resumen: Los investigadores descubrieron que el neurotransmisor Orexin, y no la hormona del estrés noradrenalina, regula el tamaño de la pupila, desafiando la comprensión previa. Las neuronas de orexina influyen en el tamaño de la pupila en respuesta a estados emocionales y estrés mental, no solo a la exposición a la luz.
Los hallazgos relacionan la actividad de la orexina con varias afecciones neurológicas, incluidas la narcolepsia y la enfermedad de Alzheimer, lo que brinda nuevas vías de diagnóstico. Esta investigación también puede arrojar luz sobre nuestra comprensión de la regulación de la conciencia y la atención.
Hechos clave:
- Las neuronas de orexina, no la noradrenalina, son las principales responsables de regular el tamaño de la pupila, lo que desafía la creencia científica de larga data.
- Los investigadores encontraron una relación dependiente de la dosis entre la actividad de las neuronas de orexina y el diámetro de la pupila, lo que proporciona una forma directa de medir la actividad de la orexina.
- Estos hallazgos relacionan la orexina con varias afecciones neurológicas, como el Alzheimer, la narcolepsia, los accidentes cerebrovasculares y el síndrome de Prader-Willi, lo que podría simplificar y mejorar los métodos de diagnóstico.
fuente: ETH Zúrich
La forma en que el cerebro regula el tamaño de la pupila es diferente de lo que se pensaba anteriormente: el neurotransmisor Orexina es el principal responsable, como han demostrado ahora los investigadores de ETH Zurich.
Este descubrimiento podría cambiar nuestra comprensión de la conciencia y enfermedades como la narcolepsia y la enfermedad de Alzheimer.
“El efecto fue tan poderoso que supimos de inmediato que estábamos tramando algo importante”, recuerda Nicola Groetsch, investigadora postdoctoral en el Laboratorio de Dinámica Neuroconductual de ETH Zurich.
A través de una serie de experimentos preliminares en ratones, estudió lo que se conoce como neuronas de orexina, una de las principales áreas de investigación del laboratorio. Se dio cuenta de que la estimulación de las neuronas hizo que las pupilas de los ratones se dilataran significativamente.
“A menudo, los efectos de la neuroestimulación se pierden en el ruido de los datos de medición, que luego tenemos que filtrar minuciosamente para encontrarlos. Esta vez fue diferente. El efecto era claramente visible”, dice.
Descrito por primera vez en 1998, las neuronas de orexina se extienden desde el hipotálamo a todas las demás regiones del cerebro, incluidas las que controlan la conciencia y las funciones autónomas. Estas neuronas están involucradas en la regulación del cambio entre el sueño y la vigilia, la capacidad de atención, el sistema de recompensa, el apetito y el gasto de energía, entre otros.
Necesario para el estado normal de la pupila.
Como han demostrado las mediciones de Grujic, las neuronas de orexina influyen directamente en una propiedad central del estado emocional de un individuo: no solo los estímulos luminosos hacen que las pupilas cambien de tamaño, sino también el estrés mental y las impresiones emocionales.
Denominados apropiadamente en el lenguaje coloquial como ventanas al alma, los alumnos se utilizan de forma rutinaria tanto en exámenes médicos como psicológicos: el tamaño de la pupila puede proporcionar una medida de la atención y otras funciones controladas subconscientemente de un organismo.
Hasta ahora, el principal determinante del tamaño de la pupila junto con la luz ha sido la noradrenalina -más conocida como la hormona del estrés- y su sistema receptor.
Pero ahora, los investigadores de ETH han demostrado que, en cambio, este papel debería atribuirse al neurotransmisor Orexina y su sistema receptor.
De hecho, las neuronas de noradrenalina no pueden mantener un estado pupilar normal sin las neuronas de orexina. Si el sistema de orexina está apagado, las pupilas permanecen muy contraídas.
“Esencialmente, las neuronas de noradrenalina son esclavas de las neuronas de orexina”, dice el profesor de ETH Denis Burdakov, en una deliciosa descripción de esta relación de dependencia.
Asociación de narcolepsia
En sus experimentos, los investigadores también establecieron un vínculo dependiente de la dosis entre la actividad neuronal y el diámetro de la pupila. “Los alumnos nos muestran específicamente qué tan activas son las neuronas de orexina en el hipotálamo”, dice Burdakov.
Además de proporcionar a los investigadores del cerebro una nueva forma de medir la actividad de la orexina, esto abre nuevas vías para el tratamiento médico. Existe una asociación de larga data entre el trastorno de la regulación de la orexina y la narcolepsia.
Sin embargo, recientemente se ha observado que está asociado con otras afecciones neurológicas como la enfermedad de Alzheimer, los accidentes cerebrovasculares y el trastorno genético del síndrome de Prader-Willi.
En esta última condición, un mal funcionamiento del diencéfalo o cerebro interno, donde se encuentra el hipotálamo, conduce a síntomas físicos, cognitivos y metabólicos graves.
