En un nuevo estudio, un grupo de investigadores, dirigido por el Dr. Joshua Goldberg de la Universidad Hebrea, describe un nuevo tipo de onda neuroquímica en el cerebro. Su investigación, publicada en Nature Communications, revela la existencia de ondas viajeras del neuroquímico acetilcolina en el cuerpo estriado, una región del cerebro responsable de motivar las acciones y los comportamientos habituales.
Se cree que la motivación para ejecutar una acción depende de la liberación de otro neuroquímico, la dopamina, en el cuerpo estriado. Investigaciones recientes han demostrado que la dopamina se libera en patrones ondulatorios dentro del cuerpo estriado. El equipo dirigido por Goldberg descubrió que la acetilcolina también se libera en el cuerpo estriado en patrones ondulatorios.
Durante mucho tiempo se ha pensado que para que el cuerpo estriado funcione correctamente es necesario mantener un equilibrio entre la liberación de dopamina y acetilcolina en el cuerpo estriado, y que la alteración de este equilibrio conduce a trastornos del movimiento como la enfermedad de Parkinson.
El nuevo estudio propone un mecanismo matemático por el cual surgen ondas simultáneas de acetilcolina y dopamina, que puede representar cómo se realiza este equilibrio.
La investigación se llevó a cabo utilizando herramientas genéticas de última generación y técnicas avanzadas de imagen, lo que permitió al equipo visualizar las ondas de acetilcolina en animales despiertos y que se comportaban. Además, se emplearon técnicas de imagen para observar la interacción entre la acetilcolina y la dopaminain vitro. A través de un riguroso análisis matemático, utilizando modelos activadores-inhibidores de reacción-difusión y simulaciones por ordenador, el equipo propuso un modelo que explica la formación de ondas viajeras tanto de acetilcolina (el activador) como de dopamina (el inhibidor).
Aspectos destacados del estudio:
- Primera descripción de las ondas de acetilcolina: en el cuerpo estriado de animales sanos que se comportan.
- La liberación local de dopamina es desencadenada por neuronas individuales que no son dopaminérgicas: el estudio demostró que la activación eléctrica de una sola neurona liberadora de acetilcolina en el cuerpo estriado es suficiente para inducir la liberación local de dopamina en su proximidad.
- Un modelo novedoso de cómo surgen simultáneamente las dos ondas neuroquímicas : El estudio propone un nuevo modelo matemático basado en la conocida interacción entre la acetilcolina y la dopamina en el cuerpo estriado, que puede dar lugar a la generación simultánea de estas ondas.
Por último, el estudio proporciona fuertes predicciones comprobables sobre la relación entre estos dos fenómenos ondulatorios y el mecanismo neuronal para su formación. El estudio también propone que los axones de dopamina y acetilcolina (que son los apéndices muy largos de las neuronas de dopamina y acetilcolina) interactúan directa y localmente en el cuerpo estriado, que no es la forma en que tradicionalmente se cree que interactúan las neuronas.
El artículo de investigación titulado “Acetylcholine waves and dopamine release in the striatum”, ya está disponible en Nature Communications.
Equipo de investigación
Lior Matityahu, Departamento de Neurobiología Médica, Instituto de Investigación Médica de Israel-Canadá, Facultad de Medicina, Universidad Hebrea de Jerusalem, Israel.
Naomi Gilin, Departamento de Neurobiología Médica, Instituto de Investigación Médica de Israel-Canadá, Facultad de Medicina, Universidad Hebrea de Jerusalem, Israel.
Gideon A. Sarpong, Instituto Okinawa de Ciencia y Tecnología, Japón.
Yara Atamna, Departamento de Neurobiología Médica, Instituto de Investigación Médica de Israel-Canadá, Facultad de Medicina, Universidad Hebrea de Jerusalem, Israel.
Lior Tiroshi, Departamento de Neurobiología Médica, Instituto de Investigación Médica de Israel-Canadá, Facultad de Medicina, Universidad Hebrea de Jerusalem, Israel.
Nicolas X. Tritsch, Instituto de Neurociencias, Universidad de Nueva York, Estados Unidos.
Jeffery R. Wickens, Instituto Okinawa de Ciencia y Tecnología, Japón.
Joshua A. Goldberg, Departamento de Neurobiología Médica, Instituto de Investigación Médica de Israel-Canadá, Facultad de Medicina, Universidad Hebrea de Jerusalem, Israel.
La colaboración con los principales expertos desempeñó un papel crucial en esta investigación, ya que el Prof. Jeffery Wickens, el Dr. Gideon Sarpong y el Dr. Nicolas Tristch contribuyeron con datos de imagen invaluables, mostrando las ondas viajeras de la acetilcolina en animales que se mueven libremente.
Financiación
Este trabajo fue financiado por una beca de investigación del Programa de Ciencias de la Frontera Humana (HFSP, por sus siglas en inglés) no. RGP0062/2019 a J.R.W. y J.A.G.; mediante una subvención de consolidación del Consejo Europeo de Investigación (CEI) (Nº 646886) a J.A.G.; y por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (DP2NS105553 y R01MH130658) y las Fundaciones Dana y Whitehall a N.X.T.
Agradecemos a Loren Looger por proporcionar iAChSnFR y a Kiyoto Kurima por clonar iAChSnFR en un vector AAV-Tetoff parcialmente modificado.
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