El autismo puede reflejar un desequilibrio de excitación-inhibición en el cerebro

Los investigadores de Stanford utilizaron tecnologías de laboratorio avanzadas para demostrar, en ratones, que los síntomas del autismo se pueden contrarrestar al reducir la proporción de descargas neuronales excitatorias e inhibidoras en el cerebro anterior.

Karl Deisseroth y sus colegas descubrieron que la reducción de la proporción de señales excitatorias e inhibidoras en una parte del cerebro de los ratones podría aliviar dos síntomas clásicos del autismo. steve pescado

Un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Stanford sugiere que las características clave del autismo reflejan un desequilibrio en la señalización de las neuronas excitadoras e inhibidoras en una parte del cerebro anterior, y que revertir el desequilibrio podría aliviar algunos de sus síntomas característicos.

En una serie de experimentos realizados en un modelo de ratón del trastorno, los científicos demostraron que la reducción de la proporción de señales excitatorias e inhibidoras contrarrestó la hiperactividad y los déficits en la capacidad social, dos síntomas clásicos del autismo en humanos.

El estudio se publicó el 2 de agosto en  Science Translational Medicine . Karl Deisseroth, profesor de bioingeniería y de psiquiatría y ciencias del comportamiento, es el autor principal del estudio. El autor principal es el ex estudiante graduado Aslihan Selimbeyoglu, PhD.

En 2011,  el grupo de Deisseroth publicó un estudio  en  Nature  que mostraba que se podían inducir déficits conductuales similares al autismo en ratones ordinarios elevando la proporción de patrones de activación neuronal excitatorios e inhibidores en la corteza prefrontal medial de los ratones. El nuevo estudio muestra que la disminución de esa proporción restauró los patrones de comportamiento normales en una cepa de ratones de laboratorio creados con bioingeniería para imitar el autismo humano. Estos ratones portan una mutación equivalente a una mutación correspondiente en humanos que está asociada con el trastorno del espectro autista.

Aumento De La Incidencia Del Autismo

Por razones que no se entienden, la incidencia del trastorno del espectro autista ha aumentado constantemente en los últimos años, dijo Deisseroth, psiquiatra en ejercicio. Alrededor de 1 de cada 80 niños estadounidenses puede ser diagnosticado con el trastorno, que se caracteriza por comportamientos repetitivos y dificultad con la interacción social. Hasta la fecha, no existen medicamentos que traten las bases fundamentales del trastorno.

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“En toda la psiquiatría, no existe una prueba de laboratorio que pueda diagnosticar esta afección”, dijo Deisseroth. “Se ha asociado con numerosas variantes genéticas, muchas de las cuales parecen ejercer solo pequeñas influencias individuales”.

Deisseroth, que ocupa la cátedra DH Chen, señala que el psiquiatra de la UCSF John Rubenstein y sus colegas, entre otros, han teorizado que un desequilibrio de excitación-inhibición podría explicar estos fenómenos. Si bien innumerables variaciones genéticas contribuyen al autismo, muchas de ellas pueden hacerlo al afectar, de diversas maneras, un solo proceso o una pequeña cantidad de procesos necesarios para una función cerebral saludable en general, como un equilibrio entre la señalización excitatoria e inhibitoria en regiones clave del cerebro. . Una de esas regiones es la corteza prefrontal medial, que desempeña un papel importante en las funciones ejecutivas, como la planificación, la predicción, la atención y la integración de información de los comportamientos y el habla de otros individuos en busca de pistas sobre lo que podrían estar pensando.

Probando La Hipótesis

“La interacción social puede ser lo más difícil que puede hacer un mamífero”, dijo Deisseroth. “Es un fenómeno inmensamente complejo que requiere una comunicación rápida y altamente integrada entre partes dispares y distantes del cerebro. Es posible que se necesiten estados cerebrales específicos adecuados para el manejo de información rica para una comunicación social y un comportamiento efectivos”.

