Las vías neuronales para emociones negativas (rojas) y positivas (verdes) a menudo se entrelazan. Imagen: Praneeth Namburi et al. Fuente: NIH.
Los neurocientíficos han descubierto los circuitos del cerebro que codifican asociaciones aprendidas positivas y negativas en los ratones.
Tras descubrir que dos circuitos mostraban actividad opuesta tras aprender el miedo y la recompensa, los investigadores demostraron que esta actividad divergente provoca conductas de evasión o de recompensa.
Financiado por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) estadounidenses, los científicos utilizaron herramientas de óptica genética de vanguardia para identificar estos mecanismos críticos para la supervivencia, que también están implicados en la enfermedad mental.
"Este estudio es un ejemplo del poder de las nuevas herramientas moleculares que pueden actuar sobre el mismo circuito para ver lo que impulsa el comportamiento", explica Thomas R. Insel, director del Instituto Nacional de Salud Mental (NIMH), en la nota de prensa de los NIH. "Una mejor comprensión de cómo funciona esa memoria emocional promete resolver misterios sobre los trastornos de circuitos cerebrales en los que se interrumpen esos mecanismos."
Desvelando un enigma
Kay Tye, del NIMH, Praneeth Namburi y Anna Beyeler, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en Cambridge, y sus colegas, informan sobre sus hallazgos en la revista Nature.
Antes del nuevo estudio, los científicos sospechaban que estos circuitos estaban implicados en última instancia, pero se sorprendieron por una aparente paradoja. Un cruce de circuitos convergentes en un centro emocional en lo más profundo del cerebro, la amígdala basolateral, parecía estar implicado tanto en el aprendizaje del miedo como en el de la recompensa; pero cómo una región del cerebro podría orquestar tales comportamientos opuestos -de aproximación y de evitación- seguía siendo un enigma. ¿Cómo podrían las señales encontrar el camino adecuado a seguir en esta encrucijada?
Para averiguarlo, Tye y sus colegas exploraron si dos vías sospechosas a las que conducía la encrucijada podrían contener pistas. Una vía conducía a un centro de recompensa, el núcleo accumbens, y la otra a un centro de miedo cercano, la amígdala centromedial.
Cada vía del circuito se compone de poblaciones separadas de neuronas entrelazadas. Los investigadores utilizaron primero trazadores fluorescentes para determinar qué neuronas pertenecían a cada circuito. Luego midieron un indicador de conectividad -la fuerza de las conexiones neuronales- en las vías, después de que los ratones fueran sometidos al aprendizaje del temor o de la recompensa. Los animales fueron entrenados bien para temer un tono vinculado a una descarga bien para asociar el tono con una recompensa de azúcar.
Tras descubrir que dos circuitos mostraban actividad opuesta tras aprender el miedo y la recompensa, los investigadores demostraron que esta actividad divergente provoca conductas de evasión o de recompensa.
Financiado por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) estadounidenses, los científicos utilizaron herramientas de óptica genética de vanguardia para identificar estos mecanismos críticos para la supervivencia, que también están implicados en la enfermedad mental.
"Este estudio es un ejemplo del poder de las nuevas herramientas moleculares que pueden actuar sobre el mismo circuito para ver lo que impulsa el comportamiento", explica Thomas R. Insel, director del Instituto Nacional de Salud Mental (NIMH), en la nota de prensa de los NIH. "Una mejor comprensión de cómo funciona esa memoria emocional promete resolver misterios sobre los trastornos de circuitos cerebrales en los que se interrumpen esos mecanismos."
Desvelando un enigma
Kay Tye, del NIMH, Praneeth Namburi y Anna Beyeler, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en Cambridge, y sus colegas, informan sobre sus hallazgos en la revista Nature.
Antes del nuevo estudio, los científicos sospechaban que estos circuitos estaban implicados en última instancia, pero se sorprendieron por una aparente paradoja. Un cruce de circuitos convergentes en un centro emocional en lo más profundo del cerebro, la amígdala basolateral, parecía estar implicado tanto en el aprendizaje del miedo como en el de la recompensa; pero cómo una región del cerebro podría orquestar tales comportamientos opuestos -de aproximación y de evitación- seguía siendo un enigma. ¿Cómo podrían las señales encontrar el camino adecuado a seguir en esta encrucijada?
Para averiguarlo, Tye y sus colegas exploraron si dos vías sospechosas a las que conducía la encrucijada podrían contener pistas. Una vía conducía a un centro de recompensa, el núcleo accumbens, y la otra a un centro de miedo cercano, la amígdala centromedial.
