¿Cómo su reloj circadiano hace un seguimiento de las estaciones?

Fuente: Elena Zajchikova / Shutterstock

Hasta ahora, la neurobiología específica de cómo nuestros relojes circadianos hacen un seguimiento de las estaciones ha sido un misterio. Recientemente, los investigadores dirigidos por Toru Takumi en el Instituto de Ciencias del Cerebro RIKEN en Japón descubrieron un mecanismo clave que explica cómo el cerebro usa los ritmos circadianos y la duración del día para sincronizar con las estaciones.

El estudio de junio de 2015, "Acoplamiento repulsivo mediado por GABA entre las neuronas de reloj circadiano en el SCN codifica el tiempo de la temporada", se publicó en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .

En el nuevo estudio, los investigadores identificaron un mecanismo que codifica la duración de un día en la red neuronal del núcleo supraquiasmático (SCN). Los investigadores pudieron identificar cómo la maquinaria del reloj circadiano en el cerebro codifica los cambios estacionales en función de la cantidad de horas de luz diurna.

El núcleo supraquiasmático (SCN) es el reloj circadiano maestro

El núcleo supraquiasmático es nuestro reloj circadiano principal. El SCN es también un reloj estacional que mide la duración de la luz del día. El cerebro humano realiza un seguimiento de las estaciones utilizando el mismo núcleo de neuronas que rigen los ritmos circadianos.

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Fuente: Instituto Nacional de Salud / Dominio Público

El SCN contiene alrededor de 20,000 células nerviosas y se encuentra en el hipotálamo. El SCN toma la información sobre la longitud del día y de la noche desde la retina, la interpreta y la pasa a la glándula pineal. En respuesta a estas señales del SCN, la glándula pineal secreta la hormona melatonina.

La secreción de picos de melatonina por la noche y disminuye durante el día que impulsa nuestro ciclo de sueño y vigilia. La destrucción de los resultados de SCN en la ausencia completa de un ciclo de sueño y vigilia predecible.

¿Qué impulsa ritmos circadianos?

Los ritmos circadianos son producidos por factores naturales dentro del cuerpo, pero son impulsados ​​principalmente por la exposición a la luz. Las interrupciones de los ritmos circadianos están directamente relacionadas con los trastornos del sueño. Los ritmos circadianos anormales también se han asociado con la obesidad, la diabetes, la depresión, el trastorno bipolar y el trastorno afectivo estacional (SAD).

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La exposición a la luz solar activa y desactiva los genes que controlan el reloj circadiano. Curiosamente, los investigadores de RIKEN descubrieron que no todas las neuronas del SCN marchan al mismo ritmo. Dos regiones en el SCN están ligeramente desfasadas, y a medida que aumenta la duración del día, también lo hace la brecha de fase entre estas regiones.

Fuente: Cortesía de RIKEN

En un comunicado de prensa, el autor principal Jihwan Myung dijo: "Al igual que en otros animales, nuestros cuerpos realizan un seguimiento de las estaciones. Los cambios repentinos en la duración estacional del día pueden causar trastornos graves del estado de ánimo en algunas personas. Comprender cómo ajustar nuestro reloj interno de temporada podría conducir a formas efectivas de ayudar a las personas cuyos relojes internos se han visto afectados ".

Los investigadores encontraron que el SCN divide las oscilaciones del reloj circadiano en dos grupos que se corresponden con la duración del día. El estudio informa que la distribución de cloruro a través de la SCN desencadena estos cambios.

Más específicamente, los investigadores encontraron que el neurotransmisor GABA juega un papel importante en este proceso. En la mayoría de los casos, GABA inhibe la actividad de las neuronas. Sin embargo, algunas neuronas SCN en realidad son excitadas por GABA.

Myung explica: "GABA se vuelve excitador cuando los niveles de cloruro dentro de las neuronas son altos. Sospechamos que los cambios en la función GABA a través de la SCN podrían representar la fuerza repulsiva que empuja a estos dos grupos de neuronas fuera de fase ". La estimación de acoplamiento de los investigadores reveló que la red SCN tiene acoplamientos que pueden ser" fase-atractivos "(sincronización ) o "repulsivo de fase" (desincronización).

Millones sufren de desorden afectivo estacional (SAD)

El trastorno afectivo estacional se desencadena por los cambios en las horas del día y puede provocar síntomas depresivos en el invierno y una mayor ansiedad en el verano. ¿Sufres de SAD?

El tratamiento para TAE a menudo incluye terapia con luz, también conocida como "fototerapia". Los pacientes que usan fototerapia generalmente experimentan beneficios durante la primera semana. La mayoría de los estudios han encontrado que la terapia con luz es más efectiva si se usa como un tratamiento estacional que dura varias semanas hasta que la exposición a la luz natural sea posible.

Los neurocientíficos no están seguros de los mecanismos exactos que causan SAD. Una teoría es que el SAD se desencadena por la falta de serotonina. Otra teoría es que el SAD puede ser el resultado de la producción excesiva de melatonina durante los días de invierno. Normalmente, los niveles de melatonina comienzan a elevarse a última hora de la tarde y a la noche, permanecen altos durante toda la noche y luego se dejan en las primeras horas de la mañana antes de despertarse.

Conclusión: Optogenética puede restablecer el reloj circadiano en un laboratorio

Tradicionalmente, los neurocientíficos creían que la velocidad de disparo de las neuronas SCN estaba estrictamente impulsada por la producción de la actividad del reloj circadiano. Recientemente, los investigadores de la Universidad de Vanderbilt pudieron estimular o suprimir las neuronas de la SCN de una manera que emula sus niveles de actividad diurna y nocturna. Esto permitió a los investigadores restablecer el reloj circadiano en ratones.

El estudio de febrero de 2015 publicado en la revista Nature Neuroscience informó que la manipulación de las tasas de activación de las neuronas del reloj circadiano mediante optogenética puede restablecer el reloj circadiano. Optogenética inserta genes que expresan proteínas ópticamente sensibles en células diana que luego hacen que las células respondan a la luz.

En un comunicado de prensa, Douglas McMahon, autor principal del estudio dijo: "Descubrimos que podemos cambiar los ritmos de sueño / vigilia de un animal estimulando artificialmente las neuronas en el reloj biológico maestro, que se encuentra en un área del cerebro llamada supraquiasmático núcleo (SCN), con un láser y una fibra óptica ".

Jeff Jones, que dirigió el estudio con su compañero de doctorado Michael Tackenberg, agregó: "Esto pone a las neuronas del reloj bajo nuestro control por primera vez". Aunque este estudio se realizó en ratones, los investigadores son optimistas de que la optogenética podría utilizarse como terapia para interrupciones del reloj circadiano en los humanos.

Si desea leer más sobre este tema, consulte mis publicaciones de Psychology Today :

• "Ritmos circadianos relacionados con el envejecimiento y el bienestar"
• "La optogenética permite a los neurocientíficos encender y apagar el miedo"
• "La exposición a la luz natural mejora el rendimiento en el lugar de trabajo"
• "¿Por qué un viaje de campamento es la cura definitiva para el insomnio?"
• "Los neurocientíficos descubren cómo aprendemos cuando dormimos"

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