Metodosyestrategiasdeinvestigacion Carlson

- MBtodos y estrategias de investigación

Ablaciones experimentales EVALUACI~N DE LOS EFECTOS CONDUCTUALES DE LAS LESIONES

CEREBRALES

PRODUCC~~N DE LESIONES CEREBRALES

CIRUG~A ESTEREOT~ICA

MÉTODOS HISTOL~GICOS

TRAZADO DE CONEXIONES NEURALES

ESTUDIO DEL CEREBRO HUMANO VIVO

Resumen intermedio

Registro y estimulación de la actividad neural REGISTRO DE LA ACTIVIDAD NEURAL

REGISTRO DE LA ACTIVIDAD METAB~LICA Y SINÁPTICA DEL CEREBRO

MEDICI~N DE LAS SECRECIONES CEREBRALES

ESTIMULACI~N DE LA ACTIVIDAD NEURAL

EFECTOS CONDUCTUALES DE LA ESTIMULACI~N EL~CTRICA CEREBRAL

Resumen intermedio

M6todos neuroquimlcos DETERMINACI~N DE NEURONAS QUE PRODUCEN SUSTANCIAS

NEURWU~MICAS ESPECIFICAS LOCALIZACI~N DE RECEPTORES ESPEC~FICOS

Resumen intermedio

El estudio de la fisiología de la conducta requiere los esfuerzos de científicos de muchas disciplinas, como la fisiología, la neuroanato- mía, la bioquírnica, la psicología, la endocrino- logía y la histología. El llevar a buen término un proyecto de investigación en psicología fi- siológica requiere el dominio de muchas técni- cas experimentales. Dado que los diferentes procedimientos a menudo dan lugar a resultados contradictorios, los investigadores deben estar familiarizados con las ventajas y las limi- taciones de los métodos que emplean. La inves- tigación científica supone un proceso en el que se plantean cuestiones acerca de la naturaleza. El método utilizado establece el marco de la cuestión. A menudo obtenemos una respuesta confusa, y sólo más adelante nos damos cuenta de que la pregunta que estábamos haciendo no era la que queríamos hacer. Como veremos, las mejores conclusiones sobre fisiología de la conducta se consiguen no a partir de un único experimento sino a partir de un programa de investigacibn que nos permite comparar los resultados de experimentos que estudian el mismo problema con métodos diferentes.

Los investigadores disponen de una enorme -y asombrosa- variedad de métodos de in- vestigación. Si simplemente presentásemos un catálogo de ellos, no sería sorprendente que el lector se perdiera, o simplemente perdiera inte- rés. En lugar de ello, nos referiremos a los procedimientos más importantes y más común- mente utilizados, organizados alrededor de unos cuantos problemas que han sido estudiados por los investigadores. Esto ayudará probablemente al lector a darse cuenta del tipo de informa- ción que proporcionan los diferentes métodos de investigación y a entender sus ventajas y desventajas. También nos permitirá describir las estrategias que los investigadores emplean cuando los resultados de un experimento les conducen a diseñar y llevar a cabo otro.

Uno de los métodos de investigación más importantes utilizados para estudiar las funciones cerebrales consiste en destruir una parte del

cerebro y evaluar la conducta s u b m e n t e del mimal. Este método recibe el nombre de abla- ción experimental (del latín ablatus, asacm). En la mayorfa de los casos, no implica extraer el tejido cerebral, sino que el investigador des- m y e algo de tejido y lo deja en su sitio. La ablación experimental es el metodo m$s antiguo utilizado en la neurociencia, y hoy en dfa sigue siendo uno de los m8s importantes.

El término lesión significa literalmente adañow o «herida», y un investigador que destruye una parte del cerebro generalmente habla de lesibn cerebral para referirse al daño ocasionado. Los experimentos en los que se lesiona una parte del cerebro y después se observa la conducta del animal reciben el nombre de estudios de lesión. Se basan en que el funcionamiento de un &-ea del cerebro puede inferirse a partir de las conductas que el animal ya no puede llevar a cabo cuando esa área es destruida. Por ejemplo, si un animal deja de poder ejecutar tareas que necesitan de la vi- si6n cuando se destruye una parte de su cerebro, podemos concluir que el animai está ciego, y que el área lesionada está implicada en la visión.

Debemos ser precavidos al intepretar los efectos de las lesiones cerebrales. Por ejemplo, jc6mo podemos estar seguros de que el animal está ciego? ¿Choca Contra los objetos, o no es capaz de recorrer un laberinto en di- rección hacia la luz que señala la localización de comida, o ya no contrae las pupilas ante la luz? Un animal puede chocar contra los objetos debido a deficiencias en su coordinación motora, puede haber perdido el apetito para la comida (y con ello su motivación a correr por e1 laberinto), o puede ver perfectamente pero haber perdido sus reflejos visuales. Los investigadores a menudo pueden equivocarse. Du- rante años pensaron que las ratas albinas eran ciepae. (No lo son.) Pensemos en ello: jc6mo podemos comprobar si una rata ve? Recorde- mos que tienen vibrisas (bigotes) que pueden

Pon: gadorts funcione les del L

udos er neta1 ej,

percepci en este SU Cap3 que reci acaban 1

ksioneh dificuli; cos. A 1

w i i l h r para detectar una pared antes de cho- cas contra eiia o el borde de una mesa antes de Gr fuera de esta. También pueden encontrar

rir qué funciones llevan a cabo las regiones cerebrales y, a partir de ahí, cómo se combinan estas funciones

ue se ejecute la conducta. Por acto de leer intervienen funcio-

controlar el movimiento del

en otras conductas; por movimiento del ojo y para cualquier tarea en

reconocer las funciones que se Ueve a cabo una

son responsables de

la nahualeza de las por diferentes par-

tir una relación entre este déficit y las funciones espaciales del lóbulo parietal, pero de hecho es prácticamente seguro que están rela- cionados. El lector puede hacer una prueba por si mismo, intentando multiplicar 55 por 12 sin utilizar lápiz y papel. Cierre los ojos y trabaje en el problema durante un rato. Intente analizar cómo lo hizo.

La mayoría de las personas dicen que inteni tan imaginar los niimeros ordenados uno encima del otro, como estan'an si se utilizase l@iz y papel. En otras palabras, «escriben,> el problema mentalmente. Aparentemente, la lesión de los lóbulos parietales hace que las personas tengan diñcultades para poner cada niunera en un lugar particular en un «espacio> imaginario y que recuerden dónde estaba.

La interpretación de los estudios de lesión se complica por el hecho de que las regi* nes del cerebro están interconectadas. Supon- gamos que tenemos un buen conocimiento de las funciones requeridas para que se lleve a cabo una &terminada conducta. Observamos que la lesión de la estructura X impide una función específica. ¿Podemos concluir necesa- riamente que son los circuitos de las neuronas de la estructura X los que ejecutan esa función? Desgraciadamente, no. La función en la que estamos interesados puede en realidad producirse por circuitos neurales en otra parte del cerebro.

Citemos un ejemplo específico para ilus- trar esta complicación. La lesión de una parte del cerebro (el área septal) interrumpe completamente la conducta maternal de unrt km- bra de roedor. El anllnal no constmye un nido para sus crías, y no las agmpa a todas en un lugar y las alimenta. El resultado es que éstas acaban dispersas por toda la jada, y finalmente pueden morir de hambre, a menos que el experimentador las rescate y las dé a una ma- dre adoptiva. iQu6 función lleva a cabo el área septal que es tan vital para la conducta maternal normal? Resulta que existe una co- nexión entre el área septal y la formación hipocampal que controla esta $tima estructura: pone en marcha o apaga algunas de las funciones del hipocampo. Entre estas funciones se encuentran algunas que son necesarias

Rgww61 ~ A S ~ S R p r radmofn#cw- LmJlmaS setkkm ik&m rnuyptqM&a pd10cW por el m de d-0- & t w # i € i i ~ El htl&

rara r3%witTflma &.cti%a&w~fws &tlir,,"J 02% ~ W M W 1: Lu Swmh A E, P&t, E, Lat~u,em A L. y Mina de &;U, H E., Brain Research Etuliam I S ? , a, 215-2W

para que loa animales perciban w l o e a l Í d $ n en el espaeiu* Cuando d &ea mptd altd ledo- nada9 i,tw ffincianm están pmnantnrnmente &pagada%. AS& es muy pbable: qwe hw a- ducm de constmwidn de ni& y dr: agmpm a la% das na $R pK3idua debido a la d~wrga- nhci~ de .h pxqxidn espacial de: la m- dm. H se@ no estA di re ; f :w@ imgii- &YI en la pmpcíún &pwiaI, pleto a tmIus, de m mnml de los ciYr:tiim newales locaíi- wdq m el hipcmpo+ SU lwi6n impide. h cund~era maternal.

¿Cómo se realizan las lesiones cerebrales? Las partes del cerebro que se encuentran inme- diatamente por debajo del cráneo pueden des- truirse fácilmente; se anestesia al animal, se corta el cuero cabelludo, se saca una parte del

ALIP..*I

cráneo, se corta la duramadre, y la corteza se hace visible. Se puede utilizar entonces un dispositivo de succión para aspirar el tejido cerebral. Para llevar a cabo esta extirpación del tejido, se sitúa una pipeta de vidrio sobre la superficie del cerebro y se succiona el tejido cerebral por medio de una bomba de vacío unida a la pipeta.

Con mayor frecuencia, la región que se desea destruir está escondida en las profundidades del cerebro. Las lesiones cerebrales subcdca- les se realizan generalmente pasando comente eléctrica a travCs de un electrodo de acero inoxidable que, excepto en su punta, está aislado eléctricamente con pintura o barniz. El investigador guía el electrodo estereotáxicamente, hasta que su extremo alcanza la localización adecuada. (La cirugía estereotáxica se describe en el siguiente subapartado.) Entonces pone en marcha el aparato de lesión, que produce co- niente por radiofrecuencias (RF) -comente al- tema de frecuencia muy elevada-. El paso & esta corriente a través del tejido cerebral p m b ce calor, el cual destruye las células cercanas a la región que rodea la punta del electrodo (véase b fisum 5.1).

