La activación de los circuitos cerebrales 'sociales' inhibe el comportamiento de alimentación en ratones

Ratón de laboratorio
MARILYN CHUNG LAB / BERKELEY - Archivo
Publicado 17/01/2019 7:24:36CET

MADRID, 17 Ene. (EUROPA PRESS) -

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.

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