EUROPA
PRESS
17 enero
2019
La
activación de los circuitos cerebrales 'sociales' inhibe el comportamiento de
alimentación en ratones
El comportamiento de alimentación y la
estimulación social activan circuitos cerebrales entremezclados pero distintos,
y la activación de un circuito puede inhibir al otro, según concluye un nuevo
estudio realizado por investigadores de la Universidad de Stanford, en
California, Estados Unidos.
Los investigadores demostraron en ratones que la
estimulación directa de menos de dos docenas de células nerviosas, o neuronas,
vinculadas a la interacción social fue suficiente para suprimir el impulso de
los animales a alimentarse a sí mismos, un hallazgo con un significado clínico
potencial para comprender y tratar trastornos de la alimentación, como la
anorexia. Los investigadores hicieron estos hallazgos al desarrollar una
técnica para separar conjuntos de neuronas separadas, pero estrechamente
entrelazadas, en el cerebro.
Un documento que detalla los hallazgos y el método utilizado
para obtenerlos se publica en la edición digital de este martes de 'Nature'. El autor principal es Karl Deisseroth,
profesor de Bioingeniería y de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento e
investigador del Instituto Médico Howard Hughes. La autoría principal es
compartida por los académicos postdoctorales Joshua Jennings y Christina Kim, junto con el científico James Marshel.
"Sabemos que las situaciones sociales pueden inhibir la
necesidad de comer, dice Deisseroth. Un ejemplo es el
comportamiento de personas en diferentes niveles de dominación en una jerarquía
social. No vas a sumergirte en ese plato de costillas cuando cenas en presencia
de la realeza".
La anorexia es otro ejemplo. "Las personas con anorexia
informan que un desencadenante importante, en el inicio del trastorno, es
recibir comentarios de otros que indican que se les recompensaría por
restringir su consumo de alimentos", dice Deisseroth.
Prácticamente no se sabe nada sobre los fundamentos neurales
de esta inhibición, dice. "Tratamos de comprender, a nivel de las neuronas
individuales, cómo estos impulsos potencialmente competitivos pueden negociar
entre sí y cómo pueden interactuar los circuitos cerebrales asociados con la
alimentación frente al comportamiento social", detalla.
Análisis de la
corteza orbitofrontal
El grupo de Deisseroth se centró
en una parte del cerebro llamada corteza orbitofrontal,
una lámina de células que, tanto en ratones como en humanos, se encuentra en la
superficie externa del cerebro hacia la parte frontal del órgano. Esta región
del cerebro, que es similar en las dos especies, se ha demostrado en estudios
de imágenes en humanos que es activa cuando los sujetos desean, buscan,
obtienen y consumen alimentos, o cuando están comprometidos socialmente.
Se sabía que explorar las interacciones de la alimentación y
los impulsos sería complicado. "No es como si hubiera un grupo de neuronas
de alimentación y otro grupo de neuronas sociales sentados en dos grupos bien
etiquetados en la corteza orbitofrontal, por lo que
puede colocar un electrodo en uno u otro grupo y descubrir todo lo que
necesitas saber", dice Deisseroth. Las neuronas
que conducen y responden a estas diferentes actividades están intercaladas,
escasas y dispersas a lo largo de la corteza orbitofrontal,
como las chispas de chocolate en una magdalena. Además, todas se parecen
bastante.
Así que los investigadores diseñaron un sistema sofisticado
para estimular y monitorizar simultáneamente la actividad en múltiples neuronas
designadas. Esto les permitió determinar qué neuronas del córtex orbitofrontal estaban activas durante actividades sociales
o asociadas con la alimentación, o ambas, o ninguna. La tecnología también les
permitió estimular 20 neuronas identificadas como dedicadas a una u otra
actividad y observar qué comportamiento se produjo.
Durante la última década y media, Deisseroth
ha sido pionero en el desarrollo de un enfoque experimental llamado optogenética, en el que un gen para una proteína sensible a
la luz llamada opsina se inserta en las neuronas para
que puedan activarse mediante pulsos de luz láser que llegan a ellas a través
de una fibra óptica implantada. Los avances recientes en su laboratorio han
optimizado una de esas opsinas hasta el punto en que
su equipo puede estimular numerosas neuronas seleccionadas y categorizadas por
comportamiento en un mamífero.
"Este estudio se basa en nuestra demostración inicial
en mamíferos del control de células individuales con optogenética
en 2012, pero ahora marca la primera demostración del control del
comportamiento de los mamíferos mediante la manipulación de múltiples neuronas
especificadas individualmente", dice.
Los científicos insertaron el gen para esta opsina mejorada en la corteza orbitofrontal
de los ratones, junto con otro gen que causa la fluorescencia de las neuronas
en proporción a su actividad. Una pequeña lente en la punta de la fibra óptica
guió la luz a través de numerosas neuronas dirigidas con casi simultaneidad,
haciendo que hasta dos docenas de neuronas designadas se activaran juntas.
A más interacción
social, menor interés por la comida
Durante los experimentos que siguieron, los ratones se
vieron limitados por un aparato que mantenía sus cabezas cómodamente fijas en
su lugar. En una serie de experimentos, los roedores fueron expuestos a un pico
que ocasionalmente emitía una gota de una solución alta en calorías, que podía
ser fácilmente absorbida. Para cada ratón, los colegas de Deisseroth
registraron qué neuronas de la corteza orbitofrontal
entre los varios cientos en su campo de visión se iluminaron durante esta
actividad.
La estimulación optométrica de
solo 20 neuronas sensibles a la alimentación mejoró la actividad de lamido de
los ratones en presencia de la solución de alto contenido calórico, vinculando
esas neuronas al comportamiento de alimentación.
Para identificar las neuronas de respuesta social en la
corteza orbitofrontal de los ratones, los científicos
introdujeron ratones juveniles, que los ratones más viejos perciben como amigos
potenciales no amenazadores y comienzan a rastrear, y rastrearon los niveles de
actividad en las neuronas en el campo de visión. Pudieron identificar neuronas
específicas que responden a la interacción social exploratoria.
La estimulación optogenética de
las neuronas orbitofrontales de respuesta social en
presencia de una recompensa calórica redujo la cantidad de tiempo que los
ratones pasaron lamiendo la solución. Lo mismo sucedió con el equivalente de
estimulación natural: la exposición a ratones juveniles. Mientras más
interacción social, menor es el interés por las calorías.
Aunque los ratones en este estudio no eran un modelo de
enfermedad, Deisseroth destaca la importancia clínica
potencial de los hallazgos. "Hemos podido señalar las neuronas orbitofrontal-córtex de otra manera indistinguibles
involucradas en la alimentación y los estados de unidad social", subraya.