Las lesiones producidas por radiofrecuencid destruyen todo lo que se encuentra en la vecindad de la punta del electrodo, como los cuerpos ceh4

se inyecta por medio de una cánula en cerebral, destniye los &dad pero no los (véase la j?grm 5.2). Esta selectividad

vestigadom descubrieron que las les & una región concreta del tronco

abolían el sueño paradójico, por lo que los investigadores creyeron que esta región estaba involu- crada en su producción. (E1 sueño paradójico es el estadio del sueño en donde se producen los sue- ños.) Pero estudios posteriores mostraron que cuando se utiliza ácido W c o para destruir las neurona de esa región, el sueño de los animales no resulta afectado. Asi, la alteración del sueño observada tras las lesiones por RF debió de estar

través del electrodo o por

daños cerebrales adi-

encima de la lesión puede

de animales y producir Para ello, se anestesia a en el aparato estemtáxi-

nes cerebrales es diferente a la de los animales controles con lesión falsa, podemos concluir que las lesiones son responsables de los dkficits conductuales. (Como podemos ver, una lesión falsa cumple el mismo objetivo que un placebo en los estudios famacológicos.)

Generalmente, los investigadores producen lesiones cerebrales permanentes, pero en algunas ocasiones resulta interesante interrumpir la actividad de una determinada región del cerebro temporalmente. La forma más sencilla de hacerlo es inyectar un anestésico local en el lugar adecuado del cerebro. El anestésico blo- quea los potenciales de acción de los axones que entran o salen de esa región, por lo que produce una lesión temporal eficaz (llamada generalmente lesión cerebral reversible). Las lesiones reversibles también pueden conseguir- se enfriando el tejido nervioso suficientemente como para suprimir la actividad neural. La figura 5.3 muestra un instrumento llamado criodo, que puede utilizarse para producir lesiones temporales de una región de la corteza cerebral

Figura 5.2 .Lesión encitotdxica Se inyectd un aminoácido excitatorio en un lado de la fonnacidn reticular pontina del cerebro de un gato. (a) Seccidn frontal. Las dos fotograftas en (b) y (c) muestran el tejido cerebral con mayor detalle (indicados aquf con recuadros negros). @) Tejido daíáado. S610 se pueden ver c6lulas gliales. (c) Tejido normal. Se pueden ver grandes neurona y pequeñas células gliales. (De Suzuki, S. S., Siegel, J. M. y Wu, M.-F., Brain Research, 1989, 484, 78-93.)

del cerebro del mono. El dispositivo consiste en una serie de tubos de acero inoxidable a través de los cuales puede circular un líquido No existen dos cerebros de animales de una enfriado. Se implanta entre el cráneo y la su- misma especie completamente idénticos, pero las perficie del cerebro (véase la figura 5.3). similitudes entre individuos son suficientes como

para poder predecir la localización de una determinada estructura cerebral en función de las ca-

r'-rdremTEfmmw racterísticas externas de la cabeza. Por ejemplo, un determinado núcleo subcortical de la rata pue-

¿Cómo podemos situar la punta de un elec- de estar a tantos miiímetros ventral, anterior y , trodo o una cánula en un lugar preciso de las lateral de un punto formado por la intersección de profundidades del cerebro de un animal? La varios huesos del cráneo. La figura 5.4 muestra respuesta es la cirugía estereotáxica. Stereo- dos perspectivas del cráneo de la rata: un dibujo taxis significa literalmente «disposición sóli- de la superficie dorsal y, en la parte inferior, un& da»; más concretamente, se refiere a la capaci- visión sagita1 medial (véase la &um 5.4). E3, dad de localizar objetos en el espacio. Un cráneo se compone de varios huesos que aparato de estereotaxia consta de un soporte juntos y forman suturas (uniones). La cabeza de que permite fijar la cabeza del animal en una los niños recién nacidos contiene una zona blanda posición estándar y de un brazo que desplaza el electrodo o la cánula en los tres ejes espaciales de acuerdo con unas distancias precisas. Sin embargo, para llevar a cabo una intervención palabra griega que significa «parte anterior de estereotáxica, se debe estudiar en primer lugar cabeza>>. Podemos encontrar también bregma un atlas estereotáxico. el cráneo de una rata, y es útil como punto

m

- - - - - - - - - - - - - - - - -

O Figura 5.3 Criado, instrumento que produce lesiones temporales de la corteza cerebral. El aparato se implanta quirúrgicamente entre el crdneo y el cerebro, y la k i d n temporal se puede producir mientras el animal se halla despierto y alerta. A trau& de [os tubos de acero inoxidable se hace circular un lfquido frio. El criodo que se muestra en la fotografía se situd sobre una región de ka corteza de asociacidn visual del hemisfkrio izquierdo del enctifalo de un nono. (Corteska de James Horel, SUNY Upstate Medical Cerater.)

Figura 5.6 Aparato estereotáxicu para r&r cirugla cerebral en ratas.

un atlas estereotaxico, podemos determinar su localización en relación con bregma (que sí podemos ver). Debemos señalar que, debido a las variaciones en las diferentes cepas y edades de los animales, los atlas dan sólo una localización aproximada. Siempre es necesario probar una nueva serie de coordenadas, cortar y t& el cerebro del animal, ver dónde se ha realizado la lesión, corregir los valores e intentarlo de nuevo. (La sección y la tinción cerebral están descritas más adelante.)

Un aparato estereotáxico funciona según principios sencillos. El dispositivo incluye un soporte para la cabeza, que mantiene el cráneo del animal en la orientación adecuada, un soporte para el electrodo y un mecanismo calibra- do que permite desplazar este soporte en los tres ejes espaciales a lo largo de unas distancias calculadas: anterior-posterior, dorsal-ventral y lateral-medial. La figura 5.6 ilustra un aparato estereotáxico diseñado para animaies peque- ños; para adaptar este instrumento a las diferentes especies de ratas, ratones, hh te res , pa- lomas y tortugas se pueden utilizar varios tipos de soportes de la cabeza (véase l a j i g u ~ 5.6).

Tras haber obtenido las coordenadas estereo- táxicas, el investigador anestesia al animal, lo coloca en el aparato y hace una incisión en el cuero cabelludo. Tras localizar bregma, el experimentador ajusta los números apropiados en el aparato de estereotaxia, trepana un agujero a tra- vés del cráneo y hace descender el dispositivo a través del tejido nervioso hasta la profundidad adecuada. Ahora la punta de la cánula o del electrodo se haila situada en el lugar adecuado del cerebro y el investigador está listo para producir la lesión.

Naturalmente, la cirugía estereotáxica puede utilizarse para otros propósitos además de para producir lesiones. Los electrodos situados en el cerebro pueden servir tanto para estimular neuronas como para destruirlas, y se pueden inyectar sustancias químicas que estimulen neuronas o bloqueen receptores específicos. Las chulas o los electrodos pueden implantarse permanentemente siguiendo un procedimiento que describiremos después en este capítulo. En todos los casos, una vez finalizada la interven- ción quirúrgica, se cose la herida, se saca al animal del aparato estereotáxico y se le permite recuperarse de la anestesia.

Existen también aparatos estereotáxicos para humanos. Algunas veces, los neurocirujanos realizan lesiones subcorticales, por ejemplo, para Mucir temblores graves causados por la enfer- medad de Parkinson. Generalmente, los ciruja- nos utilizan múltiples señales y verifican la loca- lización del electrodo (o de otro dispositivo) insertado en el cerebro tomando imágenes de RM antes de realizar la lesión cerebral.

Después de producir una lesión cerebral y de observar sus efectos sobre la conducta del animal, tenemos que seccionar y teñir el tejido cerebral de forma que podamos observarlo bajo el microscopio y localizar el lugar de la lesión. Las lesiones cerebrales con frecuencia no quedan en el lugar pretendido y por ello es necesario verifmc su localización precisa después de realizar las pruebas conductuales. Para ello tenemos que fijar, seccionar, teñir y examinar el

cerebro. Estos procedimientos, en conjunto, se denominan métodos histológicos. (El prefijo his- tu- hace referencia a «tejido orgánico».)

Si deseamos estudiar el tejido tal como era en el momento de la muerte del organismo, debemos destruir los enzimas autolfticos (auto- lírico signXca «autodisolvente»), los cuales, en caso contrario, harán que el tejido se con- vierta en una masa deforme. El tejido debe ser además conservado, para evitar su descompo- sición por bacterias o mohos. Para conseguir estos dos objetivos, situamos el tejido neural en un fijador. El más comúnmente utilizado es la formalina, una solución acuosa de formaldehí- do, un gas. La formalina detiene la autolisis, endurece el tejido, que es exfremadamente blan- do y frágil, y mata cualquier microorganismo que pudiera destruirlo.

Antes de fijar el cerebro (es decir, de poner- lo en una solución fijadora), generalmente se perfusiona. La perfusión del tejido (literaimen- te, «fluir a través de») supone la extracción de la sangre del mismo y su sustitución por otro líquido. El cerebro del animal se perfusiona porque se obtienen mejores resultados histoló- gicos cuando no hay sangre en él. El animal cuyo cerebro va a ser estudiado se sacrifica mediante una sobredosis de un anestésico general. Se abren los vasos sanguíneos de forma que pueda salir la sangre de ellos y ser sustitui- da por una solución salina diluida. Se extrae el cerebro del cráneo y se sitúa en un recipiente que contenga el fijador.

