Todos hemos estado allí. Ya sea que estemos atrapados en el tráfico al final de un largo día, o anticipando ansiosamente el lanzamiento de un nuevo libro, película o álbum, hay ocasiones en las que debemos ser pacientes. Aprender a reprimir el impulso de la gratificación instantánea a menudo es vital para el éxito futuro, pero no se comprende bien cómo se regula la paciencia en el cerebro.
Ahora, en un estudio en ratones realizado por la Unidad de Computación Neural en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), los autores, el Dr. Katsuhiko Miyazaki y el Dr. Kayoko Miyazaki, identifican áreas específicas del cerebro que promueven individualmente la paciencia. a través de la acción de la serotonina. Sus hallazgos fueron publicados el 27 de noviembre en Science Advances.
La serotonina es uno de los neuromoduladores del comportamiento más famosos, ayudando a regular el estado de ánimo, los ciclos sueño-vigilia y el apetito. Nuestra investigación muestra que la liberación de este mensajero químico también juega un papel crucial en promover la paciencia, aumentando el tiempo que los ratones están dispuestos a esperar por una recompensa de comida “.
Dr. Katsuhiko Miyazaki, Autor
Su trabajo más reciente se basa en gran medida en investigaciones anteriores, donde la unidad utilizó una poderosa técnica llamada optogenética, que usa la luz para estimular neuronas específicas en el cerebro, para establecer un vínculo causal entre la serotonina y la paciencia.
Los científicos criaron ratones modificados genéticamente que tenían neuronas liberadoras de serotonina que expresaban una proteína sensible a la luz. Esto significó que los investigadores podrían estimular estas neuronas para que liberaran serotonina en momentos precisos mediante el uso de una fibra óptica implantada en el cerebro.
Los investigadores encontraron que estimular estas neuronas mientras los ratones esperaban comida aumentaba su tiempo de espera, con el efecto máximo observado cuando la probabilidad de recibir una recompensa era alta pero cuando el momento de la recompensa era incierto.
“En otras palabras, para que la serotonina promueva la paciencia, los ratones tenían que estar seguros de que llegaría una recompensa, pero no estaban seguros de cuándo llegaría”, dijo el Dr. Miyazaki.
En el estudio anterior, los científicos se centraron en un área del cerebro llamada núcleo del rafe dorsal, el eje central de las neuronas liberadoras de serotonina. Las neuronas del núcleo dorsal del rafe llegan a otras áreas del prosencéfalo y en su estudio más reciente, los científicos exploraron específicamente cuál de estas otras áreas del cerebro contribuyó a regular la paciencia.
El equipo se centró en tres áreas del cerebro que se había demostrado que aumentaban los comportamientos impulsivos cuando estaban dañadas: una estructura cerebral profunda llamada núcleo accumbens y dos partes del lóbulo frontal llamadas corteza orbitofrontal y corteza prefrontal medial.
“Los comportamientos impulsivos están intrínsecamente vinculados a la paciencia, cuanto más impulsivo es un individuo, menos paciente, por lo que estas áreas del cerebro fueron los principales candidatos”, explicó el Dr. Miyazaki.
Las cosas buenas llegan a los que esperan (o no …)
En el estudio, los científicos implantaron fibras ópticas en el núcleo del rafe dorsal y también en el núcleo accumbens, la corteza orbitofrontal o la corteza prefrontal medial.
Los investigadores entrenaron a ratones para realizar una tarea de espera en la que los ratones mantenían la nariz dentro de un orificio, llamado “pinchazo de nariz”, hasta que se entregaba una pastilla de comida. Los científicos recompensaron a los ratones en el 75% de los ensayos. En algunas condiciones de prueba, el momento de la recompensa se fijó en seis o diez segundos después de que los ratones comenzaran a empujar la nariz y en otras condiciones de prueba, el momento de la recompensa varió.
En el 25% restante de los ensayos, llamados ensayos de omisión, los científicos no proporcionaron una recompensa alimentaria a los ratones. Midieron cuánto tiempo los ratones continuaron haciendo el pinchazo de la nariz durante las pruebas de omisión, en otras palabras, qué tan pacientes eran, cuando las neuronas liberadoras de serotonina estaban y no estimuladas.
