Dos artículos publicados el 20 de junio en la revista Cell muestran que los murciélagos y ratones egipcios frugívoros, respectivamente, pueden «sincronizar» las ondas cerebrales en situaciones sociales. La sincronización de la actividad neural en los cerebros de los compañeros de conversación humanos se ha demostrado anteriormente, como resultado de que una persona capta las señales sociales de la otra y modula su propio comportamiento basado en esas señales. Estos estudios ahora sugieren que algo similar ocurre cuando los animales se involucran en interacciones sociales naturales y descubren que algunos aspectos del comportamiento social de los animales pueden predecirse basándose en observaciones neuronales.
«Los modelos animales son realmente importantes para poder estudiar fenómenos cerebrales a niveles a los que normalmente no podemos acceder en humanos», dice Michael Yartsev, del Departamento de Bioingeniería de la Universidad de California, Berkeley, y autor principal de uno de los artículos. «Debido a que los murciélagos son extremadamente sociales y viven naturalmente en ambientes sociales altamente complejos, son un gran modelo para abordar importantes cuestiones científicas sobre el comportamiento social y los mecanismos neurales que lo subyacen».
«Si se piensa en el cerebro como una caja negra que recibe entradas y da algún tipo de salida en respuesta, estudiar las interacciones sociales es como tratar de entender cómo la salida de una caja proporciona entrada a otra, y cómo esas dos cajas trabajan juntas y crean un bucle», dice Weizhe Hong, de los Departamentos de Química Biológica y Neurobiología de la Universidad de California en Los Ángeles, y autor principal del otro documento. «Nuestra investigación en ratones nos permite mirar dentro de estas cajas negras y ver mejor la maquinaria interna.»
Estudios previos que muestran cómo la actividad neural en humanos se sincroniza durante las interacciones sociales han utilizado tecnologías como fMRI y EEG, que observan la actividad cerebral con resoluciones espaciales y temporales relativamente gruesas. Estos estudios encontraron que cuando dos personas interactúan, las estructuras en su cerebro simultáneamente decodifican y responden a las señales de la otra persona.
Debido a que los nuevos estudios observaron la actividad neural a un nivel de detalle que es difícil de obtener en humanos, podrían explorar el mecanismo neural detallado que subyace a este fenómeno.
El equipo de Berkeley monitoreó a los murciélagos durante sesiones de unos 100 minutos cada una mientras se involucraban en una amplia gama de interacciones sociales naturales, como el aseo, el apareamiento y las peleas. Los murciélagos fueron filmados con cámaras de alta velocidad, y sus comportamientos e interacciones específicas fueron cuidadosamente caracterizadas.
Mientras esto sucedía, los científicos estaban usando una tecnología llamada electrofisiología inalámbrica para registrar simultáneamente la actividad cerebral en las corticales frontales de los murciélagos a través de una amplia gama de señales neuronales, que iban desde oscilaciones cerebrales hasta neuronas individuales y poblaciones neuronales locales. Ellos vieron que los cerebros de los diferentes murciélagos estaban altamente correlacionados y que esta correlación era más pronunciada en el rango de altas frecuencias de las oscilaciones cerebrales. Además, la correlación entre los cerebros de los murciélagos individuales se extendía a través de múltiples escalas de tiempo de interacciones sociales, que iban desde segundos hasta horas. Sorprendentemente, al observar el nivel de correlación, podían predecir si los murciélagos iniciarían o no interacciones sociales.
El equipo de UCLA tomó un rumbo diferente. Utilizaron un dispositivo llamado microendoscopio miniaturizado para monitorear las actividades cerebrales de los ratones durante situaciones sociales. Estos diminutos dispositivos, que pesan sólo dos gramos, se colocan en los ratones y permiten a los investigadores monitorizar la actividad de cientos de neuronas al mismo tiempo en ambos animales. Ellos vieron que los ratones también exhiben correlaciones intercerebrales en las interacciones sociales naturales donde los animales interactúan libremente entre sí. Además, el acceso a miles de neuronas individuales les dio una visión sin precedentes de los procesos de toma de decisiones de ambos animales y reveló que la correlación intercerebral surge de diferentes conjuntos de neuronas que codifican el propio comportamiento y el comportamiento del interlocutor social.
Las interacciones sociales a menudo están anidadas en el contexto de una jerarquía de dominación. Al visualizar dos ratones en una interacción social competitiva, descubrieron que el comportamiento del animal dominante impulsa la sincronía con más fuerza que el comportamiento del animal subordinado. Sorprendentemente, también encontraron que el nivel de correlación entre dos cerebros predice cómo responderán los ratones al comportamiento del otro, así como las relaciones de dominación que se desarrollan entre ellos.
«Las interacciones sociales naturales son complejas», dice Wujie Zhang, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Yartsev y primera autora del artículo sobre los murciélagos frugívoros. «Es importante abrazar esta complejidad para entender las interacciones sociales de la vida real a nivel neural.»
«Sabemos que las interacciones sociales están alteradas en muchas enfermedades mentales en humanos, incluyendo trastornos del espectro autista y esquizofrenia», dice Lyle Kingsbury, un estudiante graduado en el laboratorio de Hong y primer autor del artículo sobre el ratón. «El desarrollo de un sistema modelo genéticamente tratable abre la posibilidad de explorar cómo la sincronía intercerebral se interrumpe en las personas con estas afecciones y puede proporcionar información novedosa sobre posibles intervenciones».