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 logra esta notable hazaña ha sido un misterio, pero un nuevo estudio en ratones, dirigido por científicos de la escuela de medicina de Harvard, aporta información muy necesaria sobre este proceso.
Resultados del estudio, publicado en línea el 17 de mayo en Celda , revela que el cerebro se basa en un equilibrio exquisito entre la actividad de dos poblaciones de neuronas en una parte del cerebro llamada el cuerpo estriado, el centro coordinador para la planificación motora y de acción. Los hallazgos podrían ayudar a los investigadores a comprender mejor las condiciones que impactan dramáticamentemovimiento, como la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Huntington, y eventualmente desarrollar nuevas formas de tratarlos.
"Creemos que nuestras observaciones prepararon el escenario para desentrañar cómo el movimiento se traduce en la acción deseada y nos impulsan hacia adelante en nuestra capacidad de comprender y, finalmente, tratar los trastornos neurodegenerativos devastadores donde este proceso sale mal", dijo el autor principal del estudioSandeep Robert Datta, profesor asociado de neurobiología en la Facultad 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, las neuronas de proyección espinosa dispuestas en lo que se llama las vías directas e indirectas, que controlan aspectos clave del movimiento.
Sin embargo, aún no está claro cómo interactúan estas dos vías 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 acciones no deseadas. Sin embargo, otros estudios han encontrado queambas vías a menudo se activan al mismo tiempo.
"Eso no tenía sentido en base a lo que siempre pensamos que hizo cada vía", explicó el autor principal del estudio Jeffrey Markowitz, un becario 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 llamado MoSeq, abreviatura de secuenciación de movimiento. El sistema filma los movimientos tridimensionales de los animales y utiliza el aprendizaje automático para astillarse, oanalizan con precisión los movimientos en patrones básicos que duran solo unos pocos cientos de milisegundos cada uno. Los investigadores denominaron a esos movimientos ultra rápidos "sílabas".
Al asociarse con expertos en imágenes neuronales del laboratorio de Bernardo Sabatini, los investigadores alteraron genéticamente las neuronas en las vías directas e indirectas para fluorescer o brillar, en diferentes colores cuando se activaron. La combinación de imágenes neuronales, ingeniería genética y MoSeq permitió a los científicos observar yanalizar la actividad neuronal simultáneamente en ambas vías mientras los ratones realizan una variedad de acciones.
Corroborando estudios previos, los investigadores descubrieron que cada vez que los ratones cambiaban sus comportamientos, de correr a detenerse, por ejemplo, aumentaba la actividad de ambas vías.
Sin embargo, cuando observaron las sílabas identificadas por MoSeq, descubrieron que el equilibrio de actividad entre las dos rutas era diferente. Para algunas sílabas, la ruta directa dominaba; para otras, la ruta indirecta sí. Incluso para sílabas muy similares, talesComo dos tipos diferentes de "arrugar" o acurrucarse en una bola, se podían distinguir las dos vías. Cada sílaba producía 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 éxitosílabas específicas expresadas en base a la actividad de la ruta sola.
Las relaciones de actividad entre las vías fueron tan constantes que los investigadores identificaron con éxito sílabas específicas que se expresaban basándose solo en la actividad de las vías. Usando técnicas de imagen, también podían observar conjuntos de neuronas que mostraban patrones de actividad regulares y predecibles durante un determinado momento.sílabas
En una serie final de experimentos, los científicos querían comprender qué sucedió cuando la actividad en estas vías se interrumpió o salió mal. Para hacerlo, indujeron lesiones en los estrios de un puñado de ratones. Después de una semana de recuperación, elloscolocó a los ratones en un espacio similar a una arena que tenía el aroma de un zorro que flotaba por un lado. Con un instinto innato para evitar la depredación, los ratones con un cuerpo estriado intacto corrieron inmediatamente hacia el otro lado de la arena. Ratones con lesiones en sus estríastambién pudieron mostrar todas las sílabas separadas que se ven en ratones normales, como olfatear, correr, criar y girar, pero sus cerebros de alguna manera no pudieron secuenciar estos movimientos correctamente, lo que hace que los animales sean incapaces de alcanzar el lado opuesto de la arena.
"Esto subraya la importancia del orden en la unión de los movimientos hacia un resultado deseado", dijo Datta. "Incluso si puede mover su cuerpo correctamente, si no puede poner las acciones en el orden correcto, es difícilhacer incluso las cosas más básicas "
Si se replican en otros estudios, los hallazgos podrían ayudar a informar nuevos tratamientos para la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Huntington, condiciones en las que incluso los movimientos básicos se vuelven extremadamente difíciles a medida que estas enfermedades progresan, dijeron los investigadores.
Actualmente, la enfermedad de Parkinson se trata dando a los pacientes una forma del neurotransmisor dopamina, que estimula las vías directas e indirectas. Sin embargo, la eficacia del tratamiento disminuye con el tiempo. Todavía no existe un tratamiento efectivo para la enfermedad de Huntington.
"Esperamos que el trabajo futuro que emane de estos hallazgos aborde más específicamente lo que sucede exactamente en estos tipos de células cuando los trastornos neurodegenerativos les roban a los cerebros de su capacidad de generar acciones y secuencias de acción", dijo Datta.
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Materiales proporcionados por Escuela de Medicina de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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