Impulso nervioso, ritmo vascular y memoria: la estimulación del nervio vago mejoró el aprendizaje de los ratones

Un nuevo estudio con ratones ha demostrado que la estimulación del nervio vago puede mejorar el aprendizaje varios días después del entrenamiento y, al mismo tiempo, provocar cambios rítmicos en el flujo sanguíneo cerebral. El trabajo se ha publicado en la revista iScience. Los autores plantean que el efecto podría estar relacionado no solo con las señales químicas entre las neuronas, sino también con las respuestas de los vasos sanguíneos.

El nervio vago es la principal vía de comunicación entre el cerebro y los órganos internos. Va desde el tronco encefálico, atraviesa el cuello y llega a las cavidades torácica y abdominal; participa en la regulación automática del ritmo cardiaco, la respiración y la digestión. La estimulación eléctrica de este nervio ya se utiliza en medicina, en particular en algunos casos de epilepsia y depresión. Habitualmente, sus efectos se explican por cambios en la actividad de los circuitos neuronales y los sistemas de neurotransmisores: los mecanismos químicos que permiten a las células cerebrales intercambiar señales.

Un equipo de la Universidad de Tohoku quiso comprobar si el sistema vascular podía intervenir en el efecto. El aprendizaje requiere energía, que llega a las zonas activas del cerebro a través de la sangre y de los procesos metabólicos asociados. Por eso, los investigadores estudiaron tanto las respuestas nerviosas como los cambios en el volumen sanguíneo del flóculo cerebeloso, una región que participa en el tipo de aprendizaje visuomotor elegido.

Los investigadores implantaron quirúrgicamente en los ratones un electrodo en forma de manguito alrededor del nervio vago izquierdo, en el cuello. Así podían aplicar impulsos controlados mientras los animales se movían libremente. Comprobaron que la estimulación funcionaba observando la dilatación de las pupilas y la disminución de la frecuencia cardiaca, respuestas típicas a la activación del nervio.

Para evaluar el aprendizaje, utilizaron el reflejo optocinético horizontal. Con la cabeza inmovilizada, los ratones observaban unas franjas verticales que se desplazaban de un lado a otro y poco a poco aprendían a seguirlas con los ojos con mayor precisión. A lo largo de un día, los animales realizaron cuatro sesiones de entrenamiento de 15 minutos, separadas por intervalos de una hora. Inmediatamente después de cada sesión, algunos ratones recibían estimulación de distinta intensidad; el grupo de control no la recibía.

Durante el primer día no hubo diferencias en el ritmo de aprendizaje entre los grupos. Sin embargo, en las pruebas del segundo y el quinto día, los ratones estimulados siguieron mejor las franjas en movimiento. La intensidad del impulso determinó cuándo aparecía el efecto: con una estimulación más intensa, la mejora ya se observaba el segundo día; con una menos intensa, no aparecía hasta el quinto.

Para estudiar el flujo sanguíneo, los investigadores emplearon fotometría de fibra, una técnica que registra cambios en la señal luminosa del tejido mediante una fibra óptica. Una proteína fluorescente adicional en la sangre permitió seguir su volumen. Cada breve episodio de estimulación desencadenaba una respuesta vascular en dos fases: primero, los vasos se estrechaban durante un instante; después, se dilataban más y durante más tiempo. Como los impulsos se repetían durante 20 minutos tras el entrenamiento, el volumen sanguíneo del cerebelo oscilaba rítmicamente.

Por término medio, los ratones con las oscilaciones vasculares más marcadas también obtenían mejores resultados el quinto día. No obstante, los autores subrayan que el estudio no demostró que los cambios en el flujo sanguíneo fueran la causa directa de la mejora de la memoria. Tampoco midieron directamente los niveles de ATP, lactato o piruvato, ni el consumo de oxígeno, indicadores relacionados con el metabolismo energético del cerebro.

Además, el experimento se realizó en ratones mediante estimulación invasiva del nervio en el cuello. Por tanto, los resultados no se pueden extrapolar directamente a las personas ni a los dispositivos domésticos no invasivos. El trabajo no demuestra que la estimulación del nervio vago pueda «hacer a una persona más inteligente». Solo muestra que las señales del cuerpo pueden modificar el entorno del cerebro y, quizá, participar en los procesos que sostienen la plasticidad a largo plazo y la consolidación de habilidades.

En los próximos experimentos, los investigadores planean modificar directamente la actividad de los vasos —bloquear o potenciar las oscilaciones— para comprobar si cambia el aprendizaje. También quieren monitorizar a la vez el ATP, el lactato, el piruvato, el oxígeno y la dinámica vascular durante la estimulación, el sueño y el aprendizaje. Los autores consideran que la capacidad del cerebro para aprender depende no solo de la actividad de las neuronas y las sinapsis, sino también del funcionamiento de las células gliales, los vasos sanguíneos, el metabolismo y las señales procedentes de los órganos internos.

El estudio «La estimulación del nervio vago provoca oscilaciones vasculares y potencia el aprendizaje a largo plazo» fue realizado por Junyu U. Chen, Yoko Ikoma y Ko Matsui.