Entre los neurotransmisores del cerebro, la dopamina ha ganado un estatus casi mítico. Décadas de investigación han establecido su contribución a varias funciones cerebrales aparentemente no relacionadas, como el aprendizaje, la motivación y el movimiento. Esto tiene la pregunta de cómo un solo neurotransmisor juega tantos roles diferentes.
Desenredar las diversas funciones de la dopamina ha sido un desafío, en parte porque el cerebro avanzado de los humanos y otros mamíferos contiene diferentes tipos de neuronas de dopamina , todas integradas en circuitos muy complejos. En un nuevo estudio, Vanessa Ruta de Rockefeller y su equipo se sumergen profundamente en la pregunta al observar en cambio el cerebro mucho más simple de la mosca de la fruta, cuyas neuronas y sus conexiones están bien mapeadas.
Al igual que en los humanos, las neuronas de dopamina de una mosca proporcionan una señal para el aprendizaje, ayudándoles a relacionar un olor particular con un resultado particular. Aprender que, por ejemplo, el vinagre de sidra de manzana contiene azúcar sirve para moldear el comportamiento futuro de los animales en su próximo encuentro con ese olor. Pero el equipo de Ruta descubrió que las mismas neuronas de dopamina también se correlacionan fuertemente con el comportamiento continuo del animal. La actividad de estas neuronas de dopamina no codifica simplemente la mecánica del movimiento, sino que parece reflejar la motivación o el objetivo subyacente a las acciones de la mosca en tiempo real. En otras palabras, las mismas neuronas de dopamina que enseñan a los animales lecciones a largo plazo también brindan un refuerzo momento a momento, lo que alienta a las moscas a continuar con una acción beneficiosa.
«Parece haber una conexión íntima entre el aprendizaje y la motivación, dos facetas diferentes de lo que hace la dopamina», dice Ruta, quien publicó los hallazgos en Nature Neuroscience .
Aprendizaje continuo
Los olores son importantes para las moscas. Un centro cerebral para el aprendizaje olfativo, llamado cuerpo en forma de hongo, es responsable de enseñarles qué olores significan azúcar sabroso. Allí, se unen tres tipos de neuronas: las células de Kenyon que responden a los olores, las neuronas de salida que envían señales al resto del cerebro y las neuronas productoras de dopamina. Cuando la mosca encuentra un olor y luego obtiene una recompensa de azúcar, una liberación rápida de dopamina altera la fuerza de las conexiones entre las neuronas del cuerpo del hongo, esencialmente ayudando a la mosca a hacer nuevas asociaciones y cambiar su respuesta futura a ese olor.
Pero Ruta y sus colegas han notado señales de dopamina en curso incluso en ausencia de recompensas. Las mismas neuronas que ayudaron a las moscas a aprender asociaciones también se activaron con frecuencia cuando el animal se movió. «Eso planteó la pregunta, ¿estas neuronas representan aspectos específicos del movimiento, como la forma en que el animal mueve sus piernas, o están relacionadas con algo más, como el objetivo del animal?» Ruta dice.
Para averiguarlo, el equipo desarrolló un sistema de realidad virtual en el que las moscas de la fruta pueden navegar en un entorno olfativo, caminando sobre una pelota similar a una caminadora mientras su actividad cerebral es monitoreada por un microscopio sobre su cabeza. Una corriente de aire emite olores a través de un pequeño tubo. Cuando la mosca huele un olor atractivo, como el vinagre de sidra de manzana, se reorienta y comienza a moverse en contra del viento, hacia la fuente.
Con este sistema, los investigadores pudieron examinar la actividad cerebral de la mosca en diferentes condiciones. Descubrieron que la actividad de las neuronas de dopamina refleja estrechamente los movimientos a medida que ocurrían, pero solo cuando las moscas realizan un seguimiento intencionado, y no cuando simplemente deambulan.
Cuando los investigadores suprimieron la actividad de las neuronas de dopamina, los animales disminuyeron su seguimiento del olor, incluso cuando estaban hambrientos y, por lo tanto, tenían un mayor interés en los olores relacionados con los alimentos. Por el contrario, la activación de las neuronas en moscas completamente alimentadas, indiferentes a los alimentos, las impulsó a la búsqueda activa del olor.
Juntos, los hallazgos revelan cómo una vía de la dopamina puede realizar dos funciones: transmitir señales motivacionales para dar forma rápidamente a los comportamientos en curso y, al mismo tiempo, proporcionar señales instructivas para guiar el comportamiento futuro a través del aprendizaje. «Nos da una comprensión más profunda de cómo una sola vía puede generar diferentes formas de comportamiento flexible», dice Ruta.
El siguiente paso es comprender cómo las otras neuronas saben lo que significa un estallido de dopamina en un momento dado. Una posibilidad, dice Ruta, es que el aprendizaje es un proceso más continuo y dinámico de lo que a menudo se piensa: en escalas de tiempo cortas, los animales evalúan continuamente su comportamiento en cada paso, aprendiendo no solo las asociaciones finales, sino también las acciones que los llevan allí.
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