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Identifican en ratones las neuronas que controlan la estimación del tiempo

JANO.es · 09 diciembre 2016

El estudio, llevado a cabo por el Centro Champalimaud para lo Desconocido, en Lisboa, Portugal, podría ayudar a explicar por qué el tiempo parece volar cuando nos estamos divirtiendo o dilatarse cuando nos aburrimos.

Un equipo de neurocientíficos del Centro Champalimaud para lo Desconocido, en Lisboa, Portugal, ha descubierto que puede manipularse la actividad de ciertas neuronas en una región profunda del cerebro del ratón para inducir al animal a subestimar o sobrestimar la duración de un intervalo de tiempo fijo. En otras palabras, estos expertos han identificado circuitos neuronales que modulan la estimación del tiempo transcurrido, al menos en el cerebro del ratón.

Estos resultados, que se detallan en un artículo de Science firmado por Joe Paton, investigador principal del Laboratorio de Aprendizaje, la estudiante de doctorado Sofía Soares y el Dr. Bassam Atallah, ofrecen una respuesta neurobiológica a la cuestión de cómo el cerebro genera estas estimaciones variables del tiempo. También pueden ayudar a explicar por qué el tiempo parece volar cuando nos estamos divirtiendo o dilatarse sin cesar cuando nos aburrimos.

El equipo ha estado estudiando desde hace varios años cómo se juzga la duración del tiempo, como parte de un interés mayor por entender cómo el cerebro aprende a vincular las causas con los efectos incluso en largos períodos de tiempo. El paso del tiempo resulta un concepto tan elusivo que su análisis desde el punto de vista neurobiológico puede parecer imposible. A diferencia de la visión o la audición, el juicio del tiempo no se puede remontar a un órgano como el ojo o el oído, explica Paton, de forma que es más difícil identificar sus bases neuronales.

Pero el reto con el tiempo es más profundo: la existencia objetiva del tiempo en sí y su flujo, que tan inequívocamente existe para todos y cada uno de nosotros, ha sido cuestionada por algunos físicos teóricos. Sin embargo, la capacidad de estimar la duración es obviamente crucial para la supervivencia de cualquier animal: por ejemplo, un conejo alimentándose en un terreno abierto, cuanto más tiempo esté allí parado, mayores serán las posibilidades de que un depredador dé con él.

"El tiempo es importante para extraer información del ambiente y decidir cuándo esperar que algo ocurra o cuándo involucrarse con o pasar de una acción", dice Paton. Para desentrañar la neurobiología de esta percepción interna y universal, el equipo se propuso estudiar ciertas neuronas liberadoras de dopamina (la dopamina es uno de los "mensajeros" químicos del cerebro, o neurotransmisores) en una estructura profunda del cerebro, llamada la sustancia negra pars compacta, que se sabe que desempeña un papel en la estimación del tiempo.

"Las neuronas de dopamina están implicadas en muchos de los factores psicológicos y trastornos asociados con los cambios en la estimación del tiempo", escriben los autores en Science. Se trata de factores como la motivación, la atención, el cambio sensorial, la novedad y emociones como el miedo o la sensación feliz. En los seres humanos, la destrucción de la sustancia negra causa el párkinson, del que se sabe que perjudica a la percepción del tiempo.

Importante papel de la dopamina

Una razón adicional para mirar más de cerca a estas neuronas es que se proyectan en otra estructura cerebral, llamada striatum, que el grupo de Paton había estudiado previamente y que encontró que lleva la información para respaldar el comportamiento temporal. Y, en particular, sabían que la eliminación de la entrada de estas neuronas de dopamina en el cuerpo estriado "puede causar un déficit en la detección del tiempo", como también explican en su artículo.

Los científicos comenzaron entrenando a los ratones para realizar una tarea que requería tiempo y utilizaron herramientas moleculares y genéticas modernas para medir y manipular neuronas de dopamina en una escala de tiempo rápida. "Nadie había logrado hacer esto con respecto al paso del tiempo --subraya Soares--. Hasta ahora, había muchos resultados contradictorios sobre el papel de la dopamina en la percepción del tiempo".

"Hemos entrenado ratones para estimar si la duración del intervalo entre dos tonos era más corta o más larga que 1,5 segundos --detalla Paton--. Después de meses de entrenamiento, se volvieron muy buenos en eso". Los ratones indicaban su elección con la colocación de su hocico (a la derecha cuando el tiempo era más corto y a la izquierda cuando era más largo) y si elegían la respuesta correcta, eran recompensados.

La segunda parte del trabajo consistió en medir de forma pasiva señales que reflejan la actividad eléctrica de las neuronas dopaminérgicas en la sustancia negra pars compacta utilizando una técnica llamada fotometría de fibra, mientras que los ratones realizaban la tarea. Utilizando herramientas genéticas que volvieron las neuronas fluorescentes cuando estaban activas, el equipo midió la intensidad de la luz emitida.

Subestimación y sobrestimación del tiempo en función de la actividad neuronal

Los científicos observaron un aumento en la actividad de las neuronas en el inicio de los dos primeros y segundos tonos, lo que sugirió que las neuronas podrían participar efectivamente en la tarea. Pero lo que es más importante es que el equipo descubrió que el aumento de la actividad neural en sí no siempre tenía la misma amplitud y ésta era la clave que necesitaban.

"Lo que vimos fue que cuanto mayor era el aumento de la actividad neuronal [en el primer y segundo tono], los animales tendían más a subestimar la duración del intervalo --dice Soares--. Y cuanto menor es el incremento, el animal sobrestima más la duración". Las condiciones bajo las cuales la respuesta de la neurona de la dopamina pronosticaba juicios sugirieron que la actividad eléctrica en estas células estaba en realidad fuertemente correlacionada con la estimación de los animales sobre el paso del tiempo.

En una tercera ronda de experimentos, aprovechando una técnica llamada optogenética, los científicos utilizaron la luz para manipular (estimular o silenciar) estas neuronas de una manera específica y rápida con el fin de ver el impacto en el comportamiento de los animales durante la tarea.

"Encontramos que si estimulamos las neuronas, los ratones tendían a subestimar la duración, y si las silenciábamos, tendían a sobrestimarla --detalla Paton--. Este resultado, junto con las señales naturales que hemos observado en los experimentos anteriores, demuestran que la actividad de estas neuronas fue suficiente para alterar la forma en la que los animales estimaron el paso del tiempo y éste fue el principal resultado de nuestro estudio".

Según los autores, es muy probable que en el cerebro humano funcione un circuito similar, pero Paton advierte que el problema es que lo que ahora miden en ratones no se puede decir que sea un percepto, porque los animales no pueden decir lo que sienten.