IntelliProfiler: Avançando a Análise Comportamental em Camundongos

A análise comportamental usando camundongos é super importante pra entender como o cérebro funciona e identificar doenças. Os camundongos são bastante usados nesses estudos porque são fáceis de manusear e podem ser geneticamente modificados. Os pesquisadores observam vários comportamentos nos camundongos, como andar, explorar, interagir socialmente e lembrar de coisas. Eles usam testes como o teste de campo aberto e o labirinto elevado pra medir esses comportamentos. Mas os métodos tradicionais têm seus desafios.

Um grande desafio é que os métodos tradicionais coletam dados devagar, já que geralmente envolvem um camundongo de cada vez. A maioria dos testes só registra o comportamento por curtos períodos em um ambiente não natural. Por exemplo, no teste de campo aberto, os pesquisadores colocam um camundongo em um espaço grande e monitoram seus movimentos. Também tem a chance de viés humano, já que o manuseio dos camundongos pode deixá-los ansiosos, o que pode afetar o comportamento deles. Pesquisas mostraram que o gênero do experimentador e fatores ambientais podem influenciar os resultados.

Pra resolver esses problemas, os pesquisadores estão buscando formas melhores de observar o comportamento dos camundongos em condições mais naturais. Recentemente, houve avanços em sistemas de rastreamento por vídeo que usam visão computacional pra monitorar os movimentos dos camundongos. Um desses sistemas se chama DeepLabCut, que permite um rastreamento preciso sem precisar de marcadores nos camundongos. Mas monitorar muitos camundongos ao mesmo tempo pode ser difícil com esse sistema, especialmente quando eles estão muito próximos.

Outra técnica usa tags RFID sem contato, que são chips pequenos que podem ser presos aos camundongos. Um sistema que usa RFID é chamado IntelliCage. Ele pode rastrear automaticamente os camundongos enquanto eles exploram seu ambiente e interagem uns com os outros. Outro sistema RFID, chamado ECO-HAB, permite que pesquisadores observem os camundongos se movendo entre áreas conectadas. Recentemente, surgiram inovações como arrays de piso RFID que podem monitorar vários camundongos ao mesmo tempo. Embora esses sistemas ofereçam insights valiosos sobre o comportamento em grupo, frequentemente não fornecem detalhes suficientes sobre os movimentos individuais.

Nesse estudo, apresentamos um novo sistema baseado em RFID chamado IntelliProfiler. Esse sistema pode monitorar vários camundongos em um ambiente de gaiola. Ele consegue acompanhar grupos de quatro a 16 camundongos e fornece detalhes melhores em relação a tempo e localização do que os métodos anteriores. Com o IntelliProfiler, fizemos monitoramento contínuo de comportamento por 72 horas em camundongos machos e fêmeas jovens e idosos pra ver como o envelhecimento afeta as Interações Sociais dentro dos grupos.

#Configurando o IntelliProfiler

Pra configurar o IntelliProfiler, usamos uma placa de antena feita com 96 azulejos de antena organizados em uma grade. Essa placa foi colocada sob uma grande gaiola com comida e água pros camundongos. O software que desenvolvemos pro IntelliProfiler realiza várias tarefas, incluindo a coleta de dados, cálculo de distâncias entre os camundongos, análise de interações sociais e criação de representações visuais dos dados.

Depois de coletar os dados, transformamos eles em um formato que nos permite analisar os movimentos de cada camundongo ao longo do tempo. Os resultados foram registrados pra grupos de quatro, oito e 16 camundongos ao longo de 72 horas.

#Analisando a Atividade em Camundongos em Grupo

Focamos em como o tamanho do grupo afeta os níveis de atividade dos camundongos machos e fêmeas. Por exemplo, à medida que o número de camundongos em um grupo aumentava, a distância total percorrida pelos machos muitas vezes diminuía. No grupo menor de quatro, os machos mostraram mais atividade logo depois de serem introduzidos, e essa atividade caiu depois, antes de aumentar novamente quando as luzes foram apagadas. As fêmeas, por outro lado, mostraram níveis de atividade estáveis, mostrando menos variação ao longo do tempo e do tamanho do grupo.

Pra comparar ainda mais as diferenças, examinamos as tendências gerais de atividade ao longo de períodos mais longos. Os machos novamente mostraram os maiores níveis de movimento no menor grupo, enquanto as fêmeas mantiveram uma atividade mais consistente entre os diferentes tamanhos de grupo.