Una vez fijado el cerebro, el investigada debe seccionar10 en finas láminas y teñir diferentes estructuras celulares para poder ver sus detalles anatómicos. La sección se realiza mediante un mimtomo (literalmente, «aquello que corta en rebanadas pequeñas»). Las secciones que se preparan para su examen al microscopio óptico tienen típicamente un grosor de 10 a 80 mm; las que se preparan para el microscopio electtónico se cortan generalmente en menos de 1 mm. (Por varias razones, los cortes de tejido cerebral se denominan generalmente secciones.)

finos. Por ello, para el estudio de la neuroanato- mía microscópica se requieren tinciones histo- lógicas especificas. Los investigadores han desarrollado muchos tipos diferentes de tinciones para identificar sustancias específicas del interior o del exterior de las células. Para verificar la localización de una lesión cerebral, utilizaremos una de las más simples: la tinción de los cuerpos celulares.

En el siglo pasado Franz Nissl, un neur6logo alemán, descubrió que un tinte denominado azul de metileno teñía los cuerpos celulares del tejido cerebral. El material que capta el tinte, conocido como sustancia de Nissf, consiste en ARN, ADN y proteínas asociadas localizados en el niricleo y dispersas, en forma de gránulos, por el citoplas- ma. Se pueden utilizar muchos tintes para teñir los cuerpos celulares, pero el que se emplea con mayor frecuencia es el violeta de cresilo. Por cierto, los tintes no se desarrollaron expresa-

a mayoría de los casos, la plataforma mente para fines histológicos sino que, origina- accesorio que congela el cerebro endu- riamente, se fabricaron para la tinción de telas. lo suficiente para ser cortado en finas El descubrimiento de las tinciones de cuer-

figura 5.7 muestra un mimtomo. pos celulares hizo posible la identificación de la cuchilla se desliza hacia delante masas nucleares en el cerebro. La figura 5.8

muestra una secci6n frontal de un cerebro de gato teñida con violeta de cresilo. Podemos

esta última sube a una altura distinguir fasciculos de fibras por su apariencia más clara debido a que no absorben el tinte (véase lafigura 5.8). Esta tinción no es selecti-

fijo el cubreobjetos.

nentes. Sin em- @velarán los detalles más

Figura 5.8 Seccidn frontal de un enctfab de gato, teiiida con violeta de cresib, U M tincidn de cuerpos celulares. Las flechas señalan núcleos, o grupos de cuerpos celulares. (Material histoMgico cortesia de Mary Carkon)

VzU pE1Iya 10s m WF&@. To- das las &das, ya seao n e w w o gUa; quedan ~eEdas p~ igual. Par lo m&, son los in-- gidaw los que deben detemha m131 es c d , p r ~1 e l o , la f m y h haxíhtcibn.

El microscopio óptico tiene una escasa capacidad de resolución para detalles extremadamente pequeños. Debido a la naturaleza misma de la luz, una amplificación superior a 1.500 veces no añade ningún detalle. Para poder ver estructuras anatómicas pequeñas tales como las vesículas sinápticas y detalles de los orgánulos celulares, los investigadores deben utilizar el microscopio electrónico. Éste hace pasar un haz de electrones a través del tejido a examinar, proyectándose entonces una sombra del mismo sobre una placa fotográfica, la cual queda ex-

Botones terminales Neurona sinaptando con la neurona

\

Figura 5.1 O Microfotograjk electrónica de barrido de neurona y g l h @e Kessel, R. G., y Kárdon, R. H., Tissues and Organs: A text-atlas of scanning electron rnicroscopy. San Francisco, W. H. Freeman, 1979. Con autonzaCión.)

puesta por los electrones. Las microfotogmfías electrónicas producidas de esta forma pueden aportar información acerca de los detalles es- tructurales en un orden de unas pocas unidades de ángstrom (véase lajigum 5.9).

Un microscopio electrónico de banide '

permite una menor amplificacián que el es- tándar, que transmite el haz de electrones a través del tejido. Sin embargo, muestra los objetos en tres dimensiones. El microscopio explora el tejido mediante un haz móvil de; electrones. La información recibida por la re- flexión del haz se utiliza para producir una imagen tridimensional considerablemente &' tallada (véase la jxgura 5.10).

? ~ a i : ~ ~ ~ # ~ ~ e i l ; l a r r w e a

Supongamos que estuviéramos inter en descubrir los mecanismos neurales r sables de la conducta reproductora. pezar, desearíamos estudiar la fisiol conducta sexual de ratas hembra. Bas en algunas pistas que obtuvimos leyendo culos de experimentos realizados por investigadores publicados en revistas ci cm, utilizamos la cirugía estereotáxica grupos de ratas hembra. A las ratas del

expmim@nM las p m t i c m s una lesb6fi en 61 ndd@O ~Mnnediial del h i ~ ~ ~ ~ (m, y e 1% ratas conm1 una cirugía faIsa (h). Desp* de &o% dfas de rempr&6n, slir;ua-

en la conrlwta de c~m-

¿Cómo podemos investigar las conexiones del HVM? Para responder a esta pregunta no se pueden utilizar los procedimientos histológicos que tiñen todas las neuronas, tales como las tinciones de los cuerpos celulares. Si observamos detenidamente un cerebro que ha sido pre- parado de esta forma, únicamente veremos una masa enmarañada de neuronas. En los últimos años los investigadores han desarrollado méto- dos muy precisos que permiten destacar neuronas específicas de entre todas las demás.

En última instancia el HVM tiene que afec- tar a la conducta. Es decir, las neuronas de este núcleo tienen que enviar axones a zonas del encéfalo que poseen neuronas que son responsables de los movimientos musculares. La vía probablemente no es directa; lo más seguro es que las neuronas del HVM afecten a células de otras estructuras, las cuales a su vez influyen en otras localizadas en otras estructuras, hasta que, finalmente, se estimulan las neuronas motoras apropiadas. Para descubrir este sistema, debemos ser capaces de identificar las mtas que siguen los axones que salen del HVM. En otras palabras, queremos trazar los ~ o n e s eferentes de dicha estructura.

Utilizaremos un método de trazado ante- r w d o para marcar dichos axones. (Anteró- grado significa «moverse hacia adelante».) Es- tos métodos emplean sustancias químicas que son captadas por las dendritas o los cuerpos

Figura 5.1 1 Cuando sabemos que una regrregr6n concreta del cerebro participa en una función determinada, nas pre&tarbs cuáles son las estructuras que le proporcionan informacidn y cuáles son las que la reciben.

La W - Z se inyecta eg una re@& del JX!E&XC~ y es

Los %xwms y botones t- puedtn

d* y a la Izuga dei WD haGL 1m botonm temida.

AIs@dolrxs-b-mh i3bwrdllladE,Qlf-. pala ei tl7mcb ~Ia%viasque&guernlOe~ones~E%Sa'Lla ~ o i d & d o ~ N 6 L L m e n t e ~ d e s p ~ a l o s m ~ p o r I a q u e ~ & k ~ ~ u ~ m. h bt610gos ~ l u i i m ~ lrao &ub&t~ una f& de pmeíiw pmduWpplanm que e;e m a r n c d h l a compl~as espedí?6(1~ pwentm . e n l a s ~ d e l ~ $ O m a ~ i t a u l o b ~ ~ tehas, U d kirinai, hzui mdtsado de utilt- d ; i d ~ ~ e n e I t r a z a d o d e v f % s f l e ~ , P ~ r u s a i & m maws efmntes sa ulillza una 1mib en @ailm @ ~ & par h jridla, la m - L @ h e & vi&& *-J.

PmícbmW el de#ím& lm wamePe- r e n ~ ~ s & h n e u r o n a s l ~ e n d H V U , podemos hyecfar en $51 w diminuta c ~ a t i h i

de PHA-L. ellQ utííbemmz mi-- te* un ti&wrm b%?mm&dco'] Las ~01- & P H A - L m n ~ ~ p o r ~ ~ m y a a a s p o r - ~ a t t w ~ $ e l s o m a a l W , p r ~ v i a j ~ n , ?zlwlbb % t-raqme 3&op18smátlm *& hasta la.- tt3míAm. Eln pws & &U- heststn üems de moI* dePHA-Lmsu

~ ~ e n ~ d e n d n ~ e l ~ m a ? l a x 8 n y f i o d a s s u s ~ m ~ y e a l m ~ e s r s r m i - deis, En-, el mpakmwbr sacrEiw al ~ ~ o m e l . ~ y m @ l a S & o ~ sabn: pmmbjm. E);wx hacar Msibles las mo16- cnúaa&Pm-LseutilizammétodoespaetaI m-, y las preErazStnones, sa m- minan al odicncrscapia @&SS2 la&m $12).

L x i s - ~ ~ ~ s ~ : ~ las inn~16tztii~~ El SWDM ~ I U -

nimio del 01:gankm tiene k duQv a n w s ea mpumlt.l il Iw imrígam. Las d & l Q 5 san prcmdms (a &ti&], Wmo las que se emamtran m la supdisie de las bflcte- r i a s o l o s ~ ~ m r l í n c e ~ q i m c . m ~ s Q n p ~ ~ , l a pmdwen las gKhdos b1- de h s a n g r e ~ d e s t n i i r l o s m i ~ m o s r ~ n r x , L o s a n t i ~ ~ ~ s e r ~ ~ t o s . gl6hulos hlanm o UW ~~ mbxe su BU@- c i e , c f e $ m t s m f ~ q u e l o s ~ d e l o s ne-misom 6 1-m s a b la ~ & l a s ~ . ~ l ~ ~ n c 1 s pmenw m Iot sugerióECli13 -del rnim-o jnvttsor e n m en mWto cm las anrlcumpcs q u e l ~ s = n m - - d ~ e de las gltibuh blancos sobm d i n m ,

de la inyeccidn. (b) Rxones y boi

eisen Ricciardi and Jeffey Bla

tejido de color marrón. Otros son

enelHVM.Dosdías habla sido absorbida

región y transportada a se sacrificó al animal.

núcleo ventrornedial del hipotálamo @iVM), desde 1 Iargo de los axones de las células hasta sus botones zes terminales marcados en la sustancia gris

:tein, Universidad de Massachusetts.)

cercanas (véase lafigrm 5.13~). La figura 5.13(b) muestra una microfotografía de la sustancia gxis periacueductal (SGP). Podemos observar que esta región contiene algunos axones y botones terminales marcados, lo cual demuestra que algunas neurona eferentes del HVM terminan en la.SGP (véase lafigum 5.136).

