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| El nervio vago forma una compleja red que une el cerebro y los órganos internos. Imagen: V. ALTOUNIAN |
En la década de 1930, el neurocirujano Wilder Penfield fue pionero en un nuevo y atrevido tipo de cartografía. Mientras un taquígrafo tomaba notas, tocaba con delicadeza un electrodo en los cerebros expuestos de sus pacientes, a los que mantenía despiertos, y les preguntaba qué sentían cuando la corriente eléctrica incidía en diferentes zonas.
Penfield quería predecir mejor qué funciones cerebrales se verían amenazadas cuando los cirujanos tuvieran que extirpar tumores o trozos de tejido que provocaran ataques epilépticos. Descubrió que la estimulación de regiones cerebrales adyacentes producía sensaciones en las partes del cuerpo correspondientes: mano, antebrazo, codo. El resultado de su mapeo fue el icónico "homúnculo": un mapa en la arrugada capa exterior del cerebro que representa la superficie del cuerpo.
A continuación, Penfield se aventuró en un territorio más misterioso. Cuando sondeó la ínsula, un pliegue profundo del córtex, algunos pacientes sintieron náuseas o gases; otros eructaban o vomitaban. "Tengo el estómago revuelto y huelo a medicina", dijo uno de ellos.
Penfield descubrió que esas señales viscerales son más difíciles de descifrar que el mapa cerebral de la superficie del cuerpo. Las regiones cerebrales responsables de las diferentes sensaciones internas parecían superponerse. Las regiones sensoriales eran difíciles de distinguir de las que enviaban instrucciones motoras, como las que indican a los intestinos que se contraigan. En una ocasión, Penfield pidió a los participantes que se tragaran un electrodo para detectar cambios en las contracciones intestinales mientras estimulaba sus cerebros. Pero su mapa de los órganos internos era borroso y ambiguo, y así permaneció durante la mayor parte del siglo siguiente.
Décadas después, los científicos están empezando a desentrañar cómo nuestros órganos internos hablan con el cerebro y cómo éste les responde. Esta comunicación bidireccional, conocida como interocepción, abarca un complejo sistema corporal de nervios y hormonas. Gran parte de los estudios recientes se han centrado en el nervio vago: una enorme y serpenteante red de más de 100.000 fibras que viajan desde casi todos los órganos internos hasta la base del cerebro y viceversa.
Gracias a las nuevas técnicas para trazar las rutas de los nervios en los animales y medir la interocepción en las personas, los investigadores están añadiendo nuevos y sorprendentes detalles a los esbozos que Penfield y otros idearon. Desde hace más de 100 años, los científicos saben que el nervio vago transmite señales entre los órganos y el tronco cerebral. Como parte del sistema nervioso parasimpático -activo cuando el cuerpo está tranquilo o se recupera del estrés-, el nervio vago regula funciones autónomas como el ritmo cardíaco, la respiración y la digestión. Pero nuevos estudios han demostrado que las señales transportadas por las fibras vagales van más allá del tronco cerebral, revelando una amplia red interoceptiva en el cerebro que interpreta los cambios internos, anticipa las necesidades del cuerpo y envía órdenes para satisfacerlas. La red incluye regiones cerebrales implicadas en la cognición más compleja, lo que significa que los nervios que controlan el funcionamiento básico del cuerpo también responden -e influyen- en la forma en que recordamos, procesamos las emociones e incluso construimos nuestro sentido del yo.
