El delicado control del miedo en el cerebro

La música de una película de miedo in crescendo,  una montaña rusa y el comienzo de su descenso, un ruido en mitad de la noche. De repente, tienes miedo: los latidos del corazón se aceleran, el estómago se hace un nudo, la garganta se seca, los músculos se congelan y te paralizan.

Pero el miedo no proviene del corazón, el estómago, garganta o  músculos. El miedo comienza en el cerebro, y es allí, específicamente en una estructura en forma de almendra llamada amígdala, dónde es controlado, procesado y comienza el resto de la respuesta al miedo.

En la edición de esta semana de la revista Nature, un equipo de investigación dirigido por científicos del Instituto de Tecnología de California (Caltech) ha dado un paso importante hacia la comprensión de cómo se inicia se produce el miedo, al comenzar a analizar los circuitos neuronales implicados en él. En su artículo, estos científicos, dirigidos por David J. Anderson, profesor de Biología en Caltech y Howard Hughes, investigador médico, describen un microcircuito en la amígdala, que controla, o abre la “puerta”, de salida del miedo en esa región del cerebro.

El microcircuito en cuestión, explica Anderson, contiene dos subtipos de neuronas que son antagónicas, tienen funciones de opositoras y controlan el nivel de producción de miedo de la amígdala, actuando como un balancín.

“Imagina que un extremo se equilibra y al hacerlo bloquea el paso del agua en una manguera de jardín, en esta analogía, si el agua es el miedo, ese equilibrio frena el impulso de fluir a través de ella”, dice Anderson.“Cuando llega una señal que desencadena una respuesta de miedo, ejerce presión hacia abajo en el extremo opuesto, levantando el primer extremo de la manguera y permitiendo que el miedo fluya.” Una vez que el flujo de miedo ha comenzado, este impulso puede ser transmitido a otras regiones del cerebro que controlan el comportamiento, como quedarse inmóvil, atenazado por el miedo.

“Ahora que sabemos acerca de este mecanismo similar a un ” sube y baja “, algún día podría proporcionar una nueva clave para desarrollar fármacos más específicos para el tratamiento de enfermedades psiquiátricas basadas en el miedo como el trastorno de estrés post-traumático, fobias, o trastornos de la ansiedad. “

La clave para entender este delicado mecanismo, dice Anderson, fue el descubrimiento de genes “marcadores” que servirían para identificar y permitir a los científicos discriminar entre los diferentes tipos de células neuronales en la amígdala. El grupo de Anderson, dirigido por el estudiante postdoctoral Wulf Haubensak, encontró su marcador en un gen que codifica una enzima conocida como proteína quinasa C-delta (PKCδ). PKCδ se expresa en la mitad de las neuronas dentro de una subdivisión del núcleo central de la amígdala, la parte de la amígdala que controla la salida miedo.

Junto con los investigadores posdoctorales compañeros Prabhat Kunwar y Cai Haijiang, Haubensak, fue capaz de marcar con fluorescencia neuronas en los que la proteína quinasa se expresaba, lo que permitió a los investigadores trazar las conexiones de estas neuronas, así como controlar y manipular su actividad eléctrica.

Los estudios, dice Anderson, “revelaron que las neuronas PKCδ⁺ forman un extremo de una balanza, estableciendo conexiones con otra población de neuronas en el núcleo central que no expresan la enzima, que se llaman neuronas PKCδ^-. También demostraron que un número mayor de neuronas cinasa positivas inhibe la salida de la amígdala, que demuestre actuar como el extremo del balancín en el que se apoya  la manguera de jardín.

Sin embargo, una pregunta clave sigue estando ahí: ¿Qué pasa con el mecanismo durante la exposición a una señal que provoca miedo? Anderson y sus colegas trabajan con la hipótesis de que la señal de miedo empuja hacia abajo en el extremo opuesto del sube y baja de la que se formó por las neuronas PKCδ⁺, la eliminación de la sujeción de la manguera del jardín y permite que la señal de miedo se dispare. Pero, ¿cómo probar esta idea? Ahí entra en juego el neurofisiólogo Andreas Lüthi y su alumno Stephane Ciocchi, del Instituto Friedrich Miescher en Basilea, Suiza.

En el trabajo realizado de forma independiente al del laboratorio de Anderson, Lüthi y Ciocchi habían logrado grabar señales eléctricas de la amígdala durante la exposición a estímulo inductores al miedo. Curiosamente, habían encontrado dos tipos de neuronas que respondían de manera opuesta a los estímulos inducidos por el miedo: un tipo incrementaba su actividad, mientras que el otro tipo disminuía. Al igual que Anderson, que había empezado a pensar que estas neuronas forman un sube y baja que controla la salida del miedo en la amígdala.

Y así los dos equipos se unieron para determinar si las células que Lüthi había estudiado correspondían a células PKCδ⁺ y PKCδ^- que el laboratorio de Anderson había aislado. En lo que Anderson se refiere como un “experimento sofisticado”, los dos equipos realizaron las grabaciones electrofisiológicas al mismo tiempo que activaban y desactivaban las neuronas PKCδ⁺ mediante un método desarrollado por Henry Lester,  profesor de Biología del Caltech.

Los resultados del experimento fueron “gratamente claros”, dice Anderson. Las células que  disminuyeron su actividad para disparar el miedo indujeron estímulos que correspondían claramente al tipo de neuronas PKCδ⁺ que había aislado el laboratorio de Anderson, mientras que los que aumentaron su actividad correspondían a neuronas PKCδ^-.

“Estos resultados apoyan la hipótesis de que las neuronas PKCδ⁺ eran de hecho el extremo opuesto del balancín que presiona la salida del flujo del miedo, frenándolo”, dice Anderson .

El matrimonio entre biología molecular y electrofisiología creado por la colaboración entre Anderson y los laboratorios deLüthi ha puesto de manifiesto las propiedades del circuito del miedo que no podría haber sido descubierto de otra manera, dice Anderson. “La geografía funcional del cerebro está organizado como la del mundo”, señala. “Está dividido en continentes, países, estados, pueblos y ciudades, barrios y casas. Las casas son análogas a los diferentes tipos de neuronas. Anteriormente, sólo había sido posible analizar la amígdala a nivel de pueblos distintos, o en el mejor de los casos, como barrios. Ahora, con esta nuevas técnica genética, por fin estamos al nivel de las casas. “

Y eso, añade, es lo que hará posible que podamos entender completamente las redes de comunicación que existen entre las neuronas dentro de una subdivisión del cerebro, así como entre las subdivisiones y las diferentes áreas. “Aunque estos estudios arrojan luz sobre una pequeña parte de la imagen, son un paso importante en esa dirección”, dice Anderson.

Además de los mencionados anteriormente, otros autores del artículo de Nature, titulado: “”Genetic dissection of an amygdala microcircuit that gates conditioned fear, son Nicholas Wall y Callaway Edward del Instituto Salk para Estudios Biológicos, Ponnusamy Ravikumar, Michael Fanselow, Jonathan BIAG , y Hong-Wei Dong de la Universidad de California en Los Ángeles, y Karl Deisseroth la Universidad de Stanford. Su trabajo fue financiado por becas de los Institutos Nacionales de Salud, de Caltech, la Novartis Research Foundation, y el Instituto Médico Howard Hughes, y por becas de la Human Frontier Science Program y la Jane Coffin Children Memorial Fund for Medical Research.

Autor: Lori Oliwenstein

Enlace original: Caltech scientits describe the delicate balance in brain that controls fear