Para continuar con el estudio del papel del HVM en la conducta sexual.de las hembras, deberíamos determinar las estructuras que reciben información de las neuronas del HVM (tal como la SGP) y ver qué sucede cuando se lesiona cada una de ellas. Supongamos que la lesión de algunas de estas estructuras también impide la conducta sexual femenina. Inyectare- mos PHA-L en dichas estructuras y veremos hacia dónde van sus axones. Finalmente descu- briremos la vía principal desde el HVM hacia las neuronas motoras cuya actividad es necesaria para la conducta de copulación. (De hecho, los investigadores ya lo han hecho y algunos de los resultados se explicarán en el capitulo 10.)

Trazar los axones eferentes desde el HVM s6lo nos revelarh parte de la historia sobre el circuito neural involucrado en la conducta sexual femenina: la parte entre el HVM y las neuronas motoras. ¿Qué pasa con los circuitos que se hallan antes del HVM? ¿Participa el HVM de

Figura 5.1 4 Método de tr& retr6grado. Se inyectd oro fluorado en el HVM, desde donde fue captado por los botones terminales y transportado a lo largo de los axones hasta sus cuerpos celulares. La fotograjüz muestra estos cuerpos celulares, localrzados en la amígdala medial. (Cortesla de Yvon Delville, Universidad de Massachusetts, Medical School.)

alguna manera en el análisis de la información sensorial (como la visión, el olor o el tacto del macho)? O quizás los - efectos - - activadores - - - - de - 1w

7imOnaSsFxualesde la hembra sobre su conducta actúan a través del HVM o a través de neurona cuyos axones forman sinapsis con él. Para descubrir las regiones del encéfalo involu- cradas en los componentes «del curso alto» del circuito neural, tenemos que encontrar las aferencias hacia el HVM. Para ello emplearemos un método de trazado retrógrado.

Retrógrado significa «moverse hacia atrás». Los métodos de trazado retrógrado emplean sustancias químicas que son captadas por los botones terminales y transportadas a lo largo de los axones hasta los cuerpos celulares. El método para identificar los inputs aferentes a una determinada re- gión del cerebro es similar al utilizado para identificar sus eferencias. En primer lugar, se inyecta en la región una pequeña cantidad de una sustancia química denominada oro fluorado en el HVM. La sustancia es absorbida por los botones terminales y transportada hacia el cuerpo celular por medio del transporte axoplasmáíico retr6grado. Pocos días después, se sacrifica al animal, se secciona su cerebro, y se examina el tejido bajo una luz de la longitud de onda adecuada. Las moléculas de oro fluorado emiten fluorescencia bajo este tipo de luz. Descubrimos que la am'gda-

la medial es una de las regiones que proporcionan inputs al I-IVM ( v k lafigunt 5.14).

Juntos, los métodos de trazado anter6grado y retr6grado permiten a los investigadores descu- brirlas conexiones de una determinada parte del encéfalo (en este caso, el HVM) con otras de sus regiones. Asf, estas técnicas nos ayudan a esta- blecer un «diagrama de cableado~ del cerebro (véase lafigum 5.15). Amados con otros m&- dos de investigación (incluidos los que se descri- birán postenormente en este capítulo), podemos tratar de descubrir las funciones de cada uno & los componentes de dicho circuito.

Hay muy buenas razones para investigar las funciones cerebrales de animales diferentes a los humanos. Una de eiias es que podemos comparar los resultados de estudios realizados con ea- p i e s diferentes para hacer algunas inferencias

s a b ~ l a e u n l . u c i 6 n d e v a n e s w - Aun cuando nuestro principal centro de interés

Trazador anterógado: inyecci6n de PHA-L en dHCTM

Luego se observan axones y ' terminales en la SGP

l .

retrógrado: 1 hy-eccibn de oro fiuorado en el HVM

Se obkrvan entonces cuerpos ce1uiam en la amígdala medial -

Una de ius aferencias al HVM y una de sus efmencius, ppueskzs de manieto rnediante métodos de ir& anterdgrado y retr6grado.

es el funcionamiento del cerebro humano, evi- dentemente no podemos pedir a las personas que se sometan a cirugía cerebral con el propósito & la investigaci6n. Pem las enfermedades y los accidentes en ocasiones lesionan el cerebro humano, y si sabemos dónde ha tenido lugar la

ue hacfamos con las lesiones cere radas en los animales de laborato-

del paciente cuando éste

en las .técnicas de

cerebro en vivo. Dichos avan-

te está vivo. El prime- denomin6 tomografia

tubo de rayos X y,

Figura 5.1 6 Esuíner de tomograjk aria1 computaruada CTACI. (Luny MulvehilURainbow.)

La figura 5.17 muestra una serie de estas imágenes de TAC tomadas a través de la cabeza de un paciente que sufiió una apoplejía. Este accidente cerebrovascular dañ6 una parte del encéfalo relacionada con la consciencia propio- ceptiva y la percepcidn del espacio. El paciente perdió la percepción consciente de la parte izquierda de su cuerpo y de los estúnulos localizados a su ~ u i e ~ Las mnas dañadas se representan como puntos blancos en el margen inferior izquierdo de la imagen 5 ( v b la* 5.17).

Una imagen incluso más detallada de lo que hay en el interior de la cabeza de una persona nos la proporciona un prodimiento denominado resonancia magn6tica 0. El dispositivo en este caso se parece al del TAC, pem no utiliza rayos X sino un campo magnético extremadamente intenso que atraviesa la cabeza del paciente. Cuando se sitúa el cuerpo de un indivi- duo en un campo de esta naturaieza, los núcleos atómicos de algunas moléculas del organismo giran en una determinada orientación. Si se hace pasar entonces una onda de radiofrecuencia a través del cuerpo, esos núcleos emiten sus pro- pias ondas & radio. Las diferentes moléculas emiten energía a frecuencias distintas. El equipo de RM se ajusta para detectar la radiación des- prendida por las moléculas de hidr6geno. Como estas moléculas se hallan presentes en diferentes concentraciones en los distintos tejidos, el sistema puede utilizar la información para obtener imágenes & secciones del cerebro. A diferencia de las exploraciones de TAC, que están limita-

Figura 5.1 7 Serie de registros de TAC tomados en un paciente con una lesidn en el área occipito-pariecal derecha (regis! 5). La lesidn aparece de wlor blanco debido a que estaba acompañada de hemorragias; la sangre absorbe más radiacidn que el tejido cerebral que la rodea. La parte rostral es la de arriba, la caudal la de abajo; la izquierda y la derecha están invertidas. El registro 1 muestra una seccidn a través de los ojos y la base del cerebro. (Cortesúz de J. McA. rones, Good Sarnarican Hospital, Portland, Oregon.)

das a un plano horizontal, las de RM pueden ser realizadas también en los planos sagita1 o frontal (véase lafigura 5.18).

Resumen intemúio El objetivo de la investigación en psicolo- gía fisiológica es entender las funciones cerebrales necesarias para la realización de conductas concretas y posteriormente conocer la localización de los circuitos neurales que realizan esas funciones. El método de la lesión es el más antiguo utilizado para este tipo de investigación y sigue siendo uno de los más Útiles. Una lesión subcortical se realiza mediante la gufa del aparato estereotáxico. Las coor-

denadas se obtienen del atlas estereo- táxico, y la punta del electrodo o de la cánula se sitúa en el lugar objetivo. Las lesiones se realizan haciendo pasar corriente de RF a través del electrodo o infundiendo un aminoácido excitatorio a través de la cánula, produciendo una le- sión excitotóxica. La ventaja de esta últi- ma es que sólo afecta a los cuerpos celulares; los axones de paso a través de la región no quedan lesionados. Una vez observada la conducta del animal, se debe determinar la localización de la lesión. Para ello, el animal es sacrificado de forma humanitaria, se perfusiona el cerebro con solución salina, se extrae del

cráneo y se conserva en un fijador como la formalina. Luego se utiliza un microtomo para seccionar el tejido, que generalmente ha s~do congelado para endurecerlo suficientemente como para poder ser cortado en secciones muy finas. Las secciones se montan en portaobjetos. se tiñen con tinciones de cuerpos celulares y luego se examinan al microscopio. El microscopio óptico nos permite ver cé- lulas y sus orgánulos más grandes. pero el microscopio electrónico es necesario para ver los detalles más finos. tales como una mitocondria o las vesiculas sinápticas. El microscopio electrónico de barrido nos proporciona una visión tridimensional del tejido, pero su capacidad de aumento es me- nor que la de! microscopio electrónico convencional. El siguiente paso en un programa de inves- tigación requiere con frecuencia que el investigador descubra las conexiones aferentes y eferentes de la iregion en estudio con el resto del cerebro. Las conexiones eferentes (aquellas que transmiten infor- mación de la región en cuestión y otras regiones del cerebro) pueden revelarse con métodos de trazado anterógrado como el que utiliza la PHA-L. Las conexiones aferentes (aquellas que traen información a la región en cuestión de otras regiones del cerebro) se ponen de manifies-

to mediante métodos de trazado anterógra- do, corno el que utiliza el oro horado. A pesar de que no se realizan lesiones deliberadas del cerebro de los humanos con propósitos investigadores, las enfermedades y los accidentes pueden originar una lesión cerebral, y si conocemos dónde se localiza dicha lesión, podemos estudiar la conducta de los individuos y hacer inferencias sobre la localización de los circuitos neurales que realizan funciones importantes. Si el paciente muere y hay disponibilidad para examinar s u cerebro, se pueden utilizar los métodos histológi- cos ordinarios. Si éste no es el caso, podemos examinar el cerebro en vivo utilizando imágenes de TAC o de RM. La taMa 5.1 resume los métodos de investi- gación que se han descrito en esta sección.

