Un receptor específico de serotonina puede determinar la importancia que se le da a la percepción de estímulos visuales, lo que explica los efectos de ciertos fármacos y podría ayudar a comprender enfermedades psiquiátricas.
Las señales que recibe nuestro cerebro no siempre se procesan de la misma manera: determinados receptores modulan estos mecanismos, influyendo de diversas formas en nuestro estado de ánimo, percepción y comportamiento. Uno de ellos es el receptor 5-HT2A, que tiene una característica única descubierta recientemente: amortigua la información visual entrante, lo que le da a nuestro cerebro más espacio para los procesos e interpretaciones internos. Este descubrimiento de un equipo de investigadores de la Universidad del Ruhr de Bochum (Alemania) también podría ayudar a explicar los efectos de drogas como el LSD. Cuando este receptor está hiperactivado, se suprime la información sensorial externa y el cerebro genera más imágenes impulsadas internamente. “Es un poco como si nuestro cerebro hablara cada vez más consigo mismo”, explica el profesor Dirk Jancke. Los hallazgos, publicados en la revista Nature Communications el 14 de septiembre de 2024, brindan nuevos conocimientos sobre nuestra comprensión de la percepción y los trastornos psiquiátricos.
En la jungla de los receptores de serotonina
Los receptores median la transmisión de información entre las células nerviosas. La liberación de serotonina altera la actividad de las células nerviosas en todo el cerebro. Se pueden distinguir al menos 14 tipos de receptores serotoninérgicos. “La situación es especialmente complicada porque estos receptores pueden ser tanto inhibidores como activadores”, dice Dirk Jancke. “Además, se expresan en diferentes tipos de células, que a su vez tienen efectos inhibidores o excitadores mutuos en toda la red”.
Usando la luz contra la oscuridad en el cerebro
Por ello, investigar los efectos de los receptores en el cerebro no es una tarea sencilla. Los métodos farmacológicos convencionales para dilucidar la función de los receptores en la red neuronal son limitados, no suelen ser lo suficientemente específicos y, sobre todo, operan en una escala temporal más lenta. Por ello, el grupo de investigación dirigido por el profesor Stefan Herlitze ha desarrollado métodos alternativos. Mediante virus se introducen en las células nerviosas proteínas receptoras sensibles a la luz. Las proteínas receptoras sensibles a la luz se modifican genéticamente para que puedan imitar las funciones de un tipo de receptor seleccionado. Esto permite encender y apagar el tipo de receptor seleccionado como un interruptor de luz, con precisión y en milisegundos. Para ello, se implantan fibras ópticas ultrafinas en ratones que, mediante un control LED, envían luz de la longitud de onda deseada a la región cerebral correspondiente.
Los receptores 5-HT2A regulan la sensibilidad a la información sensorial
Gracias a este método, los investigadores descubrieron que el receptor 5-HT2A suprime selectivamente la intensidad de la información visual entrante. “Sorprendentemente, esto ocurre sin inhibir otros procesos paralelos”, informa la Dra. Ruxandra Barzan, autora principal del estudio. De este modo, el cerebro reduce la importancia de la información sensorial actual en favor de los procesos de comunicación e interpretación internos. “Esto significa que hemos descubierto un mecanismo que regula la importancia que se concede a la información entrante”, afirma Ruxandra Barzan.
Comprender las alucinaciones y desarrollar enfoques terapéuticos
Según Dirk Jancke, las alucinaciones inducidas por drogas como el LSD podrían interpretarse como una forma de diálogo interno: “Mediante la sobreactivación, el receptor 5-HT2A suprime la actividad sensorial externa y el cerebro crea una percepción independiente de los estímulos externos”.
En un cerebro sano, la serotonina activa simultáneamente distintos tipos de receptores, lo que garantiza que el flujo de información se distribuya de forma equilibrada. En el caso de enfermedades psiquiátricas, este equilibrio puede verse alterado. Los investigadores esperan que sus recientes hallazgos puedan contribuir al desarrollo de nuevas terapias en las que se activen receptores específicamente seleccionados en dosis bajas para restablecer dicho equilibrio. Por ejemplo, las drogas psicodélicas que se dirigen selectivamente al receptor 5-HT2A podrían utilizarse con fines terapéuticos bajo supervisión médica y en contextos de aprendizaje definidos para compensar los desequilibrios anormales en la activación de los receptores a largo plazo.
La inteligencia artificial se encuentra con la neurobiología
Para comprender mejor las complejas interacciones entre los diferentes tipos de células y los receptores del cerebro, los investigadores utilizaron modelos informáticos que simplifican las características clave de los circuitos neuronales. Probaron la hipótesis de que el receptor solo muestra los efectos observados cuando se activa simultáneamente en las células nerviosas inhibidoras y excitadoras. Esta hipótesis fue apoyada por su modelo. El grupo de investigación dirigido por el profesor Sen Cheng descubrió en sus simulaciones que solo la activación simultánea del receptor en las células inhibidoras y excitadoras conduce a interacciones en red que replican los hallazgos experimentales.
El estudio fue realizado conjuntamente por los grupos de Dirk Jancke, Sen Cheng, la profesora Melanie Mark y Stefan Herlitze en el marco del Centro de Investigación Colaborativa 874 y del Grupo de Formación de Científicos “MoNN&Di” (Redes Neuronales Monoaminérgicas y Enfermedades). Ruxandra Barzan, autora principal y graduada de la Escuela Internacional de Posgrado en Neurociencia, desempeñó un papel fundamental al llevar a cabo los experimentos y los análisis bajo la supervisión de Dirk Jancke.
Ruxandra Barzan et al.: Control de la entrada sensorial a través de circuitos polisinápticos en la corteza visual del ratón mediante un único tipo de receptor acoplado a proteína G (5-HT2A), en: Nature Communications, 2024, DOI: 10.1038/s41467’024 -51861-1
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