Desde olas de calor hasta frío glacial, cómo el cuerpo y el cerebro trabajan juntos para percibir la temperatura

Utilizamos información térmica constantemente en nuestra vida diaria. El calor abrasador al abrir el horno caliente, el placer de tomar de la mano a nuestros seres queridos, el frescor del helado y el viento helado en una mañana de invierno son sensaciones que nos permiten experimentar plenamente el entorno que nos rodea.

Esta fina sensibilidad a la temperatura es esencial para los seres vivos: nos ayuda a explorar el entorno que nos rodea, a mantener la homeostasis (el proceso por el cual el cuerpo se regula y permanece en un estado interno estable) y a asegurar nuestra supervivencia, porque nuestras sensaciones térmicas pueden desencadenar o ajustar comportamientos específicos.

Recientemente demostramos que efectivamente existe un área del cerebro que integra la información que nuestro cuerpo envía sobre la temperatura, la “corteza térmica” en un estudio publicado en . A diferencia de las dedicadas a los demás sentidos, esta región ha sido difícil de identificar hasta ahora.

De Descartes al Nobel: lo que sabemos hasta ahora sobre la percepción de la temperatura

Nuestra percepción del mundo se forma integrando estímulos de nuestros órganos sensoriales. Durante mucho tiempo, un enigma para los neurocientíficos ha sido comprender cómo se integran estos estímulos en el cerebro y, en particular, la percepción de la temperatura.

En el siglo XVII^mi En el siglo XIX, el filósofo René Descartes propuso el concepto de una conexión anatómica específica entre la piel y el cerebro, sugiriendo que cuando un pie se acerca a una llama, se envía una señal específica al cerebro. Dos siglos más tarde, en 1882, Magnus Blix demostró que nuestra piel contiene “manchas” especializadas, que son sensibles a la temperatura y pueden activarse selectivamente con el frío o el calor. Estos puntos son anatómica y funcionalmente distintos de los implicados en la percepción del tacto.

Trabajos científicos recientes de los últimos 30 años han revelado los componentes moleculares de estos “puntos” sensibles a la temperatura, donde proteínas altamente especializadas responden incluso a cambios sutiles en la temperatura ambiental. Los descubrimientos en este campo permitieron en particular a David Julius recibir el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2021.

Aunque ahora entendemos cómo nuestra piel detecta los cambios de temperatura, todavía no sabemos exactamente cómo nuestro cerebro integra esta información para crear nuestra experiencia de temperatura (llamada «percepción»). En el cerebro, la formación de una percepción sensorial generalmente ocurre en su capa exterior plegada, la corteza; pero si bien sabemos bien qué áreas de la corteza codifican la visión, el tacto, el gusto y la audición, las regiones corticales dedicadas a la percepción de la temperatura han permanecido hasta ahora en gran medida desconocidas. La existencia misma de una “corteza térmica” capaz de codificar tanto el calor como el frío ha sido objeto de debate.

¿Cómo descubrimos que una región del cerebro de los mamíferos está especializada en detectar la temperatura?

En nuestra búsqueda por comprender cómo el cerebro de los mamíferos procesa temperaturas no dolorosas, recurrimos a la pata delantera del ratón como sistema modelo. Esta elección se explica por el hecho de que los ratones tienen una sensibilidad a la temperatura similar a la de los humanos, porque ellos y nosotros somos capaces de detectar cambios tan mínimos como 0,5 °C. Los ratones además tienen ventajas únicas para la investigación en neurociencia porque pueden ser modificados genéticamente para expresar proteínas específicas que nos permiten visualizar y manipular funciones cerebrales.

Para visualizar cómo se procesa la temperatura en la corteza, utilizamos ratones que expresaban un indicador específico de actividad en sus neuronas corticales. Esta proteína indicadora cambia su nivel de fluorescencia en función de la actividad neuronal, lo que nos permite observar respuestas relacionadas con la temperatura. Por ejemplo, emite más o menos luz cuando la neurona cortical se activa tras la llegada de señales sensoriales.

Al combinar este indicador con técnicas de microscopía avanzadas, pudimos estudiar el procesamiento sensorial en los cerebros intactos y funcionales de ratones despiertos y obtener información valiosa sobre los mecanismos neuronales que subyacen a la percepción de la temperatura.

Esperábamos observar la codificación de temperaturas cálidas en una región particular de la corteza, la «corteza somatosensorial primaria», porque investigaciones anteriores han demostrado que esto responde a un breve enfriamiento de la piel de la pata delantera.

Pero utilizando nuestra técnica de imágenes a gran escala, descubrimos que la corteza somatosensorial primaria no respondía al calentamiento. Mirando más allá, encontramos neuronas que responden tanto al enfriamiento como al calentamiento en una región del lado del cerebro.

Esta región, llamada “corteza insular posterior”, parece ser la elusiva “corteza térmica” que los científicos han estado buscando.

Las sensaciones de frío y calor no se codifican de la misma manera

Luego utilizamos un microscopio más sofisticado y de mayor resolución (llamado microscopio de dos fotones) para examinar la respuesta térmica de neuronas individuales en esta región del cerebro. Nuestros resultados revelan que algunas neuronas responden al enfriamiento, otras al calentamiento y, finalmente, que también hay muchas neuronas que responden tanto al enfriamiento como al calentamiento.

Notamos que las neuronas frías y calientes se activan de maneras muy diferentes: las frías se activan más rápidamente y se apagan antes que las calientes. Estos resultados sugieren que puede haber vías distintas para la percepción de la temperatura fría y caliente.

También observamos que las neuronas calientes respondieron a la temperatura absoluta, mientras que las neuronas frías respondieron a cambios relativos de temperatura. Esta observación podría sugerir que nuestro sistema térmico está adaptado para detectar y predecir cuándo las temperaturas se vuelven peligrosamente altas para el cuerpo, lo que ayuda a prevenir quemaduras.

La corteza térmica media la percepción de la temperatura.

Para demostrar de manera concluyente la participación de la corteza insular posterior en la percepción de la temperatura, utilizamos un enfoque llamado «optogenética». Utilizamos ratones que expresan una proteína sensible a la luz en la corteza, es decir, al iluminar partes específicas del cerebro, podemos inhibir su actividad.

Estos ratones fueron entrenados para lamerlos para obtener una recompensa de agua cada vez que sentían temperaturas frías o cálidas. Luego utilizamos breves pulsos de luz para activar la proteína fotosensible y desactivar temporalmente la corteza insular posterior mientras administramos un estímulo térmico. En este caso, el ratón ya no lamía para recibir una recompensa de agua tras el estímulo térmico. Sin embargo, cuando dejamos de inhibir esta parte de la corteza, el ratón volvió a sentir la estimulación térmica (y empezó a lamer de nuevo).

En conclusión, descubrimos una región cortical esencial para la percepción no dolorosa de la temperatura, lo que respalda la hipótesis de que la corteza insular posterior sirve como una «corteza térmica». Además, estos resultados nos permiten explorar los principios que subyacen a la codificación de la temperatura dolorosa y no dolorosa, así como sus vínculos con el comportamiento y las interacciones sociales, donde la temperatura puede desempeñar un papel esencial.