La primera parte de este capítulo trataba de la anatomía del cerebro y de los efectos de lesionar determinadas regiones del mismo. En esta sección se considera una aproximación difere*: el estudio del cerebro mediante el registro o la estitnulación de la aotividad de una región en particular. Las funciones cerebrales involucran la actividad de circuitos neuronales; por elio, las diferentes percepciona y respues- tas conductuales implican patrones de actividad cerebral distintos. Los investigadores han creado métodos para registrar estos patrones o para producirlos de forma artificial.

Los axones producen potenciales de acción, y los botones terminales originan potenciales postsinápticos en la membrana de las células con las que establecen sinapsis. Estos aconteci- mientos eléctricos pueden ser registrados (como ya hemos visto en el capítulo 2), y los cambios en la actividad eléctrica de una regidn espe- cífica pueden utilizarse para determinar si la misma interviene en diferentes conductas. Por ejemplo, los registros pueden llevarse a cabo

IdentjñcaL la 1- dsa neurona M6todo de trazado retrógrado ?--

re-0~ la =ti Los registros pueden realizarse crónicamen- ~ o n rni~~electrodos.

neralmente se hallan restringidos a estudios de p vías sensoriales. Estos registros raramente in- rrneos m d volucran observaciones conductuales, ya que la capacidad conductual de un animal aneste- siado es como mínimo limitada.

si la actividad de las neurona serotonégicas y &b m 'Lubo rapk [vrdnc) & noradrenérgicas variaría durante los diferentes axtano de aprsxitmdmmte 1 m@

f-- El papel se mueve

Figura 5.21 Registro realizudo por un osciiógrafo de tinta.

drenérgicas durante los diferentes estados del sueño, veremos que la tasa de actividad de estas neuronas decae hasta casi cero durante el sueño paradójico. Esta observación sugiere que dichas neuronas tienen un efecto inhibitorio sobre este tipo de sueño. Es decir, el sueño paradójico no puede tener lugar hasta que estas neuronas dejen de emitir potenciales.

A veces queremos registrar la actividad de una región del cerebro en su globalidad, no la acti~idad d e .sus neuronas individuales. Para ello se utilizan macroelectrodos.

Los macroelectrodos no detectan la actividad de neuronas individuales; en realidad, los registros obtenidos mediante ellos representan los potenciales postsinápticos de muchos miles -o millones- de células de las áreas en que se halla el electrodo. Estos electrodos pueden con- sistir en alambres no afilados insertados en el cerebro, tornillos fijados sobre el cráneo o incluso discos de metal ubicados sobre el cuero cabelludo de humanos mediante una pasta que conduce la electricidad. Los registros obtenidos del cuero cabelludo, en particular, representan la actividad de un número enorme de

neuronas, cuyas señales eléctricas pasan a tra- vés de las meninges, el cráneo y el cuero cabelludo antes de alcanzar los electrodos.

En algunas ocasiones los neurocirujanos implantan macroelectrodos directamente en el cerebro humano. La razón de ello es encontrar el origen de una actividad eléctrica anormal que origina convulsiones frecuentes. Una vez se detecta la fuente, el cirujano puede abrir el cráneo y extraerla -generalmente tejido cica- trizado producido por alguna lesión cerebral ocurrida hace muchos años-. Con mayor frecuencia, la actividad eléctrica del cerebro humano se registra mediante electrodos unidos al cuero cabelludo y un oscilógrafo de tinta, co- múnmente denominado polígrafo.

Un polígrafo dispone de un mecanismo que mueve una larga tira de papel sobre la que escriben una serie de plumillas. Esencialmente, estas últimas son las agujas de grandes voltíme- tros, moviéndose hacia arriba y hacia abajo en respuesta a la señal eléctrica que les envían los amplificadores biológicos. La figura 5.2 1 muestra un registro de la actividad eléctrica captada por medio de macroelectrodos situados en varios lugares del cuero cabelludo de un indivi- duo (véase lafigura 5.21).

Estos registros reciben el nombre de elee- troencefalogramas (EEGs), o «escritos de la electricidad de la cabeza». Pueden u t i l i m para el diagnóstico de la epilepsia o de tumora cerebrales, o para estudiar los estadios de suew y vigilia, asociados a patrones característi- de actividad eléctrica. 3

La figura 5.22 muestra el EEG regis del hipocampo de una rata durante el durante la ejecución de varias con vigilia. Podemos observar que los actividad cambian drásticamente durante diferentes conductas (véase laj?gura 5.221.

TBilrrPrn~JYEnn#PIatiiillQI r-m-

Las señales eléctricas no son lo nos de actividad neural. Si la activid una determinada región del cerebro tasa metabólica también se incrementa,

palmente como resultado del mayor funcionamiento de las bombas iónicas de la membrana de las células de esa región. Este aumento de la tasa metabólica puede medirse. Los experimentado- res inyectan Ldesoxiglucosa (2-DG) radiactiva al animal. Esta sustancia qufmica es un análogo de la glucosa (la principal fuente de energía del cerebro), y por ello se transporta al interior de las células. Así, las células más activas, que utilizan una mayor cantidad de glucosa, absorben la rna- yor concentración de 2-DG radiactiva. Sin embargo, a diferencia de la glucosa, la 2-DG no puede metabolizarse, por lo que se acumula en wi interior. El experimentador sacrifica entonces

se llevan entonces a una habi- de se cubre el tejido con una ca (ia sustancia que se halla en

mo lo harían los rayos X o la luz. más activas del cerebro contie-

rdiactividad, la cual aparece, en

6n de cerebro de rata; las la parte inferior (indicadas cleos del hipotálamo que

lica especialmente ele-

+ Salto de 22"

Situado en la jaula sa1to.de 22"

\ 4 1 4 q{(vl\fll,/ll li( h ~ M w % \ ~ k ~ ~ ~ ~ ~ \ ~ ~ ~ q 1 4 f \;,$\! * p , , k \ $ , ? \ ~ j ~ ? ~ ; ; ~ ~ ~ Poniéndola ' Cogiendola en agua Nadando lsaliendo

,del agua - Sentada Castaíieo W n d o Sentada 1 quieta de, digntqs ,Iq cabeza quieta 1

~ / q ~ ; ~ ~ ( k l ~ ~ ~ k ! ; d q d J ~ / ~ ~ ~ / , \ "

Su~ño -3500mv 1 segundo

Sueflo El observador da golpecitos con el liípiz

Figura 5.2-2 -- - - - - - - -

Actividad EEG del hipocampo de la rata, registrada durante el desarrollo de diferentes conductas. (De Whishaw, I. Q. y Vandemlf; C. H., Behavioral Biology, 1973, 8, 461 -484.)

Figura 5.23 Autorradiogra@ de 2-DG del encéfalo de una rata (seccidn frontal; arriba, la parte dorsal), que muestra regiones con actividad especialmente elevada en los dos hipotúlarnos, en la base del cerebro. íDe Schwart., W. J. y Gainer, H., Science, 1977, 197, 1089-1091.)

Una dé sw prohints naic1ezu-e~ @uci- da duran& la wtivwi&o mmi 1~21% e1 nw-

ds Fa. &ordem que. ~z&ibum5 d i - zando una investigasi& WZXCB cid circuito newd hvaImado m la cmdwta kexu81 de la rata hienhFsm. Supangdimm que p u e ~ o s atili- zar d mt(b;ado FOB en nuaim proyecto de e%- perinit-ibn, Se situim wks hembra 6011 m- ehw y se les peamite a p w m . L u q p se e ~ í i i l u : d w m b r a & h ~ ~ . r r e ~ i u n a y SE dgu6 m p m 2 ) a t a pm t*& la ptefna %s. La f j p 5-24 muestra los r~stlltados: las n-.*nta7amfgd&a meditd de una ma ~ q w ~ & ~ c q u i l i t r u ~ ; & o n l a p r e - sea& de k ~ h oscuca& h&&o b pm- 8acia de p&&& PO$. M, rima pflu-amn. llahme d v h pr la, l?&hUlrbei60. física & l a &We8 que d durante k actividad de mpulaeid~. Coma ~ m o s ,

. ~uhurdo se inyeta un tmxador retn5grado (aro flumdo3 en 61 33VM, se observa que esta re@h mib de la migdalo medial (&&le bfigzzm 5.m.

La mividad meWIie8 de @(1m ~ & e l w m b w ~ & p & ~ w e l d m humana u-& un tx&&o k-k?lwmi- n a d o t m m g m & ~ d e & Q n & ~ ~ o

Condíci6n de reposo

1

Cierne y ape- dal puho derecho

Figura 5.25 Registros de TEP de rlri encifalo I~unaaizo (seccioi~es Iiorizoiltales). La parte sicperior irzitesrra tres registros correspoizdieiztes a riiza persorza eil reposo. La parte inferior rrzicestra tres registros correspoildierltes a lu rrzisina persona mierztras cierra y abre el puño derectzo. Los registros irlrcesnarz un incr-eineiito de la captación de 2-desoxiglucosa radiactiva en regiorzes del encéfalo que inreruienerz en el control de naovimieizto, lo cidal indica itiz aunzento de la tasa de actividad mecabólica erl esas áreas. Las diferentes tasas de captacióil de 2-DG estdii iridicadas por diferentes colores gerzerados por ordenador-, tal coirio se muestra en la escala de la parte inferior. (Cortesia del Brookhaven Nacional Laboratory y la State Ufiiuersiy of Neui York, Stoily Brook.)

