3 neuronas pueden controlar tu decisión de comer

El circuito neuronal detrás del movimiento de la mandíbula más esencial para la supervivencia (comer) es sorprendentemente simple, informan los investigadores.

Hablamos, cantamos, tosemos, reímos, gritamos, vivimos, pasamos: usamos nuestras mandíbulas para muchos propósitos. Cada acción requiere una compleja coordinación de músculos cuya actividad es gestionada por las neuronas del cerebro.

Christin Kosse y otros científicos del Laboratorio de Genética Molecular de la Universidad Rockefeller, dirigidos por Jeffrey M. Friedman, han identificado un circuito de tres neuronas que conecta una hormona que envía señales de hambre a la mandíbula para estimular los movimientos de masticación.

El intermediario entre estos dos es un grupo de neuronas en un área específica del hipotálamo que, cuando se daña, se sabe desde hace mucho tiempo que causa obesidad.

Sorprendentemente, la inhibición de estas neuronas llamadas BDNF no sólo lleva a los animales a consumir más alimentos, sino que también hace que la mandíbula realice movimientos de masticación incluso en ausencia de alimentos u otros estímulos sensoriales que indiquen que era hora de comer. Y su estimulación tiene el efecto contrario, reduciendo la ingesta de alimentos y deteniendo los movimientos de masticación, lo que resulta en una supresión eficaz del hambre.

La arquitectura simple de este circuito sugiere que el impulso de comer puede ser más reflejo de lo que se pensaba anteriormente y puede proporcionar nuevas pistas sobre cómo se controla el inicio de la alimentación.

«Es sorprendente que estas neuronas estén tan basadas en el control motor», dice la primera autora del estudio, Christin Kosse, investigadora asociada en el laboratorio. «No esperábamos que la limitación del movimiento físico de la mandíbula pudiera actuar como una especie de restricción del apetito».

Neuronas y apetito

El impulso de comer está impulsado no sólo por el hambre sino por muchos factores. También comemos por placer, comunidad, ritual y costumbre; y el olfato, el gusto y las emociones pueden afectar si comemos también. En los seres humanos, la comida también puede estar regulada por el deseo consciente de consumir más o menos.

Las causas de la obesidad son igualmente complejas y son el resultado de una interacción dinámica de la dieta, el medio ambiente y los genes. Por ejemplo, las mutaciones en varios genes, incluidos los que codifican la hormona leptina, que controla el hambre, y el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF, por sus siglas en inglés), provocan una sobrealimentación grave, cambios metabólicos y obesidad extrema, lo que sugiere que los dos factores suelen suprimir el apetito.

Cuando el equipo de Friedman comenzó este estudio, intentaron identificar la ubicación de las neuronas BDNF que suprimen la ingesta excesiva de alimentos. Esto ha desconcertado a los científicos durante años, porque las neuronas BDNF, que también son reguladores primarios del desarrollo, la diferenciación y la supervivencia neuronal, están muy extendidas en el cerebro.

En el estudio actual, se centran en el hipotálamo ventromedial (VMH), una región profunda del cerebro vinculada a la regulación de la glucosa y el apetito. Está bien documentado que el daño al VMH puede llevar a comer en exceso y eventualmente a la obesidad en animales y personas, al igual que las proteínas BDNF mutadas. Quizás el VMH desempeñó un papel regulador en el comportamiento alimentario.

Esperaban que al documentar el impacto del BDNF en la conducta alimentaria, pudieran encontrar los circuitos neuronales que sustentan el proceso de transformación de las señales sensoriales en movimientos de la mandíbula. Luego descubrieron que las neuronas BDNF en el VMH, pero no en otros lugares, se activan cuando los animales se vuelven obesos, lo que sugiere que se activan cuando se aumenta el peso para suprimir la ingesta de alimentos. Por lo tanto, cuando faltan estas neuronas o hay una mutación en el BDNF, los animales se vuelven obesos.

Masticar sin comer

En una serie de experimentos, los investigadores utilizaron la optogenética para expresar o inhibir las neuronas BDNF en el hipotálamo ventromedial de ratones.

Cuando se activaron las neuronas, los ratones dejaron de alimentarse por completo, incluso cuando se sabía que tenían hambre. Su silencio tuvo el efecto contrario: los ratones empezaron a comer, y a comer, a comer y a comer, devorando casi un 1.200% más de comida de lo normal en un corto período de tiempo.

«Cuando vimos estos resultados, inicialmente pensamos que tal vez las neuronas BDNF codifican la valencia», dice Kosse. «Nos preguntamos si cuando regulamos estas neuronas, los ratones experimentaban la sensación negativa de hambre o tal vez la sensación positiva de comer alimentos deliciosos».

Pero experimentos posteriores cuestionaron esa idea. Independientemente de la comida que se les dio a los ratones, ya sea su comida estándar o comida llena de grasa y azúcar, como el equivalente para ratones de un pastel de mousse de chocolate, descubrieron que la activación de las neuronas BDNF suprimía el consumo de alimentos.

