Un equipo multidisciplinar del Centro Max Delbrück (Alemania) ha descubierto una corteza térmica que percibe el frío y el calor, situada en una región posterior de la corteza insular del cerebro. En un estudio experimental que recoge Nature, concluyen que esa región es responsable de la percepción de la temperatura “cuando se tocan las cosas”.
Sus autores destacan que la temperatura es una modalidad sensorial fundamental separada del tacto, con canales receptores dedicados y neuronas aferentes primarias para frío y calor. Sin embargo, a diferencia de otras modalidades, la codificación cortical de la temperatura sigue siendo desconocida, con muy pocas neuronas corticales reportadas que respondan a la temperatura no dolorosa y se debate la presencia de una corteza térmica.
Aquí, utilizando imágenes de calcio de campo amplio y de dos fotones en el sistema de la pata delantera del ratón, identificaron neuronas corticales que responden al enfriamiento y/o calentamiento con distintas propiedades de respuesta espacial y temporal.
“Observamos -añaden- una representación de frío, pero no calor, en la corteza somatosensorial primaria del cerebro, pero frío y calor en la corteza insular posterior (pIC). La representación de la información térmica en pIC es robusta y organizada somatotópicamente y las manipulaciones reversibles muestran un profundo impacto en la percepción térmica. A pesar de estar posicionados a lo largo del mismo eje sensorial unidimensional, la codificación de lo frío y lo cálido son distintas, tanto en neuronas altamente sintonizadas como ampliamente”.
Durante casi un siglo, los científicos han tratado de determinar en qué parte del cerebro se encuentra la capacidad de detectar temperaturas. Algunos han sugerido que existe una corteza térmica distinta. Ahora, investigadores del Centro Max Delbrück, en Berlín, lograron identificar una corteza térmica en el cerebro de ratones y las células nerviosas que detectan temperaturas frías o cálidas.
Neuronas específicas para frío y calor
El profesor James Poulet, director de este equipo, afirma que comprender cómo funciona el cerebro es una de las últimas fronteras de la ciencia. “Desafortunadamente -opina-, hay muchas enfermedades cerebrales sin curación, incluidas las que alteran la percepción sensorial. A la larga, comprender cómo funcionan los circuitos de las células nerviosas en el cerebro sano ayudará a reparar el cerebro enfermo”.
A medida que una persona se mueve por el mundo, el cerebro procesa la información que fluye de los órganos de los sentidos para construir una percepción consciente del mundo. Gran parte de esto sucede en la capa plegada externa del cerebro, llamada corteza.
El profesor Poulet y su equipo descubrieron previamente que las neuronas en la corteza somatosensorial primaria responden cuando la piel entra en contacto con temperaturas frías. Esperaban que las temperaturas cálidas también se codificaran en esta región.
Los doctores Mikkel Vestergaard y Mario Carta, coprimeros autores, comprobaron esta hipótesis en roedores, cuyos cerebros son similares a los humanos. Utilizaron temperaturas suaves a las patas delanteras de los animales y técnicas de imagen para descubrir qué parte de sus cerebros respondía a los cambios en la temperatura de la piel.
Para su sorpresa, los científicos descubrieron que la corteza somatosensorial primaria no respondía al calor. Encontraron neuronas que respondían en una región al costado del cerebro llamada corteza insular posterior. ”Nuestro estudio demuestra que la corteza insular posterior parece contener la esquiva corteza térmica”, asegura Mario Carta.
Con ayuda de un microscopio de dos fotones, observaron la respuesta de las neuronas individuales en la corteza insular posterior. “Descubrimos que hay neuronas específicas en el cerebro que responden al frío y neuronas específicas que responden al calor, así como otras que responden tanto al calor como al frío”, explica Mikkel Vestergaard.
Flujo de temperatura desde la piel
Las neuronas cálidas y frías reaccionaron de manera muy diferente. Las calientes respondieron a la temperatura absoluta, mientras que las frías lo hicieron al cambio relativo de temperatura.
Las respuestas frías también se activaron más rápidamente y se extinguieron antes que las cálidas. “Esto indica que podría haber caminos separados para la percepción del frío frente al calor”, dice Vestergaard. Para demostrar de manera concluyente que la corteza insular del cerebro se involucra en la percepción de la temperatura, los científicos entrenaron a los ratones para que sintieran frío o calor.
Luego utilizaron optogenética para desactivar temporalmente la corteza insular posterior, mientras administraban un estímulo térmico. “Cuando hicimos esto, el ratón no sintió el estímulo de la temperatura”, explica Poulet. Cuando los científicos dejaron de suprimir esta parte de la corteza, el ratón volvió a sentir la sensación.
En el futuro, el equipo del profesor Poulet planea estudiar la vía del flujo de temperatura desde la piel, a través de la médula espinal hacia el tálamo y finalmente hacia la corteza. “Estamos observando diferentes estaciones para ver dónde y cómo se representa la información de temperatura y cómo se transforma a lo largo del camino”, subraya.
También analizan por qué la corteza somatosensorial primaria, que percibe el frío, no responde al calor. Los científicos teorizan que esta región podría ser responsable de la percepción de texturas complejas, como la humedad, la suavidad o el metal. «Podría ser que la representación fría en la corteza somatosensorial esté ayudando de alguna manera a la discriminación de la estructura superficial compleja», reflexiona el profesor Poulet.
A propósito del Centro Max Delbrück
El Centro Max Delbrück de Medicina Molecular, de la Asociación Helmholtz, es una de las principales instituciones de investigación biomédica del mundo.
Max Delbrück, nacido en Berlín, fue premio Nobel y uno de los fundadores de la biología molecular. En las ubicaciones del Centro en Berlín-Buch y Mitte, investigadores de unos 70 países analizan el sistema humano, investigando los fundamentos biológicos de la vida desde sus bloques de construcción más elementales hasta los mecanismos de todo el sistema.
Al comprender qué regula o interrumpe el equilibrio dinámico en una célula, un órgano o todo el cuerpo, se pueden prevenir enfermedades, diagnosticarlas con antelación y detener su progresión con terapias personalizadas.
Para que los pacientes se beneficien lo antes posible de los descubrimientos de la investigación básica, el Centro Max Delbrück apoya la creación de spin-off y participa en redes de colaboración. Trabaja conjuntamente con Charité–Universitätsmedizin Berlin en el Centro de Investigación Clínica y Experimental (ECRC), así como con el Instituto de Salud de Berlín (BIH), en Charité, y el Centro Alemán de Investigación Cardiovascular (DZHK).
Fundado en 1992, actualmente en el Centro Max Delbrück trabajan unas 1.800 personas y lo financia en un 90% el Gobierno federal alemán y en un 10% el Estado de Berlín.