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El nervio vago Gut Feeleng/Sensación visceral: Las nuevas técnicas para cartografiar las conexiones del nervio vago e identificar sus componentes han revelado una gran cantidad de tipos de células, entre ellas al menos 37 tipos de neuronas sensoriales, que detectan estímulos como el estiramiento, la presión, las toxinas y los nutrientes. Las señales de estas células pueden influir en el estado de ánimo y la memoria. La mayoría de los estudios sobre el nervio vago se han realizado en animales de laboratorio, pero proporcionan importantes pistas sobre su funcionamiento en los seres humanos. Intestine/ Intestino: Las células neuropodales del intestino detectan nutrientes como la glucosa y envían señales rápidas de milisegundos al cerebro a través del vago. Vessels (aorta) / Vasos (aorta): Las neuronas vagales en forma de garra que detectan el estiramiento de la aorta controlan la presión arterial. Larynx / Laringe: Un grupo de aproximadamente 100 neuronas en la laringe del ratón detecta irritantes químicos, defendiendo las vías respiratorias y provocando la tos. Imagen: V. ALTOUNIA |
La evidencia de que la interocepción es clave para el bienestar físico y emocional convierte al nervio vago en un tentador objetivo terapéutico. El Estimulador del Nervio Vago (VNS), que envía pulsos de electricidad al nervio vago a través de un dispositivo implantado bajo la clavícula, ya está aprobado en Estados Unidos para tratar la epilepsia y la depresión. Se están investigando formas de estimulación menos invasivas, como un dispositivo que suministra corriente a la piel del cuello y un dispositivo que se lleva en la oreja llamado Estimulador del Nervio Vago auricular transcutáneo (taVNS), para tratar enfermedades tan diversas como la artritis reumatoide, la obesidad y el Alzheimer. Sin embargo, no está claro cómo podría funcionar cualquiera de estos métodos ni cómo minimizar los efectos secundarios.
Con este objetivo, los investigadores tienen que trazar primero un mapa de las complejas conexiones del nervio vago y luego establecer cómo el cerebro representa y responde a sus mensajes. Esa tarea es desalentadora porque, al igual que muchos nervios periféricos, el nervio vago tiene muchas fibras finas y escasas que carecen de una capa aislante de mielina grasa, lo que las hace notoriamente difíciles de rastrear.
Pero las nuevas herramientas están afinando el panorama. La secuenciación del ARN unicelular, que permite a los científicos identificar los tipos de células de un tejido en función de sus patrones de expresión génica, ha permitido por fin diseccionar la "materia oscura del nervio vago", según Steve Liberles, biólogo celular de la Facultad de Medicina de Harvard. Su equipo utilizó la genética para identificar una "asombrosa diversidad" de tipos de células vagales en roedores, incluidas las que controlan la respiración y desencadenan la tos, perciben los cambios en la presión sanguínea y el oxígeno, y detectan el estiramiento y los nutrientes en el sistema digestivo. Más recientemente, el equipo de Liberles descubrió células en el tronco cerebral, conectadas a las neuronas vagales, que desencadenan las náuseas. Ese hallazgo podría conducir a quimioterapias más tolerables que eviten estimular esas vías nerviosas o incluso las amortigüen.
Los investigadores también pueden inyectar a los animales de laboratorio una forma de virus de la rabia que se propaga a través de las neuronas conectadas de los órganos al cerebro. Peter Strick, neurocientífico de la Universidad de Pittsburgh, inyectó el virus en estómagos de ratas y descubrió vías vagales que conducen a la ínsula rostral, una región poco conocida que se cree que procesa las sensaciones de los órganos internos y regula las emociones. Más tarde, Strick demostró que esas células de la ínsula estimulan la digestión, mientras que una segunda vía vagal que se extiende desde la corteza motora hasta el estómago hace lo contrario: detiene la producción de ácido y las contracciones musculares que ayudan a digerir y mover los alimentos.
Los resultados, publicados en la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences, podrían reavivar la idea de que el estrés provoca úlceras de estómago. Esta idea se descartó en gran medida en la década de 1980, después de que un estudio que dio lugar a un premio Nobel en 2005 las relacionara con infecciones bacterianas por Helicobacter pylori. Pero el nuevo trabajo sugiere que el estrés, al interrumpir cualquiera de las vías vagales, podría dificultar la digestión y crear un entorno más acogedor para las bacterias que inducen las úlceras en el estómago, afirma Strick.
