* Este contenido fue producido por expertos del Instituto Weizmann de Ciencias, uno de los centros más importantes del mundo de investigación básica multidisciplinaria en el campo de las ciencias naturales y exactas, situado en la ciudad de Rejovot, Israel.
Enclavados en oscuras madrigueras, con un sentido de la vista limitado, los ratones rozan sus bigotes contra el entorno para orientarse y detectar objetos a su alrededor. Este comportamiento, denominado “whipping”, se lo estudió en las últimas décadas y se lo ha considerado un acto puramente táctil. Ahora, investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias presentan una perspectiva multisensorial completamente nueva de este proceso.
Estos impactantes hallazgos, publicados recientemente en Current Biology , revelan que el “whipping” genera sonidos sutiles codificados en la corteza auditiva de los ratones, lo que mejora su percepción del entorno.
“Los bigotes son tan delicados que a nadie se le había ocurrido comprobar si producen sonidos que los ratones puedan oír”, afirma el líder del equipo, el profesor Ilan Lampl del Departamento de Ciencias del Cerebro de Weizmann.
El estudio ofrece una visión única de la complejidad de la percepción natural, que suele implicar la entrada de múltiples sentidos, en este caso el tacto y el oído. De hecho, los humanos también combinamos estos dos tipos de señales con más frecuencia de lo que podríamos pensar. Imagine, por ejemplo, sus dedos hurgando en una bolsa llena buscando una barra de chocolate y el repentino y bienvenido crujido del envoltorio.
En el nuevo estudio, el equipo de Lampl, dirigido por el doctor Ben Efron, entonces estudiante de doctorado, quien colaboró con los doctores Athanasios Ntelezos y Yonatan Katz, comenzó grabando los sonidos producidos por los bigotes al tocar diferentes superficies, incluyendo hojas secas de buganvilla y papel de aluminio.
Los investigadores utilizaron micrófonos sensibles capaces de registrar frecuencias ultrasónicas, que superan el límite superior del rango audible para los humanos. Colocaron los micrófonos a unos dos centímetros de la fuente del sonido, aproximadamente la misma distancia que separa la oreja del ratón de sus bigotes.
A continuación, los científicos realizaron grabaciones completamente diferentes: midieron la actividad neuronal en la corteza auditiva de ratones que rozaban sus bigotes contra diferentes objetos. Las grabaciones mostraron que las redes auditivas de los ratones respondían a los sonidos generados por los bigotes, sin importar su sutileza. Cuando los investigadores interrumpieron las vías que transmiten la sensación del tacto desde los bigotes hasta el cerebro, la corteza auditiva seguía respondiendo a estos sonidos, lo que demuestra que los ratones podían procesarlos como una entrada sensorial independiente del sentido del tacto.
Sin embargo, el hecho de que el sistema auditivo del ratón responda a ciertos ruidos no significa necesariamente que los ratones los utilicen para detectar y puedan reconocer objetos por medio de estos ruidos. Para explorar esta cuestión, los investigadores recurrieron a la IA.
Primero entrenaron un modelo de aprendizaje automático para identificar objetos basándose en la actividad neuronal registrada de la corteza auditiva de los ratones. La IA identificó con éxito los objetos correctos solo a partir de la actividad neuronal, lo que sugiere que los ratones podrían ser capaces de interpretar de manera similar estas señales.
A continuación, los investigadores entrenaron otro modelo de aprendizaje automático para identificar objetos basándose en sonidos grabados hechos por bigotes que sondeaban estos objetos. Los dos modelos, el entrenado solo con actividad neuronal y el entrenado con grabaciones de sonido, tuvieron el mismo éxito, lo que sugiere que las respuestas neuronales al batido fueron causadas directamente por los sonidos en lugar de por otra información sensorial, como la que proviene del olfato o el tacto.
Estos hallazgos llevaron a los investigadores a la pregunta central de su estudio: ¿Pueden los ratones reconocer objetos utilizando únicamente los sonidos generados por sus bigotes? Para abordar esto, Efron y sus colegas realizaron un experimento conductual. Entrenaron a ratones, cuya sensibilidad táctil había sido abolida, para que reconocieran el papel de aluminio únicamente por el sonido generado por sus bigotes. Los ratones respondieron a los sonidos de manera consistente, relacionándolos con la información sensorial que representaban.
“Nuestros resultados muestran que la red de vibrisas del cerebro opera de forma integradora y multimodal cuando los animales exploran activamente su entorno”, resume Lampl. Esta función multimodal, explica, podría haberse desarrollado evolutivamente para ayudar a los ratones a cazar presas o evitar a sus depredadores.
“Dado que el movimiento de vibrisas genera sonidos mucho más débiles que el caminar, un ratón podría confiar en él al, por ejemplo, elegir entre caminar por un campo de cultivo seco y quebradizo o por uno más fresco y tranquilo, para evitar ser detectado por un búho. El movimiento de vibrisas también podría ayudar a un ratón a determinar si un tallo está hueco o es lo suficientemente jugoso como para merecer un mordisco”.
Al descifrar las fronteras entre el tacto y la audición, el estudio no solo revela algo nuevo sobre los ratones, sino que abre un abanico de nuevas líneas de investigación para futuras exploraciones de los sistemas sensoriales del cerebro, en particular los mecanismos mediante los cuales este integra diferentes tipos de información sensorial. Los nuevos hallazgos también podrían conducir a innovaciones tecnológicas prácticas.
Las posibilidades son infinitas. Si el cerebro puede procesar simultáneamente información sensorial de diferentes fuentes, los mismos principios podrían emplearse en prótesis, rehabilitación sensorial tras traumatismo craneoencefálico o incluso para mejorar la percepción en personas con discapacidad visual. Por ejemplo, los ejercicios de aprendizaje para ciegos ya aprovechan los sonidos distintivos que produce el bastón blanco al contacto con una superficie, y este enfoque podría seguir desarrollándose.
Otra área potencial de innovación es la robótica. Efron afirma: “Integrar diferentes tipos de información sensorial es un gran reto en el diseño de sistemas robóticos. El sistema de movimiento del cerebro del ratón podría inspirar tecnologías que aborden este reto, por ejemplo, ayudando a crear sensores de alerta temprana para prevenir colisiones, especialmente cuando la visibilidad es limitada debido al humo u otras obstrucciones visuales».
La investigación del profesor Ilan Lampl cuenta con el apoyo del Centro de Investigación sobre Percepción y Acción de la Sociedad Suiza; el Centro de Neurociencias Nella y Leon Benoziyo; el Instituto de Investigación Cerebral Carl y Micaela Einhorn-Dominic; la Escuela de Investigación de Ciencias Bioquímicas Lorry I. Lokey; el Centro de Investigación de Funciones Cerebrales Superiores Murray H. & Meyer Grodetsky; el Centro de Investigación sobre el Desarrollo de Redes Neuronales Hedda, Alberto y David Milman Baron; la Fundación Benéfica Lilly y Zdenek Capek; y Daniel Andreae.
El Prof. Lampl ocupa la Cátedra Norman y Helen Asher. La Cátedra de Investigación Marianne Manoville Beck en Investigación Cerebral apoya a un científico de planta en su laboratorio.