¿Cómo el cerebro orquesta el movimiento?

Cerebro, pruebas
GETTY IMAGES/ISTOCKPHOTO / GORODENKOFF PRODUCTIONS
Publicado 28/05/2018 8:31:35CET

   MADRID, 28 May. (EUROPA PRESS) -

   Para llevar a cabo cualquier acción, ya sea tocando el piano o bailando el jitterbug, el cerebro debe seleccionar y unir una serie de movimientos pequeños y discretos en una secuencia precisa y continua. La forma exacta en que el cerebro logre esta notable proeza ha sido un misterio, pero un nuevo estudio en ratones, dirigido por científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, aporta información muy necesaria sobre este proceso.

   Los resultados del trabajo, publicado en la edición digital de este jueves de 'Cell', revelan que el cerebro depende de un equilibrio exquisito entre la actividad de dos poblaciones de neuronas en una parte del cerebro llamada cuerpo estriado, el centro de coordinación para la planificación motriz y de acción. Los hallazgos podrían ayudar a los investigadores a comprender mejor las condiciones que impactan de manera dramática en el movimiento, como la enfermedad de Parkinson y la patología de Huntington, y eventualmente desarrollar nuevas formas de tratarlas.

   "Creemos que nuestras observaciones preparan el escenario para desentrañar cómo el movimiento se traduce en acción deseada y nos impulsa hacia adelante en nuestra capacidad de comprender y, eventualmente, tratar desórdenes neurodegenerativos devastadores donde este proceso sale mal", dice el autor principal del estudio, Sandeep Robert Datta, profesor asociado de Neurobiología en la Escuela de Medicina de Harvard.

   Los científicos saben desde hace mucho tiempo que el cuerpo estriado, una región en forma de espiral enterrada en el cerebro anterior, es un componente crítico del sistema motor, que alberga las neuronas que mueren en las enfermedades de Parkinson y Huntington.

   Investigaciones previas identificaron dos poblaciones de células en el cuerpo estriado (neuronas de proyección espinosa dispuestas en lo que se llaman vías directas e indirectas) que controlan aspectos clave del movimiento. Sin embargo, no está claro cómo estas dos vías interactúan para modular y guiar el movimiento. Alguna evidencia sugiere que la vía directa selecciona e inicia la expresión de acciones, mientras que la vía indirecta inhibe las acciones no deseadas.

   Sin embargo, otros estudios han encontrado que ambas vías a menudo se activan al mismo tiempo. "Eso no tenía sentido en función de lo que durante mucho tiempo pensamos que hacía cada vía", explica el autor principal del estudio, Jeffrey Markowitz, investigador postdoctoral en el Departamento de Neurobiología.

   Para definir mejor la dinámica entre estas vías, el equipo de investigación aprovechó la tecnología desarrollada por el laboratorio Datta llamada MoSeq, abreviatura de secuenciación por movimiento. El sistema filma los movimientos tridimensionales de los animales y utiliza el aprendizaje automático para astillar, o analizar con precisión, los movimientos en patrones básicos que duran solo unos pocos cientos de milisegundos cada uno. Los investigadores apodaron a movimientos ultrarrápidos "sílabas".

LA CONEXIÓN DE VÍAS, IMPORTANTE

   Trabajando en equipo con expertos en imágenes neuronales del laboratorio de Bernardo Sabatini, los investigadores alteraron genéticamente las neuronas en las vías directa e indirecta para emitir fluorescencia, o brillar, en diferentes colores cuando se activan. La combinación de imágenes neurales, ingeniería genética y MoSeq permitió a los científicos observar y analizar la actividad neuronal simultáneamente en ambas vías, a medida que los ratones realizaron una variedad de acciones.

   Corroborando estudios previos, los investigadores encontraron que cada vez que los ratones cambiaban comportamientos, desde correr hasta detenerse, por ejemplo, la actividad de ambas vías aumentaba. Sin embargo, cuando observaron sílabas identificadas por MoSeq, encontraron que el equilibrio de actividad entre las dos vías era diferente.

   Para algunas sílabas, la vía directa dominaba; para otras, el camino indirecto. Incluso para sílabas muy similares, como dos tipos diferentes de "scrunching" o acurrucarse haciendo una pelota, podrían distinguirse las dos vías. Cada sílaba produjo un equilibrio particular entre las dos vías. La relación entre la actividad neuronal y las sílabas era tan pronunciada que los investigadores podían identificar con éxito sílabas específicas expresadas en función de la actividad de la vía sola.

   Las relaciones de actividad entre las vías fueron tan constantes que los científicos identificaron con éxito sílabas específicas que se expresaban basándose únicamente en la actividad de las vías. Usando técnicas de imagen, también pudieron observar conjuntos de neuronas que mostraban patrones de actividad regulares y predecibles durante sílabas particulares.

   En una serie final de experimentos, los científicos querían entender qué sucedía cuando la actividad en estas vías se interrumpía o se torcía. Para hacerlo, indujeron lesiones en los cuerpos estriados de un puñado de ratones. Después de una semana de recuperación, colocaron a los ratones en un espacio similar a un estadio que tenía olor de un zorro entrando por un lado.

   Con un instinto innato para evitar la depredación, los ratones con un cuerpo estriado intacto corrieron de inmediato al otro lado de la arena. Los animales con lesiones en sus cuerpos estriados también fueron capaces de mostrar todas las sílabas separadas que se ven en los ratones normales, como olfatear, correr, alzarse y girar, pero sus cerebros de alguna manera fallaron.

   Para secuenciar estos movimientos correctamente, los animales se vuelven incapaces de alcanzar el lado opuesto de la arena. "Esto subraya la importancia del orden para unir los movimientos hacia un resultado deseado --dice Datta--. Incluso, si eres capaz de mover el cuerpo correctamente, si no puedes poner las acciones en el orden correcto, es difícil hacer incluso la más básica de las cosas".

   Si se replican en otros estudios, los hallazgos podrían ayudar a aportar información de nuevos tratamientos para la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Huntington, patologías en las que incluso los movimientos básicos se vuelven extremadamente difíciles a medida que progresan estas patologías, dicen los investigadores.

   Actualmente, la enfermedad de Parkinson se trata al dar a los pacientes una forma del neurotransmisor dopamina, que estimula las vías directa e indirecta. Sin embargo, la eficacia del tratamiento disminuye con el tiempo. Aún no existe un tratamiento efectivo para la enfermedad de Huntington.

   "Esperamos que el trabajo futuro que emane de estos hallazgos aborde más específicamente qué sucede exactamente en estos tipos de células cuando los trastornos neurodegenerativos privan a los cerebros de la gente de su capacidad de generar acciones y secuencias de acción", concluye Datta.

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