Un mapa del apetito en el cerebro

Seamos sinceros. Por tentadora que sea la idea de comenzar el almuerzo con un pastel de chocolate, pocos tomarían esa decisión cuando se trata de eso. Y, sin embargo, al final de la comida, muchos buscarían ese mismo pastel sin dudarlo.

La causa detrás de este fenómeno son los estados internos en constante cambio del cuerpo: a la hora del almuerzo, el cuerpo a menudo necesita proteínas, por lo que el cerebro promueve esa elección de alimentos en particular. Sin embargo, después de ingerir la proteína, los carbohidratos pueden ser un buen extra para rellenar las reservas de grasa del cuerpo.

Pero los estados internos rara vez son unidimensionales. Un individuo puede carecer de varios nutrientes simultáneamente (como proteínas y sal) y también estar embarazada, un estado que conlleva su propia cantidad de necesidades. ¿Cómo resume el cerebro estos estados internos paralelos para guiar el comportamiento?

Un estudio publicado hoy (6 de julio) en Naturaleza proporciona una visión novedosa de este complejo problema. «Mostramos que la forma en que el cerebro procesa la información sensorial depende de si los animales carecen de nutrientes específicos o si están preñados», dijo el autor principal del estudio, Carlos Ribeiro, investigador principal de la Fundación Champalimaud en Portugal. «A través de este trabajo, identificamos un principio general por el cual los estados internos se integran para dar forma a la función cerebral y la toma de decisiones. Además, la nueva estrategia de microscopía que desarrollamos en este estudio puede resultar valiosa para comprender la base neuronal del comportamiento tanto dentro como fuera del cerebro». más allá de la elección de alimentos».

Aventurándose en un territorio neuronal desconocido

Para investigar cómo los estados internos dan forma al comportamiento, el equipo de Ribeiro se centró en una región relativamente poco conocida del cerebro de la mosca de la fruta llamada SEZ (la zona subesofágica). Se cree que esta región juega un papel crucial en la elección de alimentos porque recibe la mayoría de los estímulos gustativos y alberga las neuronas motoras que controlan la alimentación. Sin embargo, dado que esta región consiste principalmente en fibras neurales densamente enredadas, su subestructura anatómica no estaba bien definida.

Para comprender cómo funciona, el equipo decidió crear un «atlas funcional» de la SEZ. En otras palabras, se propusieron identificar las subestructuras que componen esta región y atribuir funciones específicas a cada una. Con ese fin, Daniel Münch, autor principal del estudio, primero expresó un indicador de actividad fluorescente en todas las neuronas del cerebro de la mosca. Luego realizó neuroimágenes 3D avanzadas en cuatro grupos de moscas, cada uno de los cuales representa estados internos distintos.

«Queríamos comprender cómo interactúan en el cerebro dos potentes moduladores del apetito proteico, la privación de proteínas y el estado reproductivo. Por lo tanto, definimos cuatro grupos experimentales: vírgenes completamente alimentadas, vírgenes privadas de proteínas, moscas apareadas completamente alimentadas y moscas apareadas privadas de proteínas. Registramos la actividad neuronal en la SEZ mientras las moscas probaban sacarosa, agua y levadura (la fuente de proteína natural de la mosca)», explicó Münch.

Un mapa del apetito

El atlas que creó el equipo consta de 81 regiones que abarcan toda la SEZ. Estas regiones corresponden a la mayoría de las áreas motoras y sensoriales descritas anteriormente de la SEZ, y también incluyen regiones nuevas no identificadas previamente.

«Nuestro atlas capturó algunas regiones conocidas. Por ejemplo, una con forma de plátano, que recibe información de las neuronas gustativas que se encuentran en la probóscide (la boca de la mosca)», dijo Münch. «También descubrimos un área con forma de ala que llamamos región de Borboleta (la palabra portuguesa para mariposa) en la parte trasera de la ZEE. Más tarde, esta región resultó desempeñar un papel clave en el impulso del apetito por las proteínas».

Más allá de identificar nuevas regiones, el atlas también reveló el efecto del estado interno sobre la actividad neuronal, identificando la «región de Borboleta» como un impulsor del apetito por las proteínas. Las respuestas al agua y la sacarosa apenas cambiaron entre los cuatro grupos. Sin embargo, los alimentos ricos en proteínas tuvieron un efecto sorprendente.

«La actividad provocada por los alimentos ricos en proteínas aumentó considerablemente en gran parte de la SEZ en animales privados de proteínas. Sin embargo, el apareamiento afectó principalmente la actividad en las regiones motoras de la SEZ. Esto fue algo sorprendente, ya que se sabe que el apareamiento y la privación de proteínas aumentan la proteína. apetito, por lo que no esperábamos encontrar patrones de respuesta tan diferentes», dijo Münch.

También fueron testigos del efecto sinérgico que tienen los estados internos combinados sobre la actividad neuronal. «Las hembras apareadas privadas de proteínas tenían la actividad más alta en las regiones motoras de la SEZ», explicó Münch. «Esto significa que a pesar de que este par de estados internos coexistentes (privación de proteínas y embarazo) se procesan a través de distintos circuitos neuronales, terminan convergiendo en la misma área para promover el apetito por las proteínas».

Manipulación de neuronas para inducir antojos de proteínas

El equipo identificó nuevas regiones en la SEZ y fue testigo de cómo los diferentes gustos y estados internos influyen en la actividad neuronal en estas regiones. Pero, ¿cómo podrían saber si estas áreas están realmente involucradas en el impulso de la preferencia alimentaria?

«Fue entonces cuando recurrimos a nuestra región de borboleta recién descubierta, donde el sabor de la proteína evocaba una actividad neuronal robusta», dijo Münch. «Razonamos que si realmente está involucrado en este comportamiento, podríamos influir en el apetito por las proteínas activando artificialmente las neuronas en esta región».

El equipo alineó el atlas que crearon con otro atlas preexistente que mapea los patrones de inervación de grupos de neuronas. Luego seleccionaron neuronas en la región de la borboleta y las activaron en moscas completamente alimentadas, que normalmente prefieren la sacarosa a la proteína. Esta manipulación dio como resultado un marcado aumento en el apetito por las proteínas.

«Sentimos que habíamos cerrado el círculo: de la observación a la función», recordó Münch. «Primero, observamos la preferencia alimentaria en los cuatro grupos de moscas, observando que las moscas privadas de proteínas y apareadas tienen una alta preferencia por las proteínas. Luego, tomamos imágenes de la actividad neuronal en la SEZ, creamos el atlas e identificamos nuevas regiones. Finalmente, confirmamos que una de estas regiones está involucrada en generar el comportamiento que habíamos observado inicialmente al manipular su actividad».

«En general, nuestro enfoque permite identificar y vincular las neuronas con comportamientos específicos, relacionados con la elección de alimentos y potencialmente también con otros», agregó Ribeiro. «Sería difícil implementar nuestro enfoque en cualquier otro sistema que no sea en las moscas de la fruta. Las herramientas que tenemos hoy en día hacen de la mosca de la fruta un sistema experimental increíble que nos permite diseccionar cómo funciona el cerebro. Es importante destacar que la SEZ es similar a la tronco encefálico de vertebrados. Nuestros resultados, por lo tanto, tienen amplias implicaciones para la neurociencia. También pueden inspirar futuros estudios destinados a unir el mapeo de la actividad cerebral con disecciones de circuitos funcionales. Estos son tiempos emocionantes para ser un neurocientífico «, concluyó.

Proporcionado por el Centro Champalimaud para lo Desconocido