Cuando los investigadores estimularon las fibras neurales liberadoras de serotonina que llegaban al núcleo accumbens, no encontraron ningún aumento en el tiempo de espera, lo que sugiere que la serotonina en esta área del cerebro no tiene ningún papel en la regulación de la paciencia.
Pero cuando los científicos estimularon la liberación de serotonina en la corteza orbitofrontal y la corteza prefrontal medial mientras los ratones sostenían la nariz, encontraron que los ratones esperaban más tiempo, con algunas diferencias cruciales.
En la corteza orbitofrontal, la liberación de serotonina promovió la paciencia con tanta eficacia como la activación de la serotonina en el núcleo dorsal del rafe; tanto cuando el momento de la recompensa era fijo como cuando el momento de la recompensa era incierto, con efectos más fuertes en este último.
Pero en la corteza prefrontal medial, los científicos solo vieron un aumento en la paciencia cuando se varió el momento de la recompensa, sin ningún efecto observado cuando se fijó el momento.
“Las diferencias observadas en la forma en que cada área del cerebro respondió a la serotonina sugiere que cada área del cerebro contribuye al comportamiento general de espera de los ratones de manera separada”, dijo el Dr. Miyazaki.
Modelar la paciencia
Para investigar esto más a fondo, los científicos construyeron un modelo computacional para explicar el comportamiento de espera de los ratones.
El modelo supone que los ratones tienen un modelo interno del momento en que se entrega la recompensa y siguen estimando la probabilidad de que se entregue una recompensa. Por lo tanto, pueden juzgar con el tiempo si están en un juicio con recompensa o sin recompensa y decidir si seguir esperando o no. El modelo también asume que la corteza orbitofrontal y la corteza prefrontal medial utilizan diferentes modelos internos de tiempo de recompensa, siendo este último más sensible a las variaciones en el tiempo, para calcular las probabilidades de recompensa individualmente.
Los investigadores encontraron que el modelo se ajustaba mejor a los datos experimentales del tiempo de espera al aumentar la probabilidad de recompensa esperada del 75% al 94% bajo estimulación con serotonina. En pocas palabras, la serotonina aumentó la creencia de los ratones de que estaban en una prueba de recompensa, por lo que esperaron más.
Es importante destacar que el modelo mostró que la estimulación del núcleo del rafe dorsal aumentó la probabilidad del 75% al 94% tanto en la corteza frontal orbital como en la corteza prefrontal medial, mientras que la estimulación de las áreas del cerebro por separado solo aumentó la probabilidad en esa área en particular.
“Esto confirmó la idea de que estas dos áreas del cerebro calculan la probabilidad de una recompensa de forma independiente entre sí, y que estos cálculos independientes se combinan para determinar en última instancia cuánto tiempo esperarán los ratones”, explicó el Dr. Miyazaki. “Este tipo de sistema complementario permite a los animales comportarse de manera más flexible en entornos cambiantes”.
En última instancia, aumentar nuestro conocimiento sobre cómo las diferentes áreas del cerebro se ven más o menos afectadas por la serotonina podría tener implicaciones vitales en el desarrollo futuro de fármacos. Por ejemplo, los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (ISRS) son fármacos que aumentan los niveles de serotonina en el cerebro y se utilizan para tratar la depresión.
“Esta es un área que estamos ansiosos por explorar en el futuro, mediante el uso de modelos de depresión de ratones”, dijo el Dr. Miyazaki. “Podemos encontrar bajo ciertas condiciones genéticas o ambientales que algunas de estas áreas identificadas del cerebro tienen funciones alteradas. Al precisar estas regiones, esto podría abrir vías para proporcionar tratamientos más específicos que actúen en áreas específicas del cerebro, en lugar de todo el cerebro. . “
Fuente:
Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST)
Referencia de la revista:
Miyazaki, K. y col. (2020) Las proyecciones serotoninérgicas de las cortezas prefrontal orbitofrontal y medial modulan diferencialmente la espera de recompensas futuras. Avances científicos. doi.org/10.1126/sciadv.abc7246.
