Los científicos detallan la dinámica cerebral implicada en las condiciones neurológicas

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, 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 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 Avances de la ciencia, esta investigación en ratones proporciona evidencia de cómo se altera la dinámica de DMN 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 IRM Animal (CAMRI) en el Centro de Imaginación de Investigación Biomédica (BRIC) de la UNC. «Pero cómo un sistema de neurotransmisor específico altera la dinámica de todo el cerebro sigue sin entenderse 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, dirigieron 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 condujo a una constricción de los vasos sanguíneos en esa región y, al mismo tiempo, aumentó los cambios de actividad de fMRI de baja frecuencia en las regiones corticales frontales de la DMN.

Luego, los científicos crearon 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 de la LC puede aumentar la actividad de aumento de las neuronas corticales frontales, al tiempo que reduce el volumen de sangre.

«Esto tiene implicaciones significativas para la interpretación de los datos de fMRI», dijo Shih, «porque se ha documentado ampliamente 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 de la DMN. Descubrieron que la corteza retroesplenial y las regiones del 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 se degeneran en la enfermedad de Alzheimer y Parkinson», dijo Shih.