Optogenética para controlar el comportamiento de búsqueda de recompensa.
ScienceDaily (29 de junio de 2011) - Usando una combinación de la ingeniería genética y la tecnología láser, los investigadores de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, han manipulado el cableado del cerebro responsable de las conductas de búsqueda de la recompensa, como la adicción a las drogas. El trabajo, llevado a cabo en roedores, es el primero en demostrar de modo directo el papel de estas conexiones específicas en el control del comportamiento.
El estudio de la UNC, publicado en línea el 29 de junio de 2011, por la revista Nature, utiliza una técnica de vanguardia denominada "optogenética" para modificar los microcircuitos del cerebro y luego evaluar cómo los cambios afectan el comportamiento. Los resultados sugieren que la terapéutica dirigida a la ruta entre dos regiones críticas del cerebro, a saber, la amígdala y el núcleo accumbens, representan tratamientos potenciales para enfermedades neuropsiquiátricas como la adicción.
"Para la mayoría de los trastornos clínicos se sabía que una u otra región en el cerebro eran importantes, sin embargo hasta ahora no se tenían las herramientas para estudiar directamente las conexiones entre las regiones", dijo el autor principal del estudio Garret D. Stuber, PhD, profesor asistente en los departamentos de fisiología celular y molecular, psiquiatría y el Centro de Neurociencias en la Facultad de Medicina de la UNC. "Nuestra capacidad para llevar a cabo este nivel de sofisticación en la manipulación del circuito neuronal puede conducir al descubrimiento de los actores moleculares perturbados en las enfermedades neuropsiquiátricas."
Debido a que el cerebro está compuesto de diversas regiones, tipos de células y conexiones en un espacio compacto, la identificación de qué entidad es responsable de qué función puede ser bastante complicado. En el pasado, los investigadores han tratado de echar un vistazo en el funcionamiento interno del cerebro mediante la estimulación eléctrica o de las drogas, pero esas técnicas no podían cambiar de forma rápida y específicamente un solo tipo de célula o de un tipo de conexión. Pero la optogenética, una técnica que surgió hace seis años, sí puede.
En la técnica, los científicos transfieren unas proteínas sensibles a la luz llamadas "opsinas" - derivados de algas o bacterias que necesitan luz para crecer - a las células de cerebro de los mamíferos que desean estudiar. A continuación, hacen brillar los rayos láser en las células cerebrales manipuladas genéticamente, ya sea excitándolas o bloqueando su actividad, con una precisión de milisegundos.
En los experimentos iniciales de Stuber, el objetivo era las células nerviosas que conectan dos regiones del cerebro asociadas por separado con la recompensa, la amígdala y el núcleo accumbens. Los investigadores usaron la luz para activar las conexiones entre estas regiones, esencialmente "recompensar" a los ratones con estimulaciones láser para la realización de la tarea mundana de meter su nariz en un agujero en su jaula. Ellos encontraron que los ratones tratados con opsinas aprendieron rápidamente a olfatear ciertos agujeros a fin de recibir la estimulación de la vía neural. En contraste, los ratones control, genéticamente vírgenes, nunca realizaron la tarea.
A continuación, Stuber y sus colegas querían ver si este cableado cerebral jugaba un papel en los procesos de comportamiento más naturales. Así se entrenaron ratones para asociar una señal - una bombilla encendida en la jaula - a una recompensa de agua con azúcar. Esta vez, la opsina que los investigadores transfirieron a los cerebros de sus roedores fue una que bloqueó la actividad de las conexiones neuronales en respuesta a la luz. Los ratones de control rápidamente respondieron a la señal por lamer el agua con azúcar en la anticipación, mientras que los ratones tratados no dieron la misma respuesta.