Las cuatro condiciones tienen un componente de trastorno del sueño. En el futuro, dice Burdakov, examinar el tamaño de la pupila podría ayudar a buscar con mayor precisión el efecto de la orexina en estas afecciones, y tal vez incluso simplificar y mejorar el diagnóstico. Actualmente, el diagnóstico de narcolepsia aún requiere una punción lumbar, que es un procedimiento invasivo.
Regulación de conciencia abierta
Como neurocientífico, Grotsch considera que su descubrimiento es clave para comprender mejor cómo se regulan las funciones básicas de nuestra conciencia.
“Equilibrar el enfoque en cosas familiares, permitir que nuestros pensamientos divaguen y explorar el mundo que nos rodea es una parte clave de nuestra capacidad para adaptarnos a nuevas situaciones”, dice.
La prevalencia y variedad de trastornos por déficit de atención que se diagnostican hoy en día muestra lo difícil que puede ser mantener ese equilibrio, dice Grotich.
La orexina es uno de varios sistemas neurorreguladores (otros incluyen la noradrenalina y la serotonina) que regulan este equilibrio. Estos sistemas inclinan la balanza hacia un lado u otro en función de las necesidades del organismo.
En los primeros días de la evolución humana, por ejemplo, los cazadores-recolectores hambrientos tenían que deambular en busca de una fuente de alimento. Si son recompensados al detectar algo que están comiendo, deben cambiar su enfoque a su entorno para poder espiar más comida.
Y cuando los primeros humanos finalmente estuvieron satisfechos, pudieron centrar su atención en satisfacer sus otras necesidades.
Múltiples subconjuntos de neuronas para funciones específicas
En su estudio de las neuronas de orexina, el grupo de investigación de Burdakov pudo identificar subgrupos involucrados en una variedad de funciones neuronales y, por lo tanto, en diferentes componentes de esta homeostasis.
Usando un tipo especial de microscopía fluorescente, los científicos observaron la respuesta de las neuronas individuales a la orexina en ratones y la compararon con las fluctuaciones en el tamaño de la pupila. Utilizaron un microscopio de dos fotones, que hace posible monitorear las actividades de células individuales en el cerebro.
Los investigadores descubrieron neuronas cuya actividad se correlacionaba positivamente con el tamaño de las pupilas del ojo y, por tanto, con el nivel de excitación del ratón, y cuya actividad se correlacionaba negativamente.
También encontraron algunas células que afectaban el tamaño de la pupila y respondían a las recompensas, así como otras que estaban asociadas con solo uno de los dos factores.
Candidato a un nivel superior de organización
La identificación de estos subconjuntos especializados dentro de las neuronas de orexina proporciona una visión inicial de las formas en que están conectadas para respaldar las funciones centrales de nuestra conciencia.
Además, Grujic dice que el efecto de la orexina en una variedad de diferentes estados de comportamiento, desde la atención, el sueño, el cambio, la vigilia y la búsqueda de recompensas hasta el apetito y el gasto de energía, lo convierte en un candidato principal para la regulación de mayor nivel.
Los hallazgos de los investigadores de ETH abren la puerta a muchas vías de investigación científica relacionadas con la identificación de subconjuntos adicionales de neuronas y cómo interactúan entre sí y con los sistemas de serotonina y norepinefrina.
Los investigadores plantean la hipótesis de que responder a estas preguntas no solo conducirá a una comprensión más detallada de cómo se regulan nuestras funciones vitales.
También anticipan beneficios en el diagnóstico y tratamiento de trastornos de atención y sueño y condiciones relacionadas. Y como sugieren los ejemplos de la enfermedad de Alzheimer y el accidente cerebrovascular, estos beneficios pueden ser mayores de lo que parecen.
Sobre esta investigación en Neuroscience News
autor: daniel merhans
fuente: ETH Zúrich
comunicación: Daniel Meierhans – ETH Zúrich
imagen: Imagen acreditada a Neuroscience News
Búsqueda original: acceso abierto.
“El control del tamaño de la pupila y su codificación por las neuronas de orexina hipotalámicasEscrito por Grujic N et al. Neurociencia natural
un resumen
El control del tamaño de la pupila y su codificación por las neuronas de orexina hipotalámicas
Las neuronas cerebrales de orexina (hipocretina) están involucradas en el cambio de sueño-vigilia y en la búsqueda de recompensas, pero su papel en la dinámica del despertar rápido y la percepción de recompensas no está claro.
Aquí, la estimulación específica de células, la eliminación y las grabaciones in vivo revelaron fuertes vínculos correlativos y causales entre la dilatación de la pupila, un marcador de excitación cuántica, y la actividad celular de orexina.
La codificación de la excitación y la recompensa se distribuyó en las células de orexina, lo que sugiere que están especializadas en conexiones rápidas y múltiples con estados momentáneos de excitación y recompensa.
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