IntelliProfiler: Avanzando en el Análisis Comportamental de Ratones

El análisis del comportamiento usando ratones es importante para estudiar cómo funciona el cerebro e identificar enfermedades. Los ratones se usan comúnmente en estos estudios porque son fáciles de manejar y se pueden alterar genéticamente. Los investigadores estudian varios comportamientos en ratones, como caminar, explorar, interactuar socialmente y recordar cosas. Usan pruebas como la prueba de campo abierto y el laberinto elevado para medir estos comportamientos. Sin embargo, los métodos tradicionales enfrentan desafíos.

Un gran desafío es que los métodos tradicionales recopilan datos lentamente, ya que generalmente involucran un ratón a la vez. La mayoría de las pruebas solo registran el comportamiento por períodos cortos en un entorno poco natural. Por ejemplo, en la prueba de campo abierto, los investigadores colocan un ratón en un gran espacio abierto y rastrean sus movimientos. También hay una posibilidad de sesgo humano, ya que manejar a los ratones puede hacer que se sientan ansiosos, lo que puede afectar su comportamiento. La investigación ha demostrado que el género del experimentador y factores ambientales pueden influir en los resultados.

Para abordar estos problemas, los investigadores buscan mejores maneras de observar el comportamiento de los ratones en condiciones más naturales. Recientemente, ha habido avances en sistemas de seguimiento por video que utilizan visión por computadora para monitorear los movimientos de los ratones. Uno de estos sistemas se llama DeepLabCut, que permite un seguimiento preciso sin necesidad de marcadores en los ratones. Sin embargo, rastrear a muchos ratones a la vez puede ser difícil con este sistema, especialmente cuando están cerca unos de otros.

Otra técnica utiliza etiquetas RFID sin contacto, que son pequeños chips que se pueden colocar en los ratones. Un sistema que utiliza RFID se llama IntelliCage. Puede rastrear automáticamente a los ratones mientras exploran su entorno e interactúan entre sí. Otro sistema RFID, llamado ECO-HAB, permite a los investigadores observar a los ratones moviéndose entre áreas conectadas. Los desarrollos recientes incluyen matrices de piso RFID que pueden monitorear a múltiples ratones a la vez. Si bien estos sistemas ofrecen información valiosa sobre el comportamiento grupal, a menudo no proporcionan suficiente detalle sobre los movimientos individuales.

En este estudio, presentamos un nuevo sistema basado en RFID llamado IntelliProfiler. Este sistema puede monitorear a múltiples ratones en un entorno de jaula hogareña. Puede rastrear grupos de cuatro a 16 ratones y ofrece mejor detalle sobre tiempos y ubicaciones que los métodos anteriores. Con IntelliProfiler, realizamos un monitoreo continuo de comportamiento durante 72 horas en ratones machos y hembras jóvenes y viejos para ver cómo el envejecimiento afecta las Interacciones sociales dentro de los grupos.

#Configurando IntelliProfiler

Para configurar IntelliProfiler, usamos una placa de antena hecha de 96 baldosas de antena dispuestas en una cuadrícula. Esta placa se colocó debajo de una gran jaula con comida y agua para los ratones. El software que desarrollamos para IntelliProfiler realiza varias tareas, incluyendo la recopilación de datos, el cálculo de distancias entre ratones, el análisis de interacciones sociales y la creación de representaciones visuales de los datos.

Después de recopilar los datos, los convertimos a un formato que nos permite analizar los movimientos de cada ratón a lo largo del tiempo. Los resultados se registraron para grupos de cuatro, ocho y 16 ratones durante 72 horas.

#Analizando la actividad en ratones alojados en grupo

Nos enfocamos en cómo el tamaño del grupo afecta los niveles de actividad de los ratones machos y hembras. Por ejemplo, a medida que aumentaba el número de ratones en un grupo, la distancia total recorrida por los ratones machos a menudo disminuía. En el grupo más pequeño de cuatro, los ratones machos mostraron la mayor actividad justo después de ser introducidos, y su actividad disminuyó después de eso antes de aumentar nuevamente cuando se apagaron las luces. Sin embargo, las ratonas mostraron niveles estables de actividad, mostrando menos variación a lo largo del tiempo y el tamaño del grupo.

Para comparar diferencias más a fondo, examinamos las tendencias generales de la actividad durante períodos más largos. Los ratones machos nuevamente mostraron los niveles más altos de movimiento en el grupo más pequeño, mientras que las hembras mantuvieron una actividad más constante a través de los diferentes tamaños de grupo.

