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PausaDedos de pez: Un nuevo método de aprendizaje automático define una "huella dactilar" de 80 dimensiones del comportamiento social del pez cebra.
POR SARAH DEWEERDT
Fuente: Spectrum | 17/11/2022
Fotografía: Autism Spectrum
Los peces cebra pueden modelar aspectos de la genética del autismo a los que es difícil acceder en otras especies, según muestran varios estudios.
Según revelan estudios inéditos presentados en el congreso Neuroscience 2022 de San Diego (California), los investigadores aspiran a desarrollar mejores técnicas para evaluar el comportamiento social del pez cebra. Y con razón. Los peces pueden modelar aspectos de la genética del autismo a los que es difícil acceder en otras especies, según muestran otros trabajos.
La impresión neta es que, a pesar de su distancia evolutiva de los humanos, el pez cebra puede decir algo significativo sobre el comportamiento social - y cómo los genes vinculados al autismo pueden alterarlo.
"Creo que en los últimos años la gente se está abriendo más a la idea", afirma Yijie Geng, investigador postdoctoral del laboratorio de Randall Peterson en la Universidad de Utah, en Salt Lake City.
El pez cebra es muy sociable, dicen Geng y otros investigadores que lo estudian. En su hábitat natural, rara vez están solos, prefieren formar grupos sueltos de peces llamados bancos y a veces muestran un comportamiento de cardumen más coordinado.
Uno de los problemas es que puntuar ese comportamiento a mano es una tarea tediosa y lenta, y la mayoría de las pruebas sólo captan unos pocos aspectos del comportamiento como mucho. Existen programas informáticos para analizar el comportamiento de los peces, pero también tienen limitaciones. "Clasifica en función de parámetros importantes para nosotros, pero no sabemos si son importantes para el pez cebra", dice Geng.
Aquí entra en juego la inteligencia artificial. En una presentación de póster el martes, Geng detalló un programa de aprendizaje automático llamado ZeChat que puede analizar el comportamiento de hasta 80 peces a la vez.
Geng y Peterson depositaron parejas de larvas de pez cebra en recintos de 2 por 4 centímetros y las separaron con un trozo transparente de plexiglás que recorre el centro de cada recinto (véase el vídeo de arriba). Las cámaras graban a los peces mientras interactúan a través de la barrera, y el algoritmo detecta y clasifica automáticamente el comportamiento.
Otros investigadores están desarrollando enfoques que utilizan este principio, conocido como aprendizaje profundo no supervisado, para evaluar el comportamiento de otras especies de organismos modelo.
"El ordenador tampoco es un pez cebra, pero la ventaja que tiene sobre un humano es que no discrimina entre detalles", afirma Geng.
El resultado es un mapa de 80 comportamientos diferentes del pez cebra, algunos de los cuales -como el número 8, movimiento de los ojos; el número 36, ajuste de la posición durante la fase latente; y el número 40, cambio de latente a activo en la ventana- los humanos pueden interpretar, mientras que el significado de otros sigue siendo un misterio.
El algoritmo describe una "huella dactilar" de comportamiento de 80 dimensiones para cada pez, basada en la frecuencia con que realiza cada uno de los comportamientos.
Geng y Peterson utilizaron ZeChat para evaluar los efectos de 237 fármacos distintos en el comportamiento de peces cebra salvajes. Diferentes clases de fármacos produjeron huellas dactilares conductuales distintas, y compuestos que tienen funciones similares producen huellas similares.
Los investigadores descubrieron que los fármacos que estimulan un tipo de receptor de dopamina aumentan la sociabilidad de los peces. Los fármacos hacen que los peces sean más propensos a permanecer cerca de la barrera, mover la cola y nadar rápidamente, y girar con más rapidez y frecuencia que los peces cebra de control.
Tres fármacos diferentes de esta clase -pramipexol, piribedil y 7-Hidroxi-DPAT-HBr- rescatan los déficits sociales de los peces cebra expuestos al anticonvulsivo ácido valproico, vinculado al autismo.
