La investigación sobre murciélagos revela el cableado cerebral para el comportamiento grupal

Las mismas neuronas que ayudan a los murciélagos a navegar por el espacio también pueden ayudarles a navegar en entornos sociales colectivos, según un nuevo estudio publicado hoy en la revista Nature.

Se cree que muchos mamíferos, incluidos los murciélagos y los humanos, se desplazan con la ayuda de una estructura cerebral llamada hipocampo, que codifica un "mapa" mental de su entorno familiar. Por ejemplo, mientras camina por su vecindario o viaja al trabajo, las neuronas individuales "colocan" en el hipocampo se activan para indicar dónde se encuentra.

En el nuevo estudio, investigadores de la Universidad de California, Berkeley, utilizaron dispositivos inalámbricos de grabación neuronal e imágenes para "escuchar" la actividad cerebral del hipocampo de grupos de murciélagos frugívoros egipcios mientras volaban libremente dentro de una gran sala de vuelo, a menudo moviéndose entre grupos sociales estrechamente agrupados, mientras que la tecnología de seguimiento registraba los movimientos de los murciélagos.

Los investigadores se sorprendieron al descubrir que, en este entorno social, las neuronas del murciélago codificaban mucha más información que simplemente la ubicación del animal. Cuando un murciélago volaba hacia un lugar de aterrizaje, la activación de las neuronas del lugar también contenía información sobre la presencia o ausencia de otro murciélago en ese lugar. Y cuando había otro murciélago presente, la actividad de estas neuronas indicaba la identidad del murciélago hacia el que volaban.

"Este es uno de los primeros artículos que muestra la representación de la identidad en un cerebro de no primate", dijo el autor principal del estudio, Michael Yartsev, profesor asociado de bioingeniería y neurociencia en UC Berkeley. "Y sorprendentemente, lo encontramos en el centro de lo que se suponía que era el GPS del cerebro. Descubrimos que todavía actúa como un GPS, pero que también está sintonizado con la dinámica social del entorno".

Si bien no son tan impresionantes visualmente como un banco de peces o el murmullo de pájaros, los animales altamente sociales como los humanos y los murciélagos también exhiben formas de comportamiento colectivo, dijo el primer autor del estudio, Angelo Forli, becario postdoctoral en el laboratorio NeuroBat de Yartsev.

"Los animales sociales, como los humanos, se coordinarán en el espacio para lograr diferentes objetivos", dijo Forli. "Podría ser simplemente visitar a otros. Podría ser moverse juntos, como en el caso de los comportamientos colectivos clásicos o jugar un partido de fútbol. O podrían ser otras formas de cooperación o conflicto".

Debido a la complejidad del experimento, Forli inicialmente tuvo dudas sobre si permitir que grupos de murciélagos vuelen e interactúen libremente produciría resultados sobre la base neuronal del comportamiento colectivo. Le preocupaba que los movimientos de los murciélagos y sus interacciones sociales pudieran ser demasiado aleatorios para descubrir relaciones sólidas entre su actividad neuronal y su comportamiento.

Por eso se sorprendió gratamente cuando los murciélagos establecieron espontáneamente un puñado de puntos de descanso específicos dentro de la sala de vuelo y siguieron trayectorias muy similares cuando viajaban entre ellos. Los murciélagos también mostraron fuertes preferencias por volar hacia murciélagos "amigos" específicos, a menudo aterrizando muy cerca o incluso encima uno del otro.

"Descubrimos que si se reúne un pequeño grupo de murciélagos en una habitación, en realidad no se comportarían al azar, sino que mostrarían patrones precisos de comportamiento", dijo Forli. "Pasaban tiempo con personas específicas y les mostraban lugares específicos y estables a los que les gustaba ir".

Estos patrones precisos de comportamiento permitieron a Forli identificar no sólo la actividad neuronal asociada con diferentes trayectorias de vuelo, sino también cómo la actividad neuronal cambiaba dependiendo de la identidad del murciélago presente en el lugar objetivo y los movimientos de otros murciélagos.

"Al registrar sólo un puñado de esas neuronas de esta estructura cerebral, podemos saber realmente qué hacían los murciélagos en su espacio social", dijo Yartsev. "Pudimos descubrir si se dirigían a un lugar vacío o a un lugar donde había otros individuos, lo cual es realmente sorprendente".

En los últimos años, Yartsev y su NeuroBat Lab han utilizado una variedad de dispositivos inalámbricos de grabación neuronal y tecnologías de seguimiento de vuelos para descubrir una serie de detalles sorprendentes sobre el cerebro, incluido cómo la actividad neuronal de los murciélagos se sincroniza mientras socializan; cómo la actividad en la corteza frontal ayuda a los murciélagos a identificarse entre sí y los demás durante las interacciones vocales; cómo el hipocampo de los murciélagos mapea no sólo ubicaciones específicas, sino también trayectorias de vuelo completas; e incluso cuán estables pueden almacenarse los recuerdos espaciales en el cerebro.

Este nuevo estudio reúne el trabajo del equipo sobre navegación y comportamiento social, mostrando cómo estas dos cosas están fundamentalmente entrelazadas dentro del cerebro. Los hallazgos también ayudan a esclarecer por qué el daño al hipocampo en humanos se ha relacionado con aspectos tanto sociales como espaciales de la pérdida de memoria en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.

"Nuestras memorias episódicas son una combinación del entorno en el que nos encontramos y nuestras experiencias dentro de él, incluidas, por supuesto, nuestras experiencias sociales", dijo Yartsev. "Nuestros resultados son sorprendentes, en el sentido de que nadie había observado esta conexión antes en grupos de animales y a nivel de neurona individual. Pero también tienen sentido porque son muy consistentes con los déficits que experimentan las personas con daño en el hipocampo. "

Finalmente, este estudio destaca un punto muy importante, afirmó Yartsev. Si bien la mayor parte de la comunidad neurocientífica examina el cerebro en condiciones "simplificadas" o "artificiales" que a menudo están muy alejadas del comportamiento natural que el cerebro ha evolucionado para promover, este trabajo demuestra el poder del enfoque natural de la investigación en neurociencia.

"Durante medio siglo, la gente ha estado estudiando las neuronas de lugar, pero el 99% de ese trabajo se ha realizado en animales individuales que se mueven en una caja vacía", dijo Yartsev. "Nuestros hallazgos sugieren que se puede aprender mucho cuando la investigación en neurociencia se centra en el comportamiento natural".

Esta investigación fue apoyada por la New York Stem Cell Foundation (NYSCF-R-NI40), el Instituto Nacional de Salud Mental (Premio 1-R01MH25387-01), la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (FA9550-17-1-0412) , la Beca Packard (2017-66825), el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (R01NS118422-01), la Fundación Vallee (VS-2020-34), la Oficina de Investigación Naval (N00014-21-1-2063), el Programa Searle Scholars (SSP-2016-1412), la Beca Human Frontiers (LT000302/2020) y la Organización Europea de Biología Molecular (1022-2019).