El modelaje computacional avanzado del cerebro explica los efectos del LSD
Descubierto por primera vez por los equipos de investigación que dirigen Gustavo Deco, profesor de investigación ICREA y director del Centro de Cognición y Cerebro, junto con el neurocientífico Morten Kringelbach investigador en Oxford (Reino Unido) y Aarhus (Dinamarca). El trabajo se publica el 27 de septiembre en la revista Current Biology y puede significar un gran avance para el tratamiento de enfermedades neuropsiquiátricas.
Aunque los psicodélicos significan una gran promesa para el tratamiento de enfermedades neuropsiquiátricas, como la depresión y la adicción, todavía no se conocían suficientemente bien los mecanismos subyacentes de estas substancias en el cerebro. Se sabe que los efectos de los psicodélicos, en parte, se basan en la acción de un neurotransmisor serotoninérgico llamado 5HT2A. Se ha visto que el bloqueo de este receptor específico en el cerebro humano disminuye fuertemente la respuesta psicodélica. Pero los efectos dependen de dinámicas cerebrales no lineales difíciles de estudiar en el cerebro humano. En general, actualmente existen lagunas importantes en la comprensión de las interacciones no lineales, entre la actividad neuronal y los neurotransmisores en la globalidad del cerebro.
Ahora, un equipo internacional de investigadores ha logrado avances significativos en la comprensión de la actividad neuronal que depende de los neurotransmisores, y en particular han descubierto los mecanismos causales subyacentes a los efectos del LSD (dietilamida del ácido lisérgico) en la dinámica global del cerebro. Los resultados de esta investigación se publican el 27 de septiembre en la revista Current Biology. Un trabajo codirigido por Gustavo Deco, profesor de investigación ICREA del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) y director del Centro de Cognición y Cerebro (CBC) en la Universidad Pompeu Fabra (UPF), junto con el profesor Morten Kringelbach neurocientífico investigador en el Queen College de Oxford (Reino Unido) y la Universidad de Aarhus (Dinamarca).
Utilizando la conectividad cerebral real entre las diferentes regiones cerebrales, el modelo computacional simula con precisión la dinámica del cerebro completo
Estos investigadores, junto con sus respectivos equipos, han creado, a partir de datos cerebrales humanos obtenidos por neuroimagen, un modelo computacional avanzado capaz de simular con precisión la dinámica del cerebro completo utilizando la conectividad cerebral real entre las diferentes regiones cerebrales.
La integración de las concentraciones del neurotransmisor 5HT2A en el modelo computacional permite conocer las interacciones causales no lineales entre la actividad neuronal y la concentración de neurotransmisores
Por primera vez, este modelo de actividad neuronal del cerebro completo ha tenido en cuenta e ha integrado las concentraciones del neurotransmisor 5HT2A. Para este trabajo, la distribución cerebral de los neurotransmisores de serotonina (incluido el 5HT2A) la obtuvo el equipo dirigido por el profesor Gitte M Knudsen en The Center for Integrated Molecular Brain Imaging (CIMBI) de Copenhague (Dinamarca), coautor del estudio.
La integración de esta información en el modelo computacional permitió conocer las interacciones causales no lineales entre la actividad neuronal y la concentración de neurotransmisores. De este modo, observaron que, a medida que la concentración de neurotransmisores cambia en una o más regiones, también cambia la dinámica cerebral, pero de manera crucial, es decir, no lineal, de ahí que se tuviera que diseñar un modelo computacional capaz de predecir este comportamiento.
La disponibilidad de un modelo computacional obtenido a través de técnicas de neuroimagen del cerebro completo permitió establecer un vínculo causal entre el receptor serotoninérgico y la actividad cerebral.
Los científicos mediante técnicas de neuroimagen obtuvieron datos de participantes sanos que recibieron LSD y placebo, un trabajo del cual fue responsable el equipo de Robin Carhart-Harris, investigador del Imperial College de Londres (Reino Unido), a su vez coautor del estudio. Los resultados mostraron que la actividad provocada por LSD en el cerebro humano estaba significativamente relacionada con la distribución precisa de la concentración del receptor 5HT2A. La disponibilidad de un modelo computacional obtenido a través de neuroimagen de todo el cerebro permitió a este equipo de investigadores establecer un vínculo causal entre el receptor serotoninérgico y la actividad cerebral.
El método seguido en este estudio “podría usarse para comprender mejor cómo y por qué los psicodélicos pueden ayudar a reequilibrar la dinámica cerebral en la enfermedad neuropsiquiátrica"
El profesor Gustavo Deco, autor principal del estudio afirma: "Estos hallazgos son apasionantes ya que proporcionan una nueva herramienta y muy poderosa para modelar los datos obtenidos por técnicas de neuroimagen de una manera causal, donde, por ejemplo, las concentraciones cambiantes de un neurotransmisor en diferentes regiones del modelo se pueden usar para predecir el potencial resultado de un tratamiento. Como tal, el método podría usarse para comprender mejor cómo y por qué los psicodélicos pueden ayudar a reequilibrar la dinámica cerebral en la enfermedad neuropsiquiátrica".
"En definitiva, esta nueva y prometedora metodología podría ser de gran utilidad en el descubrimiento de nuevos fármacos donde los efectos del cambio de receptor podrían usarse en el diseño, la evacuación y la predicción de la efectividad de nuevas substancias terapéuticas", ha declarado el profesor Morten Kringelbach.
Trabajo de referencia:
Deco G., Cruzat J., Cabral J., Knudsen GM, Carhart-Harris RL, Whybrow PC, Logothetis NK & Kringelbach ML (2018), "Whole-brain multimodal Neuroimaging model using serotonin receptor maps explains non lineal functional effects of LSD", 27 de septiembre, Current Biology.