TEP. En primer lugar. el paciente recibe una inyección de 2-DG radiactiva. (Al cabo de un tiempo, la sustancia química se degrada y sale de las células. La dosis que se da a los humanos es inocua.) La cabeza del sujeto se sitúa en un aparato similar al de un escáner de TAC. A medida que las nioléculas de 2-DG radiactivas decaen, emiten partículas subatómicas llamadas positrones que son detectadas por el equipo de TEP. Un ordenador determina qué regiones del cerebro han utilizado la sustancia radiactiva y genera una imagen de una sección del cerebro, mostrando los niveles de actividad de diferentes regiones de esta sección (véase lafigura 5.25).

Una de las desventajas de la TEP es su coste de funcionamiento. Por razones de seguridad, las sustancias químicas radiactivas que se ad- ministran tienen una vida media muy corta; es decir, decaen y pierden su radiactividad de forma muy rápida. Por ello deben producirse en el lugar, con un acelerador de partículas atómicas denominado ciclotrón. De este modo, al coste de la TEP hay que añadirle el del cicioh6n y los salarios del personal que trabajan en ellos.

El desarrollo más reciente en imágenes cerebrales es la resonancia magnética funcional (Wf). Los ingenieros han diseñado modifica- ciones a la RM ya existente que permiten obtener imágenes muy rápidas y medir el metabo- lismo regional. La RM funcional tiene una mayor resolución que la TEP, por ello revela información más detallada sobre la actividad de regiones cerebrales específicas (véase la fi-

D E U S S E - S Y -------- -

as ocasiones, el investigador de- no la actividad metabólica gene-

ntrol del sueño paradójico.

) Una de las características

s nuestros sueños. Decidi- de acetilcolina en una se sabe que contiene

Figura 5.26 Registro de RM funcional del encéfalo humano. Aumentos localUados & In actividad neurona1 en hombres (izquierda) y mujeres (akrecha) mientras estaban juzgando si pares de palabrns escritas rimaban o no. (De Shaywitz, B. A. y cok., Nature, 1995,373,607- 609. Con a u t o m i ó n )

-un trozo de membrana &cid moldeada en fonna de cilindro, seiiada al extremo inferior-. Otro pequeño tubo de metal extrae la solución despu6s de que esta haya circulado por el tubo de diálisis. En la figunz 5.27 se --

muestriündibujodeeSteti~de sondas. Para implantar un tubo de microdiáíisis en

el cerebro de la rata se utiliza cirugía estereo- táxica de forma que la punta de la sonda se sitúe en la región en la cual estamos interesados. A través de uno de los pequeños tubos de metal se bombea hacia el tubo de diálisis una pequeña cantidad de una solución similar al fluido extracelular. El fluido circula por el tubo de diáli- sis y pasa al segundo tubo de metal, de donde es recogido para su anáiisis. Al pasar el fluido por el tubo de diálisis, se lleva consigo mlécu- las del líquido extracelular del cerebro, las cuales difunden a través de la membrana empuja- das por la fuerza de la difusión.

El contenido del fluido que ha pasado al tubo de diálisis se analiza mediante un método analítico extremadamente sensible. Este méto- do es tan sensible que puede detectar sustancias transmisoras (y sus productos de degradación) que hayan sido liberadas por los botones terminales y escapado del espacio sináptico al resto del líquido extracelular. De hecho, observamos que la cantidad de acetilcolina presente en el fluido extracelular del núcleo del bulbo se incrementa durante el sueño parad6jico.

El fluido es bombeado a través de la cánula interna

Cemento El fluido se dental , recoge y analiza

Figura 5.27 Microdiálisis. Se infusiona lentamente una solución salina en el tubo de rnicrodiálisis, donde capta molkculas que difunden desde el lfquido extracelular. El fluido se analiza posteriormente mediante cromatografia líquida de alta resolución (HPLC). (Adaptado de Hemandez L, Stanley, B. G. y Hoebel, B. C., Life Sciences, 1986, 39,2629-2637.)

Teóricamente, el procedimiento de micro- diáiisis puede aplicarse al estudio del cerebro humano, pero razones éticas y prácticas no lo permiten. Afortunadamente, existe un modo no invasivo para medir sustancias neuroquímicas del cerebro humano. A pesar de que la TEP es un dispositivo muy caro, también es muy ver- sátil. Puede utilizarse para localizar cualquier sustancia radiactiva que emita positrones.

Hace algunos años, algunas personas jóve- nes se inyectaron una droga ilegal que estaba contaminada con una sustancia química que destruyó sus neuronas dopaminérgicas. Como resultado sufrieron un parkinsonismo grave. (Este fenómeno se describe con mayor detalle en el capítulo 8.) Recientemente, los neurocim- janos han utilizado procedimientos estereotáxi- cos para trasplantar neuronas fetales doparni- nérgicas en los ganglios basales de algunos de estos pacientes. La figura 5.28 muestra imáge- nes de TEP del cerebro de uno de estos pacientes. Al paciente se le administró una inyección de L-DOPA radiactiva una hora antes de reali-

Registros de que muestran la capmi6n de L-DOPA radiactiva en los ganglios basales de un paciente con síntomas de Parkinson inducidos por una sustancia química t6x& antes y después de recibir un trasplante de neuronas dopaminérgicas fetaies. (al Registro antes de la intervención (b) Registro obtenido 13 meses después. El aumento en la captacidn de L-IXIPA indica que el trasplante fetal secretaba dopamina (Adaptado de De Widner, H.; Tetrud, J.; Rehncrom, S.; Snow, B.; Brundin, P.; Gustauii, B.; Bjorklund, A, Lindvall, O., y Langston, J. W., New England Journal of Medicine, 1992,327,1556- 1563. Reproducido con autorimidn.)

zarse cada exploración. Como vimos en el ca- pítulo 3, la L-DOPA es captada por las terminales de las neuronas dopaminérgicas, donde se convierte en dopamina; de esta forma, la radiactividad mostrada en las imágenes indica la presencia de terminales que secretan doparnina en los ganglios basales. Las imágenes muestran la cantidad de radiactividad antes (parte a) y después (parte b) de recibir el trasplante de neuronas dopaminérgicas fetales, que mejoró de forma significativa sus síntomas (véase la figura 5.28).

Hasta el momento, en esta sección se han tratado los métodos de investigación que mi- den la actividad de regiones específicas del cerebro. Pero a veces deseamos cambiar artifi- cialmente la actividad de esas regiones para observar qué efectos tienen estos cambios sobre la conducta del animal. Por ejemplo, las ratas hembra copularán con machos s610 si

1 1- Tubo de

i n t r a c r d Se ins- permanentemente en i

m o n a s sexuales femeninas están pre- I extirpamos los ovarios de las ratas, la %e esas hormonas anulará su conducta Wn nuestros anteriores estudios obser- b la lesión del HVM interrumpe esa

$mAs si activamos el HVM com- k la falta de hormonas sexuales fe- kmia volverá a copular.

mos activar las neuronas? Me- ulación eléctrica o qulmica. La L 'ca consiste simplemente en a corriente eléctrica a través de *o en el cerebro, como vi- P5.20. La estimulación química

te inyectando una Pde un aminoácido excitato-

@fiuico o el ácido glutámico, gp.&os en el capítuio 4, el bhmato) es la principal sus-

?1 crdneo una cánula gufa, y posteriormente se inserta Mediante este dispositivo se pueden hacer infuswnes

tancia transmisora excitatoria del cerebm, y ambas sustancias estimulan los receptores glu- tamatérgicos, activando así las neuronas en donde se sitúan estos receptores.

La inyección de sustancias químicas en el cerebm puede realizarse crónicamente, mediante un dispositivo permanentemente unido al cráneo, de forma que la conducta del animal pueda observarse repetidamente. Para eiio, se sitúa una cánula de metal (la cánula guía) en el cerebro del animal, cementando su extremo superior sobre el cráneo. Más adelante, en otro momento, se sitúa una cánula de menor diáme- tro y de longitud adecuada en el interior de la cánula gula, y se inyecta una sustancia química en el cerebro. Como el animal se mueve más o menos libremente, podemos observar los efectos de la inyecci6n sobre su conducta (véase la Pgura 5.29).

El principal inconveniente de la estimuíación quúnica es su mayor complejidad en compara- ción con la eléctrica., requim cánulas, tubos, bombas o jeringas especiales, y soluciones estedh- das de aminoácidos excitamios. Sin embargo, la estimulaci6n química tiene una clara ventaja sobre la elécrriac activa los cuerpos celdaes pero no los axones. Como los receptores glutaamkqg- cos s6lo se encuentran en los cuerpos celulares (y en sus dendntas, natmhente), podemos estar seguros de que la inyección & un aminoácido excitatorio en una determinada red611 del cerebro excita las células y no los axones & otras neun nas que pasan por esa regi6a De esta forma, los efectos de la estimuiaci6n química son m& loca- iizados que los de la estirnulación eléctrica.

Acabamos de decir que el Bcido kaínico, descrito anteriormente como una neurotoxina, puede utilizarse para estimular a las neuronas. En realidad, esto no es conidictorio. De hecho, el ácido kaínico produce lesiones excitotóxicas debido a que estimula las nemnas hasta su muerte. Así, las dosis altas de una soluci6n concentrada matan las neuronas, mientras que las dosis bajas de una solución diiuida simplemente las estimula.

¿Qué sucede con los resultados de nuestro experimento? De hecho (como veremos en el capftulo lo), la estimuiaci6n del HVM si que sustituye a las hormonas sexuales femeninas. Es posible entonces que las hormonas sexuales femeninas ejerzan sus efectos en este ndcleo. Veremos cámo comprobar esta hipStesis en la swi6n final de este capitulo.

