Grupos de ratones muestran relaciones complejas

Se acostumbra a creer que nuestro ambiente moderno, lleno de estímulos, fomenta un comportamiento individualista (o antisocial, dependiendo del punto de vista de cada uno), mientras que un entorno más simple da lugar a una vida social más desarrollada. Una nueva investigación del Instituto Weizmann muestra que esta creencia - por lo menos en el caso de ratones – está basada en la realidad: los ratones que han sido criados en un ambiente rico en estímulos tienen interacciones sociales menos complejas que los que crecen en condiciones más espartanas. Esto fue descubierto gracias a dos desarrollos innovadores: el primero es un sistema automatizado de rastreo continuo de grupos de ratones que viven en condiciones seminaturales, y el segundo, un modelo matemático de análisis de datos, que permitió a los científicos caracterizar, en detalles, la naturaleza del comportamiento colectivo de los ratones.

La investigación, publicada el martes en la revista científica ELIFE, fue realizada por dos grupos muy diferentes del Departamento de Neurobiología del Instituto. El primero es liderado por el Prof. Alon Chen, un investigador experimental cuyo trabajo trata sobre las moléculas del sistema nervioso relacionadas con la conducta, mientras que el segundo es dirigido por el Dr. Elad Schneidman, un teórico que estudia el comportamiento colectivo de grandes grupos de neuronas y otros sistemas biológicos. El sistema experimental creado por el equipo, que incluyó a los Dres. Yair Shemesh, Oren Forkosh, Yehezkel Sztainberg y Tamar Shlapobersky, consistía en un gran "estadio", con varios tipos de estaciones - para dormir, comer, jugar, etcétera. El equipo de investigación rastreó los ratones durante cuatro noches, registrando todo bajo iluminación ultravioleta a fin de no afectar la rutina nocturna de los ratones.

Si cuatro ratones visitan principalmente 10 regiones de interés en el estadio, el número de posibles configuraciones asciende a 10.000. Pero los investigadores pronto observaron que las relaciones entre los ratones limitan este número. Un cálculo teórico basado en gustos y temores individuales de cada ratón redujo a 4.000 el número de arreglos posibles, pero sólo alrededor de la mitad de ellos en realidad ocurrieron.

¿Qué parte del comportamiento de un ratón se debe a sus relaciones interpersonales? Una forma de responder esto es preguntarse en qué medida la información sobre la ubicación de un ratón en particular permite a uno determinar la ubicación de otro ratón. Cuando los científicos llevaron a cabo este cálculo considerando relaciones entre pares de ratones, sólo en 5% de los casos la ubicación de un ratón se relacionó con la del otro. Cuando incluyeron todos los demás ratones en los cálculos, la tasa de éxito se multiplicó cinco veces. Pero esto quiere decir que el 75% de las veces lo que determina la ubicación de un ratón no tiene nada que ver con las relaciones sociales, y es simplemente una cuestión de preferencia individual.

Para evaluar la importancia relativa de los rasgos de personalidad individuales frente a la dependencia social, los científicos utilizaron un modelo matemático de física estadística llamado el "modelo de entropía máxima". Este se aplica en muchos tipos diferentes de investigaciones y sirve para analizar los datos sobre relaciones en sistemas complejos con una mínima dependencia de las suposiciones iniciales. En este caso, se analizó la importancia de las relaciones a diferentes órdenes - a partir del primer orden en el que se considera que cada ratón actúa independientemente de los otros. Luego se considera el segundo, que incluye relaciones entre pares de ratones, y luego el tercero y cuarto orden.

En casi todos los sistemas analizados con este modelo - incluyendo las redes neuronales y de proteínas – la mayor contribución a la conducta colectiva se debe a las interacciones de pareja. La actividad social de los ratones parece, a nivel superficial, basarse en interacciones de dos individuos: persecución, acercamiento, lucha, etc. Sin embargo, sorprendentemente, el equipo encontró que la contribución relativa de las relaciones de tercer orden a la conducta colectiva es de un tercio. ¿Por qué son diferentes las interacciones entre ratones de otras redes biológicas? Los científicos sugieren que las estructuras sociales complejas evolucionaron para sobrevivir y, junto con ellas, las especies sociales desarrollan mecanismos cada vez más sofisticados para hacer frente a la complejidad de estas estructuras.

La evolución de las estructuras sociales llevó a los científicos a la cuestión del medio ambiente: ¿Cómo afecta el entorno en el que los ratones son criados a su estructura social? Para responder a la pregunta, el equipo de investigación comparó dos grupos de ratones, uno que fue criado en un ambiente con una gran selección de estaciones y juguetes, y el otro en condiciones de laboratorio estándares. El análisis, basado en el modelo matemático, reveló una diferencia significativa: los ratones que habían sido criados en el entorno complejo se involucraron menos en actividades sociales adecuadas y su comportamiento de grupo fue mucho más dominado por relaciones de pareja que de tres. Por el contrario, el segundo grupo no sólo exhibió estructuras sociales más complejas, sino que aumentaron su "sociabilidad" en el transcurso del experimento, mientras que el primero no lo hizo. La diferencia, dicen los científicos, podría deberse a que una sociedad rica permite más individualismo y reduce la dependencia del grupo. Por otro lado, el entorno más complejo puede alentar la agresión y la imposición, comportamientos que están más relacionados con las interacciones de pareja.

Este sistema de investigación - muy sensible a los detalles de la estructura social, y basado en técnicas de rastreo sofisticadas y métodos adoptados de la biología molecular - podría abrir una gran variedad de líneas de investigación. Algunas preguntas que Chen y Schneidman planean realizar son: ¿De qué manera las mutaciones en varios genes afectan al comportamiento social? ¿Qué pasa con el comportamiento de los ratones que sobreproducen tales hormonas como la oxitocina (la hormona del amor) o la testosterona? ¿Los ratones con patrones de comportamiento de autismo o de esquizofrenia funcionan mejor en ciertos ambientes? ¿Cómo los grupos de ratones aprenden en grupo? Este estudio abre el camino para resolver estos enigmas - y realizar muchas más preguntas.