Una investigación preclínica identifica un circuito cerebral relacionado con las conductas adictivas

El Dr. Matthew Baker, estudiante de posgrado que realiza investigaciones de ciencias básicas, se ha centrado en los últimos años en un misterioso proceso del cerebro, específicamente en lo que ocurre en los casos de adicción. Su mentor, el Dr. Doo-Sup Choi, farmacólogo molecular, dirige un equipo de investigación que pretende comprender los mecanismos moleculares y celulares de la adicción a las drogas ilícitas y el alcohol con el objetivo de identificar tratamientos.

Hace tres años, el proyecto de tesis de posgrado del Dr. Baker dio un giro cuando leyó un artículo en una revista médica en el que se describía un método que podía detectar y eliminar un circuito neuronal específico. Su idea era aplicar el enfoque a la región del cerebro conocida como globo pálido externo, o GPe, que transmite información entre dos regiones cerebrales. Se sabía que el globo pálido externo interviene en la función motriz, pero solo recientemente se había relacionado con el proceso por el que el cerebro elige una acción para buscar una recompensa o una droga ilícita adictiva.

El Dr. Baker y el Dr. Seungwoo Kang, investigador asociado que también trabajaba en el laboratorio del Dr. Choi, realizaron experimentos e identificaron un circuito neuronal del globo pálido externo que se prolongaba a una zona específica del cuerpo estriado dorsal, una región del cerebro asociada con la adicción. Con esa información, el Dr. Baker y el Dr. Choi empezaron a elaborar un plan para investigar si el circuito desempeñaba un rol en la conducta adictiva.

"Era una idea audaz", afirma el Dr. Choi. "No mucha gente había probado este enfoque de eliminar un circuito, y tampoco en este ámbito. Decidimos intentarlo".

El equipo de investigación, conformado por colaboradores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea, reveló un grupo específico de neuronas dentro del globo pálido externo que están conectadas con conductas adictivas. "Nuestro trabajo identificó una nueva función de este circuito neuronal", afirma el Dr. Baker, que se graduó en mayo de la Escuela de Posgrado en Ciencias Biomédicas de Mayo Clinic y es el primer autor del artículo en la revista Nature Communications. (El Dr. Kang, que ahora trabaja en la Facultad de Medicina de Georgia, es primer coautor del artículo). En última instancia, los investigadores esperan que el descubrimiento contribuya a nuevas estrategias de tratamiento que reduzcan el consumo habitual y compulsivo de drogas ilícitas y alcohol.

Neuronas que controlan los comportamientos

En los estudios, realizados en modelos con ratones de laboratorio, se identificó un subgrupo de neuronas del globo pálido externo, las neuronas arquipalidales, que desempeñan un rol en las conductas adictivas. Estas neuronas constituyen solo el 25 por ciento de las neuronas del globo pálido externo y se prolongan hasta el cuerpo estriado dorsal, conocido por regular el comportamiento habitual y dirigido a objetivos. En el estudio se utilizó un sensor genético de calcio que emite luz fluorescente cuando las neuronas se activan. A continuación, la fluorescencia se detecta con fibra óptica y se captura como datos con más de 30 fotogramas por segundo. "En 30 minutos, eso se convierte en una enorme cantidad de información muy útil", afirma el Dr. Choi. Con modelos informáticos y técnicas de aprendizaje automático, el equipo de investigación pudo utilizar los patrones de activación para predecir comportamientos compulsivos de búsqueda de recompensas.

El equipo descubrió que las neuronas arquipalidales estaban más activas durante el comportamiento habitual (p. ej., una acción de rutina sin recompensa aparente) que durante el comportamiento orientado a un objetivo, el tipo de acción planificada que probablemente produce una recompensa. Como parte de un circuito de retroalimentación que transmite información entre el globo pálido externo y el cuerpo estriado dorsal, las neuronas estaban asociadas a la supresión de los tipos de acciones que se producen en la búsqueda compulsiva de recompensas. Es más, el equipo descubrió que las neuronas arquipalidales disfuncionales provocaban un aumento en los patrones de conducta adictiva.

Toda esta información indica que es posible actuar sobre el globo pálido externo, y en particular sobre las neuronas arquipalidales, para reducir el comportamiento compulsivo, afirma el Dr. Choi. Un medicamento o un enfoque de neuromodulación que active las neuronas arquipalidales podría ayudar a reducir la búsqueda habitual y compulsiva de recompensas. "Nuestros estudios preclínicos están relacionados con campos como la farmacología, la psiquiatría, la neurología y la neurocirugía", señala, y añade que su equipo colaborará con investigadores clínicos para confirmar el rol de las neuronas arquipalidales en los seres humanos.

Ideas que hacen posible una ciencia única

Los hallazgos son un paso más en el programa de investigación sobre adicción a las drogas ilícitas y el alcohol que dirige el Dr. Choi. Su laboratorio utiliza una combinación de genética, farmacología, proteómica, metabolómica, imágenes cerebrales y estudios del comportamiento para abordar la complejidad de la adicción. Su equipo seguirá investigando las neuronas arquipalidales para determinar si transmiten información a otras neuronas del cuerpo estriado dorsal, en particular a un conjunto de neuronas sensibles a la dopamina, y si pueden responder a medicamentos dopaminérgicos.

Es importante destacar que el Dr. Choi atribuye los hallazgos actuales al pensamiento innovador que inició la exploración del globo pálido externo. "Fue esta nueva idea la que hizo posible esta ciencia única", afirma.

El estudio se financió en parte con donaciones para lograr avances en la investigación de la adicción, incluido el Programa Samuel C. Johnson para el Programa de la Genómica de la Adicción en Mayo Clinic. La Ulm Family Foundation y los Institutos Nacionales de la Salud aportaron la financiación adicional.

Para el Dr. Baker, los estudios han ayudado a dirigir el siguiente paso de su investigación. Continúa su capacitación en Mayo Clinic como médico "fellow" de investigación posdoctoral con el Dr. Kai Miller, neurocirujano, cuyos estudios incluyen la neuromodulación. "Me entusiasma tener la oportunidad de estudiar circuitos cerebrales similares en los núcleos basales, como los relacionados con el control motriz, y aprender sobre enfoques, como la neuroestimulación, para tratar otros trastornos neurológicos complejos", afirma.

—Kate Ledger