Para probar la hipótesis del equilibrio excitación-inhibición, los científicos de Stanford lanzaron una serie de experimentos empleando ratones mutantes, que muestran un comportamiento hiperactivo y una interacción social deteriorada. Curiosamente, estos ratones también comparten una característica menos visible con los humanos que portan la mutación equivalente: una escasez, en comparación con los ratones normales y los humanos, de neuronas de parvalbúmina, una categoría particular de células nerviosas inhibitorias que se encuentran en todo el cerebro. En un artículo de Nature de 2009   , Deisseroth y su equipo informaron que la actividad de las neuronas de parvalbúmina puede mejorar la capacidad de manejo de información de las neuronas del cerebro anterior.

En toda la psiquiatría, no existe una prueba de laboratorio que pueda diagnosticar esta condición.

Los investigadores utilizaron optogenética, una tecnología de laboratorio avanzada en la que Deisseroth fue pionera, para insertar genes para dos tipos de proteínas sensibles a la luz, u opsinas, en dos conjuntos distintos de neuronas en la corteza prefrontal medial de los ratones. Los investigadores insertaron un tipo de opsina en las neuronas inhibidoras de parvalbúmina en esa región del cerebro de los ratones. Hizo que la neurona fuera más excitable si recibía un pulso de luz azul, entregado a través de una fibra óptica implantada.

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La otra opsina, también activada con un pulso de luz azul, tuvo el efecto contrario: cuando se activó, hizo que la neurona en la que se encontraba se volviera más resistente al disparo. Los científicos pusieron esta opsina inhibitoria en un conjunto de neuronas excitatorias de la corteza prefrontal medial llamadas neuronas piramidales.

La reducción de la relación excitación-inhibición ya sea disminuyendo la excitabilidad de las neuronas piramidales o aumentando la excitabilidad de las neuronas de parvalbúmina condujo al mismo resultado en los ratones: más tiempo dedicado a participar en encuentros sociales con otros ratones y menos hiperactividad durante esos encuentros o cuando los ratones estaban solos.

“El equilibrio entre excitación e inhibición puede tomar muchas formas y puede ser importante en diferentes etapas de la vida”, dijo Deisseroth. “Juntos, estos hallazgos sugieren que esta forma de regular la proporción de activación de células excitatorias e inhibidoras en la corteza prefrontal medial puede ser significativa en el comportamiento social normal y en el autismo”.

Deisseroth es miembro del Instituto de Neurociencia de Stanford y de Stanford Bio-X, un consorcio interdisciplinario de científicos e ingenieros físicos y médicos.

Otros coautores del estudio de Stanford son los académicos postdoctorales Christina Kim, PhD, y Masatoshi Inoue, PhD; los ex becarios posdoctorales Soo Yeun Lee, PhD, y Thomas Davidson, PhD; la técnica de laboratorio Alice Hong; el estudiante de posgrado Isaac Kauvar; el gerente de laboratorio Charu Ramakrishnan; ex estudiante de posgrado Lief Fenno, PhD; y el instructor de psiquiatría Matthew Wright, MD, PhD.

El estudio fue financiado por el Instituto Nacional de Salud Mental (subvenciones R01MH075957, R01MH08637306), el Instituto Nacional sobre el Abuso de Drogas (subvenciones F31DA041795 y R01DA03537701), la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU., la Fundación Simons, la Fundación Wiegers, la Fundación Gatsby y la Fundación Nacional de Ciencias.

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Los departamentos de Bioingeniería y de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento de Stanford también apoyaron el trabajo. El Departamento de Bioingeniería es operado conjuntamente por la Facultad de Medicina y la Facultad de Ingeniería.

Por  BRUCE GOLDMAN

Bruce Goldman es un escritor científico de la Oficina de Comunicación y Asuntos Públicos de la facultad de medicina. Envíele un correo electrónico a  [email protected] .


Stanford Medicine integra la investigación, la educación médica y la atención médica en sus tres instituciones:  la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford ,  Stanford Health Care (anteriormente Stanford Hospital & Clinics) y  Lucile Packard Children’s Hospital Stanford . Para obtener más información, visite el sitio de la Oficina de Comunicación y Asuntos Públicos en  http://mednews.stanford.edu .

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