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Figura 1 | Señales cerebrales que regulan los niveles de glucosa en la periferia del cuerpo. El hipotálamo en el cerebro ayuda a regular las concentraciones de glucosa en la sangre y en el líquido intersticial que rodea a las células en el cuerpo. Esta regulación hipotalámica (mediada por retroalimentación) se activa, por ejemplo, durante el estrés. Tingley et al.3 proporcionar evidencia en ratas de que otra estructura cerebral, el hipocampo, también regula las concentraciones periféricas de glucosa. En el hipocampo, los patrones oscilatorios , llamados ondas de onda agudas (SPW-R), emergen en el potencial eléctrico colectivo a través de las membranas de las neuronas.

Parecen indicar, a través de una región llamada el septo lateral, al hipotálamo para producir inmersiones en la concentración intersticial de la glucosa cerca de 10 minutos más adelante. El mecanismo de retroalimentación en este bucle regulador es desconocido (flecha discontinua). Dado que los SPW-R del hipocampo son un sello distintivo del reprocesamiento de experiencias anteriores, podrían controlar el suministro de energía del cerebro durante un modo "similar al pensamiento".

Para regular el comportamiento adaptativo, el cerebro se basa en un flujo continuo de procesos cognitivos y relacionados con la memoria que requieren un suministro de energía constante. Con un peso de alrededor de 1.200 gramos en las mujeres y 1.300 gramos en los hombres, en promedio, el cerebro consume alrededor de 90 gramos, o 340 kilocalorías, de glucosa por día, lo que representa alrededor de la mitad de la demanda de glucosa del cuerpo1,2. La estrecha integración de las señales metabólicas y relacionadas con la cognición podría ayudar a la adecuación del suministro de energía del cerebro a sus necesidades energéticas, mediante la optimización del comportamiento de forrajeo y los esfuerzos para limitar el gasto energético. La sincronización del suministro de glucosa con la actividad cerebral se ha considerado hasta ahora una función de una estructura llamada hipotálamo, en la base del cerebro. https://www.nature.com/articles/s41586-021-03811-w" data-track-category="body text link">Writing in Nature, Tingley et al.3 proporcionar evidencia en ratas para el papel de otra región del cerebro, llamada hipocampo, que normalmente está implicado en la memoria y la navegación, en esta ecuación (Fig. 1).

En una estructura cerebral llamada hipocampo, se ha encontrado ondas de onda agudas , sellos oscilatorios de un modo "fuera de línea" de procesamiento cognitivo , para predecir caídas en las concentraciones de glucosa en el cuerpo.

El hipocampo recibe muchos tipos de información sensorial y metabólica, y las proyecciones de las células neuronales en el hipocampo se extienden a varias partes del cerebro, incluido el hipotálamo. Por lo tanto, el hipocampo podría representar un centro en el que las señales metabólicas se integran con los procesos cognitivos3. Para examinar esta posibilidad, Tingley y sus colegas registraron patrones oscilatorios llamados ondas agudas (SPW-R), que reflejan cambios en el potencial eléctrico a través de las membranas celulares de los conjuntos de células neuronales en los hipocampos de las ratas. Lo hicieron mientras usaban un sensor insertado debajo de la piel de las espaldas de los animales para medir continuamente los niveles de glucosa en el líquido intersticial que rodea las células allí.

Los SPW-R se componen de una onda aguda, que surge de las neuronas en la región CA3 del hipocampo, que provoca una oscilación de red rápida pero localizada , la ondulación , en el CA1 y las regiones conectadas. Crucialmente, spw-rs se asocian con ráfagas síncronas de disparo neuronal, y representan un sello distintivo de cognitivo, específicamente relacionado con la memoria, procesamiento de la experiencia4.

Los autores demostraron que los SPW-R agrupados registrados en una parte del hipocampo llamada CA1 dorsal son seguidos por una caída distinta en las concentraciones periféricas de glucosa alrededor de 10 minutos más tarde. Aunque el índice de SPW-Rs, que hizo un promedio de casi 10 por minuto, varió considerablemente durante un ciclo de 24 horas, los autores muestran que una reducción en concentraciones de la glucosa de cerca de 0,33 miligramos por decilitro emergió por SPW-R. Spw-Rs que tenían una amplitud grande pero la duración corta y fueron agrupados juntos en tiempo predijeron las gotas más-pronunciadas en glucosa.

Esta observación llamativa sugiere un papel previamente desconocido de SPW-Rs como señal de fase-reajuste para controlar los niveles de la glucosa de un animal. Ciertos aspectos de este papel propuesto requieren un cierto pensamiento, incluyendo la sincronización de las respuestas observadas de la glucosa. El retardo de aproximadamente 10 minutos entre SPW-Rs y la caída en glucosa se pudo explicar por factores tales como la velocidad baja de la difusión de la glucosa en el espacio intersticial, y un retardo técnico que sea inherente a la lectura de la glucosa de un sensor implantado. Por lo tanto, el acoplamiento del hipocampo y los niveles periféricos de glucosa a través de SPW-Rs podría ser aún más estrecho.

