Señales de alimentos generan simulaciones de estados corporales

Durante el hambre o la sed artificiales, las señales de comida o agua desplazaron aún más la actividad más allá del patrón de saciedad

Puntos destacados

•     Los patrones de actividad continua de la corteza insular (InsCtx) reflejan el estado corporal actual, no el estado de comportamiento.
•     Las neuronas hipotalámicas de hambre / sed provocan respuestas en la InsCtx a las señales de alimentos / agua.
•     Las neuronas hipotalámicas de hambre / sed no bloquean la actividad continua de la  InsCtx.
•     Las señales de alimentos / agua generan «simulaciones» transitorias de futuros estados corporales en la InsCtx.

Resumen

•     La interocepción, el sentido de las señales corporales internas, es esencial para la homeostasis fisiológica, la cognición y las emociones.

Si bien la corteza insular humana (InsCtx) está implicada en la interocepción, los mecanismos celulares y de circuito siguen sin estar claros. Tomamos imágenes de las neuronas de la InsCtx del ratón durante dos estados de deficiencia fisiológica: hambre y sed.

Los patrones de actividad continua de la InsCtx rastrearon de manera confiable el retorno gradual a la homeostasis, pero no los cambios en el comportamiento. En consecuencia, mientras que la inducción artificial de hambre o sed en ratones saciados mediante la activación de neuronas hipotalámicas específicas (AgRP o SFO GLUT) restauraron la búsqueda de alimentos o agua evocada por señales, la actividad continua de la InsCtx continuó reflejando la saciedad fisiológica.

•     Durante el hambre o la sed naturales, las señales de comida o agua cambiaron rápida y transitoriamente la actividad de la población de la InsCtx al futuro patrón relacionado con la saciedad.
•     Durante el hambre o la sed artificiales, las señales de comida o agua desplazaron aún más la actividad más allá del patrón actual relacionado con la saciedad.

Junto con los experimentos de mapeo de circuitos, estos hallazgos sugieren que la InsCtx integra señales visceral-sensoriales del estado fisiológico actual con entradas de la amígdala activadas por el hipotálamo que indican la ingestión próxima de alimentos o agua para calcular una predicción del estado fisiológico futuro.

Comentarios

•     Descubrimos que la corteza insular representa el estado corporal actual y utiliza señales externas para «simular» cambios futuros en la fisiología corporal: «¿Cómo me siento?» + «¿Cómo me hará sentir esto?»

La ínsula se considera la «corteza interoceptiva primaria». Se hipotetiza que integra información visceral-sensorial sobre el estado corporal actual (hambre, sed, temperatura, etc.) con información previamente aprendida para computar potencialmente predicciones interoceptivas y los errores de predicción.

Dimos seguimiento a nuestro trabajo anterior (https://nature.com/articles/nature22375) e imaginamos la actividad de la población de la corteza insular en ratones hambrientos o sedientos a medida que gradualmente se saciaban. los patrones insulares de actividad continua reflejan el estado corporal actual, no el estado de comportamiento (excitación, motivación).

La corteza insular no fue «engañada» por el hipotálamo: la activación artificial de las «neuronas del hambre» hipotalámicas y las «neuronas de la sed» en animales saciados restauraron las respuestas a las señales aprendidas de comida / agua. Pero eso no afectó la actividad continua, que aún se reflejaba en el verdadero estado corporal.

Pero, ¿qué significan realmente las señales de predicción de alimentos / agua en la corteza insular?

Observamos los patrones de actividad que evocan estas señales y descubrimos que impulsan una «simulación» transitoria de un futuro estado de saciedad que solo ocurriría horas después.

Especulamos que estas «simulaciones» corticales a lo largo de diferentes dimensiones / ejes de actividad sirven para guiar y priorizar el comportamiento. Por ejemplo, ¿cómo afectará la energía y el equilibrio de líquidos el consumo de alimentos salados cuando tienes hambre y sed?

Autor: Yoav Livneh, Arthur U. Sugden, Joseph C. Madara, et al. Fuente: Neuron DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.12.027 Estimation of Current and Future Physiological States in Insular Cortex

 (Con información de IntraMed)