#Interações Sociais Entre Camundongos

Também olhamos com que frequência os camundongos interagiam entre si, medindo a distância entre pares de camundongos. Categorizar essas distâncias em quatro tipos: “Mesmo” quando dois camundongos estavam na mesma grade, “Perto” para grades adjacentes, “Intermediário” para grades próximas e “Longe” quando estavam mais afastados. Descobrimos que em grupos menores, os camundongos passavam mais tempo perto um do outro, enquanto em grupos maiores, eles tendiam a ficar mais afastados.

Por exemplo, nos grupos de quatro camundongos, a proporção de camundongos que estavam na mesma distância ou perto aumentou durante o período de luz e diminuiu durante o período escuro. Grupos maiores tinham uma tendência mais consistente de distanciamento social, sugerindo que tamanhos de grupo maiores podem reduzir as interações sociais.

Pra quantificar quão perto dois camundongos estavam um do outro ao longo do tempo, introduzimos uma métrica chamada Índice de Contato Próximo (CCR). Essa medida ajuda a entender com que frequência dois camundongos estavam em proximidade. Os camundongos machos tinham o maior CCR quando estavam em grupos menores, enquanto as fêmeas mostraram um CCR mais baixo em configurações de grupos maiores.

#Analisando os Efeitos do Envelhecimento no Comportamento

O envelhecimento pode afetar como os camundongos se comportam, então comparamos camundongos machos mais jovens e mais velhos em grupos pequenos e maiores. Descobrimos que os camundongos mais velhos tendiam a ser menos ativos no geral, especialmente no grupo de oito camundongos. No entanto, em grupos menores, tanto os machos jovens quanto os mais velhos mostraram movimento significativo.

Os níveis de atividade dos machos mais velhos também eram menos distintos comparados aos camundongos mais jovens, que exibiram padrões de comportamento mais definidos. As diferenças na proximidade social foram notáveis, com os machos mais velhos passando mais tempo na categoria “Intermediário”, sugerindo uma mudança em suas dinâmicas sociais à medida que envelheciam.

#Caracterizando o Comportamento do Grupo

Também analisamos o comportamento do grupo através de um método chamado análise de componentes principais (PCA) pra entender como fatores como sexo, tamanho do grupo e idade influenciavam a atividade e as interações sociais. Os comportamentos dos camundongos machos nos maiores grupos formaram um cluster distinto, enquanto os grupos menores viam mais mistura de camundongos machos e fêmeas.

Quando examinamos os efeitos do envelhecimento dentro dos grupos, descobrimos que os camundongos mais jovens geralmente se comportavam de forma diferente dos mais velhos, com os machos mais jovens mostrando interações sociais mais ativas e variadas. Isso mostra que o envelhecimento influencia não só o quão ativos os camundongos são, mas também como eles interagem socialmente.

#Análise de Rede das Interações Sociais

Usamos análise de rede pra estudar como o tamanho do grupo influencia as interações sociais. Em grupos maiores, os camundongos machos desenvolveram redes de interações mais complexas, enquanto as fêmeas mantiveram uma estrutura mais uniforme. Com os machos mais jovens mostrando maior proximidade social e redes variadas em comparação com os machos mais velhos, pudemos ver como o envelhecimento impacta a estrutura social nos camundongos.

#Interações Sociais Individuais

Por fim, avaliamos as interações sociais de camundongos individuais e notamos variabilidade nos comportamentos, particularmente em grupos maiores. Embora não houvesse diferenças significativas baseadas em sexo em grupos menores, grupos maiores frequentemente exibiram padrões distintos baseados no comportamento individual dos camundongos.

#Resumo e Direções Futuras

O sistema IntelliProfiler representa um avanço significativo no estudo do comportamento dos camundongos. Ao permitir monitoramento contínuo e sem viés em um ambiente de gaiola, oferece insights sobre como o tamanho do grupo, sexo e envelhecimento afetam o comportamento. Nossas descobertas destacam quão importante é estudar camundongos de uma forma mais naturalista pra entender melhor suas dinâmicas sociais.

Apesar dos avanços que o IntelliProfiler oferece, ainda existem limitações, como precisão espacial e a necessidade de implante cirúrgico das tags RFID. Desenvolvimentos futuros poderiam focar em aprimorar a resolução espacial e reduzir a invasividade do sistema. No geral, o IntelliProfiler abre novas avenidas pra pesquisa comportamental que podem levar a insights mais profundos sobre o comportamento dos camundongos e, por extensão, sobre como o cérebro funciona.