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neurociencia
más
neuronas
menos
ansiedad
El cerebro adulto genera neuronas todos los días.
El descubrimiento de que las células nuevas nos ayudan
a distinguir un recuerdo de otro podría dar lugar
a nuevos tratamientos contra los trastornos de ansiedad
Mazen A. Kheirbek y René Hen
Para que los recuerdos no se mezclen,el
cerebro debe codificar las características
de los sucesos y situaciones de manera
que puedan distinguirse unos de otros.
Este proceso se conoce como separación
de patrones.
La separación de patronespermite diferenciar situaciones peligrosas de otras
similares que no conllevan ningún riesgo. Las personas con en esta capacidad
alterada pueden ser propensas a sufrir
trastornos de ansiedad.
78 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, octubre 2014
El proceso tiene lugaren una de
las dos regiones del cerebro donde
se generan neuronas a lo largo de
toda la vida. Estas células inmaduras
parecen ser fundamentales para la
separación de patrones.
Las intervencionesque aumenten el número de células nuevas
podrían regular el estado de
ánimo y quizá tratar patologías
como el trastorno por estrés
postraumático.
thomas fuchs
EN SÍNTESIS
Octubre 2014, InvestigacionyCiencia.es 79
Mazen A. Kheirbekes profesor de neurobiología clínica
y psiquiatría en la Universidad de Columbia e investigador
en el Instituto Psiquiátrico del Estado de Nueva York.
L
René Henes catedrático de psiquiatría, neurociencia y farmacología
en la Universidad de Columbia y director de la división de neurociencia
integrativa del departamento de psiquiatría del Instituto Psiquiátrico del
Estado de Nueva York. Los autores han trabajado juntos en el estudio
del papel del giro dentado (y sus neuronas recién formadas) en la
memoria y el estado de ánimo desde 2009.
a idea de que el cerebro adulto no podía formar neuronas nuevas ha constituido durante siglos un principio
fundamental de la neurobiología. Incluso Santiago Ramón y Cajal, creador de la neurociencia moderna a finales
del siglo xix, declaró imposible tal renovación. Tras décadas de meticulosa observación e ilustración de la arquitectura microscópica de las neuronas y sus conexiones,
el científico llegó a la conclusión de que en el cerebro adulto «las vías nerviosas
son algo fijo, acabado, inmutable. Todo puede morir, nada renacer».
Así que cuando Joseph Altman, por aquel entonces en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), publicó una serie
de artículos en los años sesenta del siglo xx en los que demostraba la formación de neuronas en el cerebro de cobayas adultas,
fue en gran parte ignorado. Tal actitud no sorprendió, dado
que, desde un punto de vista lógico, añadir nuevas neuronas a
un cerebro completamente desarrollado tendría consecuencias
desastrosas. Después de todo, si el órgano almacena información
en redes de conexiones neurales, insertar de manera aleatoria
células inexpertas en esas redes podría anular nuestra capacidad
para codificar y recuperar la información y, en consecuencia,
podría alterar nuestros recuerdos.
Pero la lógica no está a la altura de los resultados experimentales, y en los años noventa comenzaron a llegar más datos. Se
aportaron pruebas de que en los cerebros adultos de ratones,
monos e incluso humanos seguían formándose neuronas, a lo
largo de la vida. En concreto, en dos regiones: una implicada
en la olfacción y la otra, el hipocampo, en el aprendizaje, la
memoria y las emociones.
Desde entonces, los investigadores se han preguntado sobre
la función de esas neuronas recién nacidas. Aunque todavía no
está claro su papel en el sistema olfativo, se han comenzado a
desvelar sus secretos en el hipocampo. Los trabajos de nuestro
grupo, entre otros, indican que tales células ayudarían a registrar
los recuerdos para que se les identifique como únicos y se evite
confundirlos con los posteriores. Este conocimiento podría dar
pie al desarrollo de estrategias novedosas para tratar varios
trastornos de ansiedad, como el trastorno por estrés postraumático (TEPT), dado que quienes lo sufren tienen dificultades
en distinguir las situaciones peligrosas de las inocuas.