Otros estudios sobre las conexiones vagales sugieren que influyen en la memoria y el aprendizaje. En un estudio de 2018 en ratas, el neurocientífico Scott Kanoski, de la Universidad del Sur de California, cortó las conexiones vagales sensoriales entre el estómago y el hipocampo, una región del cerebro crucial para la formación de recuerdos. La interrupción impidió que los animales recordaran nuevos objetos y lugares y ralentizó el nacimiento de neuronas. Las señales interoceptivas ayudan al hipocampo a formar recuerdos vitales: dónde encontramos por última vez un bocadillo realmente bueno, por ejemplo, o qué comida nos sentó mal.
Los circuitos vagales también impulsan la motivación y el estado de ánimo, según estudios recientes. En 2018, el neurocientífico Diego Bohórquez, de la Universidad de Duke, descubrió una conexión vagal directa entre las células sensoras de nutrientes del intestino de los ratones, llamadas neurópodos, y el cerebro. En un segundo estudio, el neurocientífico Iván de Araujo, de la Escuela de Medicina Icahn del Monte Sinaí, descubrió que la estimulación de estos circuitos con un láser desencadena la liberación del neurotransmisor de recompensa dopamina en el cerebro, motivando a los roedores a buscar más estímulos. Los estudios podrían ayudar a explicar por qué comer te hace sentir bien, y cómo la estimulación del vago en las personas alivia la depresión.
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| El neurocientífico de la Universidad de Harvard, Vitaly Napadow, (izquierda) coloca un dispositivo de estimulación transcutánea del nervio vago en la oreja de su colaborador, Ronald García. Imagen: JEFFREY ANDREE |
Una cuestión acuciante es cómo se estropean las comunicaciones entre el cerebro y el cuerpo. En 2019, el neurocientífico del Monte Sinaí Paul Kenny descubrió un sorprendente vínculo entre la adicción a la nicotina y la diabetes tipo 2 en ratas. Cuando la nicotina se une a los receptores neuronales en una región del cerebro llamada habénula, descubrió Kenny, incita al páncreas a liberar glucagón, una hormona que eleva el azúcar en la sangre. Con el tiempo, esas señales pueden estresar al páncreas, aumentando el riesgo de diabetes. Mientras tanto, los niveles de glucosa crónicamente elevados -comunicados a través del nervio vago y otras vías interoceptivas- hacen que la habénula responda con menos vigor a la nicotina, lo que hace que las ratas busquen más la droga. Este resultado sugiere que la diabetes podría hacer a las personas más propensas a la adicción a la nicotina.
Aunque algunos trastornos psiquiátricos se originan claramente en el cerebro, en otros casos pueden originarse en el cuerpo, según el neurocirujano Kevin J. Tracey, presidente de los Institutos Feinstein de Investigación Médica. Su equipo ha estudiado cómo las señales entre el cerebro y las vísceras modulan el sistema inmunitario, y recientemente ha identificado un grupo de células en el tronco cerebral de los ratones que regula la inflamación enviando señales a través del nervio vago al bazo.
Lisa Feldman Barrett, neurocientífica de la Northeastern University, señala que hay pruebas de que los trastornos del estado de ánimo pueden derivarse de problemas metabólicos, que a su vez pueden tener su origen en factores de estrés que afectan al cerebro, como los traumas de la primera infancia y el abandono o la privación del sueño. Estas experiencias también pueden influir en la forma en que interpretamos las sensaciones internas. En lugar de recibir información de forma pasiva, el cerebro está constantemente construyendo un modelo de sus condiciones sensoriales y adivinando qué las ha causado para dirigir la respuesta correcta.
"Sientes un tirón en el pecho, y tu cerebro tiene que decidir si es porque has cenado demasiado o si es el primer signo de un ataque al corazón".
