MADRID, 23 Feb. (EUROPA PRESS) -
La corteza prefrontal, una gran estructura recientemente desarrollada que envuelve la parte delantera del cerebro, tiene un poderoso control "ejecutivo" sobre el comportamiento, particularmente en los seres humanos. Los detalles de cómo ejerce ese control han sido difíciles de alcanzar, pero ahora científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Carolina del Norte (UNC, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, han descubierto algunos de esos detalles usando técnicas sofisticadas para registrar y controlar la actividad de las neuronas en ratones vivos, como se detalla este miércoles en 'Nature'.
Estos científicos, dirigidos por Garret Stuber, profesor asociado en los departamentos de Psiquiatría y Biología y Fisiología Celular de UNC, examinaron dos poblaciones distintas de neuronas prefrontales, cada una de las cuales se proyecta a una región cerebral diferente fuera de la corteza. Así, descubrieron que a medida que los ratones aprenden a asociar un sonido particular con una bebida azucarada de recompensa, un conjunto de neuronas prefrontales se vuelve más activo y promueve lo que los investigadores llaman comportamiento de búsqueda de recompensas, un signo de mayor motivación.
Por el contrario, otras neuronas prefrontales se silencian en respuesta al tono, y esas neuronas actúan como un freno en la búsqueda de recompensas. "Hemos sabido que hay muchas diferencias en la manera en que las neuronas prefrontales responden a los estímulos, pero nadie ha sido realmente capaz de determinar estas diferencias en el cableado intrínseco del cerebro", apunta Stuber, autor principal del estudio y miembro del Centro de Neurociencias de la UNC.
Stuber y sus colegas obtuvieron sus hallazgos gracias al uso de tres sofisticadas y relativamente nuevas herramientas de neurociencia: imágenes de dos fotones del cerebro profundo, optogenética y técnicas genéticas para etiquetar las neuronas por sus objetivos de proyección en el cerebro. La combinación exitosa de estas herramientas anuncia su futuro uso común en la definición de las vías y funciones de muchas otras redes cerebrales para ayudar a descubrir las raíces de los comportamientos normales y anormales, según los autores.
SUBCONJUNTOS DE NEURONAS QUE SE ACTIVAN O APAGAN EN UN ÁREA CEREBRAL
El estudio, realizado por los primeros autores y becarios postdoctorales de la UNC, James Otis y Vijay Namboodiri, se centró en la corteza prefrontal dorsomedial (media superior), o dmPFC. "Esta región es crítica para el procesamiento de recompensas, la toma de decisiones y la flexibilidad cognitiva entre otras cosas, pero no está clara la forma en que distintas poblaciones de neuronas dentro de dmPFC orquestan esos fenómenos", dice Stuber.
Stuber y sus colegas examinaron cómo cambia la actividad de las neuronas en dmPFC durante un proceso pavloviano de recompensa-condicionamiento. En este proceso, los ratones aprenden a asociar un tono auditivo con el sabor de un líquido azucarado hasta que el tono en sí es suficiente para que los animales empiecen a lamer sus bocas anticipadamente.
"Este sencillo experimento modela un fenómeno de aprendizaje que ocurre en muchas regiones del cerebro diferentes --señala Stuber--. Es fundamental para la motivación y la toma de decisiones y, por supuesto, puede ir mal en la adicción a las drogas y los alimentos, la depresión y otros trastornos neuropsiquiátricos".
Como los ratones en el experimento aprendieron a asociar el tono con la bebida dulce, los científicos encontraron que un subconjunto de las neuronas en la dmPFC de los ratones se volvió cada vez más activo cuando el tono sonaba, mientras que otro subconjunto fue cada vez más silencioso.
La dmPFC es conocida por emitir muchas de sus señales químicas a otras dos regiones cerebrales, el núcleo accumbens (NAc) y el núcleo paraventricular del tálamo (PVT, por sus siglas en inglés), ambos considerados importantes para el comportamiento de recompensa. El equipo de Stuber encontró que las neuronas en el dmPFC que se proyectan a NAc eran las que se excitaban cada vez más por el tono y las neuronas que se proyectan a PVT eran las que se suprimían cada vez más. Los dos conjuntos de neuronas resultaron estar físicamente separados dentro de dmPFC sólo por unos pocos cientos de micrómetros.
El equipo utilizó entonces técnicas optogenéticas para impulsar artificialmente las actividades de estas neuronas, ya que la optogenética permite utilizar haces de luz para activar poblaciones específicas de neuronas. Dirigirse a las neuronas que se proyectan a NAc hizo que los ratones anticiparan su dulce recompensa más intensamente, con más latidos después del tono, mientras que centrarse en las neuronas que se proyectan a PVT silenció ese comportamiento anticipatorio de búsqueda de recompensas.
Los resultados representan una demostración básica de cómo dmPFC ha desarrollado poblaciones neuronales anatómicamente distintas que tienen un control funcionalmente diferente sobre el comportamiento, según Stuber. Y el descubrimiento apunta a la existencia de combinaciones similares de mecanismos de control en otras partes del cerebro. Estos expertos están ahora haciendo un seguimiento de los estudios de las neuronas dmPFC que se proyectan a otras regiones del cerebro.