Las sustancias químicas inyectadas en el cerebro mediante cánulas difunden por un área que contiene cientos (o miles) de neuronas. Algunas veces se desea estudiar el efecto de una sustancia sobte la actividad de una neurona individual. Para eiio se emplea una técnica iia- mada microwntoforesis.

Cuando las sustancias transmisoras se unen con los receptores postsinhpbcos se abren d e s i6nim, produciendo potenciales p o s ~ c m excitamios o inhibitorios. Estos potenciales au- mentan o disminuyen la tasa de descarga de la célula P m determinar los efectos de las sustan- ciastransmisoras(uotrassusmas~casque estmiulan o bloquean reoeptores eqxxíficos) sobre la actividad de una neurona individual, los

investigadores utilizan una dcmpipeta m W pIe. Este dispositivo consiste en dos o más micm electrodos de vidrio (también l iamah micropipetas), unidos entre sí de forma que sus puntas estén muy cerca unas de otras.

La figura 5.30 muestra una micropipeta de siete unidades unida a un mimlrxtrodo de registro. Caáa una de las siete micropipetas puede rellenarse con sustancias transmisoras, neuromoduladores, hormonas o drogas. El pH (equilibrio ácido base) de las disoluciones de las micropipetas se ajusta de forma que las sustancias químicas se ionicen. Entonces, cuando se hace pasar comente eléctrica a través de una de las micropipetas, se liberan algunas mo- léculas de la sustancia. La inyección de canti- dades exkmdamente pequefías de una sustancia química según este procedimiento se denomina mierowntqforesis (iontoforesis significa «transporte de iones», de pherein, «trans- portar o llevan>) (véase lafigure 5.30).

El micmlectrodo de registro detecta la actividad neural de la célula que esta siendo expues- ta a una de las sustancias químicas de las mi-

1

Figum 5.30 Micmwntojbresis. Las moléculas de diferentes sustancias qufrnica se expulsan de las siete rnicroplpetas por medio de una corriente eiéctrica. El electrodo de registro mide la actividad de la neurona y detem'na si responde o no a la sllstancia.

cropipetas -por ejemplo, una determinada sustancia transmisora-. Si la neurona modifica su tasa de descarga cuando una cierta cantidad de la sustancia transmisora sale de la micmpipeta, podemos concluir que tiene receptores para ella.

La estimdación del cerebro de un animal que puede moverse libremente produce a menudo cambios conductuales. Por ejemplo, la esti- mulaci6n hipotalámica puede elicitar conductas

en la inhibici6n motora. La estimula-

luso como un refuem o un os en el capítulo 14.

cuando ésta es eléctri-

naturales que tienen lugar en el

estimdación artifi- ación eléctrica cere-

te viene a ser algo parecido a cuerdas a los brazos de los una orquesta y entonces sa-

sorprendente es que, a estimulación produce

más interesantes del cerebro fue

&+sper, 1954) para el

tratamiento de trastornos convulsivos focales. Estas alteraciones se producen como conse- cuencia de que regiones localizadas de tejido neural irritan periódicamente las áreas circun- dantes, desencadenando convulsiones epilép- ticas (descargas violentas y sostenidas de las neuronas cerebrales, que producen deterioros conductuales). En los casos graves de epilepsia focal que no responden a la medicación, puede ser necesaria la escisión quirúrgica del foco. Éste se identifica por medio de registros EEG previos a la cirugía, y se confirma reali- zando registros EEG durante la operación, cuando el cerebro se halla expuesto. (Como vimos en una sección anterior, puede también identificarse mediante técnicas especiales de imagen.)

Cuando se realiza una intervención quinír- gica con apertura de cráneo, en primer lugar se debe afeitar la cabeza del paciente. Se le adrni- nistra entonces un anestésico local sobre el cuero cabelludo, a lo largo de la línea por donde se realizará la incisión. No se utiliza anestesia general debido a que el método requiere que el paciente esté despierto y consciente durante la intervención. El cirujano corta el cuero cabelludo y sierra el cráneo por debajo del corte de forma que se pueda apartar un trozo de hueso. A continuación, el cirujano corta y separa la duramadre, quedando expuesto directamente el cerebro.

Cuando elimina un foco epiléptico, el cirujano desea extirpar todo el tejido anormal sin dañar tejido neural que lleve a cabo funciones importantes, como la comprensión y la pro- ducción del habla. Por esta razón, antes de extraer el foco epiléptico, Penfield estimulaba diferentes áreas del cerebro para determinar qué regiones podían extirparse sin problemas. Tocaba varias zonas del cerebro con la punta de un electrodo de metal, y observaba los efectos de la estimulación sobre la conducta de los pacientes. Por ejemplo, la estimulación del área motora primaria producía movimien- to, y la de la corteza auditiva primaria daba lugar a que el paciente informase sobre la presencia de sonidos semejantes a zumbidos. La estimulación de porciones de los lóbulos temporal y frontal hacía que el paciente dejase

CONDUCTA

Figura 5.31 Aspecto de la supe@cie cortical de un paciente consciente cuyo cerebro se ha estimulado. Los puntos de estimulación se indican por medio de Ias etiquetas numeradas sihradas en 61 por el cirujano. (De Caso M. M., en Wilder Penfield The Mystery of the Mind: A critica1 study of Consciousness and the Human Brain, con Discusiones de William Feindel, Charles Hendel y Charles Symonds. Copyright 1975 & Princeton Universiw Press. Figura 4, p. 24 reimpresa con autorización de Princeton University Press.)

de hablar y alteraba su capacidad para com- prender lo que el cirujano y sus colaboradores decían.

Después de extraer la región del cerebro donde se localiza el foco epiléptico, se vuelve a coser la duramadre y se sitúa nuevamente la pieza del cráneo.

Además de aliviar a los pacientes de sus ataques epilépticos, este procedimiento pro- porcionó a Penfield datos interesantes. A medida que estimulaba diferentes zonas del cerebro, anotaba sus efectos y situaba un trozo de papel esterilizado, que llevaba un número escrito, en el punto estimulado. Cuando ha- bían sido estimulados varios puntos, fotogra- fiaba el cerebro expuesto con sus localiza- ciones numeradas antes de sacar los trozos de papel y continuar con la intervención qui- rúrgica. Después de la operación, Penfield podía comparar las anotaciones con la foto- grafía del cerebro del paciente, que mostraba la localización de los puntos de estimulación (véase la figura 5.31).

Resumen intenncdio Cuando los circuitos neuronales participan en sus funciones normales su actividad eléc- trica y metabólica, así como sus secreciones químicas, se incrementan. Por lo tanto, ob- servando estos procesos mientras un animal percibe diferentes estímulos o lleva a cabo diferentes conductas, podemos realizar algunas inferencias acerca de las funciones en las que intervienen diferentes regiones cerebrales. Para registrar la actividad eléctrica de neuronas individuales se pueden utilizar microelectrodos. Los registros crónicos requieren que el electrodo esté unido a un zócalo eléctrico, que se fija al cráneo por medio de adhesivo plástico. Los macroelectrodos registran la actividad de grupos grandes de neuronas. Estos electrodos raramente se sitúan en la profundidad del cerebro humano; en la mayoría de los casos se sitúan en el cuero cabelludo y su actividad es registrada por medio de un polígrafo. La actividad metabólica puede medirse inyectando al animal 2-DG radiactiva, que se acumula en las neuronas metabólicamente activas. La presencia de radiactividad se determina por autorradiografía: se sitúan secciones de cerebro sobre portaobjetos, se recubren con una emulsión fotográfica, se deja reposar un momento y luego se revelan como los negativos fotográficos. Cuando las neuronas son estimuladas empiezan a sintetizar la proteína nuclear Fos. La presencia de Fos, que puede determinarse mediante un método especial de tinción, proporciona otra forma de descubrir las regiones activas del cerebro. El método de la 2-DG también permite determinar la actividad metabólica de diferentes regiones del cerebro humano vivo, pero en este caso se utiliza un escáner de TEP para detectar las regiones activas. Las secreciones de neurotransmisores y neuromoduladores pueden medirse implantando la punta de una sonda de micro- diálisis en una determinada región del cerebro. Para realizar observaciones simi- lares en el cerebro humano se puede utilizar un escáner de TEP. Los investigadores pueden estimular diferentes regiones del cerebro implantando un macroelectrodo y aplicando una estimula- ción eléctrica suave. Otra posibilidad alter- nativa es la de implantar una cánula gula en el cerebro del animal; tras su recuperación de la intervención quirúrgica, insertan una

s de investigación: parte TI.

m8s pequeña e inyectan una solu- a esta pregunta, veamos un ejemplo apecSco. il de aminoácidos en el cerebro. La Los médicos observaron hace varios años que los

- i e n t - ~ u ! ' l o m i e r o s expuestos a determinados tipos de in- aquellas neuronas cuyos secticidas (los organofosfatos) tenían sueños par-

S están situados en la ve- ticularmente intensos y extraños, e incluso podían ula; los axones que pasan

n no resultan afectados. tener alucinaciones estando despiertos. Una posi-

5 2 resume los métodos de inves- ble explicación de estos síntomas es la de que el presentados en esta sección. fármaco estimula los circuitos neuraies responsa-

bles & los sueños. @espu6s de todo, los sueños son alucinaciones que tenemos cuando estamos dormidos.) Alternativamente, el fánnaco podría interrumpir los mecanismos inhibitorios que im-

to ya algunos métodos neuro- piden que soñemos mientras estamos despiertos.

sección describe otros insecticidas del tipo de los organofosfatos activan ímicos que son de utili- directamente los circuitos neurales responsables

a fisiología de la conducta. & los sueños. (Otras sustancias, como el LSD, producen alucinaciones debido a que interrum- pen los mecanismos inhibitonos.)

