Resumen: Los investigadores han descubierto que el neurotransmisor orexina, no solo la hormona del estrés norepinefrina, regula el tamaño de la pupila, desafiando la comprensión previa. Las neuronas de orexina afectan el tamaño de la pupila en respuesta a estados emocionales y tensión mental, no solo a la exposición a la luz.
Los hallazgos relacionan la actividad de la orexina con varias afecciones neurológicas, incluidas la narcolepsia y la enfermedad de Alzheimer, lo que ofrece nuevas vías de diagnóstico. Esta investigación también puede iluminar nuestra comprensión de la regulación de la conciencia y la atención.
Principales aspectos:
- Las neuronas de orexina, no la noradrenalina, son las principales responsables de regular el tamaño de la pupila, lo que desafía la creencia científica arraigada.
- Los investigadores encontraron una relación dependiente de la dosis entre la actividad de las neuronas de orexina y el diámetro de la pupila, lo que proporciona un método directo para medir la actividad de la orexina.
- Estos hallazgos relacionan la orexina con varias afecciones neurológicas, como el Alzheimer, la narcolepsia, los accidentes cerebrovasculares y el síndrome de Prader-Willi, lo que podría simplificar y mejorar los métodos de diagnóstico.
Fuente: ETH Zúrich
La forma en que el cerebro regula el tamaño de la pupila es diferente de lo que se pensaba: el neurotransmisor orexina es fundamentalmente responsable, como ahora han demostrado investigadores de ETH Zurich.
Este descubrimiento podría muy bien alterar nuestra comprensión de la conciencia y de enfermedades como la narcolepsia y la enfermedad de Alzheimer.
«El efecto fue tan fuerte que supimos de inmediato que estábamos en algo importante», recuerda Nikola Grujic, becario postdoctoral en el Laboratorio de Dinámica Neuroconductual de ETH Zurich.
A través de una serie de experimentos iniciales con ratones, estudió las llamadas neuronas orexinas, una de las principales áreas de investigación del laboratorio. Observó que la estimulación de las células nerviosas hizo que las pupilas de los ratones se expandieran visiblemente.
“A menudo, los efectos de la neuroestimulación se pierden en el ruido de los datos de medición, que luego tenemos que filtrar meticulosamente para encontrarlos. Esta vez fue diferente. El efecto era fácil de ver”, dice.
Descrito por primera vez en 1998, las neuronas de orexina se extienden desde el hipotálamo a todas las demás áreas del cerebro, incluidas las que controlan la conciencia y las funciones autónomas. Estas neuronas están involucradas en la regulación de la alternancia sueño-vigilia, la atención, el sistema de recompensa, el apetito y el consumo de energía, entre otros.
Esencial para el estado normal de la pupila
Como mostraron las mediciones de Grujic, las neuronas de orexina influyen directamente en una característica central del estado emocional de un individuo: no son solo los estímulos de luz los que hacen que las pupilas cambien de tamaño, sino también la tensión mental y las impresiones emocionales.
Denominadas apropiadamente en la lengua vernácula como las ventanas del alma, las pupilas se utilizan de forma rutinaria en los exámenes médicos y psicológicos: el tamaño de la pupila puede proporcionar una métrica para la atención y otras funciones del cuerpo controladas inconscientemente.
Hasta ahora, el principal determinante del tamaño de la pupila junto a la luz era la noradrenalina, conocida como la hormona del estrés, y su sistema receptor.
Pero ahora, los investigadores de ETH han demostrado que este papel debería atribuirse al neurotransmisor orexina y su sistema receptor.
Las neuronas de noradrenalina son, de hecho, incapaces de mantener el estado normal de la pupila sin células nerviosas de orexina. Si el sistema de orexina está apagado, las pupilas permanecen muy contraídas.
“Esencialmente, las neuronas de noradrenalina son esclavas de las neuronas de orexina”, dice el profesor de ETH Denis Burdakov, describiendo de manera colorida esta relación dependiente.
Enlace a Narcolepsia
En sus experimentos, los investigadores también establecieron un vínculo dependiente de la dosis entre la actividad de las células nerviosas y el diámetro de la pupila. “Los alumnos nos muestran con precisión qué tan activas son las neuronas de orexina en el hipotálamo”, dice Burdakov.
Además de proporcionar a los investigadores del cerebro una nueva forma de medir la actividad de la orexina, esto abre nuevas vías para el tratamiento médico. Existe un vínculo establecido desde hace mucho tiempo entre una interrupción en la regulación de la orexina y la narcolepsia, el trastorno del sueño.
Recientemente, sin embargo, también se han observado vínculos con otras afecciones neurológicas, como el Alzheimer, los accidentes cerebrovasculares y el trastorno genético del síndrome de Prader-Willi.
En la última condición, un mal funcionamiento en el diencéfalo o intercerebro, donde se encuentra el hipotálamo, conduce a síntomas físicos, cognitivos y metabólicos graves.