Y dado que el hambre no es la única motivación para comer, como puede atestiguar cualquiera que no pueda dejar pasar el postre, también ofrecieron comida realmente buena a los ratones que ya estaban bien alimentados. Los animales comieron hasta que los investigadores inhibieron las neuronas BDNF, momento en el que dejaron de comer rápidamente.

«Este fue inicialmente un hallazgo desconcertante, porque estudios previos han sugerido que este impulso ‘hedónico’ de comer por placer es bastante diferente del impulso de hambre, que es un intento de suprimir la sensación negativa, o valencia negativa, asociada con el hambre. comiendo. ”, señala Kosse. «Hemos demostrado que la activación de las neuronas BDNF puede suprimir ambos impulsos».

Igualmente impresionante fue que la inhibición del BDNF provocó que los ratones realizaran movimientos de masticación con las mandíbulas, dirigidos a cualquier objeto cercano, incluso cuando no había comida disponible. Esta compulsión de masticar y morder era tan fuerte que los ratones picaban cualquier cosa a su alrededor: el pico metálico de un bebedero de agua, un bloque de madera e incluso los cables que monitorean su actividad neuronal.

La conexión entre sensación y comportamiento.

Pero, ¿cómo se conecta este interruptor de control del motor con la necesidad o el deseo de alimento del cuerpo?

Al mapear la entrada y salida de las neuronas BDNF, los investigadores descubrieron que las neuronas BDNF son el eje de un circuito neuronal de tres partes que conecta las señales hormonales que regulan el apetito con los movimientos necesarios para consumirlo.

En un extremo del circuito hay neuronas especiales en la región del núcleo arqueado (Arco) del hipotálamo que captan señales de hambre como la hormona leptina, que es producida por las células grasas. (Una cantidad alta de leptina significa que el tanque de energía está lleno, mientras que un nivel bajo de leptina indica que es hora de comer. Los animales sin leptina se vuelven obesos). Las neuronas de arco se proyectan hacia el hipotálamo ventromedial, donde sus señales son captadas por Neuronas BDNF, que luego se proyectan directamente a un centro cerebral llamado Me5 que controla el movimiento de los músculos de la mandíbula.

«Otros estudios han demostrado que cuando se matan las neuronas Me5 en ratones durante el desarrollo, los animales morirán de hambre porque no podrán masticar alimentos sólidos», dice Kosse. «Así que tiene sentido que cuando manipulamos las neuronas BDNF que se proyectan allí, veamos movimientos de la mandíbula».

También explica por qué el daño del VMH causa obesidad, dice Friedman. «La evidencia presentada en nuestro artículo muestra que la obesidad asociada con estas lesiones es el resultado de la pérdida de estas neuronas BDNF, y los hallazgos conectan las mutaciones que se sabe que causan obesidad en un circuito relativamente coherente».

Los hallazgos sugieren algo más profundo sobre la conexión entre sensación y comportamiento, añade. «La arquitectura del circuito de alimentación no es muy diferente de la arquitectura de un reflejo», dice Friedman. “Esto es sorprendente, porque comer es un comportamiento complejo, en el que muchos factores influyen en el inicio del comportamiento, pero ninguno de ellos lo garantiza. Por otra parte, un reflejo es simple: un estímulo definido y una respuesta invariante. En cierto sentido, lo que este artículo muestra es que la línea entre conducta y reflejo probablemente sea más borrosa de lo que pensábamos. Nuestra hipótesis es que las neuronas de este circuito son el objetivo de otras neuronas del cerebro que transmiten otras señales que regulan el apetito».

Esta hipótesis es consistente con el trabajo del neurofisiólogo Charles Sherrington de principios del siglo XX, quien señaló que si bien la tos está regulada por un reflejo típico, puede ser modulada por factores conscientes, como el deseo de reprimirse en un teatro lleno de gente.

Kosse añade: “Dado que la alimentación es tan esencial para la supervivencia básica, este circuito que regula la ingesta de alimentos puede ser antiguo. Quizás fue un sustrato para un procesamiento cada vez más complejo que se produjo a medida que el cerebro evolucionaba».

Con ese fin, en el futuro los investigadores quieren explorar el área del tronco encefálico conocida como Me5 con la idea de que los controles motores de la mandíbula podrían ser un modelo útil para comprender otros comportamientos, incluidas acciones orales compulsivas relacionadas con el estrés, como morderse un lápiz. Borrador o mechones de pelo.

«Al examinar estas neuronas premotoras en Me5, podremos comprender si hay otros centros que se proyectan a la región e influyen en otros comportamientos innatos, como lo hacen las neuronas BDNF para comer», dice. «¿Hay neuronas activadas por el estrés u otras que también se proyectan allí?»

Las nuevas investigaciones aparecen en Naturaleza.

Fuente: Universidad Rockefeller