¿Opciones difíciles? Pregúntale a la dopamina de tu cerebro

¿Opciones difíciles? Pregúntale a la dopamina de tu cerebro

Los investigadores de Salk aprenden cómo la dopamina gobierna las decisiones en curso, lo que arroja información sobre el Parkinson y la adicción a las drogas.

LA JOLLA—Digamos que está buscando la taza de fruta en un buffet, pero en el último segundo cambia de marcha y toma una magdalena en su lugar. Emocionalmente, su decisión es un estofado complejo de culpa y anticipación deliciosa. Pero físicamente es un cambio simple: en lugar de mover la mano hacia la izquierda, tu mano fue hacia la derecha. Tales cambios de una fracción de segundo interesan a los neurocientíficos porque juegan un papel importante en las enfermedades que implican problemas para seleccionar una acción, como el Parkinson y la adicción a las drogas.

En la publicación en línea del 9 de marzo de 2017 de la revista Neurona, los científicos del Instituto Salk informan que la concentración de una sustancia química cerebral llamada dopamina rige las decisiones sobre las acciones con tanta precisión que medir el nivel justo antes de una decisión permite a los investigadores predecir con precisión el resultado. Además, los científicos encontraron que cambiar el nivel de dopamina es suficiente para alterar la próxima elección. El trabajo puede abrir nuevas vías para el tratamiento de trastornos tanto en los casos en los que una persona no puede seleccionar un movimiento para iniciar, como la enfermedad de Parkinson, como en aquellos en los que alguien no puede detener acciones repetitivas, como el trastorno obsesivo-compulsivo (TOC) o la adicción a las drogas. .

“Debido a que no podemos hacer más de una cosa a la vez, el cerebro está constantemente tomando decisiones sobre qué hacer a continuación”, dice Xin-jin, profesor asistente en el Laboratorio de Neurobiología Molecular de Salk y autor principal del artículo. “En la mayoría de los casos, nuestro cerebro controla estas decisiones a un nivel más alto que hablar directamente con músculos particulares, y eso es lo que mi laboratorio quiere comprender mejor”.

Cuando decidimos realizar una acción voluntaria, como atarse los cordones de los zapatos, la parte externa de nuestro cerebro (la corteza) envía una señal a una estructura más profunda llamada cuerpo estriado, que recibe dopamina para orquestar la secuencia de eventos: agacharse, agarrar el cordones, atando los nudos. Las enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson dañan las neuronas liberadoras de dopamina, lo que afecta la capacidad de una persona para ejecutar una serie de comandos. Por ejemplo, si le pide a los pacientes de Parkinson que dibujen una forma de V, podrían dibujar bien la línea que baja o la línea que sube. Pero tienen grandes dificultades para hacer el cambio de una dirección a la otra y pasan mucho más tiempo en la transición. Antes de que los investigadores puedan desarrollar terapias dirigidas para tales enfermedades, deben comprender exactamente cuál es la función de la dopamina en un nivel neurológico fundamental en los cerebros normales.

El equipo de Jin diseñó un estudio en el que los ratones eligieron entre presionar una de las dos palancas para obtener una golosina azucarada. Las palancas estaban en el lado derecho e izquierdo de una cámara hecha a medida, con el dispensador de golosinas en el medio. Las palancas se retrajeron de la recámara al comienzo de cada prueba y reaparecieron después de dos u ocho segundos. Los ratones aprendieron rápidamente que cuando las palancas reaparecían después del tiempo más corto, al presionar la palanca izquierda se obtenía una golosina. Cuando reaparecieron después de un tiempo más largo, presionar la palanca derecha resultó en un placer. Por lo tanto, los dos lados representaron una situación simplificada de dos opciones para los ratones: inicialmente se movieron hacia el lado izquierdo de la cámara, pero si las palancas no reaparecían dentro de un cierto período de tiempo, los ratones se desplazaban hacia el lado derecho. en una decisión interna.

“Este diseño en particular nos permite hacer una pregunta única sobre lo que sucede en el cerebro durante este cambio mental y físico de una elección a otra”, dice Hao Li, investigador asociado de Salk y co-primer autor del artículo.

Mientras los ratones realizaban los ensayos, los investigadores utilizaron una técnica llamada voltamperometría cíclica de barrido rápido para medir la concentración de dopamina en el cerebro de los animales a través de electrodos incrustados mucho más finos que un cabello humano. La técnica permite una medición en una escala de tiempo muy fina (en este estudio, el muestreo se realizó 10 veces por segundo) y, por lo tanto, puede indicar cambios rápidos en la química cerebral. Los resultados de la voltamperometría mostraron que las fluctuaciones en el nivel de dopamina cerebral estaban estrechamente asociadas con la decisión del animal. Los científicos pudieron predecir con precisión la próxima elección de palanca del animal basándose solo en la concentración de dopamina.

Curiosamente, otros ratones que recibieron una golosina presionando cualquiera de las palancas (para eliminar el elemento de elección) experimentaron un aumento de dopamina a medida que se realizaban las pruebas, pero en contraste sus niveles permanecieron por encima de la línea de base (no fluctuaron por debajo de la línea de base) todo el tiempo indicando el papel evolutivo de la dopamina cuando se trata de una elección.

“Estamos muy entusiasmados con estos hallazgos porque indican que la dopamina también podría estar involucrada en una decisión en curso, más allá de su conocido papel en el aprendizaje”, agrega el co-primer autor del artículo, Christopher Howard, colaborador de investigación de Salk.

Para verificar que el nivel de dopamina provocó el cambio de elección, en lugar de simplemente estar asociado con él, el equipo utilizó ingeniería genética y herramientas moleculares, incluida la activación o inhibición de neuronas con luz en una técnica llamada optogenética, para manipular los niveles de dopamina del cerebro de los animales en condiciones reales. hora. Descubrieron que podían cambiar bidireccionalmente a los ratones de una palanca a otra al aumentar o disminuir los niveles de dopamina.

Jin dice que estos resultados sugieren que los niveles de dopamina que cambian dinámicamente están asociados con la selección continua de acciones. “Creemos que si pudiéramos restaurar la dinámica de la dopamina adecuada, en la enfermedad de Parkinson, el TOC y la adicción a las drogas, las personas podrían tener un mejor control de su comportamiento. Este es un paso importante para comprender cómo lograrlo ".

El trabajo fue financiado por la Los Institutos Nacionales de Salud, La Fundación Dana, la Fundación Médica Ellison y del Fundación Whitehall.