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» » La optogenética ilumina la ruta de la motivación a lo largo del cerebro

Referencia: EurekAlert.org .
Contacto: Andrew Myers, 18 noviembre 2012

Si usted es un manzano o un antílope, su supervivencia depende del uso eficiente de la energía. En una situación difícil o peligrosa, la pregunta clave es si vale la pena el esfuerzo, enviar las raíces en busca de nutrientes en medio de una sequía o si la carrera a toda velocidad de un depredador tendrá un valor energético..

En un artículo publicado el 18 de noviembre en Nature, Karl Deisseroth, profesor de bioingeniería, psiquiatría y ciencias conductuales en la Universidad de Stanford, y la académica Melissa Warden, describen cómo se han aislado las neuronas que llevan a tomar decisiones en fracciones de segundo donde actúan desde el cerebro superior al tronco cerebral. Al hacerlo así, proporcionan información sobre las causas de los trastornos cerebrales graves como la depresión.

En organismos tan complejos como los seres humanos, los mecanismos neuronales que ayudan a responder la pregunta, "¿vale la pena mi esfuerzo?" pueden fallar, dando lugar a enfermedades mentales debilitantes. El trastorno depresivo mayor, por ejemplo, que ha afectado a casi un 20 por ciento de personas en algún momento de la vida, se correlaciona con bajo rendimiento de las partes del cerebro involucradas en la motivación. Sin embargo, los investigadores han tenido dificultades para resolver de forma exacta la causa y el efecto.

"Es un desafío, porque no tenemos una comprensión fundamental de los circuitos que controlan la serie de selecciones de patrones de comportamiento. No entendemos lo que el cerebro está haciendo mal cuando estas conductas se vuelven disfuncionales, o incluso lo que el cerebro se supone que está haciendo cuando las cosas están funcionando bien", señaló Deisseroth. "Este es el nivel de misterio al que nos enfrentamos en este campo".

Los médicos se refieren a esta ralentización de la motivación en los pacientes deprimidos como "retardo psicomotor". Según Deisseroth, que también es psiquiatra en ejercicio, los pacientes que experimentan este síntoma mentalmente, hallan dificultades para imaginar los resultados positivos de una acción, o bien, dice, se pueden sentir físicamente pesados, sentir que sus miembros no quieren moverse .

"Este es uno de los aspectos más debilitantes de la depresión, en cuanto a la motivación es algo que podemos modelar en los animales. Esto es una gran oportunidad para nosotros como investigadores", dijo Deisseroth, que también ostenta la cátedra D.H. Chen.

Coerción por la luz

Los psiquiatras, incluido Deisseroth, creen que la voluntad de actuar puede nacer de la corteza prefrontal, la parte más importante del cerebro que ayuda a planificar y coordinar la acción. Después, corren a través del cerebro como una serie de señales eléctricas, pasando de neurona a neurona a lo largo de innumerables bifurcaciones hasta que llega a los nervios que, directamente, implementan el movimiento. Hasta este estudio, sin embargo, no estaba nada claro cuál de estas vías podía controlar la voluntad para afrontar los retos, o si la anticipación de un acción valió la pena en una situación difícil.

Para aislar estas vías pertinentes a la depresión, el equipo de Deisseroth necesitó estimular las células específicas del cerebro de los roedores y observar los cambios en su comportamiento. Ellos usaron la optogenética, una técnica que Deisseroth desarrolló en Stanford en 2005, y que desde entonces ha revolucionado el campo de la bioingeniería y la neurociencia.

El secreto es tan antiguo como las algas verdes. Estos organismos unicelulares producen una proteína llamada canalrodopsina que los hace sensibles a la luz solar. Deisseroth se apropió y diseñó el gen de esta proteína, de tal manera que ha sido capaz de crear neuronas que responden a la luz liberada por los cables de fibra óptica. Él puede activar o desactivar neuronas enviando ráfagas de luz que activan las diferentes áreas del cerebro, y luego observar los efectos en el comportamiento.

