Con micro LEDs inalámbricos controlan el comportamiento de un ratón

Se aprovechan los circuitos de recompensa neuronales de los ratones con la ayuda de un nuevo dispositivo de optogenética

Un dispositivo con microscópicos diodos de emisión de luz que controla la actividad de las neuronas ha dado a los investigadores un control a distancia sobre el comportamiento animal. El pequeño dispositivo, probado en ratones, causa menos daño que otros métodos utilizados para aplicar luz en el cerebro, informan los investigadores en la edición del jueves de Science, y no tienen sujetos a los ratones a una fuente de luz, lo que permite a los científicos estudiar las conductas de forma más natural de lo que es normalmente posible.

Muchos grupos de neurocientíficos han recurrido al control de las neuronas basado en la luz para estudiar las bases neuronales del comportamiento. Para controlar las células del cerebro, los investigadores utilizan optogenética, un método para realizar la modificación genética de las neuronas que permite activarlas o silenciarlas con destellos de luz.

La optogenética se ha utilizado para estudiar el sueño, la depresión y la epilepsia, y tal vez un día se aplique a pacientes humanos. En muchos de estos estudios se han utilizado fibras ópticas o LEDs relativamente grandes para el control de la actividad del cerebro, lo que requiere que el animal en estudio deba estar unido a un láser o a una fuente de energía.

Cuando Michael Bruchas, neurocientífico de la Universidad de Washington en St. Louis, comenzó a utilizar la optogenética para estudiar comportamientos relacionados con el estrés en ratones, se sentía frustrado por los límites que causaban los dispositivos unidos al animal en estudios que involucraban ambientes complejos o a varios ratones. Así que se unió con John Rogers, científico de materiales en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, y otros, para desarrollar un «dispositivo muy pequeño con un perfil ultra fino, no invasivo, y que pudiera ser controlado en forma inalámbrica», dice Bruchas. «Da más poder para estudiar diferentes cableados para comportamientos específicos. Los animales pueden estar en su jaula o interactuar con otro animal o correr en una rueda.»

El dispositivo flexible tiene aproximadamente un quinto del grosor de un cabello humano y puede ser implantado en el interior del cerebro con la ayuda de una microaguja. Un adhesivo biodegradable sostiene el implante de micro-LED en la aguja, pero este soporte desaparece cuando el adhesivo en base a seda se disuelve en cuestión de minutos. El dispositivo queda en el cerebro cuando se retira la aguja. Un cable todavía más delgado que el dispositivo conecta a los micro-LEDs a la electrónica, que incluye un transmisor inalámbrico, que ubica en la parte superior de la cabeza del ratón. En total, la configuración pesa menos de un gramo, dice Bruchas (un ratón pesa aproximadamente 30 gramos).

Los investigadores utilizaron los implantes para controlar la actividad de las neuronas del circuito de recompensa de los ratones. A los ratones con neuronas modificados se les dio un libre rango de libertad en un recinto en forma de Y en el que algunos caminos terminaban con un pequeño agujero. Si los ratones asomaban su nariz por ese agujero, el implante LED activaba las neuronas de su circuito de recompensa. Los ratones aprendieron a «auto-estimularse», dice el co-autor principal Jordan McCall de la Washington University School of Medicine.

Después de varias semanas en el cerebro, los dispositivos micro LED resultan en menos lesiones, menos neuronas mueren, y la respuesta inmune es menor que la causada con los métodos convencionales durante el mismo período de tiempo. Y después de seis meses en el cerebro, el dispositivo miniaturizado aún funcionaba, dijo McCall.

Además, debido a que los cuatro LEDs utilizados son mucho más pequeños que una fibra óptica, los investigadores pueden activar con precisión sólo un puñado de neuronas en los cerebros de los roedores. «Si usted quiere controlar un gran volumen de tejido, entonces los LEDs acoplados con fibra pueden ser más eficientes, pero si se desea una acción precisa en sólo unas pocas células, lo que han hecho es una gran mejora», dice Christian Wentz , fundador de Kendall Investigación, una nueva empresa que también está desarrollando dispositivos inalámbricos optogenéticos.

El minúsculo dispositivo optogenético también contiene sensores para la luz, el calor y la actividad eléctrica, lo que permitió a los investigadores controlar la forma en que estaba funcionando el dispositivo, y así activar las neuronas sin sobrecalentar el cerebro circundante.

Este tipo de dispositivo podría ser utilizado para controlar la actividad del cerebro de una manera automatizada: comunicarse con las neuronas por medio de destellos de luz en respuesta a los cambios químicos, de temperatura o eléctricos en el cerebro «La capacidad de integrar sensores además de LEDs podrían permitir un control con «bucle cerrado» (realimentado) de las funciones del cerebro, lo que podría ser de utilidad para aplicaciones en las que la información debe ser observada y registrada al mismo tiempo», dice Ed Boyden, del MIT, uno de los co-inventores de la optogenética.

Fuente: Technology Review. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información: