¡Especial Halloween! Neurobiología del Miedo (Parte I)

Octubre es el mes en el que el otoño empieza a hacerse notar y, debido a la influencia cultural anglosajona, viene marcado por la festividad de Halloween. La víspera del Día de Todos los Santos es un tributo a las tradiciones mitológicas/fantásticas más populares, la magia y, especialmente, se ha convertido en un homenaje al Miedo.

Esta es una emoción desagradable que todos hemos sufrido alguna vez, pero siempre ha generado fascinación. ¿Quién no se ha sentido atraído alguna vez por el mundo de lo desconocido o inexplicable? Aunque experimentar emociones como esta sea el pan de cada día, se trata de fenómenos que la ciencia no ha conseguido explicar del todo. Nuestro cerebro sigue siendo un gran desconocido, de donde surge todo lo que somos, pensamos y sentimos.

Si alguna vez te has preguntado cómo y por qué tu cabeza se empeña en hacértelo pasar tan mal cuando ves una película de terror, te invitamos a adentrarte con nosotros en lo más profundo de tu cerebro.

Definir lo que son las emociones es difícil, pero explicado de forma somera, son estados afectivos desencadenados como respuesta a estímulos: externos (procedentes del ambiente) o incluso internos (el pensamiento consciente o la memoria también pueden producirlas). Se expresan por mecanismos fisiológicos, conductuales y neurológicos, que en la experiencia consciente forman sensaciones con significación para el individuo.

El miedo es considerado un mecanismo de defensa que se ha conservado durante la evolución por su éxito como método de protección para los animales frente al peligro. Aunque las adaptaciones del comportamiento ante un estímulo de peligro son muy variadas según la especie, se han podido aislar una serie de cambios comunes en mamíferos. En cuanto a la conducta, suelen observarse las siguientes posibles respuestas: lucha, huida, parálisis, chillidos… Por otro lado, va acompañada de una serie de cambios corporales y viscerales como aumento de la frecuencia cardiaca, la respiración y la tensión muscular, que ayudan a que el individuo escape del peligro o se defienda de un depredador.

Imagen representativa de respuesta 
ante el miedo en mamíferos

Es importante reconocer que el papel funcional e innato del miedo es el mismo independientemente de la especie. Presiones selectivas más recientes pueden haber actuado más sobre los estímulos desencadenantes y respuestas conductuales específicas de especie, y menos sobre los sistemas ejecutivos neurales para la sincronización de estas, que son más antiguos filogenéticamente.

Además, el miedo se puede adquirir rápidamente y de forma duradera frente a diferentes estímulos, permitiendo que los animales respondan adaptativamente a situaciones ambientales nuevas o cambiantes. Aunque la emoción básica esté organizada en circuitos neurales ejecutivos genéticamente determinados, también entra en juego la plasticidad neuronal. Podemos entenderlo como sistemas de memoria que promueven el aprendizaje de las características del estímulo que predice una amenaza. 



Estructura neuronal y conexión entre neuronas (sinapsis)

La memoria del miedo es un tipo único de memoria sobre eventos traumáticos que puede formarse instantáneamente y mantenerse intacta durante toda la vida. Sin embargo, memorias del miedo atenuadas, excesivas o inexactas pueden suponer una dimensión fundamental de los desórdenes regulatorios del miedo, como las fobias o el Desorden de Estrés Post-Traumático (PTSD).

Gran parte de la investigación realizada acerca del aprendizaje y la memoria del miedo se han realizado bajo el modelo Pavloviano de condicionamiento clásico. A continuación, desarrollaremos este mecanismo para explicar cómo se fijan estímulos en relación con el miedo en la memoria.

Para entender mejor esto, relatamos como ejemplo un experimento paradigmático llevado a cabo en 1920 por dos psicólogos llamados Watson y Rayner. Este experimento se conoce como el "caso del Pequeño Albert". Este era un infante de unos 11 meses al que se le expuso a tocar y jugar con una rata blanca, ante la cual, en primera instancia, sólo exhibió curiosidad y no miedo. Entonces, la rata era un estímulo condicionado neutral (EC). Después, mientras Albert acariciaba a la rata, los investigadores le daban con una barra de metal detrás de la cabeza, a modo de estímulo aversivo no condicionado (EI). La reacción del niño era, como respuesta de miedo incondicionada (RI), sorprenderse, caerse hacia delante y llorar. Tras un tiempo determinado repitiendo esto, cuando la rata (EC) se situaba cerca del Pequeño Albert, este la rechazaba y lloraba. Entonces, había desarrollado una respuesta condicionada de miedo (RC) ante un estímulo en principio neutral. Es más, este comportamiento lo generalizaba frente a otros animales blancos y peludos, así como a objetos como peluches. Este mismo fenómeno explica la existencia de miedos irracionales que se dan en trastornos como las fobias o el PTSD.

Si te ha interesado este tema y quieres saber más acerca de las causas del miedo, ¡estás de suerte! Como parte del Especial de Halloween, la próxima entrada continuará tratando acerca de la Neurobiología del Miedo. Mientras que en esta hemos querido incidir en los aspectos conceptuales, evolutivos e históricos del tema, en la siguiente parte ahondaremos en el enfoque más anatómico y fisiológico del origen del miedo en el cerebro. Si, por otra parte, te hemos asustado demasiado, ¡también estás de suerte! Puedes dejarlo aquí. Happy Halloween!

Nota de los autores: “Al relatar un experimento tan cruel como este queremos dejar claro que no hacemos apología de la experimentación con humanos. Simplemente, lo utilizamos como ejemplo para ilustrar un concepto complicado. Las investigaciones modernas sobre condicionamiento del miedo utilizan pequeños mamíferos como ratas, ratones y conejos, como sujetos de experimentación. Como EC neutro se utiliza un tono o una luz, y como EI aversivo un leve shock eléctrico. Además, resaltamos el carácter histórico de estos estudios, que han tenido gran influencia en el desarrollo posterior de la psicología y la ciencia en general. Invitamos a los lectores a comentar sus impresiones”.

Bibliografía:

• "Fear, Avoidance, and Phobias. A Fundamental Analysis". Edited by M Ray Denny. ISBN 0-8058-0316-5
• "Principles of Neural Science (Fourth Edition)". Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell. Editorial McGraw-Hill. ISBN: 84-486-0311-7
• "Affective neuroscience the foundations of human and animal emotions". Jaak Panksepp, Oxford University Press. 1998. ISBN: 0195096738
• "The Neurobiology of Fear". Ned H. Kalin. Scientific American, 2002.
• "The Neurocircuitry of Remote Cued Fear Memory". Hadley C. Bergstrom. Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.neubiorev.2016.09.028
• "The role of basal forebrain cholinergic neurons in fear and extinction memory". Review. Dayan Knox. Neurobiology of Learning and Memory, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.nlm.2016.06.001
• "Prefrontal-amygdala fear networks come into focus". Maithe Arruda-Carvalho and Roger L. Clem. Front. Syst. Neurosci., 30 October 2015. DOI:  http://dx.doi.org/10.3389/fnsys.2015.00145
• "Neural circuits and mechanisms involved in Pavlovian fear conditioning: A critical review". Jeansok J. Kim , Min Whan Jung. Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 2006. DOI: 10.1016/j.neubiorev.2005.06.005
• "Fear conditioning can contribute to behavioral changes observed in a repeated stress model". Robert M. Camp et al. Behavioural Brain Research, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.bbr.2012.05.040

¡Nos tienen vigilados!



Vengadores, ¡Reuníos!

La agudeza visual de las aves rapaces es una de sus características más famosas, tanto que incluso se ha colado en nuestro lenguaje y cultura popular. Son muy comunes expresiones como “¡tienes una vista de águila!” o también en el mundo deportivo se conoce el sistema de “Ojo de Halcón”, utilizado en partidos de tenis, al ofrecer imágenes procesadas rápidamente por cámaras que detectan el movimiento de la pelota a altas velocidades. Todo esto por no mencionar al famoso vengador de las películas de Marvel, conocido por el mismo nombre.

Pero, ¿alguna vez te has detenido a pensar en la relación de estos términos con la Ornitología?

En la mayoría de los casos, el sentido más importante de las aves (especialmente en rapaces) es la vista. Por esta razón suelen presentar un tamaño de ojos relativamente más grande respecto a la proporción de su cabeza. Esto es debido al modo de vida aéreo que llevan y a los movimientos rápidos que necesitan realizar. Es más, su agudeza visual es tal que son capaces de discriminar detalles muy finos a distancias muy superiores a las que alcanza el ojo humano. 

Precisamente, esta característica tan llamativa suscita mucho interés en el mundo científico, no solo por su propia singularidad sino también porque entender un sistema visual tan refinado podría tener grandes aplicaciones médicas y tecnológicas. A continuación, os relatamos una serie de investigaciones que se llevaron a cabo al respecto.

Recientemente se han utilizado técnicas para analizar y comparar determinados genes que se expresan en la retina de 3 familias de aves rapaces diferentes: Accipítridos (águilas, buitres, etc.); Strigiformes (búhos); y Falconiformes (halcones y cernícalos).

En cuanto a la familia de las águilas y buitres (Accipítridos), se analizaron y seleccionaron varios genes que les proporcionan una gran agudeza visual. Esta habilidad destaca especialmente en las águilas. Si te fijas en los ojos de un águila, te darás cuenta que están más proyectados hacia delante respecto al resto de aves, lo que les brinda un campo visual más amplio. ¿Sabías que un águila puede detectar una hormiga en el suelo desde lo alto de un edificio de 10 pisos? Presentan una vista aproximadamente 8 veces más potente que la de un ser humano. Son capaces de detectar a sus presas (conejos, reptiles, etc.) a más de 3 kilómetros de distancia, teniendo además una gran percepción de la visión del color para discriminar gran cantidad de matices a larga distancia.

Pigargo Europeo (Haliaeetus albicilla). Fotografía
tomada con telescopio a orillas del río Danubio, Rumanía

Otra ventaja que presentan es la aparición de genes que proporcionan mayor protección a sus ojos. Esto concuerda con el alto riesgo de experimentar daños durante la persecución de la presa porque, como se sabe, son cazadores de mamíferos de mayor tamaño.

Dentro de la familia de los búhos, se han seleccionado y estudiado varios genes que permiten aumentar la sensibilidad de la visión con luz tenue. En los cárabos se han encontrado genes sensibles a la luz con longitud de onda corta (azul) y larga (rojo), siendo las longitudes de onda principales durante el crepúsculo. Además, se ha documentado que estas rapaces presentan un diámetro de la córnea mayor que las rapaces diurnas, lo que puede explicar la agudeza visual que presentan durante sus cazas nocturnas. También se ha descubierto que esta familia ha experimentado una pérdida de genes implicados en la detección de luz ultravioleta. Esto conlleva una reducción de la visión durante el día.



Búho Real (Bubo bubo).
Imagen cedida por pixabay.com

Por otro lado, estudiando a la familia de los Falconiformes, se han seleccionado una serie de genes que les permiten adaptarse a la luz con una gran resolución temporal, esencial para la detección del movimiento. Estos resultados concuerdan con su comportamiento, ya que son cazadores de alta velocidad y durante la persecución de sus presas (insectos y aves más pequeñas) van a tener que discriminar rápidamente diferencias en la luz. Al igual que en el caso de los búhos, se han encontrado los mismos genes que conferían una visión adecuada ante los tonos del crepúsculo. Este hallazgo es algo sorprendente, pues suelen estar más activos durante el día, pero permite explicar por qué a veces se han registrado hábitos de caza en horas de baja luminosidad.

Con este post queremos reflejar que por muy parecidas que sean las especies, gracias a la evolución todos los seres vivos presentamos hábitos o comportamientos para adaptarnos a nuestro entorno. Nuestra genética nos hace diferentes, nos da identidad propia.

