Un mapa del apetito en el cerebro
DICYT Tenemos que reconocer que, por muy tentadora que sea la idea de empezar el almuerzo con una bonita tarta de chocolate, pocos serían los que harían esta elección. Y, sin embargo, al final de la comida, muchos elegirían el mismo pastel sin dudarlo.
La explicación de este fenómeno es que el "estado interno" del cuerpo cambia constantemente: a la hora del almuerzo, el cuerpo generalmente necesita proteínas, por lo que el cerebro promueve esa elección específica de alimentos. Sin embargo, luego de ingerida la proteína, los carbohidratos pueden ser una buena opción para garantizar las reservas de grasa del organismo.
Pero los estados internos rara vez son unidimensionales. Un individuo puede carecer de varios nutrientes al mismo tiempo (como proteínas y sal) o incluso estar embarazada, una condición que trae su propio conjunto de necesidades. ¿Cómo integra el cerebro todos estos estados internos, que ocurren en paralelo, y controla el comportamiento?
Un estudio publicado hoy en Nature proporciona una nueva visión de este complejo problema. "Mostramos que la forma en que el cerebro procesa las entradas sensoriales depende de si los animales están privados de ciertos nutrientes o si están preñados". "Dijo el autor principal del estudio, Carlos Ribeiro, investigador principal de la Fundación Champalimaud en Portugal. "A través de este trabajo, hemos identificado un principio general en el que los estados internos se integran para dar forma a la función cerebral y la toma de decisiones. La nueva estrategia basada en microscopía que que desarrollamos en este estudio podría ser valioso para comprender la base neuronal del comportamiento, tanto con respecto a la elección de alimentos como en general".
Aventurándose en un territorio neuronal desconocido
Para investigar cómo los estados internos dan forma al comportamiento, el equipo de Ribeiro se centró en una región relativamente poco conocida del cerebro de la mosca de la fruta llamada SEZ (zona subesofágica). Se cree que esta región juega un papel crucial en la elección de alimentos, ya que recibe la mayoría de los aportes de sabor y contiene las neuronas motoras que controlan la alimentación. Sin embargo, como esta región está compuesta principalmente por fibras neurales densamente enredadas, su subestructura anatómica no estaba bien definida.
Para entender cómo funciona, el equipo decidió crear un “atlas funcional” de SEZ. En otras palabras, identificaron las subestructuras que componen esta región y asignaron funciones específicas a cada una. Para lograr estos objetivos, Daniel Münch, autor principal del estudio, comenzó colocando un indicador de actividad fluorescente en cada neurona del cerebro de la mosca. Luego puede realizar neuroimágenes 3D en cuatro grupos de moscas, cada uno de los cuales representa diferentes estados internos.
"Queríamos entender cómo interactúan en el cerebro dos poderosos moduladores del apetito por las proteínas, la privación de proteínas y el estado reproductivo. Definimos cuatro grupos experimentales: vírgenes completamente alimentadas, vírgenes privadas de proteínas, moscas apareadas completamente alimentadas y moscas apareadas privadas de proteínas. Y nosotros registraron actividad neuronal en la SEZ mientras las moscas probaban sacarosa, agua y levadura (la fuente de proteína natural de la mosca)", explicó Münch.
Un mapa del apetito
El atlas que creó el equipo consta de 81 regiones que abarcan toda la SEZ. Estas regiones corresponden a la mayoría de las áreas sensoriales y motoras descritas previamente en la SEZ, y también incluyen regiones nuevas no identificadas previamente.
“Nuestro atlas identificó algunas regiones conocidas. Por ejemplo, una con forma de plátano, que recibe estímulos de las neuronas sensoriales que se encuentran en la probóscide (boca de la mosca)”, dijo Münch. "También descubrimos un área en forma de ala que llamamos la Región de las Mariposas, ubicada en la parte posterior de la SEZ. Más tarde, esta región resultó desempeñar un papel clave en el control del apetito por las proteínas".
Además de identificar nuevas regiones, el atlas también reveló el efecto del estado interno sobre la actividad neuronal, identificando la "región de la mariposa" como capaz de controlar el apetito por las proteínas. Las respuestas al agua y la sacarosa cambiaron poco en los cuatro grupos, mientras que la dieta rica en proteínas tuvo un efecto impresionante.
"En los animales privados de proteínas, la actividad provocada por el alimento rico en proteínas aumentó considerablemente en gran parte de la SEZ. El apareamiento, por otro lado, afectó principalmente la actividad en las regiones motoras de la SEZ. Esto fue algo sorprendente. , dado que se sabe que tanto apareamiento y privación de proteínas aumentan el apetito por las proteínas, no esperábamos encontrar patrones de respuesta tan diferentes", dijo Münch.
Además de estos resultados, los autores también fueron testigos del efecto sinérgico que tienen los estados internos combinados sobre la actividad neuronal. "Las hembras apareadas privadas de proteínas tenían la mayor actividad en las regiones motoras de la SEZ", explicó Münch. "Esto significa que, si bien este par de estados internos coexistentes (privación de proteínas y embarazo) se procesan en distintos circuitos neuronales, terminan convergiendo en la misma área y promoviendo el apetito por las proteínas".
Manipular las neuronas para inducir el deseo de proteínas
El equipo identificó nuevas regiones en la SEZ y caracterizó cómo los diferentes gustos y estados internos influyen en la actividad neuronal en estas regiones. Pero, ¿cómo lograron determinar si estas áreas estaban realmente involucradas en el control de las preferencias alimentarias?
"Fue entonces cuando nos enfocamos en la recién descubierta Región de las Mariposas, donde el sabor de la proteína evocaba una fuerte actividad neuronal", dijo Münch. "Nuestra hipótesis era que si realmente estuviera involucrado en este comportamiento, entonces podríamos influir en el apetito por las proteínas activando artificialmente las neuronas en esta región".
Los investigadores alinearon su atlas recién creado con otro atlas preexistente que mapea los patrones de inervación de grupos de neuronas. Después de haber seleccionado neuronas en la llamada región de la mariposa y activarlas en moscas completamente alimentadas, que normalmente prefieren la sacarosa a la proteína. Esta manipulación dio como resultado un marcado aumento en el apetito por las proteínas.
"Sentimos que habíamos cerrado el círculo: de la observación a la función", recordó Münch. "Primero, observamos la preferencia de alimentos en los cuatro grupos e identificamos que las moscas apareadas y privadas de proteínas tienen una preferencia alta en proteínas. Luego, visualizamos la actividad neuronal en la SEZ, creamos el atlas e identificamos nuevas regiones y confirmamos que una de estas regiones está involucrada en la generación del comportamiento que observamos inicialmente al manipular su actividad”.
“En conclusión, nuestro enfoque nos permite identificar y relacionar las neuronas con comportamientos específicos relacionados con la elección de alimentos y, potencialmente, también con otros comportamientos”, agregó Ribeiro. "Sería difícil implementar nuestro enfoque en cualquier otro sistema que no sea la mosca de la fruta. Las herramientas que tenemos hoy hacen de este modelo animal un sistema experimental increíble que nos permite diseccionar cómo funciona el cerebro. También se debe tener en cuenta que la SEZ es similar al tronco encefálico de los vertebrados. Por lo tanto, nuestros resultados tienen amplias implicaciones para la neurociencia y pueden inspirar futuros estudios que busquen cerrar la brecha entre el mapeo de la actividad cerebral completa y la disección de los circuitos funcionales. ¡Estos son tiempos realmente emocionantes para ser neurocientífico!" concluye.