Científicos detallan dinámica cerebral implicada en condiciones neurológicas
Etiquetado inmunofluorescente de secciones del tronco encefálico adulto. Neuronas que expresan norepinefrina en el locus coeruleus (LC, magenta) y neuronas que expresan norepinefrina que expresan GFP (verde) en el subcoeruleus dorsal, adyacentes al LC. Crédito: Ian Shih (Facultad de Medicina de la UNC)
Cuando sueñas despierto, reflexionas sobre algo molesto, reflexionas sobre el pasado o planificas para el futuro, la parte de tu cerebro que más participa es la red de modo predeterminado, o DMN, por sus siglas en inglés. que incluye parte de la corteza prefrontal. Los científicos han planteado durante mucho tiempo la hipótesis de que los cambios en la dinámica de la DMN juegan un papel importante en ciertos comportamientos, como los asociados con el trastorno por déficit de atención con hiperactividad; y enfermedades, tales como el Alzheimer y el Parkinson; y condiciones como la depresión y el autismo.
Pero los científicos no han entendido completamente los mecanismos precisos que controlan la dinámica de la DMN. Ahora, los investigadores de la Facultad de Medicina de la UNC dirigidos por Ian Shih, Ph.D., profesor asociado de neurología, han documentado experimentalmente la interacción entre las neuronas y las sustancias químicas del cerebro en las regiones del cerebro, lo que lleva a alteraciones en la dinámica de la DMN.
Publicado en la revista Science Advances, esta investigación en ratones proporciona evidencia de cómo la dinámica de DMN se altera al activar el locus coeruleus (LC), un pequeño núcleo cerebral en el tronco encefálico que libera norepinefrina. También sugiere nuevos objetivos para el tratamiento para restaurar la función DMN.
«Muchos lectores de imágenes cerebrales tienen un gran interés en identificar los mecanismos de circuito que controlan las redes cerebrales a gran escala», dijo Shih, autor principal y director del Centro de Animal MRI (CAMRI) en el UNC Biomedical Research Imagine Center (BRIC). «Pero la forma en que un sistema neurotransmisor específico altera la dinámica de todo el cerebro aún no se comprende por completo. Nuestro trabajo ayuda a explicar cómo la norepinefrina afecta la actividad y la conectividad del cerebro, lo que lleva a cambios en la DMN».
Shih y el primer autor Esteban Oyarzabal, Ph.D., un estudiante graduado de UNC-Chapel Hill en el momento de esta investigación, dirigió estudios de resonancia magnética funcional (fMRI) en un modelo de ratón modificado genéticamente que expresa receptores sintéticos en el LC. Luego examinaron la influencia de la LC en la DMN.
La creación de un modelo para expresar estos receptores sintéticos permitió a los investigadores manipular la actividad de las células cerebrales mediante el uso de compuestos que pueden activar selectivamente estos receptores. Esta técnica «quimiogenética» iniciada por el investigador de farmacología de la UNC, Byran Roth, MD, Ph.D., se adapta perfectamente al equipo de Shih para manipular el LC durante la resonancia magnética funcional. Lo que encontraron es que la activación de la LC llevó a una constricción de los vasos sanguíneos en esa región y, al mismo tiempo, aumentó los cambios de actividad de resonancia magnética funcional de baja frecuencia en las regiones corticales frontales de la DMN.
Entonces, los científicos creó una plataforma de medición óptica para medir simultáneamente la cantidad de norepinefrina liberada, la actividad del calcio neuronal y los cambios en el volumen sanguíneo del cerebro. Demostraron que la norepinefrina del LC puede aumentar la actividad de activación de las neuronas corticales frontales, al mismo tiempo que reduce el volumen sanguíneo.
«Esto tiene implicaciones significativas para la interpretación de los datos de fMRI», dijo Shih, «porque ha sido ampliamente documentado que las actividades neuronales y vasculares en el cerebro están relacionadas. Ahora, mostramos que este acoplamiento se ve afectado por la presencia de norepinefrina». También demostraron que la activación quimiogenética de las neuronas LC-NE fortaleció la comunicación de las neuronas dentro de las regiones corticales frontales del DMN. Descubrieron que las regiones de la corteza retroesplenial y el hipocampo del cerebro pueden modular esta conectividad funcional.
«Creemos que estas dos regiones podrían servir potencialmente como objetivos novedosos para controlar las regiones corticales frontales y restaurar la función DMN cuando las neuronas LC están degenerado en la enfermedad de Alzheimer y Parkinson», dijo Shih.
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‘Apagar’ células cerebrales específicas protege contra el estrés Más información: Esteban Oyarzabal et al, Chemogenetic Stimulation of Tonic Locus Coeruleus Activity Strengthens the Default Mode Network, Science Advances ( 2022). DOI: 10.1126/sciadv.abm9898. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm9898 Información de la revista: Science Advances
Proporcionado por University of North Carolina Health Care Cita: Los científicos detallan la dinámica del cerebro implicado en condiciones neurológicas (2022, 29 de abril) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-04-scientists-brain-dynamics-implicated-neurological.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.