De los receptores individuales a la función de todo el cerebro

Los equipos de Dirk Jancke (a la izquierda) y Stefan Herlitze (a la derecha) trabajaron juntos en muchos de los proyectos de investigación que subyacen en el artículo de revisión. Crédito: RUB, Marquard

En el cerebro, más de cien sustancias moleculares actúan como transmisores que controlan las vías de comunicación entre las células nerviosas a través de miles de tipos de receptores diferentes. En un artículo de revisión, un equipo de investigación internacional analiza cómo la activación de ciertos receptores de células nerviosas afecta las redes neuronales del cerebro. Los autores de la Ruhr-Universitt Bochum (RUB), la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona y la Universidad de Oxford presentan conceptos para cuantificar las modulaciones específicas de los receptores de los estados cerebrales. También han desarrollado un modelo informático que puede predecir el impacto de los tipos de receptores individuales en la actividad cerebral.

Además, los investigadores muestran cómo las predicciones obtenidas en la computadora pueden verificarse y refinarse mediante métodos experimentales. Esperan que esto conduzca a nuevas formas de diagnosticar y tratar los trastornos mentales. Informan sobre su trabajo y el estado actual de la investigación en una revisión de vanguardia en el FEBS Journal, publicado por la Federación de Sociedades Bioquímicas Europeas en abril de 2021.

Simulación de la dinámica de los estados cerebrales en un modelo informático

Ya se sabe mucho sobre la estructura molecular de los receptores neuronales. Pero los investigadores saben poco acerca de cómo los tipos de receptores individuales modifican la dinámica holística en las redes del cerebro. Para simular esto en un modelo de computadora, el equipo de investigación recopiló datos de tres técnicas de imagen diferentes: información sobre la conectividad anatómica en el cerebro, registrada con imágenes de resonancia magnética ponderada por difusión; información sobre la actividad en estado de reposo de los participantes, obtenida a partir de mediciones utilizando imágenes de resonancia magnética funcional, fMRI para abreviar; y las distribuciones de los tipos de receptores, registrados con tomografía por emisión de positrones. Usando esta entrada, los investigadores pudieron crear un receptoma individual para cada sujeto que refleja la distribución general de los tipos de receptores en el cerebro.

Esto permitió a los investigadores simular las interacciones entre las neuronas que dependen de las activaciones de los tipos de receptores individuales. en el modelo de computadora. Por ejemplo, virtualmente activaron el receptor de serotonina 5-HT2A y observaron los siguientes cambios en el cerebro modelo in-silico. «Los patrones de actividad fueron sorprendentemente similares a los observados en el escáner después de que a los sujetos humanos se les administrara psilocibina o LSD, ambas sustancias psicodélicas que se unen específicamente al receptor 5-HT2A», explica el Profesor Asociado Dr. Dirk Jancke, Jefe del Laboratorio de Imágenes Ópticas de Bochum. autor principal del artículo de revisión. El modelo informático fue capaz de predecir cambios en la dinámica general del cerebro después de la activación de un solo tipo de receptor.

Probando predicciones en experimentos

Las sustancias farmacológicas generalmente no son específicas solo para un tipo de receptor; otro inconveniente es que no se pueden usar para activar neuronas localmente de manera específica. Esto significa que las predicciones y pruebas más complejas en seres humanos solo son posibles de forma limitada.

Por lo tanto, los autores proponen refinar sus hipótesis mediante el uso de métodos optogenéticos y probarlas en experimentos con animales. El grupo de investigación dirigido por el coautor, el profesor Stefan Herlitze, del Departamento de Zoología General y Neurobiología del RUB, es uno de los pioneros de esta técnica. Los vectores virales se utilizan para instruir a las células para que produzcan ciertas proteínas. Con esta técnica, los ratones modificados genéticamente pueden, por ejemplo, producir receptores activados por la luz y proteínas que emiten fluorescencia cuando las células nerviosas están activas.

En estudios anteriores, los autores utilizaron el método por primera vez. Es hora de mostrar cómo la serotonina afecta el procesamiento de la información visual. «Nuestros resultados sugieren que el receptor 5-HT2A suprime las entradas visuales actuales», explica Dirk Jancke. «Los estímulos externos se vuelven así menos importantes para el cerebro y, al mismo tiempo, los procesos internos se amplifican relativamente. Las alucinaciones pueden tener su causa en el hecho de que este desequilibrio se ha vuelto demasiado fuerte».

Pronóstico, diagnóstico y potencial terapéutico

Las enfermedades mentales a menudo se basan en disfunciones de los sistemas transmisores y, en consecuencia, en cambios en la activación de varios receptores en el receptoma. Esto está asociado con modulaciones específicas de estados cerebrales, que pueden manifestarse en cambios sutiles en la dinámica de redes neuronales extensas y enredadas en el cerebro. A través de su investigación, los científicos esperan iniciar nuevos conceptos utilizando biomarcadores para diagnosticar mejor y tratar más específicamente los trastornos mentales. «Son concebibles terapias farmacológicas específicas y técnicas de estimulación en combinación con tratamientos psiquiátricos concomitantes, que ayudan a aprender nuevos contextos para reequilibrar estados cerebrales patológicos», dice Jancke.

Explore más

Cómo la serotonina equilibra la comunicación dentro del cerebro Más información: Dirk Jancke et al. Cerrando la brecha entre la actividad del tipo de receptor único y la dinámica del cerebro completo, The FEBS Journal (2021). DOI: 10.1111/febs.15855 Proporcionado por Ruhr-Universitaet-Bochum Cita: De los receptores individuales hacia la función del cerebro completo (2021, 23 de abril) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/ news/2021-04-individual-receptors-whole-brain-function.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.