Microscopio inalámbrico de 1 gramo: 8.500 neuronas en ratones

Un ratón corre, trepa y socializa, y los científicos que observan su cerebro trabajan, hasta ahora, con un cable o con la cabeza inmovilizada. Esa restricción ha determinado lo que la neurociencia podía ver. Un equipo de la Universidad Tsinghua y de la Escuela de Medicina del Ejército Popular de Liberación de China ha construido un microscopio inalámbrico que permite al animal moverse mucho más libremente. El dispositivo, llamado Airscope, pesa 1 gramo sin su batería, y en un artículo publicado en Nature los investigadores explican que puede obtener imágenes de más de 8.500 neuronas en la corteza del ratón, la capa externa del cerebro.

Para entender por qué importa el peso, conviene saber cómo funcionan estos instrumentos. La imagen de calcio sigue las neuronas mediante una señal fluorescente que se intensifica cuando una célula se activa, de modo que un microscopio capaz de ver muchas células a la vez puede mostrar cómo se comportan grupos de neuronas durante una acción. Los microscopios convencionales de este tipo, montados en la cabeza, suelen pesar más de 3 gramos, y las versiones inalámbricas anteriores eran demasiado pesadas y ofrecían una visión más estrecha. Airscope combina un sensor de 2 megapíxeles con solo cuatro lentes asféricas, una forma que, según los investigadores, hace que el dispositivo sea 2,84 veces más corto que los microscopios miniaturizados anteriores, igualando al mismo tiempo el número de neuronas detectadas por los mesoscopios de sobremesa. Obtiene imágenes con resolución de célula única, de unos 4 micrómetros, en un campo de visión de 6 milímetros (0,24 pulgadas; 0,61 cm) a 12,5 fotogramas por segundo. La compresión de datos le permite enviar imágenes de varios megapíxeles de forma inalámbrica, y una batería fijada magnéticamente, que puede cambiarse, permite registros prolongados.

El equipo probó el dispositivo con ratones que vivían en un hábitat de unos 5 metros cuadrados (54 pies cuadrados; 5 m²) y en un gran laberinto con 32 brazos terminales. La actividad cortical cambiaba de forma sistemática según el terreno que atravesaban los ratones, según Wu Jiamin, de Tsinghua. En otros experimentos descritos en el artículo, los patrones de actividad en la corteza dorsal se correlacionaban con signos conductuales de dominancia social, y la actividad de la población podía predecir cuál de dos ratones ganaría una competición. Con dos Airscope sobre un mismo animal, los investigadores registraron de forma conjunta el cerebro y la médula espinal durante un condicionamiento del miedo, y caracterizaron la influencia de la médula espinal sobre la corteza. Zhang Yuanlong, profesor adjunto de Tsinghua, afirmó que el dispositivo permite a los animales moverse con más libertad, de modo que los registros a gran escala pueden acompañar una gama más amplia de comportamientos naturales.

Para los neurocientíficos, la ventaja es poder registrar grandes poblaciones de neuronas en animales que hacen algo distinto a permanecer quietos. Los autores del artículo afirman que los registros se mantienen estables en la misma región durante más de 200 días, con una calidad de señal comparable a la de un microscopio convencional de sobremesa. Las limitaciones son reales: todos los resultados descritos hasta ahora proceden de ratones. Dai Qionghai, autor de correspondencia del artículo, dijo que el dispositivo podría extenderse más adelante a la inmunología y la oncología, permitiendo seguir la progresión de enfermedades, pero se trata de una dirección que el equipo ha señalado, no de un resultado que haya demostrado.

Por ahora, los principales beneficiarios inmediatos son los grupos de investigación que estudian cómo surge la conducta a partir de la actividad neuronal. Airscope les ofrece una forma de registrar el cerebro en entornos naturales, donde las herramientas anteriores obligaban a elegir entre precisión y movimiento. La próxima prueba es si otros laboratorios pueden reproducir estos registros, y la versión de Nature, todavía una publicación preliminar en línea, es el documento que conviene leer hasta su publicación definitiva.