Conozca las células cerebrales que podrían ayudarnos a adaptarnos a los cambios en la duración del día

Los científicos de la Escuela de Medicina de Harvard han descubierto un circuito cerebral que influye en la capacidad de adaptarse a los cambios en la duración del día, como los que ocurren de una estación a otra o cuando se viaja a través de zonas horarias.

El estudio, basado en investigaciones en ratones y publicado el 17 de julio en Nature , completa otra pieza del funcionamiento de los ritmos circadianos: las formas en que el cerebro ajusta el comportamiento y las funciones corporales en un ciclo de 24 horas, basado en señales externas como la presencia y ausencia de luz diurna.

El trabajo también revela una nueva forma en que pueden comportarse las células cerebrales.

Si se confirman en humanos en estudios posteriores, los hallazgos podrían ayudar a los investigadores a comprender la base de los ciclos de sueño-vigilia y actividad desfasados, que pueden contribuir al desarrollo de ciertas enfermedades, incluidos trastornos neurológicos, cardíacos y metabólicos.

Otros hallazgos también podrían informar el diseño de tratamientos para personas que luchan con cambios bruscos en la duración o el horario del día, como los trabajadores por turnos y los viajeros, o personas que tienen problemas de salud que se ven exacerbados por los cambios en la duración o el horario del día, incluida la esquizofrenia y el trastorno afectivo estacional, el trastorno depresivo mayor y el trastorno bipolar.

“Sabemos que la luz solar determina la fisiología y el comportamiento de los organismos, y que tenemos problemas de salud si nuestro cuerpo no anticipa adecuadamente el ciclo de luz y oscuridad, pero tendemos a pensar en eso a escala diaria, no estacional”, dijo Susan Dymecki , profesora George Fabyan de Genética en el Campo de Patología Comparada en el Instituto Blavatnik de HMS, cuyo laboratorio realizó el trabajo.

“Encontrar un circuito neuronal que contribuya significativamente a la capacidad de adaptarse a los cambios en el ciclo día-noche es emocionante”, afirmó. “Sería maravilloso si pudiera ayudarnos a comprender mejor cómo funciona nuestro cerebro y cómo podríamos ayudar a las personas a sincronizarse con esos cambios”.

Además, dijeron los investigadores, los resultados ofrecen información sobre cómo la exposición a formas de luz artificial durante la noche, incluidas las pantallas digitales, pueden confundir el sentido del cerebro de la duración del día y afectar la salud humana.

Parte de un circuito circadiano

El equipo, dirigido por Giacomo Maddaloni , investigador en genética en el laboratorio Dymecki, identificó un circuito cerebral con múltiples grupos de neuronas que juntas reconocen, decodifican e impulsan la adaptación conductual a los cambios en la cantidad de luz natural.

En el centro de este circuito se encuentra un conjunto de neuronas llamadas mr En1-Pet1. Maddaloni y sus colegas descubrieron que estas neuronas reciben señales de una región del cerebro llamada área preóptica, a la que las células nerviosas de la retina, en la parte posterior del ojo, le indican directamente si hay luz u oscuridad.

El equipo determinó que las neuronas mr En1-Pet1 luego envían señales a tres áreas del cerebro involucradas en los ritmos circadianos y los patrones de sueño-vigilia, incluido el reloj circadiano maestro del cuerpo, llamado núcleo superquiasmático o SCN.

Este descubrimiento situó a las neuronas mrEn1-Pet1 dentro de un circuito cerebral que comienza con la detección de la luz y continúa con la regulación del ritmo circadiano. Pero los investigadores se preguntaron cómo se comunicaban las neuronas.

Una historia de dos químicos

Los científicos ya sabían que las neuronas mrEn1-Pet1 liberan serotonina, una sustancia química que interviene en una gran variedad de funciones, desde la frecuencia respiratoria hasta el estado de ánimo y el apetito. Sin embargo, Maddaloni y sus colegas descubrieron que las células mrEn1-Pet1 probablemente también pueden liberar glutamato, una sustancia química que activa las neuronas que la reciben.

Un entendimiento común entre los científicos ha sido que las neuronas que pueden liberar una o más sustancias químicas lo hacen en todas las regiones del cerebro con las que se “comunican”. Para su sorpresa, el equipo de Dymecki descubrió que las neuronas mrEn1-Pet1 liberan serotonina y glutamato de forma independiente (a veces juntas, a veces por separado, a veces en diferentes cantidades) en las tres regiones del cerebro con las que se conectan.

“Es realmente genial el mecanismo que utilizan estas células”, dijo Maddaloni.

Los experimentos del equipo indicaron que las neuronas mrEn1-Pet1 captan la señal ambiental de duración de la luz o la oscuridad y modifican su distribución de serotonina y glutamato en consecuencia. Esto parece proporcionar información al reloj circadiano maestro, que la incorpora con otras entradas para decidir si debe ajustar la respuesta biológica del animal y, en última instancia, su comportamiento.

El bloqueo de varias partes del circuito afectó la capacidad de los ratones para adaptarse a los cambios en la duración del día. Cuando el equipo alargó o acortó la duración del “día” en el laboratorio, imitando el verano o el invierno, los ratones con alteraciones en el sistema mrEn1-Pet1 tardaron mucho más en sincronizar sus horas de sueño y vigilia con la nueva duración del día que los ratones normales y se demoraron en cambiar su actividad de correr en rueda a los horarios y duraciones adecuados.

“Los resultados fueron realmente sorprendentes”, afirmó Maddaloni. “Los ratones se despertaban una y otra vez según el ciclo de luz anterior. Eran ‘ciegos’ a los cambios de estación”.

Cuando las neuronas mrEn1-Pet1sufren una alteración, el SCN no se ajusta correctamente, confirmó Dymecki. “Afecta a un mecanismo fundamental del regulador circadiano maestro”.

Dymecki y Maddaloni quieren descubrir si esta capacidad de enviar diferentes neurotransmisores a distintas regiones del cerebro es exclusiva de las neuronas mrEn1-Pet1 .

De ratón a humano

La aplicabilidad de estos hallazgos a la salud humana dependerá de si nuestros cerebros tienen neuronas mrEn1-Pet1 y un circuito circadiano comparable.

Aunque su equipo aún no ha buscado células mrEn1-Pet1 en el tejido cerebral humano, a Dymecki le anima el hecho de que las neuronas residen en el tronco encefálico del ratón, un área evolutivamente antigua que cambia muy poco en los mamíferos.

Otra señal prometedora: cada vez que el equipo ha buscado en el tronco encefálico humano otros tipos de células liberadoras de serotonina presentes en el tronco encefálico del ratón, las han encontrado.

Además, estudios de imágenes han demostrado un vínculo entre anomalías en esta región del cerebro en humanos y afecciones como el trastorno bipolar, dijo Dymecki.

“Creemos que las células estarán allí”, afirmó. “Si es así, sería muy satisfactorio contribuir a nuestro limitado conocimiento sobre cómo nuestros cerebros evolucionaron para sincronizarse con los cambios en la exposición a la luz y posiblemente ayudar a mitigar los efectos devastadores que la desregulación de la adaptación a los cambios en la duración del día puede tener sobre la salud de las personas”.