Nueva luz sobre los circuitos neuronales involucrados en el comportamiento, el aprendizaje y la disfunción

Nueva luz sobre los circuitos neuronales involucrados en el comportamiento, el aprendizaje y la disfunción

Los científicos del Laboratorio de Neurociencia de Decisión de la UNSW de Sydney han hecho un descubrimiento importante sobre la forma en que los cerebros influyen en el comportamiento que desafía la teoría que se ha mantenido durante 30 años.

En un artículo publicado hoy en la prestigiosa revista Science , el equipo de investigación de la Dra. Miriam Matamales y el Dr. Jay Bertran-González, junto con el Director del Laboratorio de Neurociencia, el Profesor de Scientia Bernard Balleine, quería determinar la relación entre los dos tipos principales de neuronas. encontrado en el cuerpo estriado , un área importante del cerebro responsable del movimiento voluntario en animales y humanos.

Establecieron experimentos para observar ratones mientras aprendían nuevas acciones que conducían a una recompensa de los alimentos, luego examinaron la actividad de estas neuronas en grandes áreas del cuerpo estriado. Observaron específicamente la actividad de las dos clases de neuronas en esta área: las que expresan los tipos de receptores de dopamina D1 o D2.

Durante las últimas tres décadas, se pensó que estas neuronas D1 y D2 tenían una influencia independiente en la acción voluntaria, iniciando e inhibiendo respectivamente el comportamiento de búsqueda de recompensas. Mientras estudiaba cómo estos dos tipos de neuronas se activaron durante el aprendizaje, el equipo comenzó a encontrar un grado inesperadamente alto de interacción entre ellos, lo que ocurrió localmente, dentro del propio cuerpo estriado.

Momento de la bombilla

Para un ejemplo de comportamiento donde estas neuronas estarían activas, el Dr. Matamales sugiere un escenario simple pero común de entrar a una habitación y encender un interruptor de luz para encontrar que la luz no funciona.

“Entonces entras en una habitación, presionas el interruptor sin siquiera pensarlo, y no hay luz”, dice ella. “Uno aprende que algo ha cambiado y, por lo tanto, la respuesta conductual tiene que ser modificada por ese aprendizaje. Lo que nos interesa es qué cambios en el cerebro son necesarios para actualizar ese aprendizaje para darnos cuenta, ‘oh, la bombilla está fundida, debería parar pulsando el interruptor esperando que se encienda la luz. Aunque esto puede parecer trivial en un nivel, este tipo de plasticidad en los procesos de toma de decisiones continúa todo el tiempo. Actualizar el aprendizaje para controlar nuestras acciones es un aspecto crítico de la función cerebral adquirida a través de la evolución, para evitar que desperdiciemos energía valiosa repitiendo una tarea sin recompensa “.

El profesor Balleine explica que lo que está sucediendo es que el aprendizaje previo sobre el comportamiento vinculado a un resultado se pone en espera mientras se reescribe una versión actualizada relevante para el cambio en el entorno.

“Esta regulación de la acción voluntaria no se trata de deshacerse o reemplazar el conocimiento o el comportamiento, se trata de ser más eficientes para detener las acciones que usan energía sin recompensa”, dice. “Tienes una neurona, la neurona D1, que está involucrada en adquirir y mantener un comportamiento continuo y otra, la neurona D2, que se dedica a actualizar ese comportamiento cuando hay cambios en el entorno. Y lo que está cambiando el juego es que esta interacción crítica está sucediendo en el cuerpo estriado, no más abajo en las estructuras de salida motora más distantes del cerebro como se pensaba anteriormente “.

Repensar la salud del cerebro

El profesor Balleine dice que esta nueva comprensión de las neuronas D1 y D2 que se entremezclan en el cuerpo estriado durante el aprendizaje podría tener implicaciones importantes para la medicina e incluso nuestro concepto de cómo se adquieren y alteran las acciones voluntarias.

“Nuestra investigación sugiere que toda la teoría de la función de los ganglios basales con la que las personas han estado trabajando para tratar y tratar enfermedades de diversos tipos, está seriamente incompleta”, dice.

Las enfermedades asociadas con la función de los ganglios basales incluyen la enfermedad de Parkinson y Huntington, la demencia, la distonía, el síndrome de Tourette y el trastorno obsesivo compulsivo.

El Dr. Bertran-Gonzalez sugiere que se puede encontrar una pista para comprender al menos algunas de estas condiciones en las funciones relacionadas con el aprendizaje del cuerpo estriado.

“La mayoría de las disfunciones de los ganglios basales aparecen más adelante en la vida y tardan años en asentarse”, dice. “Algunas condiciones se expresan por comportamiento aberrante, donde los movimientos o acciones completas que deberían inhibirse no se inhiben, tal vez porque nunca aprendieron a inhibirse en el cuerpo estriado, o porque ese aprendizaje fue deficiente. En tales casos, además de simplemente intentar para contrarrestar los movimientos motores incontrolados, quizás deberíamos explorar una terapia más progresiva que intente corregir este aprendizaje temprano. Creo que deberíamos agregar una perspectiva de aprendizaje a prácticamente todos los tratamientos de la disfunción de los ganglios basales. Después de todo, la mayor parte de nuestro comportamiento actual ya no existe. que aprender el ‘trabajo en progreso’ “.

Medicina dirigida

El profesor Balleine señala que con las condiciones de salud relacionadas con los ganglios basales, el cuerpo estriado podría ser la nueva área objetivo para la intervención médica.

“Creemos que estos hallazgos tienen el potencial de reorientar los tratamientos de los trastornos de los ganglios basales al cuerpo estriado”, dice el profesor Balleine. “Una de las partes más interesantes de esta investigación es que habla de conexiones particulares entre neuronas particulares dentro de una estructura particular. Por lo tanto, realmente proporciona una gran información de focalización para el tratamiento y nos brinda nuevas formas de pensar sobre estos problemas”.

El Dr. Matamales dice que si bien la investigación aumenta las esperanzas de nuevas formas de tratar los problemas de salud relacionados con la función cerebral, todavía hay mucha investigación por delante antes de que las observaciones en ratones se repliquen en humanos.

“Es emocionante pensar que nuestra nueva comprensión algún día podría usarse para atacar problemas en el cerebro con más profundidad”, dice ella. “Pero lo importante que puede decir sobre este trabajo en este momento es que estamos proporcionando más evidencia para relacionar estas neuronas en el cuerpo estriado con el aprendizaje y la cognición en lugar de simplemente la producción motora”.

“Esperemos que esto conduzca a nuevos avances que nos ayuden a comprender cómo aprende el cerebro y cómo adaptamos nuestro comportamiento a nuestro entorno”.

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