El neurotransmisor orexina influye en el tamaño de la pupila, muestra una investigación

La forma en que el cerebro regula el tamaño de la pupila es diferente de lo que se pensaba anteriormente: el responsable fundamental es el neurotransmisor orexina, como ahora han demostrado investigadores de ETH Zurich. Este descubrimiento bien podría alterar nuestra comprensión de la conciencia y enfermedades como la narcolepsia y el Alzheimer. El estudio se publica en la revista Neurociencia de la naturaleza.

«El efecto fue tan fuerte que supimos de inmediato que estábamos en algo importante», recuerda Nikola Grujic, un postdoctorado en el Laboratorio de Dinámica Neuroconductual en ETH Zurich. A través de una serie de experimentos iniciales en ratones, estudió lo que se conoce como neuronas de orexina, una de las principales áreas de investigación del laboratorio. Observó que estimular las células nerviosas hizo que las pupilas de los ratones se expandieran notablemente. «Muy a menudo, los efectos de la neuroestimulación se pierden en el ruido de los datos de medición, que luego tenemos que filtrar minuciosamente para encontrarlos. Esta vez fue diferente. El efecto era evidente», dice.

Descritas por primera vez en 1998, las neuronas de orexina se extienden desde el hipotálamo hasta todas las demás áreas del cerebro, incluidas las que controlan la conciencia y las funciones autónomas. Estas neuronas están involucradas en la regulación del sueño-vigilia, la capacidad de atención, el sistema de recompensa, el apetito y el consumo de energía, entre otros.

Esencial para el estado normal de la pupila

Como mostraron las mediciones de Grujic, las neuronas de orexina influyen directamente en una característica central del estado emocional de un individuo: no son solo los estímulos de luz los que hacen que las pupilas cambien de tamaño, sino también la tensión mental y las impresiones emocionales. Denominados apropiadamente en la lengua vernácula como las ventanas del alma, los alumnos se utilizan de forma rutinaria tanto en exámenes médicos como psicológicos. El tamaño de la pupila puede proporcionar una métrica para la atención y otras funciones del organismo controladas inconscientemente.

Hasta ahora, se consideraba que el principal determinante del tamaño de la pupila junto con la luz era la noradrenalina, conocida como hormona del estrés, y su sistema receptor. Pero ahora, los investigadores de ETH han demostrado que, en cambio, este papel debe atribuirse al neurotransmisor orexina y su sistema de receptores. De hecho, las neuronas de noradrenalina son incapaces de mantener el estado normal de la pupila sin las células nerviosas de orexina. Si el sistema de orexina está apagado, las pupilas permanecen demasiado contraídas. «Esencialmente, las neuronas de noradrenalina son esclavas de las neuronas de orexina», dice el profesor de ETH Denis Burdakov.

Enlace a la narcolepsia

En sus experimentos, los investigadores también establecieron un vínculo dependiente de la dosis entre la actividad de las células nerviosas y el diámetro de la pupila. «Los alumnos nos muestran con precisión cuán activas son las neuronas de orexina en el hipotálamo», dice Burdakov.

Además de proporcionar a los investigadores del cerebro una nueva forma de medir la actividad de la orexina, esto abre nuevas vías para el tratamiento médico. Existe un vínculo establecido desde hace mucho tiempo entre una interrupción en la regulación de la orexina y la narcolepsia del trastorno del sueño. Recientemente, sin embargo, también se han observado vínculos con otras afecciones neurológicas, como el Alzheimer, los accidentes cerebrovasculares y el trastorno genético del síndrome de Prader-Willi. En esta última condición, un mal funcionamiento en el diencéfalo o intercerebro, donde se encuentra el hipotálamo, conduce a síntomas físicos, cognitivos y metabólicos severos.

Las cuatro condiciones tienen un componente de trastorno del sueño. En el futuro, examinar el tamaño de la pupila podría ayudar a investigar con mayor precisión la influencia de la orexina en estas afecciones, y posiblemente incluso simplificar y mejorar el diagnóstico, dice Burdakov. En la actualidad, el diagnóstico de narcolepsia aún requiere una punción lumbar, que es un procedimiento invasivo.

Desbloqueo de la regulación de la conciencia.

Como neurocientífico, Grujic ve su descubrimiento principalmente como una clave para comprender mejor cómo se regulan las funciones centrales de nuestra conciencia. «Lograr el equilibrio entre centrarnos en lo familiar y permitir que nuestros pensamientos divaguen y exploren el mundo que nos rodea es una parte esencial de nuestra capacidad para adaptarnos a nuevas situaciones», dice. La prevalencia y el rango de los trastornos por déficit de atención que se diagnostican hoy en día muestran lo difícil que puede ser mantener este equilibrio, dice Grujic.

La orexina es uno de varios sistemas neuromoduladores (otros incluyen la noradrenalina y la serotonina) que regulan este equilibrio. Estos sistemas inclinan la balanza hacia un lado u otro según las necesidades del organismo. En los primeros días de la evolución humana, por ejemplo, los cazadores-recolectores hambrientos tenían que buscar una fuente de alimento. Si eran recompensados ​​​​por el descubrimiento de algo para comer, tenían que cambiar su enfoque a su entorno para poder espiar más comida. Y cuando los primeros humanos finalmente se saciaron, pudieron centrar su atención en satisfacer sus otras necesidades.

Múltiples subconjuntos de neuronas para funciones específicas

En su estudio de las neuronas de orexina, el grupo de investigación de Burdakov logró identificar subconjuntos que están involucrados en una variedad de funciones neuronales y, por lo tanto, en diferentes componentes de este equilibrio. Usando un tipo especial de microscopía de fluorescencia, los científicos observaron la respuesta de las neuronas de orexina individuales en ratones y la compararon con las fluctuaciones en el tamaño de la pupila. Utilizaron microscopía de dos fotones, que hace posible observar las actividades de células individuales en el cerebro.

Los investigadores descubrieron neuronas cuya actividad se correlacionó positivamente con el tamaño de la pupila y, por lo tanto, con el nivel de excitación del ratón, y otras cuya actividad se correlacionó negativamente. También encontraron algunas células que influían en el tamaño de la pupila y respondían a las recompensas, así como otras que estaban conectadas con solo uno de los dos factores.

Candidato para la regulación de nivel superior de nuestra conciencia

La identificación de estos subconjuntos especializados dentro de las neuronas de orexina proporciona una visión inicial de las formas en que están conectados para respaldar las funciones centrales de nuestra conciencia. Además, Grujic dice que la influencia de la orexina en una serie de diferentes estados de comportamiento, desde la atención, el cambio de sueño y vigilia y la búsqueda de recompensas hasta el apetito y el consumo de energía, lo convierte en un candidato principal para su regulación de nivel superior.

Los hallazgos de los investigadores de ETH abren la puerta a muchas más vías de investigación científica sobre la identificación de subconjuntos de neuronas adicionales y cómo interactúan, tanto entre sí como con los sistemas de serotonina y noradrenalina.

Los investigadores asumen que responder a estas preguntas conducirá no solo a una comprensión mucho más detallada de cómo se regulan nuestras funciones vitales. También prevén beneficios en el diagnóstico y tratamiento de los trastornos de la atención y del sueño y de las condiciones relacionadas. Y como sugieren los ejemplos de la enfermedad de Alzheimer y el accidente cerebrovascular, estos beneficios podrían ser mayores de lo que parecen al principio.