Los investigadores están actualmente estudiando cómo los cambios en este segmento de cableado del cerebro puede hacer que un animal sea sensibilizado o ajeno a las recompensas. Stuber dice que su enfoque presenta una herramienta muy útil para estudiar la función cerebral básica, y podría algún día proporcionar una poderosa alternativa a la estimulación eléctrica o tratamiento farmacológico para enfermedades neuropsiquiátricas como la enfermedad de Parkinson.
Journal Reference:
El estudio de la UNC, publicado en línea el 29 de junio de 2011, por la revista Nature, utiliza una técnica de vanguardia denominada "optogenética" para modificar los microcircuitos del cerebro y luego evaluar cómo los cambios afectan el comportamiento. Los resultados sugieren que la terapéutica dirigida a la ruta entre dos regiones críticas del cerebro, a saber, la amígdala y el núcleo accumbens, representan tratamientos potenciales para enfermedades neuropsiquiátricas como la adicción.
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| Nerve cells in nucleus accumbens (red) receive input from amygdala fibers (green). |
Debido a que el cerebro está compuesto de diversas regiones, tipos de células y conexiones en un espacio compacto, la identificación de qué entidad es responsable de qué función puede ser bastante complicado. En el pasado, los investigadores han tratado de echar un vistazo en el funcionamiento interno del cerebro mediante la estimulación eléctrica o de las drogas, pero esas técnicas no podían cambiar de forma rápida y específicamente un solo tipo de célula o de un tipo de conexión. Pero la optogenética, una técnica que surgió hace seis años, sí puede.
En la técnica, los científicos transfieren unas proteínas sensibles a la luz llamadas "opsinas" - derivados de algas o bacterias que necesitan luz para crecer - a las células de cerebro de los mamíferos que desean estudiar. A continuación, hacen brillar los rayos láser en las células cerebrales manipuladas genéticamente, ya sea excitándolas o bloqueando su actividad, con una precisión de milisegundos.
En los experimentos iniciales de Stuber, el objetivo era las células nerviosas que conectan dos regiones del cerebro asociadas por separado con la recompensa, la amígdala y el núcleo accumbens. Los investigadores usaron la luz para activar las conexiones entre estas regiones, esencialmente "recompensar" a los ratones con estimulaciones láser para la realización de la tarea mundana de meter su nariz en un agujero en su jaula. Ellos encontraron que los ratones tratados con opsinas aprendieron rápidamente a olfatear ciertos agujeros a fin de recibir la estimulación de la vía neural. En contraste, los ratones control, genéticamente vírgenes, nunca realizaron la tarea.
A continuación, Stuber y sus colegas querían ver si este cableado cerebral jugaba un papel en los procesos de comportamiento más naturales. Así se entrenaron ratones para asociar una señal - una bombilla encendida en la jaula - a una recompensa de agua con azúcar. Esta vez, la opsina que los investigadores transfirieron a los cerebros de sus roedores fue una que bloqueó la actividad de las conexiones neuronales en respuesta a la luz. Los ratones de control rápidamente respondieron a la señal por lamer el agua con azúcar en la anticipación, mientras que los ratones tratados no dieron la misma respuesta.
Los investigadores están actualmente estudiando cómo los cambios en este segmento de cableado del cerebro puede hacer que un animal sea sensibilizado o ajeno a las recompensas. Stuber dice que su enfoque presenta una herramienta muy útil para estudiar la función cerebral básica, y podría algún día proporcionar una poderosa alternativa a la estimulación eléctrica o tratamiento farmacológico para enfermedades neuropsiquiátricas como la enfermedad de Parkinson.
Journal Reference:
- Garret D. Stuber, Dennis R. Sparta, Alice M. Stamatakis, Wieke A. van Leeuwen, Juanita E. Hardjoprajitno, Saemi Cho, Kay M. Tye, Kimberly A. Kempadoo, Feng Zhang, Karl Deisseroth, Antonello Bonci. Excitatory transmission from the amygdala to nucleus accumbens facilitates reward seeking. Nature, 2011; DOI: 10.1038/nature10194
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