Las cuatro condiciones tienen un componente de alteración del sueño. En el futuro, examinar el tamaño de la pupila podría ayudar a investigar con mayor precisión la influencia de la orexina en estas afecciones, y posiblemente incluso simplificar y mejorar el diagnóstico, dice Burdakov. Actualmente, el diagnóstico de narcolepsia aún requiere una punción lumbar, que es un procedimiento invasivo.
Desbloqueando la Regulación de la Conciencia
Como neurocientífico, Grujic ve su descubrimiento principalmente como una clave para comprender mejor cómo se regulan las funciones centrales de nuestra conciencia.
“Lograr el equilibrio entre centrarnos en lo familiar y permitir que nuestros pensamientos divaguen y exploren el mundo que nos rodea es una parte esencial de nuestra capacidad para adaptarnos a nuevas situaciones”, dice.
La prevalencia y variedad de los trastornos por déficit de atención que se diagnostican hoy en día muestran lo difícil que puede ser mantener ese equilibrio, dice Grujic.
La orexina es uno de varios sistemas neuromoduladores (otros incluyen la norepinefrina y la serotonina) que regulan este equilibrio. Estos sistemas inclinan la balanza hacia un lado o hacia el otro, dependiendo de las necesidades del cuerpo.
En los primeros días de la evolución humana, por ejemplo, los cazadores-recolectores hambrientos tenían que buscar una fuente de alimento. Si fueran recompensados por descubrir algo para comer, tendrían que cambiar su enfoque hacia el medio ambiente para espiar más la comida.
Y cuando los primeros humanos finalmente se saciaron, pudieron centrar su atención en atender sus otras necesidades.
Múltiples subconjuntos de neuronas para funciones específicas
En su estudio de las neuronas de orexina, el grupo de investigación de Burdakov pudo identificar subconjuntos que están involucrados en una variedad de funciones neuronales y, por lo tanto, en diferentes componentes de este equilibrio.
Usando un tipo especial de microscopía de fluorescencia, los científicos observaron la respuesta de las neuronas de orexina individuales en ratones y la compararon con las fluctuaciones en el tamaño de la pupila. Utilizaron microscopía de dos fotones, que les permite observar las actividades de las células individuales en el cerebro.
Los investigadores encontraron neuronas cuya actividad se correlacionaba positivamente con el tamaño de la pupila y, por lo tanto, con el nivel de excitación del ratón, y otras cuya actividad se correlacionaba negativamente.
También encontraron algunas células que influían en el tamaño de la pupila y respondían a las recompensas, así como otras que estaban conectadas con solo uno de los dos factores.
Candidato a regulación de grado superior
La identificación de estos subconjuntos especializados dentro de las neuronas de orexina proporciona una visión temprana de las formas en que están conectadas para respaldar las funciones centrales de nuestra conciencia.
Además, Grujic dice que la influencia de la orexina en una variedad de diferentes estados de comportamiento, desde la atención, el cambio entre el sueño y la vigilia, y la búsqueda de recompensas hasta el apetito y el gasto de energía, lo convierte en un excelente candidato para su regulación de nivel superior.
Los hallazgos de los investigadores de ETH abren la puerta a muchas más vías de investigación científica para identificar subconjuntos de neuronas adicionales y cómo interactúan entre sí y con los sistemas de serotonina y norepinefrina.
Los investigadores plantean la hipótesis de que responder a estas preguntas no solo conducirá a una comprensión mucho más detallada de cómo se regulan nuestras funciones vitales.
También predicen beneficios en el diagnóstico y tratamiento de trastornos de la atención y del sueño y afecciones relacionadas. Y, como sugieren los ejemplos de la enfermedad de Alzheimer y el accidente cerebrovascular, esos beneficios pueden ser mayores de lo que parecen.
Sobre esta noticia de investigación en neurociencia
Autor: daniel meierhans
Fuente: ETH Zúrich
Contacto: Daniel Meierhans – ETH Zúrich
Imagen: La imagen está acreditada a Neuroscience News.
Búsqueda original: Acceso libre.
“Control y codificación del tamaño de la pupila por neuronas de orexina hipotalámicas” por Grujic N et al. Neurociencia de la naturaleza
Abstracto
Control y codificación del tamaño de la pupila por neuronas de orexina hipotalámicas
Las neuronas cerebrales de orexina (hipocretina) están implicadas en el cambio de sueño-vigilia y en la búsqueda de recompensas, pero sus funciones en la dinámica de la activación rápida y la percepción de recompensas no están claras.
Aquí, la estimulación específica de células, la eliminación y las grabaciones in vivo revelaron fuertes vínculos correlativos y causales entre la dilatación de la pupila, un marcador cuantitativo de excitación, y la actividad de la orexina celular.
La codificación de excitación-recompensa se distribuyó entre las células de orexina, lo que indica que se especializan en la comunicación rápida y multiplexada de estados momentáneos de excitación y recompensa.