Trabajando con ratones genéticamente modificados, y especialmente sus bigotes, los investigadores de Johns Hopkins informaron que han identificado un grupo de células nerviosas en la piel responsables de lo que llaman "tacto activo", una combinación de movimiento y sensación sensorial necesaria para navegarel mundo externo. El descubrimiento de este mecanismo sensorial básico, descrito en línea el 20 de abril en la revista neurona , avanza la búsqueda de mejores prótesis "inteligentes" para las personas, que brinden una retroalimentación sensorial más natural al cerebro durante el uso.
El líder del estudio, Daniel O'Connor, Ph.D., profesor asistente de neurociencia en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, explica que en las últimas décadas, los investigadores han acumulado una gran cantidad de conocimiento sobre el sentido del tacto "."puede abrir libros de texto y leer todo sobre los diferentes tipos de sensores o células receptoras en la piel", dice. "Sin embargo, casi todo lo que sabemos es de experimentos en los que se aplicó estimulación táctil a la piel estacionaria, en otras palabras, pasivotoque."
Tal "toque pasivo", agrega O'Connor, no es cómo los humanos y otros animales normalmente exploran su mundo. Por ejemplo, dice, las personas que ingresan a una habitación oscura podrían buscar un interruptor de luz al sentir activamente la pared con sumanos. Para saber si un objeto es duro o blando, probablemente tendrían que presionarlo con los dedos. Para ver si un objeto es liso o áspero, escanearían sus dedos hacia adelante y hacia atrás a través de la superficie de un objeto.
Dice que cada una de estas formas de contacto combinadas con el movimiento es una forma activa de explorar el mundo, en lugar de esperar a que se presente un estímulo táctil. También requieren la capacidad de sentir la posición relativa de una parte del cuerpo en el espacio,una habilidad conocida como propiocepción.
Si bien algunas investigaciones han sugerido que las mismas poblaciones de células nerviosas o neuronas podrían ser responsables de detectar tanto la propiocepción como el tacto necesarios para esta integración sensorial-motora, si esto era cierto y qué neuronas logran esta hazaña se desconoce en gran medida,O'Connor dice
Para obtener más información, O'Connor y su equipo desarrollaron un sistema experimental con ratones que les permitió registrar señales eléctricas de neuronas específicas ubicadas en la piel, tanto al tacto como al movimiento.
Los investigadores lograron esto, informaron, trabajando con miembros de un laboratorio dirigido por David Ginty, Ph.D., un ex miembro de la facultad de la Universidad Johns Hopkins, ahora en la Escuela de Medicina de Harvard, para desarrollar ratones genéticamente alterados. En estos animales, un tipo de neurona sensorial en la piel llamada aferentes de Merkel fueron mutadas para que respondieran al tacto, su estímulo "nativo", y uno documentado durante mucho tiempo en investigaciones anteriores, pero también a la luz azul, que las células nerviosas de la piel nonormalmente responde a
Los científicos entrenaron a los roedores para que corrieran en una cinta de correr del tamaño de un ratón que tenía un poste pequeño unido al frente que estaba motorizado para moverse a diferentes lugares. Antes de que los ratones comenzaran a correr, los investigadores usaron su sistema sensible al tacto y la luzpara encontrar un Merkel aferente cerca de los bigotes de cada animal y usó un electrodo para medir las señales eléctricas de esta neurona.
Al igual que los humanos usan sus manos para explorar el mundo a través del tacto, los ratones usan sus bigotes, explica O'Connor. En consecuencia, cuando los animales comenzaron a correr en la cinta, movieron sus bigotes de un lado a otro en un movimiento que los investigadores llaman "batido exploratorio "
Usando una cámara de alta velocidad enfocada en los bigotes de los animales, los investigadores tomaron casi 55,000,000 cuadros de video mientras los ratones corrían y batían. Luego usaron algoritmos de aprendizaje por computadora para separar los movimientos en tres categorías diferentes: cuando los roedores no estabanno batir o en contacto con el poste; cuando estaban batiendo sin contacto; o cuando estaban batiendo contra el poste.
Luego conectaron cada uno de estos movimientos, usando instantáneas de video capturadas 500 veces por segundo, a las señales eléctricas provenientes de los aferentes Merkel sensibles a la luz azul de los animales.
Los resultados muestran que los aferentes de Merkel produjeron potenciales de acción, los picos eléctricos que las neuronas usan para comunicarse entre sí y con el cerebro, cuando sus bigotes asociados entraron en contacto con el polo. Ese hallazgo no fue particularmente sorprendente, dice O'Connor, debido al papel bien establecido de estas neuronas en el tacto.
Sin embargo, dice, los aferentes de Merkel también respondieron con firmeza cuando se movían en el aire sin tocar el poste. Al profundizar en las señales eléctricas específicas, los investigadores descubrieron que los potenciales de acción se relacionaban precisamente con la posición de un bigote en el espacio. EstosLos hallazgos sugieren que los aferentes de Merkel juegan un doble papel en el tacto y la propiocepción, y en la integración sensorial-motora necesaria para el contacto activo, dice O'Connor.
Aunque estos hallazgos son particulares de los bigotes de los ratones, advierte, él y sus colegas creen que las aferentes de Merkel en humanos podrían cumplir una función similar, porque muchas propiedades anatómicas y fisiológicas de las aferentes de Merkel parecen similares en una variedad de especies, incluidos ratones yhumanos
Además de arrojar luz sobre una cuestión biológica básica, dice O'Connor, la investigación de su equipo también podría eventualmente mejorar las extremidades y los dedos artificiales. Algunas prótesis ahora pueden interactuar con el cerebro humano, permitiendo a los usuarios moverlas usando señales cerebrales dirigidas.Si bien este movimiento es un gran avance más allá de las prótesis estáticas tradicionales, todavía no permite el movimiento suave de las extremidades naturales. Al integrar señales similares a las producidas por los aferentes de Merkel, explica, los investigadores podrían eventualmente crear prótesis que puedan enviarseñales sobre el tacto y la propiocepción al cerebro, lo que permite movimientos similares a las extremidades nativas.
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Materiales proporcionados por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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