Despiertan y duermen a ratas manipulando el tálamo central de su cerebro

Científicos de EE.UU. han demostrado que podían alterar la actividad cerebral de las ratas y, o bien despertarlas o ponerlas en un estado inconsciente cambiando las tasas de disparo de las neuronas del tálamo central, una región conocida por regular la excitación. El estudio, publicado en eLIFE, fue parcialmente financiado por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) estadounidenses.

"Nuestros resultados sugieren que el tálamo central funciona como un dial de radio que sintoniza el cerebro a diferentes estados de actividad y excitación", dice Jin Hyung Lee, profesor asistente de neurología, neurocirugía y bioingeniería en la Universidad de Stanford (California), y autor del estudio.

Situado en lo más profundo del cerebro, el tálamo actúa como una estación de retransmisión que envía señales neuronales desde el cuerpo a la corteza. El daño a las neuronas en la parte central del tálamo puede conducir a problemas con el sueño, la atención y la memoria. Estudios previos sugieren que la estimulación de las neuronas del tálamo puede despertar de estados de conciencia mínima a pacientes que han sufrido una lesión cerebral traumática.

El equipo de Lee emitió pulsos láser a neuronas talámicas centrales sensibles a la luz de ratas durmientes, lo que provocó que las células se activaran. Una alta estimulación con una frecuencia de 40 o 100 pulsos por segundo despertó a las ratas. En contraste, la estimulación de baja frecuencia de 10 pulsos por segundo envió a las ratas a un estado que recuerda a las crisis de ausencia, que las hicieron ponerse rígidas y mirar fijamente antes de volver a dormir.

"Este estudio da un gran paso hacia la comprensión de los circuitos del cerebro que controlan el sueño y el despertar", explica Yejun (Janet) He, directora del programa en el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares de los NIH, en la nota de prensa de éste, recogida por EurekAlert!

Resonancia magnética

Cuando los científicos utilizaron imágenes de resonancia magnética funcional para examinar la actividad cerebral, vieron que la estimulación de alta y baja frecuencia puso a las ratas en estados de actividad completamente diferentes. Las áreas corticales del cerebro donde se produjo una elevada actividad durante la estimulación de alta frecuencia se inhibían con la estimulación de baja frecuencia. Los registros eléctricos confirmaron los resultados. Las neuronas de la corteza somatosensorial se dispararon más durante la estimulación de alta frecuencia del tálamo central y menos durante la estimulación de baja frecuencia.

"El trabajo innovador de Lee demuestra el poder de la utilización de tecnologías de imagen para estudiar el cerebro en funcionamiento", dice Guoying Liu, del Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería de los NIH.

Aunque la estimulación cerebral profunda del tálamo se ha mostrado prometedora como tratamiento para las lesiones cerebrales traumáticas, los pacientes que tienen niveles de conciencia disminuidos muestran un progreso lento con estos tratamientos.

"Hemos mostrado cómo los circuitos del cerebro pueden regular los estados de excitación", dice Lee. "Esperamos poder utilizar este conocimiento para desarrollar mejores tratamientos para las lesiones cerebrales y otros trastornos neurológicos."

Referencia bibliográfica:

Jia Liu, Hyun Joo Lee, Andrew J Weitz, Zhongnan Fang, Peter Lin, ManKin Choy, Robert Fisher, Vadim Pinskiy, Alexander Tolpygo, Partha Mitra, Nicholas Schiff, Jin Hyung Lee: Frequency-selective control of cortical and subcortical networks by central thalamus. eLife (2015). DOI: 10.7554/eLife.09215.