No más moscas solitarias
En 1972 Michel Siffre realizó un experimento muy peculiar. Se encerró en una cueva por más de seis meses sin contacto humano. Registró sus signos vitales, sus patrones de sueño y escribió sus impresiones. Dijo perder la cabeza y estar tan desesperado por compañía que intentó hacerse amigo de un ratón.
El confinamiento en solitario es una práctica que se sigue utilizando en varias prisiones alrededor del mundo como una medida disciplinaria o “protectiva” cuando se considera al preso muy agresivo o peligroso para otras personas. Los expertos advierten del impacto negativo sobre la salud física, mental y psicológica y hoy en día el confinamiento en solitario prolongado es considerado una forma de tortura.
Incluso antes de la pandemia, medio millón de personas mayores de 60 años en el Reino Unido decían pasar sus días solos. Esta situación se vio muy empeorada por las cuarentenas impuestas en varios países como consecuencia de la pandemia de la Covid19, con algunos reportes tempranos de problemas de salud mental.
Las circunstancias que llevan al aislamiento en estos tres casos son muy diferentes pero hay algo en común. La falta de contacto social tiene efectos profundamente negativos sobre nuestra salud. Necesitamos la interacción social. De hecho, un estudio reciente mostró que, incluso luego de un periodo corto de aislamiento, las personas ansían la interacción social de la misma manera que alguien con hambre ansía la comida.
Los experimentos de Siffre fueron muy importantes para entender nuestro reloj interno y son considerados pioneros en el campo de la cronobiología humana. Estando privado de cualquier clave natural o social que pudiera decirle qué momento del día era, empezó a perder el sentido del tiempo.
¿Cómo sabemos cuánto son diez segundos, diez minutos o una hora?
¿Qué le sucede exactamente a nuestro cuerpo y a nuestro cerebro cuando estamos privados de contacto con otras personas? Esta es una pregunta muy interesante y compleja y puedes encontrar algunas respuestas en este artículo de The Scientists.
Pero no es mucho lo que realmente podemos estudiar en humanos. Para comprender realmente qué cambios en nuestro cuerpo llevan a los efectos del aislamiento social crónico, debemos recurrir a organismos modelo.
¿Y adivinen de quién podemos aprender algo?
En un estudio reciente de la Universidad Rockefeller la Dra. Li y colaboradores analizaron los efectos del aislamiento social crónico en moscas. El estudio fue realizado por el grupo del Dr. Michael W Young, quien, junto a Michael Rosbach y Jeffrey Hall, ganó el Premio Nobel en 2017 por el descubrimiento de los componentes moleculares del reloj circadiano (uno de los 6 Premios Nobel que ganó la mosca).
Antes de entrar en los detalles del trabajo, quiero aclarar dos cosas:
Las moscas son insectos sociales. Es cierto que no se comparan con otros insectos como las abejas, hormigas y avispas que tienen estructuras sociales complejas (los llamados insectos eusociales o verdaderamente sociales), pero las moscas muestran un alto grado de interacción social.
Además de las obvias interacciones uno a uno (búsqueda de pareja sexual, peleas), en la naturaleza las moscas tienden a juntarse en la fruta para comer, poner huevos, buscar pareja, forman grupos mientras comen e incluso pueden aprender de tan solo observar el comportamiento de otras moscas.
Las moscas duermen. Si una mosca no se mueve por más de cinco minutos consideramos que está durmiendo. Las moscas duermen principalmente al mediodía (la “siesta”) o por la noche.
Como ocurre en humanos:
El reloj biológico interno controla el sueño de la mosca
La mosca compensa la falta de sueño durmiendo más
Mientras duerme, la mosca necesita un estímulo más fuerte para responder
Las moscas tienen una postura propia de su especie para dormir
Su sueño se altera por drogas hipnóticas/estimulantes (sustancias que te dan sueño como Ambien o te despiertan como el café).
¿Y qué encontraron los investigadores?
Las moscas que pasaron mucho tiempo sin ningún contacto social (siete días aisladas) durmieron menos que las moscas con contacto social normal. Observaron lo mismo en grupos grandes y pequeños, así como en moscas jóvenes y viejas. Este es el grupo de “aislamiento social crónico”. Por otro lado, las moscas que estuvieron aisladas por solo un corto tiempo (1 o 3 días) durmieron tan bien como las moscas con contacto social normal.
¿Qué cambios provoca el aislamiento crónico en la mosca?
Una buena forma de abordar esta cuestión es realizando un análisis general e imparcial, es decir, sin un candidato predeterminado. Para ello, los investigadores buscaron aquellos genes que se expresaban de manera diferente (más o menos cantidades) en el cerebro de moscas crónicamente aisladas. En otras palabras, estudiaron los niveles de expresión de TODOS LOS GENES en la cabeza de la mosca para ver si alguno estaba afectado.
