Su equipo también ha empezado a estudiar cómo se reclutan diferentes conjuntos neuronales durante los comportamientos sociales frente a los relacionados con la ansiedad en los ratones.

https://www.spectrumnews.org/news/neural-network-captures-noisy-neurons-in-autism-mouse-model/