Estudiar cómo los humanos experimentan sus sensaciones internas es, sin embargo, complicado, como descubrió Penfield. Muchas señales son inconscientes y, cuando llegan a nuestra conciencia, suelen ser borrosas y ambiguas, lo que dificulta que las personas informen de lo que están experimentando.
Las pruebas de conciencia interoceptiva que se utilizan habitualmente piden a las personas que detecten o cuenten sus propios latidos, una señal interoceptiva transmitida por el vago. Pero estas tareas son difíciles de realizar en reposo y se ven fácilmente sesgadas por el conocimiento previo sobre la frecuencia cardíaca que se tiene, por ejemplo, al llevar un rastreador de fitness. Otras pruebas interoceptivas son aterradoras o incómodas, como tomar un fármaco similar a la adrenalina que hace palpitar el corazón o tragar un globo que se infla en el tracto gastrointestinal. Y perturbar procesos vitales como los latidos del corazón para comprobar si una persona es consciente de ellos puede ser invasivo y arriesgado, según el neurocientífico Sahib Khalsa, del Instituto Laureate de Investigación Cerebral: "Se necesitan formas de sondear la interocepción de forma segura".
Khalsa es uno de los que buscan medidas mínimamente invasivas. Su equipo pidió recientemente a 40 personas sanas que tragaran una cápsula que zumba aleatoriamente mientras se mueve por el estómago. Khalsa se tomó él mismo una cápsula y dice que es una sensación extraña. "Imagina que pones tu teléfono en vibración y te lo tragas, y entonces alguien empieza a llamarte".
Las personas que detectan mejor el momento de las vibraciones mostraron respuestas más fuertes en el electroencefalograma (EEG) de los electrodos del cuero cabelludo que recubren la corteza posteromedial, una región del cerebro vinculada a la conciencia corporal.
Uno de los debates sobre la conciencia interoceptiva es si es bueno tener más o menos. Las personas que padecen trastornos de ansiedad generalizada o el síndrome del intestino irritable pueden estar hiperconcentradas en las sensaciones de su cuerpo. El entrenamiento cognitivo podría ayudarles a controlar las sensaciones internas abrumadoras.
Lo mismo ocurre con la Estimulación del Nervio Vagal (VNS), que puede alterar el tráfico neuronal y afectar a los ritmos cerebrales. En colaboración con Cala Health, una empresa californiana de tecnología médica, el científico Napadow está desarrollando una versión del dispositivo taVNS que se lleva en la oreja y que proporciona estimulación al ritmo de la respiración. El diseño se basa en datos de imágenes cerebrales que demuestran que el tronco cerebral responde mejor a la estimulación cuando una persona exhala. Su objetivo es tratar afecciones como el dolor crónico y la migraña potenciando las señales que viajan a través del tronco cerebral hacia regiones superiores del cerebro que amortiguan la percepción del dolor mediante moléculas de señalización como la noradrenalina y la serotonina.
Los científicos no están del todo seguros de cómo se conectan los nervios vagales del oído humano con el cerebro ni de cómo podrían funcionar los dispositivos taVNS. Pero la técnica ofrece una alternativa no invasiva a los estimuladores VNS implantados quirúrgicamente. Estos dispositivos son difíciles de estudiar desde el punto de vista ético, en parte porque los investigadores a menudo deben implantarlos en participantes del grupo de control que no recibirán estimulación eléctrica durante largos periodos. Los implantes también requieren una intervención quirúrgica para ser retirados y pueden tener efectos secundarios no deseados, como dolores de cabeza, náuseas y tos.
El de Napadow es uno de los más de 100 ensayos clínicos en los que se está probando la taVNS, para afecciones tan variadas como el trastorno de estrés postraumático, la sepsis y el Alzheimer, e incluso para prevenir el síndrome de dificultad respiratoria aguda en pacientes hospitalizados COVID-19. La técnica también tiene potencial como herramienta de investigación no invasiva en humanos, según Nils Kroemer, neurocientífico de la Universidad de Tubinga, que descubrió diferencias en la motivación de las personas cuando se estimula la rama derecha del nervio frente a la izquierda.
