Los movimientos orofaciales revelan emociones animales

Sep 13, 2023

Resumen:Los investigadores arrojan luz sobre los mecanismos detrás de los movimientos orofaciales no instruidos en ratones, proporcionando información fascinante sobre las emociones de los animales.

El equipo descubrió que la estimulación de las neuronas dopaminérgicas en el área tegmental ventral (VTA) desencadena movimientos orofaciales. Investigaciones adicionales revelaron dos tipos distintos de estos movimientos durante las tareas de aprendizaje basadas en recompensas: acciones transitorias ante la expectativa de recompensa y movimientos activos y sostenidos al recibir una recompensa.

Estos hallazgos podrían conducir a mejores estrategias de diagnóstico y tratamiento para condiciones de salud mental y mejorar el bienestar animal.

Hechos clave:

Fuente:Universidad de Salud de Fujita

En los animales, se sabe que movimientos como la locomoción o el aseo influyen en la actividad neuronal dentro de la corteza cerebral. Además, estudios recientes también sugieren que estos cambios en la actividad neuronal no se limitan a un área específica sino que están generalizados en todas las regiones corticales y subcorticales del cerebro.

Curiosamente, en animales entrenados para tareas de aprendizaje basadas en recompensas, estos movimientos espontáneos, a pesar de no estar instruidos y ser innecesarios, pueden estar alineados con los eventos de la tarea y pueden contribuir significativamente a la actividad neuronal durante la tarea.

En particular, se sabe que el movimiento de las partes orofaciales, como la nariz y los bigotes, se correlaciona fuertemente con las actividades neuronales de todo el cerebro en ratones. Por ejemplo, los ratones que se someten a un entrenamiento de asociación estímulo-recompensa mueven sus bigotes y exhiben movimientos orofaciales siguiendo una señal de predicción de recompensa.

Sin embargo, el mecanismo subyacente por el cual el cerebro genera y coordina estos movimientos "no ordenados" sigue siendo en gran medida desconocido.

Ahora, sin embargo, un equipo de investigadores de la Universidad de Salud de Fujita, dirigido por el Prof. Takayuki Yamashita junto con el coautor Wan-Ru Li del Departamento de Fisiología, revelan ideas interesantes detrás de estos movimientos orofaciales en ratones.

El estudio fue un esfuerzo de colaboración de miembros del Centro Internacional de Ciencias del Cerebro (ICBS) de la Universidad de Salud de Fujita, incluidos el Prof. Takayuki Yamashita, el Prof. Asociado Takashi Nakano y el Prof. Junichiro Yoshimoto.

El estudio, publicado en la revista Current Biology el 2 de agosto de 2023, revela la neurociencia implicada en estos movimientos orofaciales tan característicos.

Para estudiar los mecanismos subyacentes, los investigadores primero analizaron los datos del movimiento de los bigotes de ratones. Mientras que los ratones bien entrenados para lamer la recompensa del agua mostraron movimientos rápidos de los bigotes inmediatamente después de la presentación de la señal de predicción de la recompensa, los ratones novatos no entrenados no exhibieron tales movimientos.

Al examinar si estos movimientos de los bigotes alineados con la tarea eran específicos de una tarea que involucraba sensación de bigotes, los investigadores también observaron movimientos de bigotes similares incluso en tareas que involucraban asociaciones de sonido y recompensa.

Aunque las tareas anteriores implican una recompensa de agua, el equipo realizó experimentos para inducir movimientos orofaciales no ordenados sin dar una recompensa líquida. Más específicamente, el equipo estimuló las neuronas de dopamina (DA) en el área tegmental ventral (VTA), una región del mesencéfalo murino que desempeña un papel importante en el sistema de motivación y recompensa. Luego, el equipo descubrió que la estimulación de las neuronas VTA DA desencadena movimientos orofaciales.

Hablando de los resultados, el profesor Yamashita dice: “Las neuronas de dopamina en el VTA son células muy populares entre los neurocientíficos interesados ​​en el procesamiento de recompensas de nuestro cerebro, y se han publicado muchos artículos sobre su función. Pero nuestro estudio es el primero en informar que su actividad puede desencadenar movimientos orofaciales. "

Además, una extensa experimentación que involucró el aprendizaje automático reveló dos movimientos orofaciales distintos observados durante las tareas de aprendizaje basadas en recompensas: acciones orofaciales transitorias ante la expectativa de recompensa y movimientos orofaciales activos y sostenidos al recibir una recompensa.

