Los científicos aun no han comprendido del todo lo que controla la dinámica cerebral de la red de modo por defecto que interviene en la salud y la enfermedad pero ahora, investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Carolina del Norte (UNC), en Estados Unidos, han documentado experimentalmente la interacción entre las neuronas y las sustancias químicas del cerebro en todas las regiones cerebrales, lo que provoca alteraciones en la dinámica de red neuronal por defecto (RND) que desempeñan un papel en las enfermedades neurológicas.

Cuando se sueña despierto, se reflexiona sobre el pasado o se planifica el futuro, la parte del cerebro más comprometida es la RND que incluye parte del córtex prefrontal. Los científicos llevan mucho tiempo planteando la hipótesis de que los cambios en la dinámica de la RND desempeñan un papel importante en determinados comportamientos, como los asociados al trastorno por déficit de atención e hiperactividad, y en enfermedades como el Alzheimer y el Parkinson, y en trastornos como la depresión y el autismo.

Pero los científicos no han comprendido del todo los mecanismos precisos que controlan la dinámica de la RND. Ahora, los investigadores de la Facultad de Medicina de la UNC, dirigidos por el doctor Ian Shih, profesor asociado de neurología, han documentado experimentalmente la interacción entre las neuronas y las sustancias químicas del cerebro en todas las regiones del mismo, lo que provoca alteraciones en la dinámica de la RND.

Publicada en la revista ´Science Advances´, esta investigación en ratones demuestra cómo se altera la dinámica de la RND al activar el locus coeruleus (LC), un pequeño núcleo cerebral situado en el tronco del encéfalo que libera norepinefrina. También sugiere nuevos objetivos de tratamiento para restaurar la función de la RND.

"Muchos investigadores de imágenes cerebrales tienen un gran interés en identificar los mecanismos de los circuitos que controlan las redes cerebrales a gran escala --señala Shih, autor principal y director del Centro de Imágenes Animales (CAMRI) en el Centro de Investigación Biomédica de la UNC (BRIC)--. Pero sigue sin comprenderse cómo un sistema neurotransmisor específico altera la dinámica de todo el cerebro. Nuestro trabajo ayuda a explicar cómo la norepinefrina afecta a la actividad cerebral y a la conectividad, provocando cambios en la RND".

Shih y el primer autor, Esteban Oyarzabal, un estudiante de posgrado de UNC-Chapel Hill en el momento de esta investigación, dirigieron estudios de imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) en un modelo de ratón genéticamente modificado que expresa receptores sintéticos en el LC. A continuación, examinaron la influencia del LC en la RND.

La creación de un modelo que expresara estos receptores sintéticos permitió a los investigadores manipular la actividad de las células cerebrales mediante el uso de compuestos que pueden activar selectivamente estos receptores. Esta técnica "quimiogenética", de la que fue pionero el investigador de farmacología de la UNC Byran Roth, es perfectamente adecuada para que el equipo de Shih manipule el LC durante la fMRI.

Lo que descubrieron es que la activación del LC conducía a una constricción de los vasos sanguíneos en esa región y, al mismo tiempo, aumentaba los cambios de actividad de baja frecuencia de la fMRI en las regiones corticales frontales de la RND.

Los científicos crearon entonces una plataforma de medición óptica para medir simultáneamente la cantidad de norepinefrina liberada, la actividad del calcio neuronal y los cambios en el volumen sanguíneo del cerebro. Demostraron que la norepinefrina del LC puede aumentar la actividad de los picos de las neuronas corticales frontales, al tiempo que reduce el volumen sanguíneo.

"Esto tiene implicaciones significativas para la interpretación de los datos de la IRMf --explica Shih--, porque está ampliamente documentado que las actividades neuronales y vasculares en el cerebro están relacionadas. Ahora, demostramos que este acoplamiento se ve afectado por la presencia de norepinefrina".

También demostraron que la activación quimiogenética de las neuronas LC-NE reforzaba la comunicación de las neuronas dentro de las regiones corticales frontales de la RND. Descubrieron que las regiones de la corteza retrosplenial y el hipocampo del cerebro pueden modular esta conectividad funcional.

"Creemos que estas dos regiones podrían servir potencialmente como nuevos objetivos para controlar las regiones corticales frontales y restaurar la función de la RND cuando las neuronas LC se degeneran en la enfermedad de Alzheimer y de Parkinson", añade Shih.