La corteza prefrontal, una estructura grande y recientemente desarrollada que envuelve la parte frontal del cerebro, tiene un control "ejecutivo" poderoso sobre el comportamiento, particularmente en humanos. Los detalles de cómo ejerce ese control han sido esquivos, pero la Facultad de Medicina de la UNCcientíficos, publicando en Naturaleza , ahora he descubierto algunos de esos detalles, utilizando técnicas sofisticadas para registrar y controlar la actividad de las neuronas en ratones vivos.
Los científicos de UNC, dirigidos por Garret Stuber, PhD, profesor asociado en los departamentos de psiquiatría y biología celular y fisiología de UNC, examinaron dos poblaciones distintas de neuronas prefrontales, cada una de las cuales se proyecta a una región cerebral diferente fuera de la corteza. Los investigadores encontraronque a medida que los ratones aprenden a asociar un sonido particular con una bebida azucarada gratificante, un conjunto de neuronas prefrontales se vuelve más activo y promueve lo que los investigadores llaman comportamiento de búsqueda de recompensas, un signo de mayor motivación. Por el contrario, otras neuronas prefrontales se silencian en respuestaal tono, y esas neuronas actúan como un freno en la búsqueda de recompensas.
"Hemos sabido que hay muchas diferencias en la forma en que las neuronas prefrontales responden a los estímulos, pero nadie realmente ha podido mapear estas diferencias en el cableado intrínseco del cerebro", dijo Stuber, autor principal del estudio ymiembro del Centro de Neurociencia de la UNC.
Stuber y sus colegas obtuvieron sus hallazgos con el uso de tres herramientas de neurociencia sofisticadas y relativamente nuevas: imágenes de dos fotones en el cerebro profundo, optogenética y técnicas genéticas para etiquetar las neuronas por sus objetivos de proyección en el cerebro. La combinación exitosa de estas herramientasanuncia su futuro uso común en la definición de las vías y funciones de muchas otras redes cerebrales para ayudar a descubrir las raíces del comportamiento normal y anormal.
El estudio, realizado por los primeros autores y becarios posdoctorales de la UNC James Otis, PhD, y Vijay Namboodiri, PhD, se centró en la corteza prefrontal dorsomedial superior-media, o dmPFC.
"Esta región es crítica para el procesamiento de recompensas, la toma de decisiones y la flexibilidad cognitiva, entre otras cosas, pero no estaba claro cómo distintas poblaciones de neuronas dentro de dmPFC orquestan tales fenómenos", dijo Stuber.
Stuber y sus colegas examinaron cómo cambia la actividad de las neuronas dmPFC durante un proceso de acondicionamiento de recompensa pavloviano. En este proceso, los ratones aprenden a asociar un tono auditivo con un sabor a líquido azucarado hasta que el tono en sí mismo sea suficiente para que los animales comiencen a lameralrededor de sus bocas en anticipación.
"Este experimento simple modela un fenómeno de aprendizaje que ocurre en muchas regiones cerebrales diferentes", dijo Stuber. "Es crítico para la motivación y la toma de decisiones, y por supuesto puede salir mal en la adicción a las drogas y los alimentos, la depresión y otrostrastornos neuropsiquiátricos "
A medida que los ratones en el experimento aprendieron a asociar el tono con la bebida dulce, los investigadores descubrieron que un subconjunto de las neuronas dmPFC del ratón se excitaba cada vez más cuando sonaba el tono, mientras que otro subconjunto se volvió cada vez más silencioso. Los investigadores pudieron observareste fenómeno mediante el uso de una versión de imágenes de dos fotones en el cerebro profundo, una técnica en la que un microscopio visualiza cientos de células cerebrales simultáneamente en ratones que están despiertos y pueden realizar algunos comportamientos comunes.
Se sabe que el dmPFC emite muchas de sus señales químicas a otras dos regiones del cerebro, el núcleo accumbens NAc y el núcleo paraventricular del tálamo PVT, que se consideran importantes para el comportamiento dirigido por la recompensa.descubrieron que las neuronas que proyectan NAc en el dmPFC eran las que se excitaban cada vez más por el tono, y las neuronas que proyectaban PVT eran las que se suprimían cada vez más. Los dos conjuntos de neuronas resultaron estar físicamente separados dentro del dmPFC solamentepor unos pocos cientos de micrómetros.
El equipo luego usó técnicas optogenéticas para impulsar artificialmente las actividades de estas neuronas. La optogenética permite a los investigadores usar haces de luz para activar poblaciones específicas de neuronas. Al conducir las neuronas que proyectan NAc, los ratones anticiparon su dulce recompensa más intensamente, conmás lamidos después del tono. Por el contrario, impulsar las neuronas que proyectan PVT silenciaron ese comportamiento anticipatorio y de búsqueda de recompensas.
Los hallazgos representan una demostración básica de cómo el dmPFC ha evolucionado poblaciones neuronales anatómicamente distintas que tienen un control funcionalmente distinto sobre el comportamiento, dijo Stuber. Y el descubrimiento apunta a la existencia de combinaciones similares de mecanismos de control en otras partes del cerebro.
Él y sus colegas ahora están siguiendo estudios de neuronas dmPFC que se proyectan a otras regiones del cerebro.
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Materiales proporcionado por Cuidado de la salud de la Universidad de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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