Cada vía del circuito se compone de poblaciones separadas de neuronas entrelazadas. Los investigadores utilizaron primero trazadores fluorescentes para determinar qué neuronas pertenecían a cada circuito. Luego midieron un indicador de conectividad -la fuerza de las conexiones neuronales- en las vías, después de que los ratones fueran sometidos al aprendizaje del temor o de la recompensa. Los animales fueron entrenados bien para temer un tono vinculado a una descarga bien para asociar el tono con una recompensa de azúcar.
Los investigadores inyectaron marcadores verdes y rojos para analizar las dos vías a las que lleva el cruce de caminos de la amígdala basolateral (BLA): el centro de recompensa núcleo accumbens (NAc) y el de miedo, amígadala centromedial (CeM). Imagen: Praneeth Namburi et al. Fuente: NIH.
Resultados: circuitos entrelazados
Sorprendentemente, la conectividad de la encrucijada con las vías del centro de recompensa disminuyó tras aprender a tener miedo y aumentó con el aprendizaje de recompensa. Por el contrario, la conectividad con las vías del centro del miedo aumentó con el aprendizaje del miedo y disminuyó tras el aprendizaje de recompensa.
Estos mecanismos convergentes en circuitos anatómicamente entrelazados podrían dar pistas sobre cómo las asociaciones emocionales positivas y negativas pueden influirse mutuamente, sugiere Tye.
Para demostrar una relación causal entre los circuitos identificados y el comportamiento, el equipo de Tye utilizó la optogenética, que permite controlar con pulsos de luz los circuitos cerebrales de animales modificados genéticamente para responder a la luz.
Estimulando ópticamente la vía del centro de recompensa mejoró el refuerzo positivo, mientras que estimular la vía del centro del miedo fomentaba el refuerzo negativo. Del mismo modo, el bloqueo de la vía del centro del miedo perjudicaba el aprendizaje del mismo, y mejoraba el aprendizaje de recompensa.
Finalmente, los investigadores identificaron características electrofisiológicas, anatómicas y genéticas de los dos circuitos que ayudaron a explicar las respuestas de conectividad opuestas.
"Teniendo en cuenta que muchos de los problemas de salud mental, como ansiedad, adicción y depresión, pueden surgir de perturbaciones en el procesamiento emocional, estos hallazgos podrían ayudar a allanar el camino a un enfoque basado en circuitos para el tratamiento de las enfermedades mentales", dice Tye.
Sorprendentemente, la conectividad de la encrucijada con las vías del centro de recompensa disminuyó tras aprender a tener miedo y aumentó con el aprendizaje de recompensa. Por el contrario, la conectividad con las vías del centro del miedo aumentó con el aprendizaje del miedo y disminuyó tras el aprendizaje de recompensa.
Estos mecanismos convergentes en circuitos anatómicamente entrelazados podrían dar pistas sobre cómo las asociaciones emocionales positivas y negativas pueden influirse mutuamente, sugiere Tye.
Para demostrar una relación causal entre los circuitos identificados y el comportamiento, el equipo de Tye utilizó la optogenética, que permite controlar con pulsos de luz los circuitos cerebrales de animales modificados genéticamente para responder a la luz.
Estimulando ópticamente la vía del centro de recompensa mejoró el refuerzo positivo, mientras que estimular la vía del centro del miedo fomentaba el refuerzo negativo. Del mismo modo, el bloqueo de la vía del centro del miedo perjudicaba el aprendizaje del mismo, y mejoraba el aprendizaje de recompensa.
Finalmente, los investigadores identificaron características electrofisiológicas, anatómicas y genéticas de los dos circuitos que ayudaron a explicar las respuestas de conectividad opuestas.
"Teniendo en cuenta que muchos de los problemas de salud mental, como ansiedad, adicción y depresión, pueden surgir de perturbaciones en el procesamiento emocional, estos hallazgos podrían ayudar a allanar el camino a un enfoque basado en circuitos para el tratamiento de las enfermedades mentales", dice Tye.
Referencia bibliográfica:
Praneeth Namburi, Anna Beyeler, Suzuko Yorozu, Gwendolyn G. Calhoon, Sarah A. Halbert, Romy Wichmann, Stephanie S. Holden, Kim L. Mertens, Melodi Anahtar, Ada C. Felix-Ortiz, Ian R. Wickersham, Jesse M. Gray, Kay M. Tye: A circuit mechanism for differentiating positive and negative associations. Nature (2015). DOI: 10.1038/nature14366.
Praneeth Namburi, Anna Beyeler, Suzuko Yorozu, Gwendolyn G. Calhoon, Sarah A. Halbert, Romy Wichmann, Stephanie S. Holden, Kim L. Mertens, Melodi Anahtar, Ada C. Felix-Ortiz, Ian R. Wickersham, Jesse M. Gray, Kay M. Tye: A circuit mechanism for differentiating positive and negative associations. Nature (2015). DOI: 10.1038/nature14366.