¿Cómo organiza el cerebro las acciones que sabemos hacer?

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Publicado 02/07/2018 7:59:39CET

MADRID, 2 Jul. (EUROPA PRESS) -

Conducir al trabajo, escribir un correo electrónico o jugar una partida de golf, las personas realizan acciones como éstas durante todo el día. Pero los neurocientíficos aún no están seguros de cómo el cerebro orquesta acciones complejas o cambia a una nueva acción, comportamientos que se ven afectados en trastornos como la enfermedad de Parkinson o el trastorno obsesivo compulsivo (TOC).

Ahora, investigadores del Instituto Salk, en La Jolla, California, Estados Unidos, han resuelto un debate científico de larga duración sobre cómo se organiza el comportamiento en el cerebro. Dirigido por el profesor asociado Xin Jin, el equipo descubrió que el comportamiento aprendido se organiza en una jerarquía con múltiples niveles de control, que ofrece posibles nuevos objetivos terapéuticos para los trastornos que implican una incapacidad para controlar las propias acciones.

El trabajo, que publica este jueves en la revista 'Cell', utilizó ratones entrenados para realizar secuencias de acción complejas para llegar a este descubrimiento. "Durante muchas décadas, los científicos han estado debatiendo sobre cómo el cerebro organiza el comportamiento --dice Jin, autor principal del estudio--. Usando optogenética, una técnica que utiliza la luz para manipular la actividad de las células cerebrales, pudimos cambiar las acciones individuales que los animales estaban planeando realizar, revelando este preciso nivel de control neuronal".

Cuando aprendes un nuevo comportamiento, como atarte los cordones de los zapatos, una región del cerebro llamada striatum orquesta la serie de acciones: inclinarse, agarrar los cordones y atar el nudo. Los investigadores han debatido durante mucho tiempo si estos tipos de pasos están organizados en una cadena, con cada paso desencadenando el siguiente (como un dominó descendente) o si hay un sistema más jerárquico en funcionamiento, con múltiples niveles de control (como un organigrama de oficina).

Durante varias semanas, el equipo de Jin entrenó a ratones para llevar realizar una serie de presiones en una palanca. En una caja hecha a medida con una palanca a la izquierda y una palanca a la derecha, los ratones aprendieron que al presionar las palancas en el orden específico de izquierda-izquierda-derecha-derecha se obtenía un premio. El equipo llamó a esta serie "la danza del pingüino" en honor a un baile en línea que a veces se realiza en bodas o fiestas.

Mientras los ratones realizaban la secuencia de baile de pingüinos, un ordenador registraba la actividad de dos tipos específicos de células cerebrales: las neuronas D1 y D2, que constituyen la mayoría de las células en el cuerpo estriado y se han implicado en el aprendizaje y la realización de acciones. Los científicos utilizaron la optogenética para activar estas neuronas con luz láser y toxina diftérica para inactivarlas, permitiendo al equipo identificar y aislar cómo las células D1 y D2 controlan el comportamiento.

HACIA POSIBLES TRATAMIENTOS PARA TRASTORNOS NEUROLÓGICOS

Curiosamente, la estimulación de las neuronas D1 hizo que los ratones añadieran una presión de palanca adicional a la secuencia, mientras que la estimulación de las neuronas D2 causaba que los ratones omitieran las siguientes presiones de palanca. Al manipular las neuronas D1 o D2 en puntos precisos durante la ejecución de la danza de pingüinos, los investigadores pudieron reconstruir cómo el cerebro aprendió y organizó la secuencia. También halló mezclas inesperadas de las neuronas que trabajan en tándem para controlar o suprimir el comportamiento.

"Las neuronas son como los copos de nieve --dice la primera autora del estudio, Claire Geddes, estudiante de posgrado de la Universidad de California (UC) San Diego, en Estsados Unidos, e investigadora de Salk--. Las neuronas D1 y D2 tienen ciertos patrones similares, pero no todas hacen exactamente lo mismo. Hay una complejidad en la forma en que trabajan juntas para controlar el movimiento".

El equipo encontró evidencia de tres niveles de control en la actividad neuronal. El nivel más bajo representaba la actividad con cada paso individual en la secuencia de acción, mientras que el nivel más alto era la actividad solo al iniciar o detener la secuencia general.

En un nivel intermedio, las neuronas estuvieron activas solo durante el cambio de una acción a otra. Es similar al supervisor de un empleado que controla cada tarea en comparación con un ejecutivo sénior que supervisa principalmente si un proyecto se inició o completó. En el medio están los mandos intermedios de la organización, que trabajan en medio de los otros dos.

Según Jin, Geddes y el coautor Hao Li, el trabajo revela una complejidad sutil del comportamiento neuronal en el cuerpo estriado que puede ayudar a explicar por qué las acciones aprendidas que realizamos son tan flexibles: los supervisores de nuestro cerebro, mandos intermedios y altos ejecutivos pueden actualizar nuestros comportamientos para responder a los desafíos en nuestro entorno en constante cambio.

Jin agrega: "Estoy particularmente entusiasmado con este estudio porque resuelve un debate de larga duración sobre una cuestión fundamental en la neurociencia del comportamiento. Al mismo tiempo, al identificar cómo diferentes tipos de células en el cerebro controlan nuestro comportamiento, proporciona una nueva percepción en posibles tratamientos para diferentes enfermedades neurológicas".

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