cómo el cuerpo y el cerebro trabajan juntos para percibir la temperatura

Cuando mi hijo de cuatro años parece agotado y le brillan los ojos, instintivamente le pongo la mano en la frente. Este sencillo gesto me permite determinar en cuestión de segundos no sólo si tiene fiebre, sino también, con sorprendente exactitud, si es alta o baja. Me parece fascinante que la simple sensación térmica de mi mano me proporcione una información tan precisa sobre su salud.

Utilizamos la información térmica constantemente en nuestra vida cotidiana. El calor abrasador de abrir el horno caliente, el placer de coger la mano de nuestros seres queridos, el frescor de un helado y el viento gélido de 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 a sí mismo y permanece en un estado interno estable) y a garantizar nuestra supervivencia, ya que nuestras sensaciones térmicas pueden desencadenar o ajustar comportamientos específicos.

Recientemente hemos demostrado en un estudio publicado en Nature que existe una zona del cerebro que integra la información que nuestro cuerpo envía sobre la temperatura, el “córtex térmico”. A diferencia de las dedicadas a los demás sentidos, esta región había sido difícil de identificar hasta ahora.

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

Nuestra percepción del mundo se forma integrando estímulos procedentes de nuestros órganos sensoriales. Durante mucho tiempo, un rompecabezas para los neurocientíficos ha sido comprender cómo el cerebro integra estos estímulos, incluida la percepción de la temperatura.

En el siglo XVII, el filósofo René Descartes propuso la existencia de una conexión anatómica 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 “puntos” especializados, sensibles a la temperatura, que pueden activarse selectivamente con frío o calor. Estos puntos son anatómica y funcionalmente distintos de los que intervienen en la percepción del tacto.

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

Aunque ahora sabemos cómo detecta nuestra piel los cambios de temperatura, aún no sabemos exactamente cómo integra nuestro cerebro esta información para crear nuestra experiencia de la temperatura (conocida como “percepción”). En el cerebro, la formación de un estímulo sensorial suele ocurrir en su capa externa plegada, el córtex. Pero mientras que conocemos bien qué áreas del córtex codifican la visión, el tacto, el gusto y el oído, las regiones corticales dedicadas a la percepción de la temperatura han permanecido en gran parte desconocidas hasta ahora. La propia existencia de un “córtex térmico” capaz de codificar tanto el frío como el calor ha sido objeto de debate.

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

En nuestra búsqueda para comprender cómo procesa el cerebro de los mamíferos las temperaturas no dolorosas, recurrimos a la pata delantera del ratón como sistema modelo. Los ratones tienen una sensibilidad a la temperatura similar a la de los humanos, ya que tanto ellos como nosotros somos capaces de detectar cambios tan pequeños como 0,5 °C. Los ratones también presentan ventajas únicas para la investigación neurocientífica, ya que pueden modificarse genéticamente para expresar proteínas específicas que nos permiten visualizar y manipular la función cerebral.

Para visualizar cómo se procesa la temperatura en el córtex, utilizamos ratones que expresaban un indicador específico de actividad en sus neuronas corticales. Esta proteína indicadora cambia su nivel de fluorescencia en respuesta a la actividad neuronal, lo que nos permite observar respuestas relacionadas con la temperatura. Por ejemplo, emite más o menos luz cuando la neurona cortical es activada por señales sensoriales entrantes.

Combinando este indicador con técnicas avanzadas de microscopía, pudimos estudiar el procesamiento sensorial en 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 las temperaturas cálidas en una región concreta del córtex, el “córtex somatosensorial primario”, porque investigaciones anteriores han demostrado que responde a un breve enfriamiento de la piel de la pata delantera.

Pero utilizando nuestra técnica de imagen a gran escala, descubrimos que el córtex somatosensorial primario no respondía al calentamiento. Mirando más allá, encontramos neuronas que respondían tanto al enfriamiento como al calentamiento en una región lateral del cerebro.

Esta región, denominada “corteza insular posterior”, parece ser la esquiva “corteza térmica” que buscaban los científicos.

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

A continuación, 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, por último, que también hay muchas neuronas que responden tanto al enfriamiento como al calentamiento.

Observamos que las neuronas cálidas y frías se activan de formas muy distintas: las frías se activan más rápido y se apagan antes que las cálidas.

También observamos que las neuronas calientes respondían a la temperatura absoluta, mientras que las frías lo hacían a los cambios relativos de temperatura. Esta observación puede sugerir que nuestro sistema térmico está adaptado para detectar y predecir cuándo las temperaturas se vuelven peligrosamente calientes para el cuerpo, evitando así quemaduras.

El córtex térmico interviene en la percepción de la temperatura

Para demostrar de forma concluyente la implicación del córtex insular posterior en la percepción de la temperatura, utilizamos un enfoque denominado optogenética. Utilizamos ratones que expresan una proteína sensible a la luz en el córtex, es decir, que iluminando partes específicas del cerebro podemos inhibir su actividad.

Estos ratones fueron entrenados para lamer en busca de una recompensa de agua cada vez que sentían temperaturas frías o calientes. A continuación, utilizamos breves pulsos de luz para activar la proteína fotosensible y desactivar temporalmente el córtex insular posterior mientras se les administraba un estímulo térmico.

En este caso, el ratón ya no lamía para recibir una recompensa de agua después del estímulo térmico. Sin embargo, cuando dejamos de inhibir esta parte del córtex, el roedor volvió a sentir el estímulo térmico (y empezó a lamer de nuevo).

En conclusión, encontramos una región cortical que es esencial para la percepción no dolorosa de la temperatura, lo que apoya la hipótesis de que el córtex insular posterior sirve como “córtex térmico”. Además, estos resultados nos permiten explorar los principios subyacentes a la codificación de la temperatura dolorosa y no dolorosa, y sus vínculos con el comportamiento y las interacciones sociales, donde la temperatura puede desempeñar un papel clave.