Memoria engañosa
La memoria consiste en recordar y también en registrar. La
mayoría de las veces es este último proceso el que más fascina,
en el que un recuerdo vívido puede ser evocado por una simple
visión, olor o sabor. El sabor de un bizcocho sumergido en una
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taza de té transportó de inmediato al narrador de En busca del
tiempo perdido, de Marcel Proust, a las mañanas de domingo
de su infancia:
En cuanto reconocí el sabor del pedazo de magdalena
mojado en tila que mi tía me daba... la vieja casa gris
con fachada a la calle, donde estaba su cuarto, vino como
una decoración de teatro a ajustarse al pabelloncito del
jardín...; así ahora... Combray entero y sus alrededores,
todo eso, pueblo y jardines, que va tomando forma y consistencia, sale de mi taza de té.
La capacidad de las señales sensoriales para evocar una experiencia previa, proceso conocido como terminación de patrones,
es una de las funciones más importantes del hipocampo. Sin
embargo, antes de poder recuperar un recuerdo, debe fijarse adecuadamente. Rememorar los detalles de un suceso de modo que
podamos distinguirlo de otros, lo que se denomina separación
de patrones, constituye la otra función básica del hipocampo.
Gracias a esta capacidad, que parece estar asociada a la producción de nuevas neuronas, podemos (en la mayoría de los casos)
recordar dónde aparcamos el coche esta mañana, a diferencia
de ayer o la semana pasada.
Esta distinción resulta fundamental no solo para mantener
ordenados los recuerdos, sino también para guiar nuestros actos
(como dirigirnos al lugar donde pensamos haber visto por última
vez nuestro coche). A diferencia de la terminación de patrones,
que parece concentrarse en una región del hipocampo llamada
CA3, la separación de patrones ocurre en una estructura cuneiforme conocida como giro dentado.
Decidimos estudiar el papel de las neuronas nuevas en la
distinción de recuerdos en parte porque tales células aparecen
justo en esta estructura. En esta zona del hipocampo las células
madre neurales (las progenitoras de las neuronas nuevas) se
hallan empaquetadas en una fina capa, la zona subgranular. Las
células recién formadas migran desde allí hacia el resto del giro
dentado, donde se integran en los circuitos neurales existentes.
En ratones, las células nuevas pueden representar hasta el 10 por
ciento de las neuronas del giro dentado. Y un estudio reciente
que empleó dataciones de carbono para estimar el momento en
que se originaban ha demostrado que los humanos continuamos
formando neuronas en el hipocampo hasta bien entrada la vejez,
con una frecuencia constante de unas 1400 al día.
Ansiedad por separación
Para comprobar si las neuronas nuevas participan en la separación de patrones, en 2009 iniciamos algunos estudios con
ratones. En primer lugar, inhibimos la neurogénesis con el fin de
eliminar las neuronas jóvenes e inmaduras, o bien promovimos
la supervivencia de estas células para aumentar su número.
Examinamos entonces si tales manipulaciones afectaban a la
capacidad de los animales experimentales para diferenciar entre
situaciones semejantes.
Como muchos investigadores del comportamiento, usamos
un tipo de condicionamiento desarrollado por el fisiólogo ruso
Iván Pávlov en los primeros años del siglo xx. Pávlov se dio
cuenta de que si hacía sonar una campana cuando daba de
comer a sus perros, los animales asociaban el sonido con la
comida y comenzaban a salivar al
oír el repiqueteo de la campana.
Durante los últimos cien años se
ha utilizado ampliamente esta
sencilla forma de aprendizaje
para estudiar las bases neurales
de la memoria.
En nuestros experimentos, en
lugar de hacer sonar una campana para anunciar la llegada de la
comida, entrenamos a los ratones
a anticipar una suave descarga
eléctrica en sus pies cuando se
los sacaba de la jaula y se los introducía en una caja desconocida.
Tras varias exposiciones, un animal aprende a asociar el nuevo
entorno con la descarga, de modo
que cada vez que se le sitúa en
este recinto, se quedará paralizado por el miedo.
A continuación, con el fin de estudiar la separación de patrones en los ratones, los introdujimos en una caja muy similar a la
primera, aunque no exactamente igual. Si la caja de la descarga
era cuadrada con muros plateados, iluminación azul y olor a
anís, la nueva poseía la misma forma y color pero un aroma de
plátano o limón. Al principio los animales mostraban miedo.