Los genes son porciones discretas de ADN que proporcionan la información para, en última instancia, producir las proteínas que harán el trabajo real en nuestras células (¡pero también fuera de las células!). Antes de hacer las proteínas, el gen debe transcribirse al ARN. Cada gen se puede transcribir una, dos o cientos de veces, lo que significa que, en un momento dado, podemos tener una, dos o cientos de copias de un ARN. Cuantas más copias de un ARN para un gen X determinado tengamos, más proteína X obtendremos más adelante.
Hoy en día, podemos estudiar fácilmente cuánto CADA UNO Y TODOS LOS GENES de un organismo se transcriben a ARN y, al hacerlo, podemos tener una idea de qué cantidad de cada proteína está disponible para realizar el trabajo.
La técnica que utilizaron los autores se llama secuenciación de ARN o simplemente ARN-seq. Básicamente, esta técnica “lee” todas las moléculas de ARN en una muestra determinada (un cuerpo entero, un tejido o incluso una sola célula) y puede decirnos qué tipo de ARN es y cuánta cantidad hay.
Esto es muy útil porque nos permite tener una idea de la cantidad de todas y cada una de las proteínas que tendremos. Por supuesto, podríamos estudiar directamente las cantidades de proteínas, pero esto es mucho más complicado, caro y requiere más tiempo que analizar el ARN.
En general, la técnica de ARN-seq es muy útil para estudiar cómo una determinada condición (una mutación, una enfermedad, una condición ambiental o social diferente, etc.) cambia la expresión génica. Esto significa que siempre debemos comparar nuestros resultados en una determinada condición con una condición de “control” (sin mutación, sin enfermedad, condición ambiental o social normal, etc.).
Encontramos 50 copias de ARN X. ¿Es mucho o poco? Bueno, si la situación de control es 10, entonces 50 es definitivamente demasiado, pero si la situación de control es 100, entonces 50 es demasiado poco.
Una cosa interesante sobre esta y otras técnicas para estudiar la expresión génica es que uno puede elegir qué parte del cuerpo, tejido o incluso célula quiere analizar. Mientras que la información genética presente en nuestro ADN es prácticamente la misma en la mayoría de nuestras células*, los genes específicos que se utilizan difieren entre las células. No necesitamos todas las proteínas en todas las células de nuestro cuerpo en todo momento. De hecho, ¡esta diferencia en la expresión de genes es lo que distingue una neurona de una célula cardíaca!
Si en cierta condición el animal se comporta de manera diferente, lo más probable es que algo cambie en su cerebro y necesite más o menos de ciertas proteínas en ciertas partes del cerebro. En esta situación, tendría sentido estudiar los niveles de ARN en el cerebro, pero no en todo el cuerpo junto.
* Las excepciones son las células germinales de nuestro sistema reproductivo, los linfocitos de nuestro sistema inmunológico y los glóbulos rojos.
Encontraron 214 genes que cambiaban su nivel de expresión cuando se comparan las situaciones de moscas aisladas por mucho tiempo (aislamiento crónico) versus moscas aisladas por un corto tiempo (aislamiento agudo) o moscas con contacto social normal (no aisladas). Entre los genes encontrados, había varios importantes para el metabolismo y el sueño. Además, muchos de estos genes regulan su expresión después de un periodo de hambruna.
Dos genes en particular llamaron su atención: Limostatina y Drusolfakinina.
Hay más Limostatina en el cerebro de moscas aisladas crónicamente. En general, la Limostatina aumenta luego de una hambruna e impide la liberación de insulina, la hormona que regula el metabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas.
Por el contrario, hay menos Drososulfakina en el cerebro de moscas crónicamente aisladas. Drusosulfakina es una molécula señal que el animal libera después de una buena comida e induce un estado de saciedad (el animal no quiere comer más).
Estos resultados del análisis de expresión génica son particularmente interesantes.
El cerebro de una mosca aislada socialmente de forma crónica se parece al cerebro de una mosca hambrienta.
Para comprender mejor el vínculo entre el aislamiento social, el sueño y la hambruna, los investigadores registraron los patrones de sueño y los hábitos de alimentación de las moscas con contacto social normal y de las moscas aisladas de forma crónica (aisladas por siete días).
Una vez más, encontraron que las moscas aisladas crónicamente duermen menos, pero ahora también pudieron ver que las moscas…¡comen más!
Las moscas se comportan como si estuvieran hambreadas, ¡pero la comida estuvo presente en todo momento!
