Los investigadores de la Universidad de Princeton descubrieron que la dopamina, un químico cerebral involucrado en el aprendizaje, la motivación y muchas otras funciones, también tiene un papel directo en la representación o codificación del movimiento. El hallazgo podría ayudar a los investigadores a comprender mejor el papel de la dopamina en los trastornos relacionados con el movimiento.como la enfermedad de Parkinson.
Los investigadores utilizaron una técnica nueva y más precisa para registrar la actividad de las neuronas de dopamina en dos regiones dentro de una parte del cerebro conocida como el cuerpo estriado, que supervisa la planificación de la acción, la motivación y la percepción de la recompensa. Los investigadores descubrieron que mientras todosLas neuronas llevaban señales necesarias para aprender y planificar el movimiento, uno de los haces de nervios, el que se dirigía a la región llamada estriado dorsomedial, también llevaba una señal que podía usarse para controlar los movimientos.
El trabajo fue publicado en la revista Neurociencia de la naturaleza .
"Lo que aprendimos de este estudio es que las neuronas de dopamina que van a una parte del cerebro actúan de manera diferente a las neuronas de dopamina que van a otra parte del cerebro", dijo Ilana Witten, profesora asistente de psicología y el Princeton Neuroscience Institute."Esto es contrario a lo que ha sido la visión general de las neuronas de dopamina".
La investigación puede arrojar luz sobre cómo la enfermedad de Parkinson, que implica la destrucción de las neuronas de dopamina en el cuerpo estriado dorsomedial, priva a los pacientes de la capacidad de moverse. Estudios anteriores no han podido encontrar un vínculo directo entre la actividad de las neuronas de dopamina y el control del movimientoo acciones. En cambio, la visión general sugirió un papel indirecto para la dopamina: las neuronas nos permiten aprender qué acciones pueden conducir a una experiencia gratificante, lo que a su vez nos permite planificar tomar esa acción. Cuando las neuronas de dopaminase destruyen debido a la enfermedad de Parkinson, el individuo no puede aprender a planificar acciones y, por lo tanto, no puede moverse.
El nuevo estudio afirmó el papel de la dopamina en el aprendizaje basado en recompensas, pero también encontró que en el cuerpo estriado dorsomedial, las neuronas de dopamina pueden desempeñar un papel directo en el movimiento. Los investigadores utilizaron un método para medir la actividad neuronal en lugares muy precisos en elmidieron la actividad en los extremos de las neuronas, las terminales donde se libera dopamina en la unión, o sinapsis, entre dos células, en dos lugares en el cuerpo estriado: el núcleo accumbens, que se sabe que está involucrado en el procesamiento de la recompensa,y el estriado dorsomedial, conocido por evaluar y generar acciones.
Hasta hace poco, ha sido difícil medir la actividad neuronal de la dopamina en estas regiones debido al pequeño tamaño de las regiones y al hecho de que hay muchas otras neuronas presentes que están administrando otros químicos cerebrales, o neurotransmisores, a las mismas áreas deel cerebro.
Para restringir sus mediciones solo a las neuronas portadoras de dopamina, los investigadores utilizaron ratones cuyos cerebros portan células genéticamente alteradas que brillan en verde cuando están activas. Los ratones también contienen un segundo gen que asegura que el resplandor solo puede ocurrir cuando hay dopamina presente.
Luego, los investigadores registraron la actividad neuronal del núcleo accumbens o del cuerpo estriado dorsomedial al insertar una fibra óptica muy delgada en cada región para registrar las células fluorescentes de dopamina en solo las regiones deseadas.
Una vez que la capacidad de medir la actividad neuronal estaba en su lugar, los investigadores le dieron a los ratones una tarea que incluía tanto el aprendizaje basado en recompensas como el movimiento.
La tarea consistió en presentar a los ratones dos palancas, una de las cuales, cuando se presionó, dio un trago de agua azucarada. Mediante prueba y error, los ratones aprendieron qué palanca les daría la recompensa. Durante la tarea, los investigadores registraron su cerebroactividad.