Sin embargo, cuando no llegaba ninguna descarga, aprendían
pronto a diferenciar ambas situaciones: permanecían inmóviles
en la caja de descarga pero relajados en la versión ligeramente
distinta.
Pensamos que si la producción de neuronas nuevas resultaba
fundamental para la separación de patrones, la inhibición de la
neurogénesis en el giro dentado de un animal alteraría su aptitud para distinguir una situación de otra. Y así lo comprobamos.
Los múridos sin neuronas nuevas se volvían muy asustadizos,
reaccionando con miedo en ambos entornos incluso después de
ocupar varias veces seguidas la caja inofensiva. Incapacitados
para la separación de patrones, los animales generalizaban el
miedo de la localización inicial, con lo que la ansiedad apare-
cía en cualquier lugar que se asemejara al de la experiencia
desagradable.
Por otro lado, es posible aumentar el número de neuronas
nuevas en el giro dentado del ratón mediante la eliminación de
un gen que promueve la muerte de neuronas jóvenes innecesarias. Los animales resultantes, que presentan un giro dentado
más grueso, diferencian mejor entre la caja de la descarga
y la que se le parece, y pronto se encuentran cómodos en el
recinto que ha demostrado ser seguro. Estas observaciones
confirman que las neuronas recién formadas están implicadas
en la codificación y discriminación entre recuerdos relacionados pero distintos.
Otros laboratorios han obtenido resultados similares. Investigadores liderados por Fred. H. Gage, del Instituto Salk de
Estudios Biológicos, cuyo trabajo dio pie a la expansión de los
estudios sobre neurogénesis en los años noventa, y por Timothy
Bussey, de la Universidad de Cambridge, han revelado que la
eliminación de nuevas neuronas en el cerebro de ratones adultos
disminuye su capacidad para distinguir objetos próximos entre
sí (evaluada según su aptitud para elegir el brazo correcto en
un laberinto o tocar con el hocico la imagen correcta en una
pantalla de ordenador). El laboratorio de Bussey ha demostrado, además, que la potenciación de la neurogénesis mejora
los resultados del animal en la
prueba de tocar la pantalla. De
igual modo, mediante un protocolo de condicionamiento similar
al nuestro, Susumu Tonegawa y
sus colaboradores del MIT han
confirmado que los ratones sin
neuronas nuevas son incapaces
de distinguir entre situaciones
peligrosas y seguras.
Algunos
estudios sobre
el antidepresivo
Prozac apoyan
la idea de que
una deficiencia
en la producción
de nuevas neuronas
puede exacerbar los
trastornos de ansiedad
Cuando menos es más
No se han realizado estudios en
voluntarios humanos sobre el
efecto de inhibir o promover la
generación de neuronas. Pero si
la neurogénesis fuera importante
para la separación de patrones en
las personas, cabría esperar que
la alteración de este proceso iría unida a algún tipo de perturbación detectable en la actividad del giro dentado, donde
nacen y residen las neuronas nuevas. Mediante el empleo de la
resonancia magnética funcional para medir la actividad neural, Michael Yassa, de la Universidad Johns Hopkins, y Craig
Stark, de la Universidad de California en Irvine, demostraron
que los individuos que presentaban dificultades en diferenciar
elementos similares mostraban una elevada actividad en el giro
dentado.
Aunque el descubrimiento de hiperactividad, en lugar de una
función reducida, parezca contradictorio, podría tener sentido.
Si cada situación evocara una estimulación generalizada de las
neuronas del giro dentado (pongamos por caso, 95 neuronas
activadas en una población de 100), los recuerdos asociados se
confundirían y no podrían discernirse. Por el contrario, el giro
dentado acentúa las diferencias entre un suceso y el siguiente
mediante la activación selectiva de subconjuntos de neuronas
independientes, no solapantes. De este modo, el lugar donde
hemos aparcado hoy activa unas 5 neuronas de las 100 del giro
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m e ca n i s m o p r o p u e s t o
La función
de las neuronas
nuevas
Las neuronas de nueva hornada en el giro
dentado del cerebro (abajo) participan en la
separación de patrones, la capacidad para
distinguir entre experiencias parecidas. Los
autores han propuesto una hipótesis para
explicar la manera en que las neuronas nuevas contribuyen a la separación de patrones
(a la derecha) y por qué su ausencia podría
hacer que una persona confundiera una situación sin riesgo con otra atemorizante vivida
en el pasado (más a la derecha), como sucede
en el trastorno por estrés postraumático.