Para despedirnos, esta entrada se la dedicamos a todos los curiosos, pero en especial a los amantes de la naturaleza como nosotros. Recordad, si durante una excursión tenéis  la suerte de observar una rapaz, ¡sentíos afortunados! Pues se habrá percatado de vuestra presencia mucho antes que vosotros de la suya.

Bibliografía:

• “Retinal transcriptome sequencing sheds light on the adaptation to nocturnal and diurnal lifestyles in raptors” Yonghua Wu et al., 2016. DOI: 10.1038/srep33578.
• “Birds of Prey” Benny Génsbøl. Ed. Collins. ISBN: 978-0-00-724814-8.
• “Guía para identificar aves por su comportamiento” Ed. Tikal. ISBN: 978-84-9928-107-0.

1, 2, 3 ¡A correr! Y después …

Hacer deporte está de moda. Quien disfruta de ello, conoce esa sensación de felicidad que te invade después de salir a correr o de una buena sesión de gimnasio. Sin embargo, ese placer se desvanece a la mañana siguiente cuando te duelen músculos de tu cuerpo que ni sabías que existían.


El "running" es uno de los deportes
 que más adeptos ha ganado en los últimos años.

Sí, queridos lectores, ¡las famosas agujetas han aparecido! También se la conoce por otros nombres más usados en Medicina como mialgia diferida o dolor muscular de aparición tardía.

Quizá la teoría que más has oído sea que las agujetas eran producidas por la acumulación de cristales de ácido láctico que pinchan nuestro músculo produciéndonos esa sensación de dolor. El ácido láctico es una molécula que nuestro cuerpo produce a partir del metabolismo de azúcares cuando los niveles de oxígeno son bajos, en una reacción denominada fermentación láctica.


Fórmula del ácido láctico

Esta reacción se produce cuando el músculo necesita obtener mucha energía a una velocidad a la que el oxígeno, que transporta la sangre, no es capaz de llegar a tiempo al tejido. Esto ocurre durante un ejercicio de alta intensidad al que no estemos acostumbrados, por ejemplo. Sin embargo, se ha observado que aproximadamente una hora después de realizar un ejercicio intenso, nuestro cuerpo ha eliminado el ácido láctico producido. Por tanto, esta no parece ser la causa por la que nos visitan las agujetas. De hecho, otra evidencia que refuta la hipótesis de los cristales de ácido láctico ha sido un estudio realizado en pacientes que presentan la enfermedad de McArdle (basada en la incapacidad de producir ácido láctico, entre otros efectos), de modo que, al realizar un sobreesfuerzo físico, sufrían también este dolor muscular de aparición tardía que caracteriza a las agujetas.

Hoy en día, se sostiene que las agujetas se deben a la microrrotura de nuestras fibras musculares por las contracciones y la acumulación de tensión que estas experimentan. Esta tensión provoca una inflamación, que es la verdadera responsable del molesto dolor.


 Aquí podemos ver  las diferentes 
 estructuras del músculo esquelético:
músculo - fascículo muscular - fibra muscular

En este punto de la lectura te estarás preguntando qué es lo que puedes hacer para librarte de las agujetas. Seguro que lo primero que te ha venido a la mente es beber agua con azúcar, como te decía tu madre. Pero no, esa no es la solución. En teoría, este remedio casero serviría para disolver los cristales de ácido láctico pero puesto que esta no es la causa del dolor, no tendrá ningún efecto.

Tambien habrás escuchado que las agujetas desaparecen haciendo más deporte. Sorprendentemente, ¡esta creencia popular sí es cierta!  Pero hay que tener en cuenta que el efecto analgésico es temporal, bien debido a las endorfinas (conocidas como la hormona de la felicidad) o bien a la eliminación de toxinas por un aumento del flujo sanguíneo que se producen durante el ejercicio.

Actualmente, algunos de los métodos para paliar este dolor muscular de aparición tardía son la utilización de fármacos antinflamatorios no esteroideos (cuya eficacia depende de la dosis y del tiempo pasado tras el ejercicio), así como los masajes. Estos fármacos como el ibuprofeno inhiben la síntesis de prostaglandinas, moléculas implicadas en el desarrollo de esta inflamación.

