El cerebro activa el modo «a trabajar»

Los científicos han descubierto que las neuronas de orexina —un pequeño grupo de células del hipotálamo— ayudan al cerebro a evaluar si una recompensa merece el esfuerzo necesario para conseguirla. Estas células son conocidas sobre todo por su participación en el mantenimiento de la vigilia y en la regulación del sueño y el apetito, pero un nuevo estudio muestra que también actúan como una especie de rastreador de la motivación. Los resultados se han publicado en la revista PNAS.

La motivación es el impulso interno que lleva a un animal a iniciar una acción y mantenerla para alcanzar un objetivo. Para ello, el cerebro debe prever el resultado, evaluar su valor y determinar cuánto esfuerzo merece la pena invertir. Estudios anteriores ya habían relacionado la orexina con la conducta dirigida a objetivos, pero no estaba claro cómo se vinculaba exactamente la actividad de estas neuronas con la expectativa de recompensa y la magnitud del esfuerzo.

Para averiguarlo, investigadores de la Universidad de Nagoya crearon un modelo de ratas modificadas genéticamente que les permitió observar y controlar las neuronas de orexina. Enseñaron a ratas hambrientas a pulsar una pantalla táctil para obtener una pequeña bolita de comida. Después aplicaron una prueba progresiva: el número de pulsaciones necesarias para conseguir la siguiente ración iba aumentando poco a poco. Al principio, por ejemplo, bastaban cinco toques; más adelante hacían falta decenas.

Cuando la rata dejaba de intentarlo, los científicos registraban el llamado punto de parada o breakpoint. Este indicaba el esfuerzo máximo que el animal estaba dispuesto a realizar por una recompensa. La activación artificial de las neuronas de orexina elevó este valor: las ratas siguieron pulsando la pantalla durante más tiempo y realizaron más trabajo.

A continuación, los científicos utilizaron un método de registro óptico de la actividad celular, la fotometría de fibra. Esta técnica registra los cambios en el nivel de calcio dentro de las neuronas: cuando una célula se activa, recibe más calcio. Resultó que la actividad de las neuronas de orexina aumentaba bruscamente mientras las ratas pulsaban la pantalla y esperaban la comida. Tras recibir y comer la bolita, la señal volvía a su nivel habitual.

La intensidad de la señal dependía de la dificultad de la tarea. Durante la prueba difícil, en la que aumentaba progresivamente el número de pulsaciones, las neuronas estaban más activas que en la tarea sencilla, donde bastaban uno o dos toques para obtener la recompensa. Si los investigadores retenían deliberadamente la bolita esperada, la actividad seguía siendo alta. Esto podría indicar que las células mantienen un estado prolongado de espera o tensión hasta que se alcanza el objetivo previsto.

Para comprobar si las neuronas eran realmente necesarias para actuar, los investigadores recurrieron a la optogenética, que permite controlar células mediante luz. Tras la quinta y última pulsación, inhibían brevemente la actividad de las neuronas de orexina con luz azul. En ese momento, las ratas rendían peor en las tareas y tardaban más en completar los intentos. Al parecer, interrumpir la señal alteraba el paso de la expectativa de recompensa a la acción dirigida a un objetivo.

Según el autor del estudio, Hiroyuki Mizoguchi, las neuronas de orexina probablemente forman parte de un sistema más amplio que transforma la expectativa de un resultado en motivación. No son la única fuente de determinación, pero ayudan al cerebro a decidir si la recompensa justifica el esfuerzo necesario.

Los resultados concuerdan con experimentos anteriores en los que el bloqueo del sistema de orexina reducía la búsqueda compulsiva de drogas y el consumo de cocaína. Sin embargo, aquellos estudios analizaron modelos de adicción grave, mientras que el nuevo trabajo aborda el mecanismo general de la expectativa de recompensa.

El estudio tiene limitaciones. Los científicos solo analizaron la motivación por la comida, así que se desconoce si las neuronas de orexina actúan igual en las interacciones sociales, la reproducción o la evitación del peligro. Además, los investigadores actuaron sobre toda la población de células de orexina al mismo tiempo, aunque en el hipotálamo existen distintos subgrupos de neuronas.

También hay una salvedad importante: la estimulación con luz no siempre aumentó la motivación. Es posible que las ratas hambrientas ya estuvieran casi al máximo de motivación, por lo que resultaba difícil incrementar aún más sus ganas de trabajar. Los autores subrayan que la relación entre la actividad de las neuronas de orexina y la conducta depende de las condiciones experimentales y del método de intervención. Como el estudio se realizó con ratas, sus resultados no pueden extrapolarse directamente a las personas.

En adelante, el equipo estudiará los circuitos neuronales a los que se conectan las células de orexina y averiguará qué señales regulan su actividad. Los investigadores esperan que esto ayude a comprender mejor los estados asociados a una menor motivación, aunque el trabajo actual no estudió enfermedades concretas ni tratamientos. El artículo está firmado por Yutao Dong, Sheikh Mizanur Rahaman, Wenjun Zhu, Ayumu Inutsuka, Daisuke Ono, Rinako Tanaka, Tetsuo Matsuzaki, Eiji Shibata, Madoka Isobe, Shuntaro Izawa, Akihiro Yamanaka, Kiyofumi Yamada y Hiroyuki Mizoguchi.