La falta de sueño no siempre conduce a comer de más. Los mutantes del sueño clásicos (moscas donde los genes importantes para el sueño no funcionan) comen cantidades normales de comida. Pero existe una relación entre la alimentación y el sueño en algunos casos. En general, si un animal está muy hambriento porque no hay comida, se moverá más para buscar comida y dormirá menos.
Después del aislamiento social crónico, las moscas se comportan como moscas hambrientas, reduciendo el sueño y aumentando la ingesta de comida.
Esto condice con reportes en humanos en donde se vio que en situaciones de soledad la gente come más.
Un dato curioso, 6 de cada 10 adultos en EEUU dijeron tener un cambio de peso no deseado desde el inicio de la pandemia.
Observar cosas similares en moscas y en humanos es muy bueno. Esto nos permite modelar en moscas los efectos del aislamiento social, y eso abre la posibilidad de estudiar los mecanismos moleculares y neuronales, algo que, como comenté al principio del posteo, no podemos hacer en humanos.
Y eso es exactamente lo que hicieron los investigadores.
Para comprender los mecanismos moleculares, volvamos a los resultados del experimento de expresión génica. Uno de los resultados interesantes fue el gen Limostatina, que se expresa más en moscas con aislamiento social crónico.
Los autores encontraron que la proteína Limostatina se produce en neuronas importantes para el metabolismo y las respuestas al estrés y que podría comunicarse con neuronas que promueven el sueño y que regulan la homeostasis del sueño. Llamaron a estas neuronas, neuronas P2.
Usando nuestro querido sistema UAS-Gal4 los investigadores pudieron encender y apagar las neuronas P2 en moscas socialmente aisladas y estudiaron lo que sucede con el sueño y la alimentación en esas condiciones.
Si una mosca está aislada durante mucho tiempo (siete días) pero le apagamos artificialmente las neuronas P2, entonces la mosca duerme normalmente y no come tanto de más. Por el contrario, si una mosca sólo se aísla por un corto tiempo (un día) y le activamos artificialmente las neuronas P2, entonces la mosca duerme menos y come de más.
Activar artificialmente las neuronas P2 puede hacer que una mosca se comporte como si hubiera estado aislada durante un período prolongado cuando, en realidad, solo estuvo aislada por un corto período de tiempo.
Curiosamente, activar artificialmente las neuronas P2 en moscas que no están aisladas no altera el sueño ni la alimentación.
Las neuronas P2 parecen actuar como un timer del aislamiento social.
¿Qué significa eso exactamente?
Una posibilidad es que las neuronas P2 detecten (directa o indirectamente) el aislamiento social y, a través de un mecanismo aún no claro, cuenten hace cuánto tiempo la mosca está sola. Si no es mucho, no hay cambio. Si es demasiado, la mosca dormirá menos y comerá más.
Definitivamente, los efectos del aislamiento social crónico en humanos son mucho más complejos. Afecta muchos aspectos de la fisiología, el comportamiento y la psicología humana. Uno de los efectos reportados más comunes del aislamiento social crónico es la depresión y la demencia, y éstas son condiciones muy difíciles de estudiar en otros animales.
En el caso de los ratones, siempre hablamos de “comportamientos parecidos a la depresión”, porque no podemos preguntarle a un ratón si está deprimido, pero sí vemos que tienen menos interacciones sociales o están muy inactivos. La demencia es aún más compleja. Los investigadores pueden, hasta cierto punto, modelar en roedores la demencia de la enfermedad de Alzheimer o la demencia vascular, las dos formas más comunes de demencia en humanos. Se consideran buenos modelos porque recapitulan las alteraciones patológicas a nivel celular y tisular y algunas de las respuestas conductuales, pero no podemos estudiar los signos psicológicos más evidentes de la demencia.
Sin embargo, como mencionamos antes, el aislamiento crónico en humanos también conduce a problemas de sueño y, afortunadamente, los problemas de sueño son algo que podemos estudiar en modelos animales.
Curiosamente, los problemas del sueño se correlacionan con la aparición de demencia y depresión, y el insomnio aumenta el riesgo de algunos tipos de demencia. Algunos investigadores incluso se preguntan qué viene primero.
¿Podría ser que los problemas crónicos del sueño, junto con otros factores, estén en el origen de algunas formas de demencia?
¿Podría ser ese el caso de los efectos sobre el comportamiento del aislamiento crónico?
Para terminar, quería dejarlos con una reflexión. El aislamiento social en humanos promueve nuevos estados emocionales que se intensifican con el tiempo. Una definición universal de emoción es compleja, pero la mayoría de los investigadores están de acuerdo en que las emociones incluyen ciertos comportamientos expresivos que están asociados con estados cerebrales internos que nosotros, los humanos, experimentamos subjetivamente como “sentimientos”.
