Circuitos cerebrales vinculados al estado de alerta

El grado de alerta, o vigilancia, que se tiene durante el día puede afectar a la capacidad de realizar las tareas diarias. Hay muchas cosas que pueden alterar el grado de alerta que se siente, como la cantidad de sueño o de cafeína que se ha tomado. Estar demasiado alerta o no estarlo lo suficiente también puede ser un signo de ciertas condiciones de salud mental, como la ansiedad, la manía o la depresión.

Los científicos han aprendido mucho sobre cómo el cerebro regula el estar dormido o despierto en general. Pero se sabe menos sobre cómo el cerebro regula los cambios en el estado de alerta a lo largo del día.

Para investigar qué células cerebrales (neuronas) regulan el estado de alerta, un equipo dirigido por los doctores Karl Deisseroth y Matthew Lovett-Barron, de la Universidad de Stanford, analizó la actividad de las células cerebrales de peces cebra y ratones mientras medía sus tiempos de reacción. La investigación fue financiada en parte por el Instituto Nacional de Salud Mental (NIMH) y el Instituto Nacional sobre el Abuso de Drogas (NIDA). Los resultados se publicaron en línea en Cell el 2 de noviembre de 2017.

El equipo creó una técnica llamada MultiMAP (Multiplexed-alignment of Molecular and Activity Phenotypes) para rastrear e identificar las neuronas y los circuitos activados durante un estado cerebral particular. Con esta técnica, los investigadores siguieron la actividad de decenas de miles de células cerebrales del pez cebra mientras se les presentaba un estímulo que imitaba a un depredador que se acercaba. Para medir el estado de alerta, los investigadores midieron el tiempo que tardaban los peces en mover la cola en respuesta al estímulo amenazante.

Un análisis molecular identificó varios tipos de células diferentes que se activaban cuando los peces estaban más alerta y respondían. Entre ellas había neuronas que liberan mensajeros químicos que alteran la actividad de otras células cerebrales. Confirmando los resultados de estudios anteriores, identificaron las neuronas secretoras de norepinefrina como activas en el estado de alerta. Además, su técnica les permitió identificar otros tipos de células que no se habían demostrado previamente como implicadas en el estado de alerta, incluidas las neuronas secretoras de acetilcolina, serotonina, dopamina y péptidos.

Los investigadores buscaron estos conjuntos de células cerebrales en el cerebro del ratón. Descubrieron que había tipos de células y circuitos similares que regulaban el estado de alerta en los ratones. La activación de circuitos específicos mediante optogenética, que utiliza la luz para activar o inhibir neuronas específicas, hizo que los ratones estuvieran más alerta o redujeran sus tiempos de reacción.

«La vigilancia que se desvía marca estados como la manía y los que se observan en el trastorno de estrés postraumático y la depresión», dice el director del NIMH, el doctor Joshua Gordon. «Familiarizarse con los actores moleculares de un comportamiento -como promete esta nueva herramienta- puede conducir algún día a intervenciones clínicas dirigidas a estados cerebrales disfuncionales.»