Un estudio revela cómo organiza la caza el cerebro de los predadores

Investigadores demostraron que el núcleo central de la amígdala es el área encargada de articular las diferentes habilidades implicadas en la persecución y en la captura de las presas

Por Karina Toledo  |  Agência FAPESP – Estudiosos del cerebro consideran que la caza predatoria, de la cual depende la supervivencia de muchos animales salvajes, es un comportamiento complejo, dado que requiere que el predador ejerza diversas habilidades en forma eficiente y articulada para lograr el éxito.

Mediante experimentos con ratones, científicos brasileños y norteamericanos lograron demostrar que una región cerebral conocida como núcleo central de la amígdala es la encargada de organizar las acciones referentes a dicha actividad. Y también que la misma se lleva a cabo a través de dos redes neuronales distintas: una que organiza la persecución y la captura de las presas y otra que hace lo propio al respecto del control motor de la mandíbula y del cuello, necesario para que el predador consiga asestar la mordedura fatal.

Los resultados de este estudio, que contó con el apoyo de la FAPESP, se dieron a conocer el pasado 12 de enero en la revista Cell.

“La manera modular por la cual se ejerce el control es relevante. Este trabajo suministra nuevos detalles sobre el control neural de los músculos craneofaciales, lo que puede contribuir en la comprensión de patologías con efectos en esa región. Asimismo, se están contemplando aplicaciones prácticas en el campo de la ingeniería, especialmente en lo que se refiere al desarrollo de la algorítmica robótica”, dijo Ivan de Araujo, profesor de Psiquiatría de la Escuela de Medicina de Yale, en Estados Unidos.

En su laboratorio, De Araujo se dedica a estudiar las bases neurales del comportamiento alimentario de los mamíferos. La colaboración con el profesor Newton Canteras, del Instituto de Ciencias Biomédicas de la Universidad de São Paulo (ICB-USP), en Brasil, surgió debido al interés en comprender cómo se controla la búsqueda de alimentos en condiciones similares a las que se afrontan en la naturaleza. En trabajos anteriores, el grupo del ICB-USP había demostrado que existía una fuerte activación del núcleo central de la amígdala cuando el animal está cazando.

“Teniendo en cuenta la experiencia de Canteras en comportamiento de caza y la visita de miembros de su grupo a mi laboratorio, resolvimos aplicar el modelo de depredación de insectos en ratones genéticamente modificados”, comentó De Araujo.

Parte del trabajo se realizó durante el posdoctorado de Simone Motta y durante el doctorado de Miguel Rangel, ambos becarios de la FAPESP y dirigidos por Canteras. También colaboró Sara Shammah-Lagnado, profesora jubilada del Departamento de Fisiología del ICB-USP.

Un cuestionario para neuronas

Se emplearon diversos experimentos y distintas técnicas con el objetivo de “interrogar” a las neuronas de la amígdala central y descubrir cuáles son las vías implicadas en el control de las acciones de la caza predatoria. Según explicó Motta, una de las más importantes fue la optogenética, que permite activar y desactivar neuronas casi instantáneamente mediante estímulos luminosos.

“Con un vector viral, insertamos en las neuronas de la zona de interés una proteína que actúa como receptor celular y hace que esas neuronas pasen a responder a la luz. Dependiendo del receptor que se inserte, las neuronas pueden activarse o desactivarse con el estímulo luminoso. Asimismo, insertamos una fibra óptica que trasporta el láser hasta ese sitio. El tiempo que transcurre entre el encendido o el apagado del láser y para que la neurona se active o se desactive es sumamente corto y, por ende, permite relacionar la función neuronal con lo que estamos observando en términos conductuales”, explicó Motta.

Es posible emplear la misma lógica de modificación de las neuronas con vectores virales para lograr un proceso de activación y desactivación más específico todavía, discriminando entre neuronas glutamatérgicas (que liberan el neurotransmisor glutamato) y neuronas gabaérgicas (que secretan el ácido gamma-aminobutírico), por ejemplo.