Giro dentado
Neurona silenciada
Percepción
de un
estímulo
nuevo
Respuesta
del giro dentado
Neuronas
maduras
(verde)
Neuronas
nuevas
(azul)
Recuerdo
de un
estímulo
parecido
Neuronas
inhibidoras
(negro)
Señal inhibidora
Señal activadora
Estímulos sensoriales al giro dentado
Hipocampo
¿Cómo destacan las neuronas nuevas las diferencias
entre experiencias?
dentado, mientras que la localización de ayer, hizo disparar
otras 5 distintas.
Hemos comenzado a conjeturar que las neuronas nuevas
promoverían la separación de patrones al controlar la actividad
global del giro dentado. A medida que maduran, parecen interaccionar preferentemente con neuronas inhibidoras. Cuando
estas últimas se excitan, atenúan la actividad de otras células en
el giro dentado. Tal conexión entre neuronas recién formadas
y represión del giro dentado se refleja en estudios con ratones
en los que se ha eliminado la neurogénesis. Estos animales, que
carecen de neuronas recientes, exhiben una elevada actividad
espontánea en el giro dentado, lo que hace pensar que este tipo
de células son las responsables de regular la actividad neural
general.
Si la neurogénesis se halla realmente implicada en la separación de patrones en los humanos, este descubrimiento podría
ayudar a entender mejor la causa de los trastornos de ansiedad
como el TEPT. Los psicólogos han sospechado durante mucho
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tiempo que la generalización excesiva de un recuerdo contribuye
a los trastornos de ansiedad, marcados por una respuesta de miedo exagerada y a veces incapacitante, incluso en situaciones que
no presentan un riesgo inmediato. Esta reacción inapropiada
puede deberse a una disminución en la capacidad para distinguir
entre un trauma pasado y una situación inocua que presenta
algunas similitudes con el suceso traumático. De este modo, si
durante un picnic se oye un fuerte estallido, los individuos con
una separación de patrones normal tal vez se asusten momentáneamente, pero pronto se darán cuenta de que el parque no
es una zona de guerra y continuarán comiendo. En cambio, un
veterano de guerra con una separación de patrones alterada
no podrá distinguir el petardeo de un coche del recuerdo del
campo de batalla, lo que le puede provocar un ataque de pánico.
Algunos experimentos han aportado pruebas sobre la posible
conexión entre la separación de patrones anómala y los trastornos de ansiedad en humanos. Shmuel Lissek, de la Universidad
de Minesota, y sus colaboradores han demostrado así que las
tami tolpa
Las neuronas recientes podrían contribuir a la separación de patrones al codificar mejor
que las antiguas la información novedosa. Pero los autores proponen otro mecanismo:
después de que los estímulos externos activen a la vez células nuevas y antiguas, las nuevas hacen que las neuronas inhibidoras repriman gran parte de la actividad del giro dentado (tonos atenuados). Este efecto destaca con fuerza los detalles que diferencian la nueva
experiencia (amarillo) de otra antigua similar (rojo) que tal vez resultara siniestra.
en humanos. Mediante el examen de cerebros post mórtem donados, hemos determinado que los tratamientos con antidepresivos
aumentan el número de células madre neurales (las progenitoras
de las neuronas nuevas) en el giro dentado de pacientes con
trastornos depresivos agudos. Todavía hay que determinar si la
neurogénesis resulta necesaria para que estos medicamentos
traten con eficacia la depresión y la ansiedad en humanos.
Actividad
solapante
en circuitos
del giro
dentado
Alivio del dolor
La percepción
de una nueva
experiencia
se mezcla con
los recuerdos
del pasado
Sin neuronas nuevas reina la confusión
Según la hipótesis de los autores, la ausencia de neuronas nuevas
elimina el efecto de las células inhibidoras en el giro dentado. Ello
provoca que un mayor número de células se activen en respuesta
a los nuevos estímulos y a los recuerdos que estos evocan. Como
resultado, las representaciones neurales de las experiencias se solapan en exceso y se confunde la percepción de ambos eventos.
personas que padecen trastornos de pánico tienden a sobresaltarse cuando ven un objeto parecido a otro que han asociado a
una ligera descarga eléctrica en la muñeca.
