¿Placer o deber? Descubren cómo lo deciden las neuronas

Desde hace tiempo, se sabe que las lesiones en esta parte del cerebro pueden convertir a una persona respetuosa y responsable en soez y con poca voluntad. Lo demostró el grave accidente sufrido por Phineas Gage , un joven capataz de 25 años que trabajaba en el trazado del ferrocarril de Nueva Inglaterra, al que una barra de hierro le atravesó la parte frontal del cerebro , en 1848.

Asombrosamente sobrevivió , pero pagó un alto precio: su respeto anterior por las convenciones sociales había desaparecido. Sus abundantes palabras soeces ofendían a quienes le rodeaban. El sentido de la responsabilidad que le caracterizaba desapareció también después del accidente laboral. No se podía confiar en él. En palabras de sus amigos y conocidos, “Gage ya no era Gage". Las normas grabadas en su cerebro se habían borrado .

Dirigidos por Garret Stuber, del departamento de psiquiatría de la Universidad de Carolina del Norte, examinaron dos poblaciones distintas de neuronas de la corteza prefrontal de los roedores, cada una de las cuales se conecta con una región diferente, localizada en el interior del cerebro, fuera de la corteza.

Pavlov modernizado

Utilizaron un experimento similar al que hacía salivar al famoso perro de Pavlov , cuando veía la comida. En este caso, asociaron un sonido particular con una bebida azucarada apetecible para los roedores. Pero los avances en neurociencia han permitido que este "remake" del famoso experimento de Pavlov pueda estrudiarse con mucho más detalle. Literalmente, mirando qué ocurre en las neuronas.

Y como si se tratara de esa alegoría sobre el ángel y demonio que todos llevamos dentro , un conjunto de neuronas prefrontales se vuelve más activas ante el sonido que anunciaba una deliciosa (aunque poco saludable) bebida azucarada. Esta frenética actividad neuronal promueve lo que los investigadores llaman comportamiento de búsqueda de recompensas, que es también una señal de que la motivación (léase atracción) por algo aumenta.

Pero había otras neuronas , también localizadas en la "mandona" corteza prefrontal, que se mantenían silentes en respuesta al tono que anunciaba la bebida azucarada. Esas neuronas actúan como un freno en la búsqueda de recompensas.

"Sabíamos que hay muchas diferencias en cómo las neuronas prefrontales responden a los estímulos, pero nadie ha sido realmente capaz de cartografiar estas diferencias en el cableado intrínseco del cerebro", explica Stuber, autor principal del estudio, del Centro de Neurociencias de la UCN. Y es precisamente lo que han hecho, seguir las proyecciones de esas dos poblaciones de neuronas hasta estructuras situadas más profundas en el cerebro.

El cerebro en vivo

Lo han logrado utilizando tres sofisticadas y relativamente nuevas técnicas . Por un lado, con microscopía de dos fotones , por otro usando optogenética y, en tercer lugar, técnicas genéticas para etiquetar las neuronas en función de los lugares donde mandan sus axones. El éxito ha sido tal, que esta combinación de herramientas augura su uso frecuente en el futuro en neurociencia para definir los "caminos" y funciones de muchas otras redes cerebrales. La idea es que ayude a descubrir las raíces del comportamiento normal y anómalo. Un ambicioso objetivo, por cierto.

El estudio se ha centrado en una zona concreta de la corteza prefrontal, la región dorsomedial , "crítica para el procesamiento de recompensa s, la toma de decisiones y la flexibilidad cognitiva entre otras funciones". La idea: averiguar algo que aún no estaba claro: la forma en que distintas poblaciones de neuronas orquestan esos procesos complejos.

Para logralo, enseñaron a los ratones a asociar un tono auditivo con un irresistible líquido azucarado . Como averiguó Pavlov, después de repetir esa asociación varias veces, el sonido por si mismo es suficiente para que los animales empiecen a lamerse en anticipación a la bebida. "E ste sencillo experimento modela un fenómeno de aprendizaje que ocurre en muchas regiones del cerebro ", aclara Stuber.

Un modelo de aprendizaje que también gobierna algunos de nuestros comportamientos . Y "es fundamental para la motivación y la toma de decisiones . El mismo que está funcionando mal en las adicciones a drogas y probablemente en desordenes alimentarios, depresión u otros trastornos neuropsiquiátricos", añade.

Cuando los ratones del experimento aprendieron a asociar el tono con la bebida dulce, los investigadores encontraron que un subconjunto de las neuronas de la corteza prefrontal dorsomedial (CPFdm) cada vez se activaban más cuando sonaba el tono, mientras que otro subconjunto cada vez estaba más inactivo. Los investigadores fueron capaces de observar este fenómeno "en vivo" mediante un microscopio de dos fotones que permite ver cientos de células cerebrales simultáneamente en ratones que están despiertos y pueden llevar a cabo comportamientos habituales.

Ángel y demonio

La CPFdm conecta y manda señales químicas a otras dos regiones cerebrales: el núcleo accumbens (NAc) y el núcleo paraventricular del tálamo (PVT), ambas importantes para los comportamiento guiados por recompensas. El equipo de Stuber encontró que las neuronas que proyectaban NAc desde la CPFdm eran las que se excitaban cada vez más cuando oían el tono. Por el contrario, las neuronas que proyectan al tálamo eran las que se inhibían cada vez más.

Además descubrieron que estos dos conjuntos de neuronas con acciones opuestas estaban físicamente separados sólo por unos pocos cientos de micrómetros en la corteza prefrontal.

Los investigadores utilizaron a continuación técnicas optogenéticas para activar artificialmente a estas poblaciones de neuronas utilizando luz láser. Cuando activaban las neuronas que están conectadas con el núcleo accumbens (NAc) los ratones anticipaban su dulce recompensa más intensamente , y se relamían mucho más en preparación después de escuchar el sonido que la anunciaba. Y al activar las otras neuronas que conectan con el tálamo se suprimía ese comportamiento anticipatorio, que mueve a la búsqueda activa de recompensas.

Este descubrimiento es una demostración básica de cómo la corteza prefrontal dorsomedial ha desarrollado poblaciones neuronales anatómicamente diferentes que tienen un control funcionalmente distinto sobre el comportamiento, explica Stuber. Y el descubrimiento apunta a la existencia de combinaciones similares de estos mecanismos de control en otras partes del cerebro.