Investigadores del Sainsbury Wellcome Center y la Unidad de Neurociencia Computacional Gatsby de la UCL han revelado un mecanismo cerebral que los ratones usan para escapar instintivamente a un refugio cuando se enfrentan a una amenaza. Esta es la primera vez que los neurocientíficos han podido encontrar un vínculo tan claro entre los objetivos espaciales y las acciones.
El estudio, publicado hoy en Nature, explica cómo los ratones incorporan el conocimiento de lugares seguros para ejecutar la ruta más eficiente para refugiarse. Los neurocientíficos encontraron que dos áreas del cerebro del ratón, la corteza retroesplenial (RSP) y el colículo superior (SC), forman un circuito que codifica la dirección a un refugio. Cuando se enfrentan a una amenaza, el circuito RSP-SC permite a los ratones orientarse con precisión para refugiarse y escapar a un lugar seguro.
« Si sonara una alarma contra incendios en este momento, instintivamente sabrías cómo salir de la habitación para ponerte a salvo. Esto se debe a que tu cerebro realiza un seguimiento continuo de dónde está la salida en todo momento. Esto sucede inconscientemente, no tienes que hacerlo ». piénsalo. Queríamos entender cómo el cerebro usa información espacial tan importante para navegar a una ubicación objetivo lo más rápido posible « , dijo el profesor Tiago Branco, líder de grupo en el Sainsbury Wellcome Center y autor correspondiente del artículo.
A partir de estudios previos, se sabía que este proceso está basado en la memoria. Algunas personas que tienen lesiones en el RSP aún pueden recordar ubicaciones familiares, pero están desorientadas en el espacio y pierden la capacidad de conectar una acción con un objetivo espacial. Por ejemplo, pueden saber dónde está la puerta pero no saben qué acciones tomar para llegar allí.
Para ayudar a comprender cómo el cerebro usa las memorias espaciales para guiar las acciones, el laboratorio de Branco usó electrodos en miniatura, llamados sondas Neuropixels, para registrar simultáneamente dos regiones del cerebro del ratón, la RSP y la SC, a medida que se les presentaba un sonido amenazante..
« Descubrimos que el RSP está calculando la dirección del refugio y luego envía esta información al SC, que usa esta dirección para girar la cabeza del mouse. Cuando perturbamos la conexión entre estas dos regiones, impidiendo que el RSP hablara con el SC, el mouse corrió en una dirección aleatoria cuando está asustado. Esto nos dice que el circuito RSP-SC es un camino crítico para saber dónde está el refugio y orientarse hacia él « , explicó el profesor Branco.
« A nivel celular, la conexión entre RSP y SC está conectada de una manera inteligente que le permite explotar la organización local de las neuronas SC inhibitorias y excitatorias para inyectar la memoria del refugio en el SC. El resultado es que las células corticales generan un protuberancia localizada de actividad en la red SC que se parece mucho a la aguja de una brújula, apuntando continuamente al refugio mientras el ratón explora el entorno.Se han observado motivos de circuito similares en varios organismos, desde moscas hasta peces, lo que quizás sugiera un modelo conservado para mapear la dirección en todo el reino animal », comentó el Dr. Dario Campagner, investigador del Sainsbury Wellcome Center y la Unidad de Neurociencia Computacional de Gatsby y primer autor conjunto del artículo.
Para probar aún más este hallazgo, los neurocientíficos incluyeron un segundo refugio idéntico pero con una entrada cerrada. Descubrieron que el RSP representa tanto el refugio cerrado como el abierto, pero el SC representa solo el abierto. Una posible explicación es que el RSP representa muchos objetivos posibles y el SC selecciona el que es más importante para el contexto particular, en este caso el refugio abierto que confiere seguridad.
« Nuestro trabajo muestra cómo se puede dotar de flexibilidad a un comportamiento instintivo rápido como el escape antidepredador. Si bien el impulso para escapar es innato, la implementación del escape se basa en una señal de memoria espacial cortical que llega al SC para informar dónde se encuentra la ubicación del objetivo. Esta señal mapea la ubicación del refugio en el espacio egocéntrico, un formato de información fácilmente utilizable para el SC, que permite una rápida implementación de la orientación al refugio », dijo el Dr. Ruben Vale, primer autor conjunto del artículo.
La siguiente pregunta para los investigadores es comprender cómo el cerebro actualiza continuamente información espacial importante. El equipo plantea la hipótesis de que esto implica la combinación de señales sensoriales y de movimiento propio, como la información vestibular. Para explorar esto más a fondo, los neurocientíficos de los laboratorios Branco y Margrie en SWC están realizando estudios comparativos en otras especies, incluidos los cangrejos violinistas, que exhiben el mismo comportamiento de escape que los ratones pero tienen un sistema nervioso más simple. Esto permitirá a los investigadores buscar principios compartidos de cómo las diferentes especies resuelven este problema tan importante.
Esta investigación fue financiada por una beca de investigación sénior de Wellcome (214352/Z/18/Z) y por la subvención principal del Sainsbury Wellcome Center de Gatsby Charitable Foundation y Wellcome (090843/F/09/Z), MRC PhD Studentship, Boehringer Ingelheim Fonds PhD Fellowship, Gatsby Unit/SWC Joint Research Fellowship in Neuroscience, UCL Wellcome 4-year PhD Program in Neuroscience, A*STAR National Science Scholarship y SWC PhD Program.