El estudio también ayudó a dilucidar el papel causal de la corteza motora primaria de los bigotes (wM1), una región del cerebro del ratón que desempeña un papel clave en la regulación de los movimientos de los bigotes, en el desencadenamiento de estos movimientos.

“Dos flujos de señales neuronales distintos intervienen en la realización de estos dos tipos de movimientos orofaciales. Una es la vía DA mesolímbica, famosa por constituir nuestro comportamiento motivacional. Esto es esencial para los movimientos orofaciales tras la adquisición de la recompensa.

“La otra es una especie de vía de derivación que envía rápidamente señales de información que predicen recompensas a las neuronas motoras del cerebro. Esta rápida señalización es independiente de la DA mesolímbica, pero es necesaria para inducir acciones orofaciales rápidas y transitorias ante la expectativa de recompensa”, explica el profesor Yamashita.

"Nuestros hallazgos revelan que estas dos señales distintas convergen en el wM1 pero impulsan elegantemente dos movimientos distintos", añade el coautor Wan-Ru Li.

Según los investigadores, esta es presumiblemente la primera observación registrada de un fenómeno de este tipo y puede tener implicaciones clínicas clave. Por ejemplo, comprender cómo los movimientos faciales se correlacionan con los estados internos puede conducir a mejores estrategias de diagnóstico y tratamiento para afecciones de salud mental que a menudo implican respuestas emocionales y expresiones faciales atípicas.

Además, este nuevo conocimiento sobre los movimientos orofaciales diferenciales en ratones podría conducir a avances en la comprensión de las emociones animales y ayudar a crear entornos más compasivos y adecuados para animales de laboratorio, mascotas y animales en diferentes entornos, como zoológicos o granjas, mejorando en última instancia el bienestar animal.

Seguramente esperamos que este estudio sirva como un hito para la investigación sobre bienestar animal, salud mental y neurociencia.

Autor:Hisatsugu KoshimizuFuente:Universidad de Salud de FujitaContacto:Hisatsugu Koshimizu – Universidad de Salud de FujitaImagen:La imagen está acreditada a Neuroscience News.

Investigacion original: Acceso abierto. “Mecanismos neuronales subyacentes a movimientos orofaciales no instruidos durante conductas de aprendizaje basadas en recompensas” por Takayuki Yamashita et al. Biología actual

Abstracto

Mecanismos neuronales que subyacen a los movimientos orofaciales no instruidos durante conductas de aprendizaje basadas en recompensas

Durante las tareas de aprendizaje basadas en recompensas, los animales realizan movimientos orofaciales que influyen globalmente en la actividad cerebral en los momentos de expectativa y adquisición de recompensas. Estos movimientos orofaciales no reciben instrucciones explícitas y suelen aparecer junto con conductas dirigidas a objetivos.

Aquí, mostramos que reforzar la estimulación optogenética de las neuronas dopaminérgicas en el área tegmental ventral (oDAS) en ratones es suficiente para inducir movimientos orofaciales en los bigotes y la nariz sin acompañar comportamientos dirigidos a objetivos.

El condicionamiento pavloviano con una señal sensorial y oDAS provocó movimientos orofaciales alineados con oDAS y bloqueados, que se distinguían mediante un modelo de aprendizaje automático. La inhibición o eliminación de los receptores de dopamina D1 en el núcleo accumbens inhibió el movimiento inducido por oDAS pero evitó el movimiento bloqueado, lo que sugiere una regulación diferencial de estos dos tipos de movimientos orofaciales.

Por el contrario, la inactivación de la corteza motora primaria de los bigotes (wM1) abolió ambos tipos de movimientos orofaciales. Encontramos poblaciones neuronales específicas en wM1 que representan movimientos de bigotes alineados con oDAS o con señales. En particular, la estimulación optogenética de las neuronas wM1 replicó con éxito estos dos tipos de movimientos.

Por lo tanto, nuestros resultados sugieren que las señales neuronales dependientes e independientes del receptor D1 accumbal convergen en el wM1 para facilitar distintos movimientos orofaciales no instruidos durante una tarea de aprendizaje basada en recompensas.

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