Los científicos criaron ratones modificados genéticamente que tenían neuronas liberadoras de serotonina que expresaban una proteína sensible a la luz. Esto significó que los investigadores podrían estimular estas neuronas para que liberaran serotonina en momentos precisos mediante el uso de una fibra óptica implantada en el cerebro.
Madrid, 3 de mayo (EuropaPress).- Hasta ahora no se ha comprendido bien cómo se regula la paciencia en el cerebro, pero un nuevo estudio en ratones ha identificado áreas específicas del cerebro que la promueven a través de la acción de la serotonina, según publican sus autores en la revista Science Advances.
«La serotonina es uno de los neuromoduladores del comportamiento más famosos, ya que ayuda a regular el estado de ánimo, los ciclos de sueño y vigilia y el apetito -recuerda el doctor Katsuhiko Miyazaki, de la Unidad de Computación Neural en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST)-. Nuestra investigación muestra que la liberación de este mensajero químico también juega un papel crucial en la promoción de la paciencia, aumentando el tiempo que los ratones están dispuestos a esperar por una recompensa de comida».
Su trabajo más reciente se basa en gran medida en investigaciones anteriores, donde la unidad utilizó una poderosa técnica llamada optogenética, que usa la luz para estimular neuronas específicas en el cerebro, para establecer un vínculo causal entre la serotonina y la paciencia.
Los científicos criaron ratones modificados genéticamente que tenían neuronas liberadoras de serotonina que expresaban una proteína sensible a la luz. Esto significó que los investigadores podrían estimular estas neuronas para que liberaran serotonina en momentos precisos mediante el uso de una fibra óptica implantada en el cerebro.
Impulsivity and the brain. Mouse study but interesting implications for ASD and ADHD. Serotonergic projections to the orbitofrontal and medial prefrontal cortices differentially modulate waiting for future rewards https://t.co/AMzQMq63tC
— Kevin Reinhardt (@edurehab) December 9, 2020
Encontraron que estimular estas neuronas mientras los ratones esperaban comida aumentaba su tiempo de espera, con el efecto máximo observado cuando la probabilidad de recibir una recompensa era alta pero cuando el momento de la recompensa era incierto.
«En otras palabras, para que la serotonina promueva la paciencia, los ratones tenían que estar seguros de que llegaría una recompensa, pero no estaban seguros de cuándo llegaría» , explica el doctor Miyazaki, autor del estudio junto con el doctor Kayoko Miyazaki.
En el estudio anterior, los científicos se centraron en un área del cerebro llamada núcleo del rafe dorsal, el eje central de las neuronas liberadoras de serotonina. Las neuronas del núcleo dorsal del rafe llegan a otras áreas del prosencéfalo y en su estudio más reciente, los científicos exploraron específicamente cuál de estas otras áreas del cerebro contribuyó a regular la paciencia.
El equipo se centró en tres áreas del cerebro que se había demostrado que aumentaban los comportamientos impulsivos cuando estaban dañadas: una estructura cerebral profunda llamada núcleo accumbens y dos partes del lóbulo frontal llamadas corteza orbitofrontal y corteza prefrontal medial.
«Los comportamientos impulsivos están intrínsecamente vinculados a la paciencia, cuanto más impulsivo es un individuo, menos paciente, por lo que estas áreas del cerebro fueron los principales candidatos», señala el doctor Miyazaki.
En el estudio, los científicos implantaron fibras ópticas en el núcleo del rafe dorsal y también en el núcleo accumbens, la corteza orbitofrontal o la corteza prefrontal medial. Entrenaron a los ratones para realizar una tarea de espera en la que los ratones mantenían la nariz dentro de un agujero, llamado «pinchazo de la nariz» , hasta que se entregaba una pastilla de comida.
«Las diferencias observadas en la forma en que cada área del cerebro respondió a la serotonina sugiere que cada área del cerebro contribuye al comportamiento general de espera de los ratones de manera separada» , explica el doctor Miyazaki.
Para investigar esto más a fondo, los científicos construyeron un modelo computacional para explicar el comportamiento de espera de los ratones.
El modelo asume que los ratones tienen un modelo interno del momento en que se entrega la recompensa y siguen estimando la probabilidad de que se entregue una recompensa. Por lo tanto, pueden juzgar a lo largo del tiempo si están en un juicio con recompensa o sin recompensa y decidir si seguir esperando o no.
El modelo también asume que la corteza orbitofrontal y la corteza prefrontal medial utilizan diferentes modelos internos de tiempo de recompensa, siendo este último más sensible a las variaciones en el tiempo, para calcular las probabilidades de recompensa individualmente.
Los investigadores encontraron que el modelo se ajustaba mejor a los datos experimentales del tiempo de espera al aumentar la probabilidad de recompensa esperada del 75 por ciento al 94 por ciento bajo estimulación con serotonina. Dicho de manera más simple, la serotonina aumentó la creencia de los ratones de que estaban en una prueba de recompensa, por lo que esperaron más.
Además, el modelo mostró que la estimulación del núcleo del rafe dorsal aumentó la probabilidad del 75 por ciento al 94 por ciento tanto en la corteza frontal orbital como en la corteza prefrontal medial, mientras que la estimulación de las áreas del cerebro por separado solo aumentó la probabilidad en esa área en particular.
«Esto confirmó la idea de que estas dos áreas del cerebro calculan la probabilidad de una recompensa de forma independiente entre sí, y que estos cálculos independientes se combinan para determinar en última instancia cuánto tiempo esperarán los ratones -señala Miyazaki-. Este tipo de sistema complementario permite a los animales comportarse de manera más flexible en entornos cambiantes».
En última instancia, aumentar el conocimiento sobre cómo las diferentes áreas del cerebro se ven más o menos afectadas por la serotonina podría tener implicaciones vitales en el desarrollo futuro de fármacos. Por ejemplo, los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (ISRS) son fármacos que aumentan los niveles de serotonina en el cerebro y se utilizan para tratar la depresión.
«Esta es un área que estamos ansiosos por explorar en el futuro, mediante el uso de modelos de depresión de ratones -reconoce Miyazaki-. Podemos encontrar bajo ciertas condiciones genéticas o ambientales que algunas de estas áreas identificadas del cerebro tienen funciones alteradas. Al precisar estas regiones, esto podría abrir vías para proporcionar tratamientos más específicos que actúen en áreas específicas del cerebro, en lugar de todo el cerebro».
