Introducción

En 1849, Arnold Berthold informó que los gallos castrados se comportaban de manera diferente en comparación con sus congéneres intactos. También reemplazó los testículos en la cavidad abdominal de los animales castrados, un acto que encontró restauró su comportamiento normal. Este descubrimiento catalizó el campo de la endocrinología conductual. Más de un siglo después, un enfoque principal de este campo sigue siendo la facilitación hormonal y la mediación del comportamiento. Se ha acumulado un gran volumen de trabajo sobre cómo las señales secretadas pueden afectar al cerebro y una impresionante variedad de comportamientos. En el camino, los estudios han observado que las hormonas también pueden funcionar rápidamente, de maneras tentadoras e inconsistentes con la apreciación actual de los procesos neuroendocrinos. Sin embargo, una enorme brecha en la comprensión radica en cómo las hormonas influyen en los cambios rápidos de comportamiento, y cómo estos cambios de comportamiento son modulados por mecanismos de provisión hormonal y de respuesta a las hormonas.

Las neurohormonas generadas localmente pueden tener efectos agudos y crónicos en varias variables neurofisiológicas, incluido el comportamiento. La literatura reciente sobre neuroendocrinología está plagada de ejemplos de la rapidez de síntesis y liberación de hormonas dentro del sistema nervioso central. Por ejemplo, ahora existe evidencia de la acción de neurosteroides locales en cada clase de vertebrados, junto con evidencia convincente de que la síntesis de neurohormonas puede ser regulada rápidamente por factores ambientales y endógenos. Comprender cómo las neurohormonas pueden alterar la función de áreas específicas del cerebro, así como modular el flujo de información entre áreas del cerebro, arrojará luz sobre las consecuencias posteriores para la integración sensomotora, el comportamiento y, en última instancia, la evolución. Este simposio se basó en el trabajo emocionante que se está llevando a cabo actualmente en múltiples sistemas en el laboratorio y en el campo sobre la síntesis hormonal de novo, las acciones locales de las neurohormonas y los efectos posteriores en el comportamiento animal, como los asociados con la reproducción, el estrés, la sociabilidad, la estacionalidad, el aprendizaje e incluso la epilepsia.

Un punto destacado de este simposio fue la importancia de comprender cómo la rápida provisión de estrógenos en el cerebro y la respuesta a ellos pueden mediar en el comportamiento. Evidencia reciente implica que hormonas como los estrógenos también pueden compartir características importantes de los neurotransmisores clásicos (Remage-Healey et al. 2011; Remage-Healey 2012). Por ejemplo, los estudios han localizado la enzima estrógeno-sintética, aromatasa, en la sinapsis (Peterson et al. 2005; Rohmann et al. 2007), sugiriendo un papel para la provisión sináptica de estrógeno en la neurotransmisión. Remage-Healey et al. (2010, 2012, 2013) han utilizado una técnica de retrodiálisis in vivo para evaluar directamente el efecto rápido de los estrógenos en una región de procesamiento auditivo en el cerebro de un pinzón cebra macho (Taeniopygia guttata). Encontraron que la inhibición de la producción de estrógeno afectó rápidamente las respuestas conductuales a la canción, lo que sugiere un papel crucial de la síntesis de neuroestrógenos en la codificación sensorial y la respuesta conductual (Saldanha et al. 2011). La evidencia de estorninos europeos (Sturnus vulgaris) capturados en la naturaleza y que se reproducen estacionalmente sugiere que estos efectos tienen el potencial de cambiar de acuerdo con el fotoperiodo y el estado reproductivo (Calisi et al. 2013), lo que provocó nuevas consultas sobre cómo los escenarios del mundo real han afectado a la adaptación y aplicación de este sistema.

Cornil et al. (2012) informaron que es aromatasa sinaptosómica, no microsomal, que parece ser modulada rápidamente por flujo iónico y fosforilación. Por lo tanto, los procesos similares a las corrientes sinápticas pueden afectar la aromatización sináptica y, por lo tanto, la transmisión sináptica. De hecho, la inhibición de la aromatización local en el hipocampo paserino, un área rica en expresión de aromatasa sináptica, pero pobre en expresión somalí, deteriora la función de memoria espacial en los pinzones machos (Bailey et al. 2013). También es posible que las respuestas rápidas a los estrógenos modulen críticamente el comportamiento. Por ejemplo, Maney informó que la expresión del receptor de estrógeno alfa, codificado por ESR1, podría impulsar un polimorfismo conductual que se encuentra en los gorriones de garganta blanca (Zonotrichia albicollis) (Horton et al. 2014a, 2014b).