Otro aspecto a considerar es la dirección del cambio en los niveles de glucosa después de SPW-Rs. Estos patrones oscilatorios se asocian con el aumento de la actividad de disparo en el hipocampo, así como en varias partes de la corteza del cerebro que reciben las salidas del hipocampo. Por lo tanto, dado este aumento en la leña y, por lo tanto, posiblemente mayor demandas de energía cerebral, uno podría esperar que la señal del hipocampo conduce a un aumento, en lugar de una disminución, la provisión de glucosa. En situaciones estresantes, el cerebro puede señalar rápidamente , a través de las neuronas del sistema nervioso simpático , al resto del cuerpo para aumentar las concentraciones periféricas de glucosa. Sin embargo, durante spw-rs, las regiones del cerebro que median la activación simpática parecen estar desactivadas5. ¿Podría ser, entonces, que las reducciones de la glucosa después de SPW-Rs reflejen simplemente el consumo creciente del cerebro y el "tirón" de la glucosa periférica al cerebro durante SPW-Rs?

Los experimentos de control inteligentes realizados por Tingley y sus colegas sugieren que este no es el caso. Encontraron que la inhibición artificial del tabique lateral, una estación de retransmisión importante para la señal del hipocampo al hipotálamo, abolió el acoplamiento de SPW-Rs con fluctuaciones periféricas de glucosa. Este hallazgo, y la observación de que las ondulaciones del hipocampo inducidas artificialmente fueron seguidas además por inmersiones de glucosa, corroboran la idea de que una señal específicamente asociada con SPW-Rs, y que se transmite por medio del hipotálamo, induce caídas en la disponibilidad de glucosa en la periferia del cuerpo.

Estos resultados pudieron generar ideas frescas sobre cómo la regulación de la fuente de la glucosa al cerebro se integra con la regulación homeostática del volumen de ventas de la glucosa en el animal entero. Además, debido a que el acoplamiento SPW-R-glucosa era el mismo cuando los animales estaban en ayunas que cuando podían comer libremente, estos hallazgos arrojan nueva luz sobre la suposición de que los sistemas en el cerebro controlan los niveles de glucosa en sangre en condiciones normales.6, y no sólo frente al estrés y otros desafíos metabólicos. Los estudios futuros deben investigar si las gotas SPW-R-asociadas en glucosa ocurren a través del animal entero o reflejan una redistribución de la energía que dé prioridad al cerebro7, y debe identificar los mecanismos subyacentes.

Los SPW-R no son meros compañeros de fuertes aumentos en la actividad de disparo neuronal: durante estos patrones, el hipocampo reproduce, de manera ordenada en el tiempo, experiencias que previamente han sido codificadas en la memoria. Los SPW-R no se producen cuando una rata está explorando activamente un laberinto. En cambio, ocurren durante breves descansos entre períodos de locomoción, cuando la rata parece 'planear' a dónde ir a continuación. También ocurren durante episodios de sueño de onda lenta (sueño caracterizado por oscilaciones eléctricas de baja frecuencia) después del comportamiento exploratorio, cuando se deben establecer recuerdos duraderos de la experiencia. Durante la reproducción de SPW-R, los seguimientos de información preexistentes se pueden combinar para influir en las decisiones4. Por lo tanto, parece que los SPW-R caracterizan un modo "fuera de línea" durante el cual el hipocampo y las áreas cerebrales conectadas participan en una actividad "similar a la del pensamiento".

En esta luz, los hallazgos de Tingley et al. vinculan períodos discretos de reprocesamiento similar al pensamiento de experiencias anteriores con la regulación metabólica inmediata. Dado que los SPW-R también coordinan la actividad del hipocampo con la actividad de conjuntos de neuronas en las áreas de salida cortical del hipocampo, incluso podrían servir para permitir que partes generalizadas del cerebro ejerzan control cognitivo sobre el metabolismo periférico mientras están en modo fuera de línea. Los hallazgos recientes sugieren que la actividad relacionada con la memoria similar a la reflexión, como se refleja en spw-rs y que típicamente surge en momentos desprovistos de estrés agudo, podría beneficiarse de pequeños déficits sincronizados en el suministro de energía8. De hecho, esto podría ser un primer indicio de una explicación de por qué los SPW-R del hipocampo deben regular a la baja, en lugar de regular al alza, las concentraciones periféricas de glucosa.

En resumen, los intrigantes resultados de Tingley y sus colegas apuntan a la existencia de un bucle hipocampal hasta ahora desconocido que subyace al control cognitivo de la regulación de la glucosa en sangre. Los hallazgos de los autores no sólo abren nuevas perspectivas para la investigación básica, sino que también incitan a reconsiderar varios fenómenos clínicos. Éstos incluyen el co-acontecimiento de la disminución cognoscitiva y, notablemente, del deterioro hippocampal con la regulación empeorada de la glucosa en el tipo - diabetes 29; la asociación de disturbios de lento-agite sueño con resistencia a la insulina10; y el dysregulation de la toma de comida en los individuos que tienen lesiones hippocampal y debilitaciones asociadas de la memoria11. Es tentador especular que la pérdida de control metabólico en estas condiciones pudo tener una causa común en la expresión disfuncional de SPW-Rs hippocampal.

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