Uso de la realidad virtual para ver la red neuronal del autismo

Una colaboración de investigación internacional del Departamento de Fisiología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Kobe, el Departamento de Farmacología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Hokkaido y el Centro RIKEN para la Investigación de Dinámica de Biosistemas han desarrollado un sistema de imágenes VR que puede medir una amplia gama de actividad neuronal en las cortezas de los ratones durante el comportamiento activo. Esto les permitió iluminar las anomalías en la dinámica de la red funcional cortical que se encuentran en ratones modelo de autismo. Usando el aprendizaje automático, también pudieron distinguir con gran precisión entre ratones modelo de autismo y ratones de tipo salvaje en función de los patrones de la red funcional cortical cuando los ratones comienzan o dejan de correr. 

En los últimos años, se han realizado investigaciones para identificar anomalías cerebrales funcionales exclusivas de las personas autistas. Los estudios de IRMf en estado de reposo sugieren que la densidad de las redes cerebrales funcionales aumenta en los individuos autistas jóvenes y disminuye en los adultos. Sin embargo, estos cambios varían ampliamente de un individuo a otro. Como el análisis se realizó cuando los participantes estaban en estado de reposo, no estaba claro cómo las anomalías en las redes cerebrales funcionales afectan el comportamiento.

Los investigadores analizaron las ventanas de tiempo de tres segundos antes y después de que el ratón comenzara o dejara de moverse espontáneamente en la cinta rodante (locomoción) y examinaron las características de la red en cada ventana de tiempo. Los resultados revelaron que la estructura de la red cambia con el inicio de la locomoción y que aumenta la modularidad. También encontraron que la estructura de la red vuelve al estado de reposo cuando se detiene la locomoción. Por lo tanto, lograron visualizar la dinámica de la red durante el cambio del reposo a la locomoción y de la locomoción al reposo.

A continuación, los investigadores utilizaron este sistema de imágenes VR para analizar la red cortical funcional de ratones modelo de autismo. Para el experimento, utilizaron ratones 15q dup, el primer modelo establecido de autismo en ratones con variaciones en el número de copias. Los ratones 15q dup exhibieron locomoción reducida y distancia recorrida en el espacio VR. El examen de la red cortical funcional reveló conexiones de red más altas después del inicio de la locomoción, una menor centralidad de la red y una menor modularidad de la red funcional 

En resumen, los ratones 15q dup, un modelo de autismo, tenían una densa red cortical funcional durante la locomoción y una modularidad reducida. Los investigadores también encontraron que el aprendizaje automático puede identificar ratones modelo de autismo de una manera muy precisa en función de sus patrones de red cortical funcional que están asociados con cambios de comportamiento.

La red cerebral funcional en modelos de autismo en ratones se caracteriza por la conectividad funcional de la corteza motora, que es crucial para determinar el autismo. Los estudios detallados de estas conexiones anatómicas y la neurofisiología ayudarán a dilucidar qué redes entre la corteza motora y otras regiones del cerebro juegan un papel crítico en la patología del autismo. Además, se espera que la investigación adicional sobre la dinámica de la red cerebral funcional del autismo durante el comportamiento activo conduzca al descubrimiento de nuevos biomarcadores para el diagnóstico del autismo.

Al analizar la extensa actividad cortical registrada en ratones activos, los investigadores pudieron visualizar los cambios dinámicos dependientes del comportamiento en la red cortical funcional del cerebro . La realidad virtual permite la creación de entornos multimodales que utilizan información sensorial múltiple, incluidos los sentidos visual, auditivo y olfativo. Dado que un síntoma importante del autismo en las personas es la comunicación social deficiente, a los investigadores les gustaría construir un entorno social para ratones en el espacio virtual e investigar cómo cambia la dinámica de la red funcional cuando los ratones modelo de autismo realizan comportamientos sociales.

Los resultados de esta investigación han sido publicados hoy en la revista Cell Reports.