La primera pregunta que nos debemos hacer es la de c6mo funcionan los insecticidas del tipo de los organofosfatos. Los farmacólogos tienen

brimos que un deter- la respuesta: estas sustancias inhiben la acetilco- conducta. ¿Qué haría- hesterasa Como vimos en el capítulo 4, los

neurales respon- inhibidores de la acetilcolinesterasa son potentes ? Para responder agonistas colinérgicos. Al inhibir la AChE, estos

Figura 5.32 LocaluaCi6n de un péptido por medio de 4 n f f t ~ ' ~ i u z ~ o ~ t o g r ü f i a mUeSEaa una secciiín frontal del cerebro de rata. Las fibras de colores oro y oxidado son arones y botones terminales que contienen vasopresina, un péptido neurotransmisor. (Cortesía de Geert DeVries, Universidad de Massachusetts.)

fánnacos impiden la rápida destrucción de la ACh después de haber sido liberada desde los botones terminales, y así prolongan los potenciales postsinápticos en las sinapsis colinérgicas.

Ahora que conocemos la acción de los insecticidas, sabemos que estas sustancias actúan en las sinapsis colinérgicas. ¿Qué mCtodos neu- roquímicos deberíamos utilizar para descubrir el lugar de acción de estos fármacos en el cerebro? Hay tres posibilidades: podríamos buscar neuronas que contienen acetilcolina, podria- mos buscar acetilcolinesterasa (que podría estar presente en las membranas postsinápticas de las células que reciben inputs sinápticos de las neuronas colinérgicas), o podríamos buscar receptores colinérgicos. Veamos cómo funcionan estos tres métodos.

Consideremos en primer lugar los métodos por los que podemos localizar sustancias neu- roquímicas específicas, como son los neurotransmisores y los neuromoduladores. (En nuestro caso, estamos interesados en la acetilcolina.) Existen tres formas básicas de localizar sustancias neuroquímicas en el cerebro: localizar las sustancia^ en sí, los enzimas que las sintetizan, o el ARN mensajero implicado en sus síntesis.

Los péptidos (o las proteínas) pueden locali- zarse directamente por medio de los métodos inmunocitoquímicos, descritos en la primera sec- ción de este capítulo. Las secciones de tejido cerebral se exponen a un anticuerpo para el pépti- do, asociado a un tinte (generalmente, uno fluorescente). A continuación se examinan las secciones al microscopio usando luz de una determinada longitud de onda, Por ejemplo, la figura 5.32 muestra la locaüzación en el prosencéfalo de axones que contienen vasopresina un neurotransrni- sor de tipo peptídico. Se muestran dos conjuntos de axones. Uno, que se encuentra agrupado alrededor del tercer ventrículo en la base del cerebro, aparece en color oxidado. El otro, esparcido por e! _septudareralJiene eL specMeeademsde fibras doradas. (Podemos observar lo bonita que puede ser una sección cerebral tenida adecuada- mente; véase lafigum 5.32.)

Pero estamos interesados en la acehicolina, que no es un péptido. Por ello, no podemos utilizar los métodos de inrnunocitoquímica para localizar este neurotransmisor. Aun asi, estos méto- dos pueden utilizarse para localizar el enzima que la sintetiza. La síntesis de acetilcoiina tiene lugar por medio del enzima colinacetiltransferasa (CAT). Por lo tanto, las newnas que contienen este enzima es casi segun, que secretan ACh. La figura 5.33 muestra las neuronas colinérgicas de la protuberancia que han sido identificadas por medio de inmunocitoquímica; el tejido cerebral se expuso a un anticuerpo de la CAT unido a un tinte fluorescente (véase l a m m 5.33).

Otra forma indirecta de localizar una sustancia consiste en utilizar una técnica conocida como hibridación in situ: todos los péptidos y proteínas (incluidos los enzimas, naturalmente) se sintetizan de acuerdo con la información con- tenida en los cromosomas. Como vimos en el capítuio 2, cuando debe sintetizarse una deter-

vasopresina, a partir de la aplicación de este método. La iluminación lateral de los portaobjetos da lugar a que los gránulos de plata de la emulsión fotográfica aparezcan como manchas blancas (véanse lasfiguras 5.34 y 5.35).

ARN radiactivo complementano del 1 ARN mensajero de interés

u--- -- aaüzacidn de un enzima r+msable de la

iaL de la arotuberancia. Las neuronas

&m$órd. ~ n i k l t y School of Medicina)

i h mayoría de los casos), los m pwka sintetizar un trozo $.@e contiene una secuencia &idos complementaria a la

. Las &ones de ai ADN radiactivo,

Gulas de ARN mensaje ,, rql investigador utiliza b g a f h (descritos en ia

unido al ARN

ARN mewjero I 1

-------- -

F t p m 5 3 r Explicacidn del empleo de la hibridación in situ para la locallzaci6n de ARN mensajero responsable de la sfntesis de una determinada proteína o pdptido.

Figura 5.35 Hibridaci6n in situ Se enpuso el tejido a ARN radiactivo cupaz de unirse at ARN mensajero responsable de la sfntesis de uasopresinu, un p4ptido. La localhddn del ARN radiactivo, reveIada por autorradiograj% aparece como manchas blancas. Las muro- marcadas se encuentran en un par de núchs del hipotálamo. (Cortesúl de Geert DeVries, Uniuersidad de Massachusetts.)

Como vimos en el capítulo 4, los neuro- iransrnisores, los neuromoduladores y las hormonas transfieren sus mensajes a las células diana uniéndose a receptores. La localización de estos receptores puede determinarse mediante dos procedimientos diferentes.

En el primer procedimiento se utiliza la autorradiograña. Las secciones de tejido cerebral se exponen en una soluci6n que contiene un ligando radiactivo para un receptor específi- co. A continuación, las secciones se enjuagan, de forma que la única radiactividad que perma- nece en elias es la de las moléculas del ligando que se han unido a sus receptores. F i e n t e , para localizar el ligando radiactivo -y así, los receptores- se utilizan métodos autorradio- gráficos.

En el segundo procedimiento se utiliza la in- munocitoquímica. Como los reoeptores son pro- teínas, se pueden produciranticuerpos contraeilos. Exponemos las secciones de tejido cegebral al anticuerpo adecuado (marcado con un tinte fluo- rescate) y observamos las secciones a través del microscopio bajo luz de una detemiinada longitud de onda

Apliquemos el método de determinación ele recepfmes a otra línea de investigación consids rada antes en este capitulo: el papel del hipo& mo ventroMa1 (HVM) en la conducta sexusrl de las ratas hembra. Tal como vimos, las lesi- del HVM suprimen esta conducta También diji- mos que la Conducta no ocurre si se extraen ~ I S

ovarios de la rata, pero puede activarse estimu- lando el HVM el&-te o con aminoácidos excitatonos. Estos resultados sugieren que lae hormonas sexuales producidas por los ovariw actúan sobre las neurona en el HVM.

Esta hipótesis sugiere dos experimentos. En primer lugar, podríamos utilizar el procedimien- to mostrado en la figura 5.29 para situar una pequeña cantidad de la hormona sexual adecuada directamente en el HVM de ratas hembra cuyos ovarios han sido extirpados previamente. Como veremos en el capítulo 10, este procedimiento funciona; la hormona reuctiva la conducta sexual del animal. En el segundo experimento podríamos utilizar la autorradioMa para localizar los receptores de la hormona sexual. Las secciones del cerebro de la rata serían expuestas a la hormona radiactiva, luego serían enjuagadas y a continuación se llevada a cabo la autorradiografía. Si h i c i h o s esto,

Observaciones

Pigum 5.36

leo ventromedinl del hipotáiamo.

Universidad de Massachuse~.)

radiactividad en el HVM. (Y si ones cerebxales de ra- lan'amos pruebas acer-

de neuronas de la

aparecen en marrón han sido teñidas con un método de inmunocitoquírnica que revela la presencia de receptores de una hormona sexual femenina. Los botones terminales que forman sinapsis con estas neuronas han sido teñidos con PHA-L, que fue inyectada en el HVM. Estos resultados nos indican que las neuronas de la sustancia gris periacueductal que son sen- sibles a los estrógenos (hormonas sexuales femeninas) también reciben inputs desde el nú- cleo ventromedial del hipotálamo (véase la figura 5.36).

KeSlmmw- Los métodos neuroquímicos pueden utilizarse para determinar la localización de una enorme variedad de sustancias en el cerebro. Pueden servir para identificar neuronas que secretan un neurotransmisor o neuromodulador específico, así como cé- lulas que poseen receptores que responden a la presencia de esas sustancias. Los péptidos y las proteínas.pueden ser localizados directamente, por medio de los métodos de inmunocitoquímica; concretamente, el tejido es expuesto a un anticuerpo que está unido a una molécula que se hace fluorescente bajo una luz de una determinada longitud de onda. Otras sustancias pueden ser detectadas a partir de la localización inmunocitoquímica de un enzima necesario para su síntesis. La deter- minación de péptidos y proteínas puede también realizarse por medio de los méto- dos de hibridación in situ, que revelan la presencia del ARN mensajero que dirige su síntesis. Los receptores de las sustancias neuro- químicas pueden ser localizados de dos formas. En el primer método se utiliza la autorradiografía para determinar la distri- bución de un ligando radiactwo al que se ha expuesto el tejido. En el segundo mé- todo se utiliza la inmunociioquimica para detectar la presencia de los receptores en sí, que son proteínas. Los métodos de tinción combinados permiten localizar neuronas que poseen un determinado receptor o péptido y establecen además conexiones con regiones especificas del cerebro. La tabla 5.3 resume los métodos de inves- tigación presentados en esta sección.

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