La investigación también aparece en un artículo publicado en bioRxiv en octubre de 2021. Geng pretende desarrollar una versión del algoritmo que pueda analizar el comportamiento de dos peces cebra que nadan juntos sin estar separados por una barrera.
A medida que aumenta el interés por el comportamiento social del pez cebra, los investigadores también buscan formas de limitar el número de animales necesarios para los estudios.
Pero el pez cebra no se deja engañar fácilmente por las estratagemas de los investigadores, según un estudio inédito presentado en un póster el miércoles. En una versión de un procedimiento llamado prueba de natación libre de elección abierta, un pez cebra en un tanque pasa más tiempo en el extremo más cercano a un pez de un tanque adyacente que en el otro extremo, que tiene un espejo.
Nadadores sociales: En una prueba de comportamiento social, los peces cebra de tipo salvaje prefieren pasar el tiempo cerca de otro pez en un tanque adyacente que cerca de un espejo.
"De forma abrumadora, nuestros peces prefirieron el congénere vivo al espejo", afirma Drew Velkey, director del programa de neurociencia de la Universidad Christopher Newport de Newport News (Virginia), que presentó el trabajo. "Prefieren el estímulo de alta fidelidad".
El equipo de Velkey demostró anteriormente que los peces cebra prefieren nadar cerca de un banco de peces cebra vivos que cerca de un vídeo de un banco o de un modelo animatrónico. Las hembras pueden incluso distinguir entre un banco de peces que llevan siete días nadando juntos y otro recién formado, y prefieren nadar cerca del primero.
Los nuevos resultados refuerzan la idea de que "estos animales son capaces de hacer distinciones sociales muy precisas", afirma Velkey. En su opinión, esta capacidad podría hacer que el pez cebra fuera útil para evaluar alteraciones genéticas relacionadas con el autismo y asociadas a sutiles diferencias de comportamiento.
Una prueba similar de natación libre muestra que los peces que carecen del gen GRIN2B, vinculado al autismo, tienen déficits sociales, según un póster presentado el lunes.
Cuando se coloca a peces de tres semanas en un recinto alargado con una cámara que contiene otro pez en un extremo y una cámara vacía en el otro, los peces GRIN2B no muestran preferencia por uno u otro extremo. A esa edad, los peces de tipo salvaje elegirán pasar la mayor parte del tiempo en el extremo más cercano a los otros peces.
"No habíamos hecho ensayos de comportamiento social antes de tener estos peces", dice Josiah Zoodsma, estudiante de posgrado tutelado por Lonnie Wollmuth y Howard Sirotkin en la Universidad Stony Brook de Nueva York, que presentó el trabajo.
Los investigadores realizaron primero pruebas estándar de locomoción, aprendizaje y respuestas sensoriales con los peces GRIN2B "y no vieron nada. Eran completamente salvajes", afirma Zoodsma.
Los ratones que carecen de GRIN2B mueren poco después de nacer, por lo que el equipo quedó desconcertado al no encontrar anomalías evidentes en el modelo de pez cebra. Pero mientras tanto, los estudios sobre el comportamiento social del pez cebra empezaban a ser más conocidos.
"Todo eso nos llevó a empezar a estudiar el comportamiento social", dice Zoodsma.
GRIN2B codifica una parte del receptor NMDA, que interviene en la transmisión de señales nerviosas excitadoras. Otras subunidades del receptor NMDA parecen estar reguladas al alza en los peces GRIN2B, lo que quizá les protege de otras anomalías. "Pero incluso con esa adaptación, no se soluciona [el comportamiento social]", afirma Zoodsma.
Es más, los peces que carecen de otras subunidades del receptor NMDA no presentan déficits sociales. "Esto pone de relieve la especificidad de lo que hace el 2B en el desarrollo", afirma.
Los resultados también se publicaron en Molecular Autism en septiembre.
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Citar este artículo: https://doi.org/10.53053/UZEN7612