"El efecto fue tan fuerte que supimos inmediatamente que estábamos ante algo importante", recuerda Nikola Grujic. El postdoctorando del Laboratorio de Dinámica Neuroconductual de la ETH de Zúrich se había familiarizado con las llamadas neuronas de orexina, uno de los focos de investigación del laboratorio, en una serie de experimentos iniciales con ratones. Observó cómo la estimulación de las neuronas provocaba una llamativa dilatación de las pupilas. "A menudo, los efectos de la estimulación de las neuronas quedan ocultos en el ruido de fondo de los datos de medición, y tenemos que esforzarnos mucho en filtrarlos para detectarlos. Aquí fue distinto. El efecto era evidente", afirma.

Las neuronas de la orexina, descritas por primera vez en 1998, conducen desde el hipotálamo a todas las demás regiones del cerebro, incluidas las que controlan la conciencia y las funciones corporales sobre las que no se puede influir voluntariamente. Así, las neuronas de la orexina intervienen en la regulación del ritmo sueño-vigilia, la atención, el sistema de recompensa, el apetito y el consumo de energía, entre otras cosas.

Indispensable para el estado normal de las pupilas

Como demuestran las mediciones de Grujic, las neuronas de orexina también influyen directamente en una característica central del estado emocional: las pupilas no sólo reaccionan a los estímulos luminosos con un cambio de tamaño, sino también al estrés mental y a las impresiones emocionales. El lenguaje vernáculo las llama acertadamente la ventana del alma, y tanto la medicina como la psicología utilizan habitualmente la anchura de las pupilas en los seres humanos como medida de la atención y otras funciones del organismo controladas inconscientemente.

Hasta ahora, además de la luz, se consideraba que la norepinefrina, conocida como la hormona del estrés, y su sistema receptor eran los principales responsables del control del tamaño de las pupilas. Los científicos de la ETH han podido demostrar ahora que es más probable que este papel lo desempeñen el neurotransmisor orexina y su sistema receptor. Las neuronas de la norepinefrina no pueden mantener el estado normal de la pupila sin las neuronas de la orexina. Si se desconecta el sistema de la orexina, las pupilas permanecen en estado de constricción. "Las neuronas de noradrenalina son prácticamente esclavas de las neuronas de orexina", afirma el profesor de la ETH Denis Burdakov, exagerando la relación de dependencia.

Conexión con la narcolepsia
En sus experimentos, los investigadores también demostraron una relación dosis-dependiente entre la actividad de las neuronas y el diámetro de las pupilas. "Las pupilas nos muestran con exactitud la actividad de las neuronas de la orexina en el hipotálamo", afirma Burdakov.

Esto no sólo proporciona a los investigadores del cerebro una nueva forma de medir la actividad de la orexina. También abre nuevas vías en medicina. La conexión entre una alteración de la regulación de la orexina y la narcolepsia, la enfermedad del sueño, se conoce desde hace mucho tiempo. Sin embargo, recientemente también se han observado conexiones con otras enfermedades neurológicas como el Alzheimer, los accidentes cerebrovasculares y el síndrome congénito de Prader-Willi. En este último, un mal funcionamiento del diencéfalo, que incluye el hipotálamo, provoca graves síntomas físicos, cognitivos y metabólicos.

Lo que las cuatro enfermedades tienen en común es la aparición de un trastorno del sueño. En el futuro, la influencia de la orexina en estas enfermedades podría investigarse con mayor precisión examinando el tamaño de las pupilas, y quizá también podría simplificarse y mejorarse el diagnóstico, afirma Burdakov. Hoy en día, para diagnosticar la narcolepsia sigue siendo necesaria una intervención quirúrgica en forma de punción del conducto raquídeo.

Puerta de entrada a la comprensión de la regulación de la conciencia

Sin embargo, como neurocientífico, Grujic ve su descubrimiento sobre todo como una clave para comprender mejor la regulación de las funciones centrales de nuestra conciencia. "El equilibrio entre la concentración atenta en las cosas conocidas y el vagabundeo exploratorio de los pensamientos es fundamental para nuestra capacidad de adaptarnos a situaciones nuevas", explica el investigador. La frecuencia y variedad de los trastornos de atención diagnosticados hoy en día demuestran lo difícil que es controlar este equilibrio.

La orexina es uno de los varios sistemas neuromoduladores (otros son la norepinefrina y la serotonina) que controlan este equilibrio. Estos sistemas desplazan el equilibrio en un sentido u otro en función de las necesidades del organismo. En los primeros tiempos del desarrollo humano, por ejemplo, los cazadores-recolectores hambrientos tenían que dejar vagar su atención para descubrir una fuente de alimento. Una vez que encontraban una recompensa en forma de algo comestible, tenían que centrarse en su entorno para tal vez espiar más de este alimento. Y cuando los primeros humanos se saciaban, podían dedicar su instinto explorador a otras necesidades distintas de la comida.

Subgrupos de neuronas para funciones específicas
El grupo de investigación de Burdakov pudo determinar subgrupos dentro de las neuronas de orexina que intervienen en distintas funciones neuronales y, por tanto, en distintos componentes de este equilibrio. Para ello, los científicos siguieron la reacción de neuronas de orexina individuales en ratones mediante una forma especial de microscopía de fluorescencia y la compararon con el cambio en la anchura de la pupila. Con la llamada microscopía de dos fotones se pueden observar las actividades de células individuales dentro del cerebro.

Entre otras cosas, los investigadores encontraron neuronas cuya actividad se correlacionaba positivamente con el tamaño de la pupila y, por tanto, con el estado de excitación del ratón, y aquellas cuya actividad se correlacionaba negativamente. Además, había células que influían tanto en el tamaño de la pupila como en la reacción a las recompensas, mientras que otras sólo estaban relacionadas con uno de los dos factores.

Control superior de nuestra conciencia
La identificación de subconjuntos especializados dentro de las neuronas de la orexina permite comprender por primera vez cómo están conectadas en el cerebro estas funciones fundamentales para nuestra conciencia. La orexina, con su influencia en muchos estados de comportamiento diferentes -desde la atención y la vigilia hasta la recompensa, el apetito y el gasto energético-, es también una buena candidata para su control a un nivel superior, afirma Grujic.

Los resultados de los científicos de la ETH han abierto la puerta a muchas otras cuestiones de investigación, como la identificación de otros subgrupos de neuronas o su interacción entre sí y con los sistemas de serotonina y noradrenalina. Los investigadores parten de la base de que la respuesta a estas preguntas no sólo conducirá a una comprensión mucho más detallada del control de nuestras funciones vitales. Como consecuencia, también deberían beneficiarse el diagnóstico y la terapia de los trastornos de la atención y el sueño y sus enfermedades asociadas. Y, como sugieren los ejemplos del Alzheimer y los accidentes cerebrovasculares, éstos son más de los que cabría pensar a primera vista.