La tarea es análoga a jugar a las máquinas tragamonedas en un casino. Imagínese en un casino con dos máquinas tragamonedas frente a usted. Tira de la palanca de la máquina a su izquierda y escupe algunas monedas. Su cerebro se da cuenta de quela palanca izquierda conduce a una recompensa, por lo que planifica y ejecuta una acción: vuelve a tirar de la palanca izquierda. Después de unos cuantos tirones más en la palanca izquierda sin recompensa, cambia a la máquina de la derecha.
Cuando una acción es gratificante, es probable que la recuerdes, un paso importante en el aprendizaje. La diferencia entre la cantidad de recompensa que esperas y la cantidad que obtienes también es importante, porque te dice si algo es nuevo o noy cuánto debe prestarle atención. Los investigadores llaman a esta brecha entre su recompensa pronosticada y la recompensa en la que realmente obtiene el "error de predicción de recompensa" y lo consideran una señal de enseñanza importante.
Al hacer coincidir las acciones de los ratones con la actividad de dopamina en sus cerebros durante estas tareas, los investigadores pudieron determinar qué partes del cerebro estaban activas durante el aprendizaje basado en recompensas, y qué partes estaban activas al elegir presionar una palanca. Asistencia con la computaciónNathaniel Daw, profesor del Instituto de Neurociencia y Psicología de Princeton, proporcionó modelos del comportamiento de los ratones.
Los investigadores encontraron que las neuronas de dopamina que inervan el núcleo accumbens y el cuerpo estriado dorsomedial codificaron señales de predicción de recompensa, lo cual es consistente con hallazgos anteriores. Pero también encontraron que en el cuerpo estriado dorsomedial, las neuronas de dopamina transportaban información sobre quéacciones que el animal va a tomar.
"Esta idea era que las neuronas de dopamina llevan esta señal de error de predicción de recompensa, y eso podría afectar indirectamente el movimiento o las acciones, porque si no tienes esto, no aprenderás correctamente qué acciones realizar", dijo Witten."Mostramos que si bien esto es cierto, ciertamente no es toda la historia. También hay una capa en la que la dopamina codifica directamente el movimiento o las acciones".
Nathan Parker, un estudiante graduado en el laboratorio de Witten que diseñó y realizó los experimentos y es el primer autor del artículo, agregó que los nuevos hallazgos fueron posibles tanto por las mejoras en el registro de neuronas como por el diseño experimental, que dio a los investigadoresUna evaluación detallada de la actividad neuronal durante una tarea relativamente compleja.
Courtney Cameron y Junuk Lee, asociados de investigación postdoctoral de Princeton, proporcionaron asistencia de investigación adicional, y el estudiante de posgrado Jung Yoon Choi. El especialista en investigación Joshua Taliaferro, clase de 2015, comenzó a trabajar en el proyecto como parte de su tesis principal. El estudio también incluyócontribuciones de Thomas Davidson, investigador postdoctoral en la Universidad de Stanford.
Witten dijo que, además de explicar posiblemente las observaciones clínicas de la enfermedad de Parkinson, el estudio aborda la cuestión más general de cómo la dopamina puede estar involucrada en tantas funciones en el cerebro. "Creemos que algunas de las formas en que las neuronas dopaminérgicas logranfunciones tan diversas en el cerebro es tener roles específicos basados en su objetivo anatómico "
Naoshige Uchida, profesor de biología molecular y celular en la Universidad de Harvard que no participó en el estudio, dijo que los resultados desafían los puntos de vista de larga data y abren nuevas direcciones de investigación ". Este estudio realizado por el laboratorio Witten muestra elegantemente que elLa actividad de algunas neuronas de dopamina está modulada por la dirección del movimiento ", dijo Uchida." Más importante aún, encontraron algunas de las pruebas más claras que indican la heterogeneidad de las neuronas de dopamina: una población específica de neuronas de dopamina que se proyectan al cuerpo estriado dorsomedial codifica la dirección del movimiento másen comparación con otra población que se proyecta al estriado ventral "
Uchida continuó: "Un fenómeno similar también se ha informado en un estudio independiente en primates no humanos Kim, et al., Cell, 2015, lo que sugiere que el hallazgo del laboratorio de Witten es más universal y no específico de los ratones. Estoes particularmente importante porque la dopamina ha sido implicada en la enfermedad de Parkinson, pero la forma en que la dopamina regula el movimiento sigue siendo un gran misterio ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Original escrito por Catherine Zandonella. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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