Cómo el cerebro selecciona a qué prestar atención

Este conocimiento podría, entre otras cosas, mejorar los tratamientos para los humanos afectados por el trastorno por déficit de atención / hiperactividad.

Los animales son capaces de comportamientos complejos y funciones cognitivas. ¿Qué cálculos neurales fundamentales subyacen a ellos y cómo se implementan estos cálculos en los circuitos cerebrales? Una nueva investigación intenta responder a estas preguntas.

Al estudiar la lechuza común, los científicos de la Universidad Johns Hopkins creen que han dado un paso importante para resolver el misterio de cómo el cerebro elige lo que más merece la atención.

El hallazgo, publicado en  la revista Cell Reports, probablemente se aplique a todos los animales, incluidos los humanos, y ofrece una nueva perspectiva de lo que está mal en los cerebros de las personas con trastorno por déficit de atención / hiperactividad.

Según  el coautor Shreesh Mysore, neurocientífico de la Universidad Johns Hopkins. "Hay un millón de cosas allá afuera en el mundo bombardeando nuestros ojos, nuestros oídos, nuestra piel y otros órganos sensoriales. De todas esas cosas, ¿a qué información en particular debemos prestar atención en cualquier momento para definir nuestro comportamiento? ".

Aunque los científicos han estudiado el cerebro de los animales durante décadas, no se ha encontrado una buena respuesta a la pregunta de cómo el cerebro decide a qué prestar atención. Los investigadores decidieron, en este experimento, investigar  el mesencéfalo, una parte evolutivamente más antigua del cerebro que se encuentra en gran número de animales, desde peces y mamíferos hasta aves y humanos.

Los investigadores eligieron búhos como sujeto de estudio, porque no solo tienen una visión y audición agudas, sino que, como todas las aves, tienen un mesencéfalo organizado de una manera que hace que sea relativamente fácil rastrear la actividad de neuronas específicas.

En la investigación se seleccionaron a 15 búhos, a los que se mostraron  estímulos visuales en un monitor, mientras se medía la actividad de neuronas individuales en los mesencéfalos.

Lo que encontraron fue desconcertante e inesperado. Aunque las neuronas individuales generalmente codifican el espacio visual topográficamente, lo que significa que las neuronas vecinas codifican los espacios para las partes vecinas del mundo, aquí encontraron neuronas individuales que respondían a varias zonas de ubicaciones, a veces muy alejadas.

Para descubrir por qué estas neuronas duplicaban o incluso triplicaban las localizaciones, el autor principal Nagaraj Mahajan, diseñó un modelo. Descubrió que si las neuronas necesitaban señalar la ubicación más importante del mundo sin importar de dónde provenía la información visual, la única forma posible de codificar el espacio, mientras se mantenían controlados los costos metabólicos y de cableado, era tener menos neuronas que ubicaciones en el mundo, con cada neurona codificando múltiples ubicaciones dispares. El cerebro del búho realmente coincidía casi a la perfección con estas predicciones computacionales.

Cuando contaron las neuronas del mesencéfalo, había un 40 por ciento menos de neuronas que de  posibles ubicaciones. Y las ubicaciones que las neuronas individuales codificaron estaban organizadas según un principio combinatorio, muy parecido a una solución de un Sudoku.

El  enfoque central es comprender cómo el cerebro implementa la selección de una alternativa entre muchas, para permitir que los animales presten atención a la información más importante en cualquier momento. Esta capacidad de asistir "apropiadamente" es crítica para el comportamiento adaptativo, y las anomalías en esta capacidad son un síntoma prominente de varios trastornos psiquiátricos como el TDAH, el autismo y la esquizofrenia.

Al identificar los principios de organización y función del circuito que subyacen en la selección de atención, es posible descubrir nuevos objetivos de tratamiento específicos para combatir la disfunción de atención.

"Estos resultados nos dan una respuesta por primera vez sobre cómo el cerebro resuelve realmente el problema de seleccionar uno sobre todos los lugares posibles", según Mysore. "Lo que tenemos ahora es una respuesta satisfactoria para un problema que es a la vez fundamental y universal. Es factible que las ideas de este estudio se puedan generalizar muy bien hasta los humanos".

También es posible ayudar a interpretar  cómo el cerebro implementa la selección en una gama de otros comportamientos cognitivos complejos, como la toma de decisiones y la discriminación perceptiva.

Finalmente, tiene interés el utilizar estos conocimientos de la neurobiología para diseñar sistemas inteligentes artificiales eficientes.

Estas neuronas del cerebro medio podrían ser una clave importante para ciertos enigmas. Es  una investigación básica, pero se trata de generar ideas que puedan probarse en pacientes y, con suerte, puedan ayudar a crear terapias adecuadas".

Basado en:

https://www.cell.com/cell-reports/pdf/S2211-1247(18)31598-5.pdf

¿Una buena dieta podría proteger a nuestros descendientes de algunas enfermedades mentales?

¿Es posible  prevenir ciertas enfermedades mentales como la esquizofrenia o la ansiedad tomando un suplemento vitamínico durante el embarazo?

Cada día, millones de mujeres embarazadas toman una serie de  vitaminas y minerales prenatales  por consejo de su médico.Estas recetas médicas tienen a la salud física en mente: ácido fólico (B9) para ayudar a evitar los problemas fetales de la médula espinal; Yodo para estimular el desarrollo saludable del cerebro; Calcio para ayudar a formar los  diminutos huesos de bebé.

Pero ¿qué pasa con la salud mental futura de un niño? Las preguntas acerca de si el Trastorno por Déficit de Atención o Hiperactividad (TDAH) podría surgir pocos años más tarde o si la esquizofrenia pudiera aparecer en la edad adulta joven tienden a ser eclipsadas ​​por ansiedades parentales más inmediatas, como la aparición de malformaciones o enfermedades genéticas graves.

Sin embargo, al igual que los pediatras administran las vacunas infantiles para protegerse contra futuras infecciones, algunos psiquiatras ahora están pensando en cómo cambiar su disciplina centrada en el tratamiento una vez diagnosticada la enfermedad mental, hacia una que también se ocupe de la prevención temprana.

En 2013, el psiquiatra de la Universidad de Colorado Robert Freedman y sus colegas reclutaron 100 mujeres embarazadas sanas de Denver para estudiar si suministrar  colina durante el embarazo mejoraría el crecimiento cerebral en el feto en desarrollo.

A las futuras madres se les dio aleatoriamente un placebo o una forma de colina llamada fosfatidilcolina. La colina en sí se descompone por las bacterias en el intestino;  Esta forma puede ser más eficazmente absorbida en el torrente sanguíneo.

La fosfatidilcolina, uno de los componentes de la  lecitina, es un elemento abundante en la yema de huevo, la leche,  el sésamo  y en los granos de soja entre otros,  es uno de los principales constituyentes de las bicapas lipídicas de las membranas celulares y es importante para la neurotransmisión colinérgica, entre otras funciones.

Aquellas futuras madres que formaban el grupo de tratamiento recibieron 3.600 miligramos de fosfatidilcolina por la mañana y 2.700 miligramos por la noche. Dado que la fosfatidilcolina supone  aproximadamente del 13 al 15 % de colina, la cantidad que recibían las mujeres era de unos 900 miligramos de colina al día, el doble de lo recomendado por la División de Salud y Medicina de las Academias Nacionales (y aproximadamente la misma cantidad contenida en tres huevos grandes).

Después del nacimiento, a los lactantes se les administraron 100 mg de fosfatidilcolina líquida o placebo una vez al día durante aproximadamente tres meses. Dado que ambos grupos también estaban recibiendo colina de la alimentación regular, la dosis aseguró que los suplementos recibidos estaban por encima de los recomendados por el  Instituto de Medicina de por lo menos 125 miligramos al día.

A las 5 semanas de edad, los niños fueron expuestos a una serie de sonidos de clic en el laboratorio, mientras que su actividad cerebral se monitorizaba mediante un  electroencefalograma, o EEG, un método para registrar la actividad eléctrica del cerebro a través de electrodos colocados en el cuero cabelludo. Normalmente, cuando se exponen al mismo sonido sucesivamente, tanto el cerebro infantil como el adulto acabaran mostrando una  "inhibición" o un pulso de actividad mucho más débil en respuesta al segundo sonido. Cuando nos acostumbramos a un sonido, dejamos de percibirlo.

Sin embargo, en algunos niños esta inhibición no se produce  y este es un hallazgo vinculado con un mayor riesgo de problemas de atención, dificultades en las relaciones sociales y, más adelante en la vida, posible diagnóstico de esquizofrenia.

Los resultados publicados en 2013 en el American Journal of Psychiatry por el grupo de Freedman muestran que el 76 por ciento de los recién nacidos cuyas madres recibieron suplementos de colina tenían una inhibición normal a los estímulos sonoros. La proporción cayó al 43 por ciento en los nacidos de madres que no los recibieron. Parecía que la colina podría ayudar al cerebro infantil a un desarrollo que minimizara los riesgos de posteriores  problemas de salud mental.

Un estudio de seguimiento a los 40 meses encontró que los niños que habían recibido suplementos de colina en el útero y después del parto tenían menos problemas de atención y menos problemas de relación social.

El consumo excesivo de colina - o más de 7.500 miligramos al día - se ha asociado con descensos en la presión arterial, sudoración, efectos secundarios gastrointestinales y un olor corporal "a pescado". La mayoría de las dietas en los países del primer mundo contienen una cantidad significativa de colina, y la suplementación a niveles óptimos no plantea efectos secundarios conocidos o riesgo para el desarrollo fetal, dice Freedman.

¿Cómo interviene la genética?

Uno de los primeros genes que se vincularon a la esquizofrenia recibe el nombre de "CHRNA7". Normalmente codifica un receptor en las neuronas que responde al neurotransmisor acetilcolina, así como a la nicotina, una transmisión esencial para la función normal del cerebro y la cognición. Las mutaciones genéticas en el gen CHRNA7 causan disminución de los niveles del receptor neuronal y se ha detectado que las personas con esquizofrenia muestran en sus neuronas un menor número de estos receptores.

La colina se sabe que es esencial para el desarrollo del cerebro y la función y también es con frecuencia deficiente en mujeres embarazadas, ya que la dieta normal no la proporciona en cantidad suficiente. También se conoce que la colina en el líquido amniótico activa el receptor CHRNA7 en el desarrollo fetal del cerebro.

Por tanto,  al igual que el ácido fólico puede ayudar a superar los defectos en el cerebro y el desarrollo de la médula espinal, tal vez complementar a las madres con colina podría ayudar a prevenir la enfermedad mental, sugiere Freedman.  Actualmente,  los niños del  estudio tienen más de 4 años de edad, y se estima que aquellos que recibieron el suplemento parecen estar en una vía de desarrollo diferente, una con menos problemas mentales.

Por otra parte, aunque los tratamientos experimentales para  la psicosis, dirigidos al gen de CHRNA7 y al receptor que codifica, están siendo explorados por otros investigadores, Freedman explica que los niveles del receptor muestran un pico en el cerebro fetal y disminuyen después del nacimiento. Por tanto, parece que el momento óptimo para probar este tratamiento  es durante el embarazo.

Aunque la colina está disponible en una serie de alimentos, el trabajo de Freedman sugiere que para muchas mujeres, las fuentes dietéticas pueden ser inadecuadas durante el embarazo. Además, los suplementos prenatales tienden a no incluirlo.

Dos estudios observacionales anteriores, realizados con encuestas de dieta en lugar de la suplementación más rigurosa controlada con placebo que el grupo de Freedman llevó a cabo, también encontraron efectos beneficiosos asociados con un mayor consumo de colina materna durante el embarazo. A los 7 años de edad, los niños de las madres que consumen más de 400 miligramos de colina al día de forma habitual, puntúan mejor en las pruebas de memoria e inteligencia. A los 18 meses, los bebés cuyas madres tenían niveles sanguíneos más altos de colina tuvieron puntuaciones significativamente más altas en las pruebas cognitivas.

Las perspectivas de la suplementación de colina en el embarazo han despertado interés médico, pero también notas de precaución. "Creo que la investigación sobre la colina es realmente intrigante y estamos empezando a investigar los niveles de colina materna también" según Catherine Monk, profesora asociada de psiquiatría y obstetricia y ginecología en el Columbia University Medical Center. "Algunas vitaminas prenatales lo contienen y los alimentos ricos en colina están fácilmente disponibles, pero tenemos mucho más investigación que hacer antes de empezar a recomendarlo ampliamente".

En general, las intervenciones basadas en la evidencia durante el embarazo y la primera infancia para prevenir la enfermedad mental son escasas. Sin embargo, existen algunos factores de riesgo modificables que pueden marcar la diferencia, muchos de los cuales se centran en mejorar el bienestar materno.

La propia investigación de Monk explora el impacto del estado emocional de una futura madre en el feto en desarrollo. Según Monk, su equipo ha demostrado que el estrés, la depresión y la ansiedad durante el embarazo aumentan el riesgo de un niño de padecer Trastorno por Déficit de Atención con Hiperactividad (TDAH), trastornos de conducta y depresión más adelante.

No obstante, la nutrición óptima, incluida la colina y las cantidades adecuadas de zinc y ácidos grasos omega-3,  pueden tener beneficios para el desarrollo y la salud mental como podría tenerlos el dejar de fumar.

Prevenir futuras enfermedades tanto físicas como mentales mediante medidas fáciles de implementar como la ingestión de una buena dieta por parte de las futuras madres debería ser un objetivo, tanto por parte de los Servicios Sanitarios, como por parte de las Administraciones. Además de la mejora de la salud pública, no es despreciable el ahorro en sanidad que supondría una menor incidencia de las enfermedades mentales en nuestra sociedad.

Basado en:

http://ajp.psychiatryonline.org/doi/abs/10.1176/appi.ajp.2012.12070940

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK114308/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26376812