Otros investigadores estudian si el taVNS puede influir en la propia conciencia. En el Hospital Universitario de Lieja, el neurólogo Steven Laureys y sus colegas están planeando un ensayo clínico de la taVNS para restaurar la conciencia en personas que se recuperan del coma. Estos pacientes ocupan lo que los investigadores denominan la zona gris de la conciencia, una conciencia intermitente que suele ser difícil de detectar. Aproximadamente un tercio de las personas que parecen no responder en absoluto están al menos parcialmente conscientes pero no pueden comunicarse.
El ensayo se basa en un estudio reciente en el que Laureys y Tallon-Baudry utilizaron la interocepción como sonda de conciencia en 68 pacientes en coma. El equipo identificó primero a 55 personas de ese grupo que mostraban signos de consciencia según las pruebas estándar, como la tomografía por emisión de positrones, que mide el metabolismo cerebral, y la resonancia magnética.
A continuación, los investigadores utilizaron el electroencefalograma para registrar las respuestas fugaces de los pacientes a sus propios latidos. Un algoritmo de aprendizaje automático entrenado para asociar las respuestas cerebrales evocadas por los latidos del corazón con la conciencia identificó con un 87% de precisión cuáles de los participantes habían sido clasificados como mínimamente conscientes utilizando otras medidas, informó el equipo en abril en la revista científica The Journal of Neuroscience.
Si los resultados iniciales se mantienen en estudios más amplios, la medida podría ofrecer una forma más sencilla y barata de evaluar la conciencia en personas que no pueden reaccionar visiblemente a un estímulo externo como la voz o el tacto. El algoritmo también podría predecir quién tiene más probabilidades de responder en ensayos clínicos como el estudio taVNS. El equipo de Laureys pretende probar la seguridad del dispositivo en 60 pacientes en coma, la mitad de los cuales recibirá estimulación eléctrica. Los investigadores medirán entonces su capacidad de respuesta en una escala estándar de recuperación del coma.
El neurocientífico Christof Koch, del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro, se muestra cauteloso sobre el método de los latidos, señalando que, a pesar de ser ligeramente más preciso que las pruebas estándar de EEG a pie de cama, sigue identificando de forma inexacta a algunas personas como conscientes que no lo estaban, lo que podría llevar a falsas esperanzas de recuperación. Aunque el aprendizaje automático puede tener una "precisión asombrosa" a la hora de distinguir entre patrones de actividad cerebral, añade, no revela cómo esos patrones impulsan la conciencia. Aun así, al igual que muchos otros investigadores, Koch está convencido de que las experiencias interoceptivas "son parte integrante de la conciencia".
Siguen existiendo preguntas fundamentales sobre cómo surgen las experiencias interoceptivas y para quién. Koch se pregunta: "¿Tiene un robot la sensación de que necesita llegar pronto a una toma de corriente cuando se está quedando sin energía?".
Para Tallon-Baudry, la investigación sobre los pacientes en coma pone en tela de juicio una larga historia de pensar en la regulación corporal como algo separado de los procesos mentales "superiores", como el lenguaje, que constituyen nuestro sentido del yo. Hace cuatro siglos, René Descartes conceptualizó la mente como algo separado del cuerpo. Pero el estudio del EEG ofrece una idea diferente de la consciencia, como un acto sutil y privado de interocepción: "simplemente estar presente, como el sujeto de la experiencia".
Basado en:
https://science.sciencemag.org/content/372/6547/1142?rss%253D1=
https://www.pnas.org/content/117/23/13078.short
https://www.pnas.org/content/116/52/26321.short
https://science.sciencemag.org/content/361/6408/eaat5236
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32259485/
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.06.16.155762v1
