Actividad generalizada de la chispa de la sed y la bebida en el cerebro del ratón
ARRIBA: © ISTOCK.COM,GEORGEJASON
Grabaciones eléctricas de aproximadamente 24 000 neuronas individuales en 34 regiones del cerebro del ratón revelan, en un estudio publicado en Science hoy (4 de abril), las células que activarse durante la sed, la bebida y la saciedad. Los resultados muestran la distribución generalizada de la actividad neuronal en diferentes fases del proceso y cómo estos patrones de actividad pueden recapitularse en gran medida mediante la estimulación de un grupo específico de células sensoriales.
“[El trabajo proporciona] una mirada muy detallada a uno de los procesos más básicos que los animales terrestres deben poder hacer para mantenerse con vida” dice el neurobiólogo Scott Sternson del campus de investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) que no participó en la investigación.
«Es realmente un tour de force que pudieron grabar de tantas neuronas” agrega el neurólogo Charles Bourque de la Universidad McGill, quien tampoco…
Las señales fisiológicas relacionadas con la deshidratación, como los niveles de sodio y la osmolaridad de la sangre, son detectadas por un pequeño grupo de células sensoriales en una región del cerebro. llamado órgano subfornical (SFO). Estas células son fundamentales para la sensación de sed y la subsiguiente motivación para beber, e incluso se ha demostrado que, cuando se activan artificialmente, inducen un comportamiento similar al de la sed en animales completamente hidratados, dice el fisiólogo e investigador del HHMI Zachary Knight de la Universidad de California, San Francisco.
Se desconoce en gran medida cómo la estimulación natural o artificial de las neuronas SFO conduce a la subsiguiente activación y coordinación de los circuitos neuronales aguas abajo para producir motivación y comportamiento como la sed y la bebida.
Para investigar estos eventos posteriores, Karl Deisseroth de la Universidad de Stanford y sus colegas examinaron la actividad neuronal en todo el cerebro en ratones sedientos utilizando sondas Neuropixels. Estos dispositivos electrofisiológicos recientemente desarrollados consisten en casi 1,000 sitios de registro a lo largo de un vástago delgado de menos de una décima de milímetro de espesor que se puede insertar en el cerebro de un ratón con un daño mínimo, lo que permite registros simultáneos de cientos de neuronas individuales en un rango de lo más hondo. Estas sondas permitieron al equipo registrar 23 881 neuronas durante 87 sesiones separadas que probaron 34 regiones cerebrales diferentes en 21 ratones.
Las grabaciones se realizaron en ratones sedientos cuyas cabezas estaban fijas en su posición y que habían sido entrenados para responder a dos señales de olor diferentes, una que significaba que había agua disponible en un pico si lo lamían, la otra que indicaba que no había agua disponible. Las sesiones de grabación cubrieron todo el proceso desde la sed hasta la bebida en el momento justo de la saciedad. A pesar de la inserción profunda de las sondas en sus cerebros, los animales con estos electrodos [colocados] están sanos, no sufren molestias y aprenden tan rápido como si no hubiera una sonda, escribe Deisseroth en un correo electrónico a The Scientist.
El análisis de los equipos de los datos resultantes reveló que una gran proporción de las neuronas en todas las regiones del cerebro investigadas se activaron tanto en respuesta a la señal como en la tarea posterior de beber. Fue una gran sorpresa, escribe Deisseroth, que incluso para una tarea tan simple como un mamífero sediento que busca agua, la mayor parte del cerebro y la mayor parte de la población neuronal correspondiente se involucra en la tarea.
El los datos también revelaron que los patrones de actividad celular se dividían principalmente en tres grupos: aquellos cuya actividad dependía del estado fisiológico subyacente del animal (ya sea sediento o saciado); aquellos cuya actividad dependía de la señal particular dada; y aquellos cuya actividad dependía del comportamiento (lamiendo o no). Si bien, en términos generales, cada neurona entraba en una de estas categorías, cada región del cerebro contenía una combinación de las tres.
El equipo demostró que la estimulación optogenética de las neuronas SFO en animales completamente saciados no podía solo restaurar el comportamiento indicativo de la sed (como se mostró anteriormente), pero también desencadenar los patrones de actividad neuronal exhibidos por los animales cuando tenían sed.
Eso es lo emocionante, dice Knight, que puedes tomar una pequeña población de neuronas sensoriales en el OFS, solo unos pocos miles de células las estimulan y cambian la dinámica cerebral global. . . . [El estudio] simplemente subraya cuán poderosas son estas células.
Si bien el artículo enmarca en gran medida los resultados en términos de estas observaciones generales sobre los tipos de actividad neuronal, también proporciona una gran cantidad de datos más específicos en el forma de los miles de grabaciones individuales de sitios cerebrales particulares.
Había relativamente poco conocimiento sobre la actividad a nivel de neurona individual en tantas regiones cerebrales diferentes, dice Sternson. Lo que este estudio ha creado es una gran cantidad de nuevos conocimientos, y eso será muy útil para el campo en el futuro.
WE Allen et al., Thirst regula el comportamiento motivado a través de la modulación de la población neuronal en todo el cerebro dinámica, Ciencia, doi:10.1126/science.aav3932, 2019.
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