“Algunos experimentos se realizaron con animales que expresaban la enzima Cre recombinasa únicamente en neuronas glutamatérgicas, por ejemplo. Luego insertamos un virus Cre dependiente que lleva el receptor sensible a la luz solamente hasta aquellas neuronas marcadas con la enzima. Así logramos activar o desactivar únicamente la población de neuronas glutamatérgicas para descubrir qué sucede”, dijo Motta.

Otra posibilidad consiste en provocar la muerte selectiva de una determinada población de neuronas mediante la inyección de un virus Cre dependiente con capacidad para codificar una proteína llamada caspasa, que le señala a la célula cuándo debe entrar en apoptosis (la muerte celular programada).

Todo ese conjunto de experimentos permitió mapear esas dos diferentes vías neuronales –ambas mediadas por neuronas gabaérgicas– que se complementan en la organización de la caza. Una de ellas se extiende desde el núcleo central de la amígdala hasta una zona del tronco cerebral conocida como formación reticular pontina (PCRt, por sus siglas en inglés).

Allí se encuentran neuronas que se proyectan hacia la región motora del núcleo ambiguo del decimoprimer par de nervios –que controla el movimiento de la cabeza– y hacia la región motora del nervio trigémino, implicado en el movimiento de la mandíbula.

“Los experimentos demostraron que si eliminamos las neuronas que se proyectan hacia la región motora del trigémino, por ejemplo, el animal corre tras su presa, pero no logra asestarle la dentellada necesaria para capturarlo. Por otra parte, sigue masticando normalmente el pienso que se le ofrece en el laboratorio, lo cual demuestra que es otro circuito neuronal el que controla ese comportamiento alimentario”, comentó De Motta.

La segunda vía parte del núcleo central de la amígdala hacia la sustancia gris periacueductal (PAG, por sus siglas en inglés). Localizada en el mesencéfalo, la PAG se proyecta hacia la médula espinal y orienta la carrera y la persecución.

“Cuando se eliminaron las neuronas de esa vía, el tiempo de latencia para que el animal comience a cazar aumentó fuertemente. Sin embargo, cuando lograba capturar a la presa, la mataba sin dificultades, pues la vía de la PCRt estaba funcionando normalmente”, dijo De Motta.

En otro experimento, se evaluó la fuerza de la mordedura, que no se alteró cuando se eliminaron neuronas de la vía PAG, pero sí disminuyó fuertemente cuando se hizo lo propio con las neuronas de la vía PCRt.

Una rotura de paradigma

A juicio de Canteras, los resultados de esta investigación ayudan a romper con un paradigma antiguo en el área de las neurociencias, que indicaba que la amígdala central es la región encargada de organizar comportamientos relacionados con el miedo, tales como el de "paralizarse" delante de un predador mayor o poner la panza para arriba y demostrarle sumisión a un miembro jerárquicamente superior de la misma comunidad.

En los experimentos iniciales, se demostró que cuando se estimulaba el núcleo central de la amígdala con la luz, en lugar de surgir comportamientos defensivos –que indicarían miedo– los animales empezaban a masticar aun cuando no tenían ningún alimento en la boca.

“Ahora hemos demostrado de manera palmaria que [el núcleo central de la amígdala] es un centro destinado a organizar los comportamientos de caza. Y en ese sistema puede haber mecanismos que lleven al animal a dejar de cazar en condiciones ambientales adversas. Por eso lo que antes se interpretaba como miedo podría ser tan sólo una señal para que el animal deje de cazar debido que no existen condiciones favorables”, sostuvo Canteras.

Puede leerse el artículo Integrated Control of Predatory Hunting by the Central Nucleus of the Amygdala en el siguiente enlace: cell.com/cell/pdf/S0092-8674(16)31743-3.pdf.

Vea a continuación el video realizado por el Núcleo de Divulgación Científica de la USP: