Biología

Identifican Circuito Cerebral que Impulsa el Estado de Sueño-vigilia y el Comportamiento

Los científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford han identificado un circuito cerebral que es indispensable para el ciclo de sueño-vigilia.

Este mismo circuito también es un componente clave del sistema de recompensas, un archipiélago de grupos cerebrales interconectados y cruciales para promover el comportamiento necesario para que los animales, incluidos los humanos, sobrevivan y se reproduzcan.

Tiene sentido intuitivo que el sistema de recompensas, que motiva comportamientos dirigidos a objetivos como huir de los depredadores o buscar comida, y nuestro ciclo de sueño-vigilia se coordinarían entre sí en algún momento. No puedes buscar comida mientras duermes, a menos que seas un experto sonámbulo. Por el contrario, salir de la cama es mucho más fácil cuando estás entusiasmado con el día que tienes por delante.

«Esto tiene una enorme relevancia clínica potencial», dijo el investigador De Lecea. «El insomnio, un mercado multimillonario para las compañías farmacéuticas, tradicionalmente ha sido tratado con medicamentos como las benzodiazepinas que cierran inespecíficamente todo el cerebro. Ahora vemos la posibilidad de desarrollar terapias que, al enfocarse estrechamente en este circuito recientemente identificado, podrían inducir mucho sueño de mayor calidad «.

Según los Institutos Nacionales de Salud, alrededor del 25 al 30 por ciento de los adultos estadounidenses se ven afectados por trastornos del sueño, de un tipo u otro. Además, la interrupción del ritmo de sueño-vigilia tipifica muchos trastornos neuropsiquiátricos diferentes, y se entiende que los exacerba.

Similitud entre vertebrados

La circuitería del sistema de recompensas es similar en todos los vertebrados, desde peces, ranas y halcones, hasta pescadores y modelos de moda. Un químico llamado dopamina juega un papel crucial en la activación de este circuito.

Los neurocientíficos saben que una estructura cerebral, el área tegmental ventral, o VTA, es el origen de numerosas fibras nerviosas secretoras de dopamina que se ejecutan en tractos discretos a muchas partes diferentes del cerebro. Una pluralidad de estas fibras va al núcleo accumbens, una estructura del prosencéfalo particularmente implicada en generar sentimientos de placer en anticipación o respuesta a la obtención del objetivo deseado.

«Dado que muchas drogas que activan el circuito de recompensa, como las anfetaminas que funcionan estimulando la secreción de dopamina, también mantienen a los usuarios despiertos, es natural preguntar si la dopamina desempeña un papel clave en el ciclo de sueño-vigilia y en la recompensa», dijo Eban-Rothschild. «Pero, en parte debido a las limitaciones técnicas existentes, la literatura experimental anterior ha descubierto poca evidencia de la conexión y, de hecho, ha sugerido que este circuito probablemente no era tan importante».

Para el nuevo estudio, los investigadores emplearon ratones de laboratorio machos, uzando bioingeniería en varios aspectos, para permitir el uso de tecnologías avanzadas para excitar, suprimir y controlar de forma remota la actividad en las células nerviosas secretoras de dopamina del VTA de los ratones.

Observado en ratones

En general, la actividad en las células nerviosas secretoras de dopamina que emanan del VTA aumentó al despertar y se mantuvo elevada cuando los ratones estaban despiertos. Por el contrario, esta actividad disminuyó cuando los ratones hicieron la transición al sueño, permaneciendo bajos mientras dormían. La activación de esta población de células nerviosas fue suficiente para despertar a los animales de un sueño profundo y mantenerlos despiertos durante largos períodos, incluso durante un punto en el ciclo diurno de los ratones cuando normalmente se estaban acurrucando. Los animales de control, cuya actividad de VTA no se levantó de manera similar, construyeron pequeños nidos a partir de gránulos de materiales colocados en todas las jaulas de los ratones y luego se dejaron caer rápidamente.

Cuando, en cambio, los científicos suprimieron la actividad en la misma población de células nerviosas durante el período típicamente activo del ciclo de 24 horas de los ratones, los ratones se apaciguaron, dormitando por la presencia de desencadenantes de excitación segura: deliciosa comida alta en grasas, una hembra o miedo -inducción de orina de zorro.

Los ratones en una jaula desconocida normalmente exploran enérgicamente su nuevo entorno. Y, de hecho, los ratones con supresión de VTA permanecieron despiertos durante los primeros 45 minutos de la hora que pasaron en una nueva jaula. Pero Eban-Rothschild notó algo: pasaron ese tiempo despierto construyendo nidos.

Eban-Rothschild agregó que no se trataba solo de un comportamiento estereotipado que surgía cuando se inhibía la actividad de VTA. «Si colocamos el nido que ya habían construido en su jaula habitual en la nueva jaula, se subían y se iban a dormir».

Los ratones de control en la jaula desconocida corrieron alrededor, ya sea ignorando la bolita de materiales de anidación colocados dentro o dispersando esos materiales por toda la jaula.

Actividades para hacer nidos

«Sabíamos que estimular los circuitos cerebrales relacionados con la dopamina aumentaría los comportamientos dirigidos a objetivos como la búsqueda de comida y sexo», dijo Eban-Rothschild. «Pero el nuevo estudio muestra que al menos un comportamiento complejo es inducido no por la estimulación, sino por la inhibición de este mismo circuito. Curiosamente, este comportamiento – construcción de nidos – es esencial para la preparación de un ratón para dormir».

Nadie lo había notado antes, dijo De Lecea. «Este es el primer hallazgo de un sitio de inicio de preparación para dormir en el cerebro. Es probable que los humanos también tengamos uno. Si estamos interrumpiendo esta preparación, por ejemplo, leyendo un correo electrónico o jugando videojuegos, que no solo emiten luz, sino que también cargar nuestras emociones y poner en marcha nuestro circuito dopaminérgico VTA, es fácil ver por qué es probable que tengamos problemas para conciliar el sueño».

Tras señalar que esta fase anticipatoria a menudo está en la raíz de los problemas de sueño de muchas personas, de Lecea sugirió que el circuito recientemente identificado podría ser un objetivo para la intervención farmacológica para ayudar a las personas a dormirse.

«Tenemos muchas drogas que contrarrestan la dopamina», dijo. «Quizás darle a una persona la dosis correcta, en el momento justo, de un medicamento con las propiedades farmacocinéticas adecuadas para que su efecto desaparezca en el momento adecuado, funcionaría mucho mejor que bombardear el cerebro con benzodiacepinas, como Valium, que noquea todo el cerebro».

De Lecea dijo que también ve la posibilidad de que los medicamentos dirigidos a las células nerviosas secretoras de dopamina del VTA, puedan beneficiar a aquellos que padecen afecciones neurológicas como la esquizofrenia o el trastorno bipolar que se caracterizan por trastornos del ciclo sueño-vigilia.

 

Fuente: Stanford University, Medical Center. 

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