Entonces, una pregunta válida es, ¿los animales más simples como las moscas y los gusanos tienen estados emocionales o no?
“Incluso los insectos expresan ira, terror, celos y amor, mediante su estridulación. ”- Charles Darwin (1872).
A nuestros ojos, su visión nos parece altamente antropocéntrica y, muy probablemente, los estados emocionales en animales más simples no son necesariamente homólogos a nuestras categorías psicológicas específicas (ira, terror, celos, amor, etc.). Probablemente una mosca no siente ira o celos. Lo más probable es que los animales más simples tengan estados emocionales primitivos con algunas propiedades fundamentales, y estas son la base para la evolución de emociones más complejas.
Entonces la pregunta surge nuevamente: ¿Podemos estudiar emociones en mosca?
En principio, las emociones se pueden estudiar en animales si existe un comportamiento robusto para una emoción o una condición asociada con una emoción. En más detalle, estos comportamientos deben tener algunas o todas estas características: comportamientos que sean persistentes, generalizados, con una valencia definida (valor hedónico) y que sean escalables.
¿Qué significa persistente, generalizado, con valencia definida y escalable en el contexto de las conductas emocionales?
Persistencia: los comportamientos emocionales tienden a persistir incluso después de que termina el estímulo que los desencadena. Si casi nos atropella un auto, nuestro corazón late más rápido, transpiramos, nos aumenta la presión arterial y todos estos signos de miedo continuarán durante varios minutos después de que el auto se haya ido hace mucho tiempo y estemos a salvo.
Generalización: los comportamientos emocionales pueden generalizarse, lo que significa que imponen un sesgo y pueden afectar comportamientos futuros completamente ajenos al estímulo que desencadena el comportamiento emocional en primer lugar. Volviendo al ejemplo del auto, la “mala experiencia” de casi ser atropellado nos haría más cautelosos al cruzar la calle o enfrentar otros peligros potenciales en el futuro.
Valencia: La valencia es el valor hedónico de algo, o en palabras más simples, el carácter intrínseco atractivo o aversivo de algo. El “Principio de Antítesis” establece que las emociones vienen normalmente en pares de valencia opuesta y que se expresan mediante comportamientos físicamente opuestos y complementarios. Algunos ejemplos serían alegría versus enojo o felicidad versus tristeza.
Escalable: esta propiedad se refiere a la intensidad del comportamiento emocional. Si volvemos a considerar nuestro ejemplo del accidente automovilístico, la respuesta emocional humana podría ser, de menor a mayor intensidad, asustarse, espantarse, aterrorizarse o morirse de miedo.
Curiosamente, un estudio en moscas describió un estado emocional que cumple con todos estos criterios. La experiencia de ganar o perder en peleas sucesivas crea un estado interno que tiene consecuencias conductuales a largo plazo para la mosca. El estado “ganador” se percibe como positivo o gratificante. Las moscas ganadoras tienden a ganar más encuentros, pero también actúan como “ganadoras” para otros comportamientos, cortejan más y toman decisiones más arriesgadas. Lo contrario sucede con las moscas “perdedoras”, es decir, aquellas que han perdido varias peleas.
En el trabajo que discutimos hoy, la Dra. Li y sus colaboradores encontraron que en las moscas, la pérdida de sueño es una característica conductual sólida de la duración del aislamiento social.
- ¿el aislamiento social crónico desencadena un estado emocional en las moscas?
- ¿La pérdida de sueño y el aumento de la alimentación son conductas emocionales?
Quizás. Todavía no estoy 100% convencida, pero podría ser. De seguro, es una interpretación emocionante y provocadora.
Hasta la próxima, amantes de la mosca.
Nota:
– Este trabajo se publicó en agosto de 2021 en la revista Nature. Puede encontrar el trabajo original aquí: Li et al, 2021 Nature.
– El laboratorio del Dr. Young se dedica a estudiar la función del reloj biológico interno, conocido como el reloj circadiano. Pueden encontrar más sobre sus proyectos en el sitio oficial del laboratorio y en esta entrevista.
–Para este posteo consulté varios artículos científicos:
- Levine, 2021, Nature.
- Lobel, Smith, 2020, Oxford University Press.
- Tomova et al., 2020, Nat Neurosc.
- Dukas, 2020, Sci Rep.
- Beckwith, French, 2019, Front Physiol.
- Kim et al., 2018 PNAS.
- Shi, et al., 2018 Sleep Med Rev.
- Anderson & Adolphs, 2014, Cell.
- Choi, et al., 2011, BNR.
– Este artículo es una interpretación de Sci-flies del trabajo de investigación publicado. Sci-flies.com no está afiliado a los autores, instituciones o editores de esta investigación. ¡Lo hacemos porque nos gusta!
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