Muchas personas con autismo experimentan hipersensibilidad sensorial, déficit de atención e interrupción del sueño. Una región del cerebro que ha sido implicada en estos síntomas es el núcleo reticular talámico TRN, que se cree que actúa como un guardián de la información sensorial que fluye hacia elcorteza.
Un equipo de investigadores del MIT y del Broad Institute of MIT y Harvard ahora ha mapeado el TRN con detalles sin precedentes, revelando que la región contiene dos subredes distintas de neuronas con diferentes funciones. Los hallazgos podrían ofrecer a los investigadores objetivos más específicos para diseñar medicamentoseso podría aliviar algunos de los síntomas sensoriales, del sueño y de atención del autismo, dice Guoping Feng, uno de los líderes del equipo de investigación.
"La idea es que podría dirigirse muy específicamente a un grupo de neuronas, sin afectar todo el cerebro y otras funciones cognitivas", dice Feng, el profesor de neurociencia James W. y Patricia Poitras del MIT y miembro del Instituto McGovern del MITpara la investigación del cerebro.
Feng; Zhanyan Fu, director asociado de neurobiología en el Centro Stanley de Investigación Psiquiátrica del Broad Institute; y Joshua Levin, líder principal del grupo en el Broad Institute, son los autores principales del estudio, que aparece hoy en Naturaleza . Los autores principales del artículo son el ex postdoc MIT Yinqing Li, la ex postdoctorado Broad Institute Violeta Lopez-Huerta y el científico investigador del Broad Institute Xian Adiconis.
poblaciones distintas
Cuando la entrada sensorial de los ojos, oídos u otros órganos sensoriales llega a nuestros cerebros, va primero al tálamo, que luego lo transmite a la corteza para un procesamiento de nivel superior. Las alteraciones de estos circuitos talamocorticales pueden conducir adéficit de atención, hipersensibilidad al ruido y otros estímulos, y problemas para dormir.
Una de las principales vías que controla el flujo de información entre el tálamo y la corteza es el TRN, que es responsable de bloquear la entrada sensorial distractora. En 2016, el profesor asistente de Feng y MIT Michael Halassa, quien también es autor del nuevo Naturaleza artículo, descubrió que la pérdida de un gen llamado Ptchd1 afecta significativamente la función TRN. En los niños, la pérdida de este gen, que se transporta en el cromosoma X, puede conducir a déficit de atención, hiperactividad, agresión, discapacidad intelectual y trastornos del espectro autista.
En ese estudio, los investigadores encontraron que cuando el gen Ptchd1 fue eliminado en ratones, los animales mostraron muchos de los mismos defectos de comportamiento observados en pacientes humanos. Cuando fue eliminado solo en la TRN, los ratones mostraron solo hiperactividad,déficit de atención e interrupción del sueño, lo que sugiere que la TRN es responsable de esos síntomas.
En el nuevo estudio, los investigadores querían tratar de aprender más sobre los tipos específicos de neuronas que se encuentran en la TRN, con la esperanza de encontrar nuevas formas de tratar la hiperactividad y los déficits de atención. Actualmente, esos síntomas se tratan con mayor frecuencia con medicamentos estimulantescomo Ritalin, que tiene efectos generalizados en todo el cerebro.
"Nuestro objetivo era encontrar algunas formas específicas de modular la función del gasto tálamo-cortical y relacionarla con los trastornos del desarrollo neurológico", dice Feng. "Decidimos intentar utilizar la tecnología unicelular para diseccionar qué tipos de células hay,y qué genes se expresan. ¿Hay genes específicos que se pueden drogar como objetivo? "
Para explorar esa posibilidad, los investigadores secuenciaron las moléculas de ARN mensajero que se encuentran en las neuronas de la TRN, que revela los genes que se expresan en esas células. Esto les permitió identificar cientos de genes que podrían usarse para diferenciar las células en dossubpoblaciones, en función de cuán fuertemente expresan esos genes particulares.
Descubrieron que una de estas poblaciones de células se encuentra en el núcleo de la TRN, mientras que la otra forma una capa muy delgada que rodea el núcleo. Estas dos poblaciones también forman conexiones con diferentes partes del tálamo, encontraron los investigadores.En esas conexiones, los investigadores plantean la hipótesis de que las células en el núcleo están involucradas en la transmisión de información sensorial a la corteza cerebral, mientras que las células en la capa externa parecen ayudar a coordinar la información que ingresa a través de diferentes sentidos, como la visión y la audición.
"objetivos farmacológicos"
Los investigadores ahora planean estudiar los diferentes roles que estas dos poblaciones de neuronas pueden tener en una variedad de síntomas neurológicos, incluyendo déficit de atención, hipersensibilidad e interrupción del sueño. Utilizando técnicas genéticas y optogenéticas, esperan determinar los efectos de la activacióno inhibir diferentes tipos de células TRN, o genes expresados en esas células.
"Eso puede ayudarnos en el futuro a desarrollar objetivos específicos farmacológicos que potencialmente puedan modular diferentes funciones", dice Feng. "Los circuitos talamocorticales controlan muchas cosas diferentes, como la percepción sensorial, el sueño, la atención y la cognición, ypuede ser que estos puedan ser dirigidos más específicamente "
Este enfoque también podría ser útil para tratar los trastornos de atención o hipersensibilidad incluso cuando no son causados por defectos en la función TRN, dicen los investigadores.
"TRN es un objetivo en el que si mejora su función, es posible que pueda corregir los problemas causados por las alteraciones de los circuitos tálamo-corticales", dice Feng. "Por supuesto, estamos muy lejos del desarrollo de cualquier tipo de tratamiento, pero el potencial es que podemos usar la tecnología unicelular no solo para comprender cómo se organiza el cerebro, sino también cómo se pueden segregar las funciones cerebrales, lo que le permite identificar objetivos mucho más específicos que modulan funciones específicas ".
La investigación fue financiada por el Centro Simons para el Cerebro Social en el MIT, el Centro Hock E. Tan y K. Lisa Yang para la Investigación del Autismo en el MIT, el Centro James y Patricia Poitras para la Investigación de los Trastornos Psiquiátricos en el MIT, el Centro Stanleypara Investigación Psiquiátrica en el Broad Institute, los Institutos Nacionales de Salud / Instituto Nacional de Salud Mental, el Observatorio de Células Klarman en el Broad Institute, la Fundación Pew y el Programa de Ciencias Human Frontiers.
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