Varios estudios sobre el antidepresivo Prozac apoyan la hipótesis de que la producción insuficiente de neuronas nuevas
puede fomentar los trastornos de ansiedad. El fármaco alivia los
síntomas tanto en animales como en humanos. Los ratones tratados están menos nerviosos y se muestran más atrevidos cuando se los introduce en un ambiente nuevo. Hemos observado
que este mayor atrevimiento inducido depende por completo de
las nuevas neuronas. Los tratamientos que frenan la formación
de neuronas suprimen los efectos ansiolíticos del Prozac, unos
resultados que publicamos en Science en 2003.
Desde entonces, uno de nosotros (Hen), en un estudio realizado en colaboración con la Universidad de Columbia, ha demostrado que la neurogénesis es necesaria para que el Prozac alivie
los comportamientos depresivos en macacos adultos. Estamos
también comenzando a explorar el papel de las neuronas nuevas
Dado el creciente reconocimiento del papel del giro dentado (y
sus neuronas recién formadas) en la separación de patrones y
posiblemente en la eficacia de los antidepresivos, sospechamos
que mucha gente que lidia con la depresión, el TEPT y el declive
cognitivo asociado a la edad podría beneficiarse de intervenciones que promuevan la neurogénesis en el cerebro adulto. Se
ha comprobado que en los animales esta puede ser estimulada
mediante ejercicio físico. De hecho, el descubrimiento de Cage
de que los ratones adultos que corrían en una rueda giratoria
presentaban un mayor número de neuronas hizo reavivar el
interés en la neurogénesis a finales de los años noventa. Sin
embargo, el ejercicio físico y los antidepresivos como el Prozac probablemente también influyen en el comportamiento y
la actividad neural de otros modos (por ejemplo, reforzando y
aumentando el número de conexiones entre neuronas) distintos
a los efectos sobre la neurogénesis.
Una intervención más directa que favoreciera la aparición
de neuronas nuevas ayudaría a corregir de manera específica
las deficiencias en la separación de patrones que podrían desencadenar el pánico en algunos casos de TEPT o trastornos
de ansiedad. Una investigación reciente sobre sustancias que
aumenten la neurogénesis en el giro dentado del ratón adulto
ha señalado un candidato prometedor, llamado P7C3, que promueve la supervivencia de las neuronas recién nacidas. Junto
con los estudios en los que demostramos reducir la ansiedad en
ratones al inhibir la muerte de neuronas nuevas, este trabajo nos
hace albergar esperanzas de que las estrategias farmacológicas
novedosas que favorezcan la neurogénesis podrían ayudar a los
que sufren ansiedad.
Aunque Ramón y Cajal nunca imaginó que el cerebro adulto
pudiera generar neuronas nuevas, quizá pensó en el potencial
terapéutico del rejuvenecimiento neural. Tal y como observó
en su libro de 1914 Degeneración y regeneración del sistema
nervioso, «Toca a la ciencia del porvenir casar, si ello es posible,
la ardua sentencia».
PARA SABER MÁS
Increasing adult hippocampal neurogenesis is sufficient to improve pattern
separation.A. Sahay et al. en Nature, vol. 472, págs. 466-470, abril de 2011.
Neurogenesis and generalization: A new approach to stratify and treat
anxiety disorders.M. A. Kheirbek et al. en Nature Neuroscience, vol. 15, págs.
1613-1620, diciembre de 2012.
Adult neurogenesis in the mammalian hippocampus: Why the dentate
gyrus?L. J. Drew, S. Fusi y R. Hen en Learning and Memory, vol. 20, n.o 12,
págs. 710-729, diciembre de 2013.
en nuestro archivo
Regeneración de las células nerviosas en adultos.Gerd Kempermann y Fred
H. Gage en IyC, julio de 1999.
Regeneración cerebral.Fred H. Gage en IyC, noviembre de 2003.
Neurogénesis en adultos.H. Breuer y A. Lessmöllmann en MyC n.o 14, 2005.
Neurogénesis.Gerd Kempermann en MyC n.o 19, 2006.
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