#Interacciones sociales entre ratones

También observamos cuán a menudo los ratones interactuaban entre sí midiendo la distancia entre pares de ratones. Clasificamos estas distancias en cuatro tipos: “Mismo” cuando dos ratones estaban en la misma cuadrícula, “Cerca” para cuadrículas adyacentes, “Intermedio” para cuadrículas cercanas y “Lejos” cuando estaban más separados. Descubrimos que en grupos más pequeños, los ratones pasaban más tiempo cerca unos de otros, mientras que en grupos más grandes, tendían a estar más separados.

Por ejemplo, en los grupos de cuatro ratones, la proporción de ratones que estaban en la misma distancia o cercana aumentó durante el período de luz y disminuyó durante el período oscuro. Los grupos más grandes tenían una tendencia más consistente de distanciamiento social, lo que sugiere que los tamaños de grupo más grandes podrían reducir las interacciones sociales.

Para cuantificar qué tan cerca estaban dos ratones entre sí a lo largo del tiempo, introdujimos una métrica llamada el Ratio de Contacto Cercano (CCR). Esta medición nos ayuda a entender con qué frecuencia dos ratones estaban en proximidad cercana. Los ratones machos tuvieron el CCR más alto en grupos más pequeños, mientras que las hembras mostraron un CCR más bajo en configuraciones de grupo más grandes.

#Analizando los efectos del envejecimiento en el comportamiento

El envejecimiento puede afectar cómo se comportan los ratones, así que comparamos ratones machos jóvenes y viejos en grupos pequeños y más grandes. Descubrimos que los ratones mayores tendían a ser menos activos en general, especialmente en el grupo de ocho ratones. Sin embargo, en grupos más pequeños, tanto los machos jóvenes como los viejos mostraron un movimiento significativo.

Los niveles de actividad de los ratones machos ancianos también eran menos distintos en comparación con los ratones más jóvenes, quienes exhibieron patrones de comportamiento más definidos. Las diferencias en la proximidad social fueron notables, con los machos mayores pasando más tiempo en la categoría “Intermedia”, sugiriendo un cambio en su dinámica social a medida que envejecían.

#Caracterizando el comportamiento grupal

También observamos el comportamiento grupal a través de un método llamado análisis de componentes principales (PCA) para entender cómo diferentes factores como el sexo, el tamaño del grupo y la edad influyeron en la actividad y las interacciones sociales. Los comportamientos de los ratones machos en los grupos más grandes formaron un clúster distintivo, mientras que los grupos más pequeños vieron más mezcla de ratones machos y hembras.

Cuando examinamos los efectos del envejecimiento dentro de los grupos, descubrimos que los ratones más jóvenes generalmente se comportaban de manera diferente a los ratones mayores, con los machos más jóvenes mostrando interacciones sociales más activas y diversas. Esto muestra que el envejecimiento influye no solo en cuán activos son los ratones, sino también en cómo interactúan socialmente.

#Análisis de red de interacciones sociales

Usamos análisis de red para estudiar cómo el tamaño del grupo influye en las interacciones sociales. En grupos más grandes, los ratones machos desarrollaron redes de interacciones más complejas, mientras que las hembras mantuvieron una estructura más uniforme. Con los machos jóvenes mostrando una mayor cercanía social y redes variadas en comparación con los machos mayores, pudimos ver cómo el envejecimiento impacta en la estructura social en los ratones.

#Interacciones sociales individuales

Por último, evaluamos las interacciones sociales de ratones individuales y notamos variabilidad en los comportamientos, particularmente en grupos más grandes. Si bien no hubo diferencias significativas basadas en el sexo en grupos más pequeños, los grupos más grandes a menudo mostraron patrones distintos basados en el comportamiento individual de los ratones.

#Resumen y futuras direcciones

El sistema IntelliProfiler representa un paso importante en el estudio del comportamiento de los ratones. Al permitir un monitoreo continuo y sin sesgos en un entorno de jaula hogareña, ofrece información sobre cómo el tamaño del grupo, el sexo y el envejecimiento afectan el comportamiento. Nuestros hallazgos destacan lo importante que es estudiar a los ratones en un entorno más naturalista para entender mejor su dinámica social.

A pesar de los avances que proporciona IntelliProfiler, todavía hay limitaciones, como la precisión espacial y la necesidad de la implantación quirúrgica de etiquetas RFID. Los desarrollos futuros podrían centrarse en mejorar la resolución espacial y reducir la invasividad del sistema. En general, IntelliProfiler abre nuevas avenidas para la investigación del comportamiento que pueden conducir a una comprensión más profunda del comportamiento de los ratones y, por extensión, del funcionamiento del cerebro.