Se han probado que, con otros métodos, como la aplicación de ultrasonidos,  el “stretching” que reduce la tensión en los tendones o la crioterapia que consiste en aplicar frío sobre el músculo, no hay un alivio del dolor significativo.

Sin duda, el mejor método o consejo para no padecer las agujetas es empezar a hacer deporte poco a poco e ir aumentando progresivamente la intensidad. No es conveniente hacer un cambio brusco del sedentarismo a deportes de alta intensidad.

Esperamos que os haya gustado este post y recordad: que las agujetas no os paren en esta carrera que es la vida, cuya meta es ¡seguir adelante y comerse el mundo!

Bibliografía:

• "Ejercicio terapeútico. Fundamentos y técnicas", Carolyn Kisner, Lynn A. Colby.
•  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/biosystems/139696.
• "Manual de cirugía ortopédica y traumatología". Escrito por Francisco Forriol Campos, Sociedad Española de Cirugía Ortopédica y Traumatología.
• "Delayed Onset Muscle Soreness. Treatment Strategies and Performance Factors". Karoline Cheung et al. DOI: 10.2165/00007256-200333020-00005.
• "Unique Exercise Lactate Profile in Muscle Phosphofructokinase Deficiency (Tarui Disease); Difference Compared with McArdle Disease". Päivi Piirilä et al., 2016. DOI: 10.3389/fneur.2016.00082.

¡Bienvenido, querido lector!

¿Nunca te ha entrado la curiosidad por conocer mejor lo que nos rodea? Seguro que te has preguntado, al mirar al cielo, ¿qué estará pasando más allá de la Tierra?¿Qué es lo que nos hace tan diferentes y a la vez tan similares a los seres vivos?¿Los alimentos que comemos serán tan sanos como creemos?¿Qué es lo que hace un científico en su día a día?

Nos presentamos: somos Darío Cilleros, María Baena e Irene Álvarez, tres estudiantes de cuarto y último curso del Grado en Bioquímica de la Universidad Autónoma de Madrid. Esta iniciativa ha nacido como un trabajo de clase para la asignatura de Bioquímica y Sociedad.

Cuando se nos brindó la oportunidad de diseñar un proyecto de divulgación científica con plena libertad de contenido y formato, lo tuvimos claro: queríamos hacer algo diferente. Por esto, nos atrajo la idea de escribir un blog.

Este es un espacio por ahora bastante indefinido. Lo concebimos con la idea de dar rienda suelta a nuestra propia curiosidad e intereses científicos. Todos tenemos inquietudes que, aun estando relacionadas con aquello a lo que nos dedicamos académica o profesionalmente, a veces resultan un poco incompatibles con la dedicación diaria que conllevan nuestras obligaciones. Llámalo cansancio, llámalo hastío, llámalo como quieras, pero es algo inherente a la rutina. 
 

El ser humano ha sido dotado de grandes dones por la naturaleza. Uno de ellos es la avidez por el conocimiento. La curiosidad científica en su sentido más primario e inocente, esa que nos hizo a nosotros elegir este camino en nuestra vida. Como dijo el famoso divulgador científico Bill Nye: “La dicha del descubrimiento, eso es lo que nos motiva”. Este sentimiento no es exclusivo de aquellos que hemos decidido estudiar ciencias, mucha gente disfruta descubriendo día a día cosas nuevas. Y con ellos es con quienes queremos compartir el asombro constante que nos produce la naturaleza, transmitido a través de este blog.

Esperamos estar a la altura de vuestras expectativas e intereses por la Ciencia. Nos despedimos esta semana con este vídeo y con la siguiente frase del famoso astrónomo y divulgador científico Carl Sagan: “Somos polvo de estrellas que piensa acerca de las estrellas. Somos el medio para que el Cosmos se conozca a sí mismo”. ¡Esperamos que os resulten instructivos!

Vídeo "Cosmic Eye" (Image worth spreading)