‘Mapa de movimiento’ descubierto en lo profundo del cerebro
El movimiento voluntario es una de las principales «salidas» del cerebro, pero la ciencia sigue sin entender bien cómo las redes de neuronas las planifican, las inician y las ejecutan. Ahora, investigadores de la Universidad de Columbia y el Centro Champalimaud para lo Desconocido en Lisboa, Portugal, dicen que han descubierto un «mapa de actividad» que el cerebro usa para guiar los movimientos de los animales. Los hallazgos, publicados el miércoles en la revista Neuron, pueden mejorar nuestra comprensión de cómo el cerebro aprende nuevos movimientos y qué falla en enfermedades relacionadas, como la enfermedad de Parkinson.
El movimiento está controlado y coordinado por múltiples estructuras cerebrales, incluida la corteza motora primaria. Ubicado en la parte posterior del lóbulo frontal, contiene células cuyas fibras largas descienden a través de la médula espinal, donde contactan con neuronas motoras «secundarias» que envían señales a los músculos del cuerpo. Un grupo de estructuras cerebrales profundas llamadas ganglios basales también son fundamentales para el movimiento, como lo demuestra la degeneración de enfermedades como la enfermedad de Parkinson. Un componente de los ganglios basales, llamado cuerpo estriado, recibe información sobre posibles acciones de la corteza motora y se cree que está involucrado en la selección, preparación y ejecución de los comandos apropiados antes de enviarlos al cuerpo. Investigaciones anteriores han demostrado que las señales salen del cuerpo estriado a lo largo de una de dos vías diferentes: una que promueve el movimiento y otra que inhibe el movimiento. Sin embargo, algunos estudios recientes han demostrado que ambas vías están activas durante el ejercicio, lo que sugiere que no actúan simplemente enviando señales de «parada» y «inicio». Aunque durante mucho tiempo se ha sospechado que diferentes poblaciones de neuronas en el cuerpo estriado representan diferentes comportamientos, no está claro exactamente cómo lo hacen.
Para investigar más a fondo, el neurocientífico Rui Costa del Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia y sus colegas crearon una cepa de ratón que llevaba un sensor de calcio codificado genéticamente en las neuronas del cuerpo estriado. El sensor es una proteína que emite fluorescencia en respuesta a un aumento en la concentración de iones de calcio en la célula cuando la célula se vuelve activa. Al combinar esto con una técnica de imagen recientemente desarrollada llamada endoscopia de fotón único, los investigadores pudieron observar hasta 300 neuronas individuales en el cuerpo estriado de ratones que se movían libremente usando un pequeño microscopio conectado a la actividad de la cabeza del animal y capturar la dinámica de la activación celular. patrones en el tiempo y el espacio.
«Encontramos ‘sesgos locales’ en la actividad celular, [such that] Las neuronas que estaban más juntas tenían más probabilidades de activarse juntas», dijo Costa, autor principal del estudio. Así que hay una especie de gráfico de acción. «
Según qué neuronas se encienden, los investigadores pueden predecir los movimientos del animal, agregó Costa. «Acciones similares tienen patrones similares de actividad neuronal, y acciones diferentes tienen patrones menos similares», explicó. «Entonces, cuando observamos patrones similares a movimientos, nuestras predicciones no fueron precisas».
Estos patrones de actividad eran independientes de la velocidad de movimiento de los animales, que se midió con acelerómetros colocados en las cabezas de los animales, anotaron los autores del estudio. Esto sugiere que la actividad relacionada con el movimiento en el cuerpo estriado es mucho más compleja de lo que pensábamos, y que los patrones precisos de actividad en las vías de «parar» y «ir» son más importantes que los niveles generales de actividad en cada vía, dijo Costa.
John Reynolds, profesor de fisiología en la Universidad de Otago en Nueva Zelanda, dijo: «Este es un documento excelente que utiliza métodos sofisticados para ayudar a resolver un problema conceptualmente simple que ha sido objeto de un gran debate. Raíz». «Esto nos acercó un paso más a resolver el rompecabezas de si las dos amplias clases de neuronas en el cuerpo estriado que activan o inhiben el movimiento de forma independiente existen en grupos funcionales discretos o coexisten y trabajan juntas durante el comportamiento».
Joshua Dudman, neurocientífico del Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes que estudia los circuitos neuronales que controlan el movimiento, dice que el estudio es útil pero destaca sus limitaciones. «Hemos sabido durante décadas que este patrón de actividad funcionalmente similar y débilmente agregado existe en el cuerpo estriado, por lo que sería mejor confirmarlo en animales que se mueven libremente», dijo Dudman. «ellos [the researchers] parece centrarse en evaluar un modelo que nadie más ha propuesto: que la velocidad de movimiento está codificada en el cuerpo estriado independientemente de la identidad de la acción. Pero, dijo, las conclusiones de los investigadores se basaron en «inferir mediciones simultáneas [the entire ‘stop’ and ‘go’ cell] Las poblaciones pueden verse así, en lugar de tomar los pasos importantes para implementarlos realmente. «*
El estudio sigue siendo útil, agregó Dudman, porque muestra que distintas poblaciones de neuronas estriatales están activas en respuesta a varios comportamientos. «En el pasado, tales observaciones se hicieron principalmente entre unos pocos movimientos relativamente similares, como giros a la izquierda o a la derecha», dijo, «por lo que es valioso proporcionar evidencia de una variedad de comportamientos. Otro trabajo reciente ha resaltado la ‘detención’ ‘ y las poblaciones que caminan actúan en conjunto para controlar el movimiento, por lo que este estudio destaca aún más la importancia de medir diferentes comportamientos simultáneamente como objetivo para el trabajo futuro».
Costa y sus colegas ahora están tratando de descifrar la lógica de los patrones de actividad que observaron en el cuerpo estriado. Las células de la corteza motora primaria, que envía órdenes de movimiento a los músculos a través de la médula espinal, están organizadas de manera que las células que controlan las partes del cuerpo y los grupos de músculos adyacentes están una al lado de la otra, y Costa cree que esta organización llamada «somática» puede tener Contribuye al patrón del cuerpo estriado.
«Creemos que sucedió algo muy similar [in the striatum], ya tenemos algunos datos preliminares «, dijo Costa. «Pero hay patrones muy diferentes para girar a la derecha y girar a la izquierda, aunque ambos involucran la cabeza, por lo que no se trata solo de la postura. Podría estar relacionado con los músculos, o ambos. »
«También queremos saber qué sucede con estos mapas de acción en enfermedades como la enfermedad de Parkinson», agregó. «Predecimos que cambiarán mucho».
*Nota del editor (12/09/17): La última oración de esta oración se eliminó después de su publicación a pedido de un vocero que se opuso al contenido de su cita.
