Los neurocientíficos afirman que la región del cerebro es un lugar clave para el aprendizaje
Pequeña y aparentemente especializada, la región del locus coeruleus (LC) del cerebro ha sido estereotipada por su enorme exportación del neuromodulador estimulante de la excitación, la norepinefrina. En un nuevo artículo y con una nueva subvención de los Institutos Nacionales de la Salud, un laboratorio de neurociencia del MIT defiende que el LC no es sólo un botón de alarma, sino que tiene un impacto más matizado y multifacético en el aprendizaje, el comportamiento y la salud mental de lo que se le ha atribuido.
El locus coeruleus se encuentra en lo más profundo del cerebro, pero proyecta circuitos por todo el órgano.
Sur Lab/ MIT Picower Institute
Con entradas de más de 100 regiones cerebrales y un sofisticado control de dónde y cuándo envía norepinefrina (NE), la diminuta población de células sorprendentemente diversas del LC puede representar un importante regulador del aprendizaje de la recompensa y el castigo, y luego aplicar esa experiencia para optimizar el comportamiento, dijo Mriganka Sur, profesor Newton de Neurociencia en el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria y el Departamento de Ciencias Cerebrales y Cognitivas del MIT.
"Lo que antes se consideraba un núcleo homogéneo que ejercía una influencia global y uniforme sobre sus muchas y diversas regiones objetivo, ahora se sugiere que es una población heterogénea de células liberadoras de NE, que potencialmente muestra una modularidad espacial y temporal que gobierna sus funciones", escribieron Sur, el postdoc Vincent Breton-Provencher y la estudiante de posgrado Gabrielle Drummond en un artículo de revisión publicado el mes pasado en Frontiers in Neural Circuits.
El artículo presenta abundantes pruebas del grupo de Sur y de muchos otros, que sugieren que el LC puede integrar las entradas sensoriales y los estados cognitivos internos de todo el cerebro para ejercer con precisión su influencia mediada por la NE para afectar a las acciones -mediante la aceleración de la NE a la corteza motora- y el procesamiento de la retroalimentación resultante de la recompensa o el castigo -mediante la aceleración de la NE a la corteza prefrontal.
Para investigar esta hipótesis, el equipo ha comenzado a trabajar con una subvención de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de 2,1 millones de dólares y 5 años de duración concedida en abril. En este estudio, los ratones participan en tareas de aprendizaje en las que se les indican tonos de distintos tonos y volúmenes. A lo largo del entrenamiento, los ratones aprenderán que cuando un tono es agudo, al pulsar una palanca obtendrán una recompensa y que cuando el tono es grave, la respuesta correcta será no pulsar para no experimentar una desagradable bocanada de aire. Al variar el volumen del tono, los experimentadores variarán la certeza de que los ratones pueden sentir que han oído la señal correctamente.
La hipótesis (corroborada por los datos preliminares) predice que la NE será importante en múltiples aspectos cruciales, dijo Sur. Cuando el ratón oye el tono de la señal, si el tono es bajo, el LC enviará menos NE a través de un grupo de neuronas a la corteza motora, lo que refleja la creencia del animal de que no debe empujar la palanca porque no habrá recompensa. Mientras tanto, cuanto más bajo sea el volumen, menos seguridad tendrá el animal en su decisión. Por el contrario, un tono alto de alto volumen enviaría más NE, reflejando la certeza del animal de que empujar la palanca produciría una recompensa.
Después de que el ratón haya actuado, cuanto más sorprendente sea la respuesta, más NE producirá y enviará a través de un grupo distinto a la corteza prefrontal, estimulando un mayor aprendizaje. Así, por ejemplo, si el ratón oye un tono débil y alto y presiona con cautela la palanca, la sorpresa de una recompensa resultante estimulará una fuerte salida de NE para instruir a la corteza prefrontal porque sus expectativas no eran muy altas. Cuando un ratón adivina mal y siente un soplo de aire, eso estimulará la liberación más fuerte de NE a la corteza prefrontal. Tras esta dinámica, el equipo de Sur ha observado cambios consistentes en el rendimiento en el ensayo posterior.
"De este modo, la norepinefrina puede considerarse una señal de excitación, pero también es, de manera importante, en el contexto de la función continua, una señal de aprendizaje", dijo Sur. "Es tanto una señal de ejecución como una señal de aprendizaje, para ambas podemos describir las relaciones cuantitativas reales".
El equipo no sólo medirá la actividad de las neuronas LC-NE, sino que también las controlará mediante optogenética (en la que las neuronas pueden controlarse con luz), de modo que puedan silenciar o amplificar la salida de las LC-NE para mostrar cómo afecta cada una a la acción y al aprendizaje.
Entender la verdadera naturaleza del funcionamiento del LC podría ser útil para mejorar los tratamientos de ciertos trastornos, dijo Sur. Un posible tratamiento para el TEPT, por ejemplo, consiste en amortiguar la receptividad a la NE, pero eso también promueve la somnolencia. Un tratamiento más preciso y basado en principios podría mejorar la eficacia y reducir esos efectos secundarios, dijo.
"La esperanza es afectar a la ansiedad pero sin provocar somnolencia, si entendemos los objetivos y la teoría que hay detrás", dijo Sur. "Esa es la esperanza de la ciencia básica para el tratamiento de los trastornos: hacer las cosas cada vez más específicas, definir los circuitos y la especificidad de las funciones en las que participa un sistema".
Además, la LC es una de las primeras regiones afectadas en la enfermedad de Alzheimer, dijo. Tratar esa pérdida de la forma adecuada podría ayudar a mantener formas de aprendizaje y cognición.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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