Los estorninos europeos han servido como un poderoso modelo para investigar los fundamentos neuronales del comportamiento. Los Riters presentaron datos recolectados de estorninos machos que, en respuesta a la adquisición de una caja nido durante su temporada de reproducción, experimentan un cambio rápido (en minutos a horas) en las vocalizaciones de cortejo. Estos cambios están asociados con un rápido aumento de la testosterona y su efecto sobre los receptores de andrógenos en el núcleo preóptico (Alger y Riters 2006; Riters y Alger 2011). Riters señaló la actividad de los receptores opioides mu como un mecanismo por el cual la testosterona en el núcleo preóptico puede afectar rápidamente la vocalización del cortejo (Riters 2010; Kelm-Nelson y Riters 2013). La adquisición de cajas nido por parte de estorninos europeos también se asocia con una reducción de la actividad de la hormona inhibidora de gonadotropina neuropéptida hipotalámica (GnIH) en comparación con los estorninos sin cajas nido (Calisi et al. 2011; N. Amorin y R. M. Calisi, presentado para publicación). Como la GnIH puede tener un efecto inhibitorio en el eje hipotalámico–hipofisario–gonadal, su disminución de la actividad puede facilitar los comportamientos relacionados con la reproducción (Calisi et al. 2008, 2011; Calisi 2014; Ubuka et al. 2014).

Los factores de estrés ambientales pueden afectar estos comportamientos reproductivos. Dickens ha estado investigando el papel de la aromatasa, una enzima clave responsable de la biosíntesis de estrógenos, en la supresión del comportamiento sexual de la codorniz japonesa (Coturnix japonica). Ella y sus colegas informaron que el estrés agudo y las interacciones sexuales rápidamente (menos de 5-15 minutos) alteran la actividad de la aromatasa cerebral, y la región de influencia y el período de cambio pueden ser específicos del sexo (Dickens et al. 2011; de Bournoville et al. 2013). Sin embargo, Dickens postuló que al usar solo la actividad de la aromatasa como un sustituto de los mecanismos que involucran estradiol, es posible que no estemos comprendiendo todos los efectos de la regulación del estradiol. Los datos que presentó destacaron una vía catabólica, el sistema endocannabinoide, como un posible modulador rápido de la respuesta al estrés, aunque en las aves este sistema aún no se ha caracterizado por completo.

Otras enzimas esteroidogénicas también son candidatas potenciales para el estudio de la regulación rápida del comportamiento. Por ejemplo, Pradhan y Soma informaron en 2010 que la producción de 3-beta-hidroxiesteroide deshidrogenasa/Delta 5-Delta 4-isomerasa (3-beta-HSD), que finalmente produce androstenediona en el cerebro, responde rápidamente (<10 min) al estrés agudo en pinzones cebra adultos y gorriones cantores (Melospiza melodia). 3-beta-HSD también puede responder rápidamente (< 30 min) a un encuentro territorial en gorriones cantores masculinos. Soma presentó un trabajo adicional sobre los efectos agudos y crónicos de los esteroides sintetizados localmente y su potencial para actuar a través de mecanismos genómicos y no genómicos (Heimovics et al. 2012; Prior et al. 2014).

La idea de que las alteraciones rápidas en la provisión de hormonas pueden afectar la función y el comportamiento neuronales no se limita a las aves. Woolley demostró la modulación aguda de las corrientes sinápticas por el estradiol y un papel de los estrógenos, sintetizados en el hipocampo de rata, en la excitabilidad neuronal (Smejkalova y Woolley 2010; Huang y Woolley 2012; Tabatadze et al. 2013; May et al. 2014). Estos efectos no son modestos. Las alteraciones en la excitabilidad neuronal parecen traducirse directamente en convulsiones a nivel conductual, lo que subraya el papel dramático de las hormonas sintetizadas neuralmente en el cerebro y en el comportamiento.

Bergan, inspirado en las adaptaciones del mundo real de la evitación de depredadores, ha estado investigando los mecanismos de procesamiento de información por el sistema vomeronasal. Él y sus colegas (2014) informaron que las respuestas específicas del sexo y de la especie en la amígdala media del ratón pueden alterar rápidamente el comportamiento sexual en formas dependientes de hormonas y específicas del sexo. Además, encontraron que el desarrollo de tales circuitos depende de los efectos organizativos de la señalización de esteroides aproximadamente en el momento de la pubertad (Bergan et al. 2014).

Quizás la evidencia más dramática de cambios rápidos en el ámbito de la fisiología neuronal dependiente de hormonas impulsada socialmente proviene de estudios en peces, como cíclidos (Astatotilapia burtoni), lábridos (Thalassoma bifasciatum) y peces cebra (Danio rerio). Tanto Maruska como Godwin proporcionaron evidencia de transformaciones en neurofisiología y comportamiento que ocurrieron minutos después de la eliminación de morfos dominantes o machos (Godwin 2010; Semsar y Godwin 2003, 2004; Maruska y Fernald 2010, Marsh-Hunkin et al. 2013; Maruska et al. 2013a, 2013b; Maruska 2014). Mientras que otros cambios dependientes de hormonas pueden tomar más tiempo, el hecho de que los comportamientos agresivos y reproductivos pueden cambiar en cuestión de minutos durante las transiciones en el contexto social genera muchas preguntas sobre cómo los comportamientos que sabemos que son dependientes de hormonas pueden modularse independientemente de los cambios en las señales de las hormonas circulantes.