Investigadores en Japón demostraron por primera vez la 'hipótesis del módulo motor espinal' en el brazo de los primates, abriendo una nueva vía para la recuperación después de una enfermedad o lesión.
La mano humana tiene 27 músculos y 18 articulaciones, que nuestro sistema nervioso es capaz de coordinar para realizar movimientos complejos. Sin embargo, la cantidad de combinaciones, o grados de libertad, es tan grande que intentar replicar artificialmente este control y ajustede la actividad muscular en tiempo real afecta incluso a una supercomputadora moderna. Si bien el método utilizado por el sistema nervioso central para reducir esta complejidad todavía se está estudiando intensamente, la hipótesis del "módulo motor" es una posibilidad.
Según la hipótesis del módulo motor, el cerebro recluta módulos interneuronales en la médula espinal en lugar de músculos individuales para crear movimiento; donde diferentes módulos se pueden combinar para crear movimientos específicos. Hace casi 40 años, una investigación en ranas mostró que reclutar dos módulos simultáneamentede las neuronas que controlan los músculos de las piernas crearon el mismo patrón de actividad motora que representa una "suma lineal" de los dos patrones de componentes.
Un equipo internacional de investigadores, dirigido por Kazuhiko Seki en el Departamento de Neurofisiología del Centro Nacional de Neurología y Psiquiatría, en colaboración con David Kowalski de la Universidad de Drexel y Tomohiko Takei del Centro Hakubi de Investigación Avanzada de la Universidad de Kyoto, intentó determinar si este motorEl método de control también está presente en la médula espinal de los primates. Si se valida, proporcionaría una nueva perspectiva sobre la importancia de las interneuronas espinales en la actividad motora y conduciría a nuevas ideas en los tratamientos de trastornos del movimiento y tal vez incluso a un método para "reanimar" una extremidad después delesión espinal.
El equipo implantó una pequeña serie de electrodos en la médula espinal cervical en tres macacos. Bajo anestesia, se reclutaron diferentes grupos de interneuronas individualmente mediante una técnica llamada microestimulación intraespinal o ISMS. El equipo descubrió que, como en la anca de rana,la dirección de la fuerza del brazo en la muñeca durante la simulación de dos sitios fue igual a la suma lineal de las salidas reclutadas individualmente. Sin embargo, a diferencia de la pata de rana, la salida de la magnitud de la fuerza podría ser muchas veces mayor que la esperada de una simple suma linealCuando el equipo examinó la actividad muscular, encontraron que esta suma supralineal estaba en la mayoría de los músculos, particularmente en el codo, la muñeca y el dedo.
"Este es un hallazgo muy interesante por dos razones", explica Seki. "Primero, demuestra un rasgo particular de la médula espinal de los primates relacionado con la mayor variedad de movimientos de los dedos. En segundo lugar, ahora tenemos evidencia directa de que los primates pueden usar motoresmódulos en la médula espinal para controlar la dirección del movimiento del brazo y la magnitud de la fuerza de manera eficiente e independiente ".
En efecto, el uso de estimulación emparejada en la médula espinal de los primates no solo activa directamente dos grupos de interneuronas, INa e INb, que reclutan sus sinergias musculares objetivo, Syn-a y Syn-b, para establecer la trayectoria del brazo, sino que también puedenactivar un tercer conjunto de interneurnos que pueden adaptar la actividad motora a nivel espinal para cambiar la fuerza del movimiento, grupo INc. Esto permitiría al cerebro planificar el camino que debe tomar el brazo mientras la médula espinal adapta la actividad muscular para asegurarseese camino pasa.
Un ejemplo de este enfoque de "planificar y adaptar" al control motor es el engañosamente simple acto de beber de una lata de refresco. El cerebro puede predeterminar la mejor manera de llevar la lata a la boca para tomar un sorbo, pero la cantidad realde refresco en la lata, y por lo tanto el peso de la lata, tal vez se desconozca. Una vez que su cerebro ha determinado la trayectoria que debe tomar la lata, en este caso INa e INb, la cantidad de fuerza necesaria para completar esa acción puede sermodulado por separado en INc, en lugar de volver a determinar qué conjuntos de músculos serán necesarios.
Este estudio prueba experimentalmente por primera vez que los movimientos de los brazos de los primates pueden ser controlados de manera eficiente por los módulos motores presentes en la médula espinal. Con base en los resultados de esta investigación, se espera que el análisis e interpretación de los movimientos de las extremidades humanas basados en laLa hipótesis del módulo motor seguirá avanzando en el futuro.
En el campo de la robótica, esta teoría de control puede conducir a métodos más eficientes para crear movimientos complejos de las extremidades, mientras que en el campo de la medicina clínica, se espera que se creen nuevos métodos de diagnóstico y terapéuticos mediante el análisis de los trastornos del movimiento causados por neurodegenerativos.enfermedades y accidentes cerebrovasculares.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Kioto . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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