Retrotrabajando

Sorprendentemente, los investigadores encontraron que simplemente estimulando la corteza prefrontal de los roedores no los motivaba a intentar con más ahínco un desafío en el laboratorio. Resulta que la motivación no es tan simple como la estimulación de una región del cerebro. En lugar de un conmutador de la corteza prefrontal que de paso a la motivación, son múltiples los conmutadores que funcionan en concierto. Algunos neuronas excitan las actividad motivada y otras la inhiben. En conjunto, la estimulación de la parte ejecutiva del cerebro no va a generar un simple efecto en el comportamiento.

"Hay un paso más sutil", apuntó Deisseroth, “pero esto es algo que optogenética está muy bien adaptada a resolver". El método optogenético, llamado proyección focalizante, permitió a los científicos retrotraerse desde el tronco cerebral, y encontrar el camino exacto de las neuronas de la corteza prefrontal que señalan la motivación.

Primero, los investigadores introdujeron su proteína sensible a la luz en las células de la corteza prefrontal. La sensibilidad a la luz entonces se propaga como las ramas de un árbol a través de todas las conexiones salientes y, finalmente, realiza su camino hacia el tronco encefálico, haciendo también que esas regiones sean sensibles a la luz.

Una vez que se iluminan las nuevas regiones sensibles a la luz del tronco encefálico que controlan el movimiento de motivacional, Deisseroth y Warden observaron los efectos conductuales en un subgrupo de neuronas de la corteza prefrontal que enviaba conexiones al tronco encefálico activado. Se podía ver, no sólo qué células estaban posiblemente involucradas en la motivación, sino la forma de mover la motivación de una región a otra del cerebro.

Asignación de la motivación

Los investigadores sospecharon que una parte del tronco cerebral, en particular, el núcleo dorsal del rafe, podría ser crucial para el comportamiento del esfuerzo de control. Este núcleo de células es un centro de producción de la serotonina, un mensajero químico que cambia el comportamiento de activación de otras células. La serotonina está asociada con la modulación del estado de ánimo; muchos fármacos antidepresivos, por ejemplo, pueden actuar aumentando la concentración de serotonina en el cerebro.

Cuando la vía entre la corteza prefrontal y el núcleo dorsal del rafe fue estimulado, los roedores que enfrentaron un desafío en el laboratorio mostraron un aumento inmediato y espectacular de la motivación.

Curiosamente, cuando los roedores se relajaban en su entorno familiar, el mismo estímulo no tuvo efecto. La ruta no estaba solamente vinculada a cualquier acción, o a una agitación, era más concreta, lo que ayuda a "situar el esfuerzo que el organismo estaba dispuesto a poner en juego para enfrentar un desafío", señaló Deisseroth.

Los investigadores también fueron capaces de producir el efecto opuesto, un menor esfuerzo en respuesta al desafío, mediante la estimulación de las neuronas prefrontales que se proyectan en la habénula lateral, una región en la parte superior del tronco cerebral que se cree que desempeña un papel en la depresión. Cuando esta región estaba recibiendo señales conducidas optogenéticamente de la corteza prefrontal, los roedores pusieron menos esfuerzo.

Grandes enigmas

Estos resultados forman parte de un gran rompecabezas que Deisseroth y su equipo han ido reconstruyendo utilizando la optogenética, a fin de modelar el comportamiento humano en sujetos animales. El trabajo ya ha ayudado a los médicos e investigadores a entender mejor lo que está pasando en el cerebro de un paciente.

La conexión de los síntomas depresivos con las vías cerebrales pueden ser útiles para desarrollar fármacos, pero según Deisseroth, la parte más importante de esta investigación es su visión de cómo funciona la motivación en las personas, tanto deprimidas como saludables.

Él ha observado que esta idea sólo puede ser útil para aquellos que tratan con la enfermedad mental y buscan una explicación para unos síntomas preocupantes que se sienten de forma profundamente personal. Para esos pacientes, dijo, simplemente saber que la realidad biológica que subyace a su experiencia puede ser una fuerza motivadora en sí misma.


- Fuente: Stanford University Medical Center .
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Editor del blog Pedro Donaire

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