Pequeña y aparentemente especializada, la región del locus coeruleus LC del cerebro ha sido estereotipada por su enorme exportación del neuromodulador norepinefrina estimulante de la excitación. En un nuevo artículo y con una nueva subvención de los Institutos Nacionales de Salud, un laboratorio de neurociencia del MITestá argumentando que el LC no es solo un botón de alarma, sino que tiene un impacto más matizado y multifacético en el aprendizaje, el comportamiento y la salud mental de lo que se le ha atribuido.
Con aportes de más de 100 regiones cerebrales y un control sofisticado de dónde y cuándo envía norepinefrina NE, la pequeña población de células sorprendentemente diversas del LC puede representar un importante regulador del aprendizaje de la recompensa y el castigo, y luego aplicar esoexperiencia para optimizar el comportamiento, dijo Mriganka Sur, profesora Newton de Neurociencia en el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria y el Departamento de Ciencias Cognitivas y Cerebrales del MIT.
"Lo que antes se consideraba un núcleo homogéneo que ejercía una influencia global y uniforme sobre sus diversas regiones objetivo, ahora se sugiere que es una población heterogénea de células liberadoras de NE, que potencialmente exhiben una modularidad espacial y temporal que gobierna sus funciones", escribióSur, el posdoctorado Vincent Breton-Provencher y la estudiante de posgrado Gabrielle Drummond en un artículo de revisión publicado el mes pasado en Fronteras en circuitos neuronales .
El artículo presenta abundante evidencia emergente del grupo de Sur y muchos otros, lo que sugiere que la LC puede integrar entradas sensoriales y estados cognitivos internos de todo el cerebro para ejercer con precisión su influencia mediada por NE para afectar las acciones, al estrangular la NE a lacorteza motora - y el procesamiento de la retroalimentación resultante de recompensa o castigo - estrangulando NE a la corteza prefrontal.
Para investigar esa hipótesis, el equipo ha comenzado a trabajar con una subvención de 5 años de los NIH de 2,1 millones de dólares concedida en abril. En este estudio, los ratones participan en tareas de aprendizaje en las que reciben indicaciones de tonos de distintos tonos y volúmenes.Durante el entrenamiento, los ratones aprenderán que cuando un tono es alto, presionar una palanca producirá una recompensa y cuando el tono es bajo, la respuesta correcta sería no presionar para que no experimente una bocanada de aire desagradable.volumen, los experimentadores variarán la certeza de que los ratones pueden sentir que escucharon la señal correctamente.
La hipótesis confirmada por datos preliminares predice que el NE importará de múltiples formas cruciales, dijo Sur. Cuando el ratón escucha el tono de señal, si el tono es bajo, el LC enviaría menos NE a través de un grupo de neuronas ala corteza motora, lo que refleja la creencia del animal de que no se debe empujar la palanca porque no se obtendrá ninguna recompensa. Mientras tanto, cuanto más bajo sea el volumen, menos certeza tendrá el animal en su decisión. Por el contrario, un tono alto de volumen alto enviaría más NE, reflejando la certeza del animal de que empujar la palanca produciría una recompensa.
Una vez que el ratón ha actuado, cuanto más sorprendente sea la retroalimentación, más NE producirá y enviará a través de un grupo distinto a la corteza prefrontal, lo que estimulará un mayor aprendizaje. Por ejemplo, si el ratón escucha un tono alto, débil y con cautelapresiona la palanca, la sorpresa de una recompensa resultante estimulará una fuerte salida de NE para instruir a la corteza prefrontal porque sus expectativas no eran muy altas. Siempre que un ratón adivine mal y sienta una bocanada de aire, eso estimulará la liberación de NE más fuerte parala corteza prefrontal. Después de esa dinámica, el equipo de Sur ha observado cambios consistentes en el rendimiento en el ensayo posterior.
"Esta es una forma en la que la noradrenalina puede considerarse una señal de excitación, pero también, lo que es más importante, en el contexto de la función continua es una señal de aprendizaje", dijo Sur. "Es tanto una señal de ejecución como una señal de aprendizaje, para ambos de los cuales podemos describir las relaciones cuantitativas reales. "
El equipo no solo medirá la actividad de las neuronas LC-NE, sino que también las controlará mediante optogenética en la que las neuronas se pueden controlar con luz, para que puedan silenciar o amplificar la salida LC-NE para mostrarcómo el hacer cada uno afecta la acción y el aprendizaje.
Comprender la verdadera naturaleza de cómo funciona el LC podría ser útil para mejorar los tratamientos para ciertos trastornos, dijo Sur. Un tratamiento potencial para el PTSD, por ejemplo, implica amortiguar la receptividad a la NE, pero que también promueve la somnolencia. Un tratamiento más preciso y basado en principiosel tratamiento podría mejorar la eficacia y reducir esos efectos secundarios, dijo.
"La esperanza es afectar la ansiedad pero no adormecerlo, si entendemos los objetivos y la teoría detrás de ella", dijo Sur. "Esa es la esperanza de la ciencia básica para tratar los trastornos: hacer las cosas cada vez más específicas, para definir los circuitos y la especificidad de las funciones en las que participa un sistema ".
Además, la LC es una región temprana afectada por la enfermedad de Alzheimer, dijo. Abordar esa pérdida de la manera correcta podría ayudar a mantener formas de aprendizaje y cognición.
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