Nuestras manos son órganos de agarre altamente desarrollados que están en uso continuo. Mucho antes de remover nuestra primera taza de café en la mañana, nuestras manos han ejecutado una gran cantidad de agarres. Dirigiendo un bolígrafo entre nuestros dedos pulgar e índice sobre un pedazo deel papel con absoluta precisión parece tan fácil como atrapar una pelota u operar el pomo de la puerta. Los neurocientíficos Stefan Schaffelhofer y Hansjörg Scherberger del Centro Alemán de Primates DPZ han estudiado cómo el cerebro controla los diferentes movimientos de agarre.
En su investigación con macacos rhesus, se descubrió que las tres áreas del cerebro AIP, F5 y M1 que son responsables de planificar y ejecutar los movimientos de las manos, realizan diferentes tareas dentro de su red neuronal. El área AIP es principalmente responsable del procesamiento de las características visualesde objetos, como su tamaño y forma. Esta información óptica se traduce en comandos motores en el área F5. El área M1 es en última instancia responsable de convertir estos comandos motores en acciones. Los resultados del estudio contribuyen al desarrollo de neuroprotésica que deberíaayudar a los pacientes paralizados a recuperar sus funciones manuales.
Las tres áreas cerebrales AIP, F5 y M1 se encuentran en la corteza cerebral y forman una red neuronal responsable de traducir las propiedades visuales de un objeto en un movimiento manual correspondiente. Hasta ahora, los detalles de cómo se realiza esta "transformación visuomotora" tienenno estaba claro. Durante el curso de su tesis doctoral en el Centro Alemán de Primates, el neurocientífico Stefan Schaffelhofer estudió intensamente los mecanismos neuronales que controlan los movimientos de agarre. "Queríamos averiguar cómo y dónde la información visual sobre los objetos agarrados, por ejemplo, su forma o tamaño, y las características motoras de la mano, como la fuerza y el tipo de agarre, se procesan en las diferentes áreas del cerebro relacionadas con el agarre ", dice Schaffelhofer.
Para esto, dos macacos rhesus fueron entrenados para agarrar repetidamente 50 objetos diferentes. Al mismo tiempo, se midió la actividad de cientos de células nerviosas con los llamados conjuntos de microelectrodos. Para comparar los tipos de agarre aplicados con las señales neuronales, los monos usaban un guante de datos electromagnéticos que registraba todos los movimientos de dedos y manos. La configuración experimental fue diseñada para observar individualmente las fases de la transformación visuomotora en el cerebro, es decir, el procesamiento de las propiedades de los objetos visuales, la planificación y ejecución del movimiento.esto, los científicos desarrollaron una tarea de agarre retrasada. Para que el mono pudiera ver el objeto, se iluminó brevemente antes del inicio del movimiento de agarre. El movimiento posterior tuvo lugar en la oscuridad con un breve retraso. De esta manera, visualy las señales motoras de las neuronas podrían examinarse por separado.
Los resultados muestran que el área AIP es la principal responsable del procesamiento de las características de los objetos visuales. "Las neuronas responden principalmente a la forma tridimensional de diferentes objetos", dice Stefan Schaffelhofer. "Debido a la diferente actividad de las neuronas,podríamos distinguir con precisión si los monos habían visto una esfera, un cubo o un cilindro. Incluso las formas de objetos abstractos podrían diferenciarse en función de la actividad celular observada ".
A diferencia del AIP, el área F5 y M1 no representaban las geometrías de los objetos, pero las configuraciones manuales correspondientes se utilizaban para captar los objetos. La información de las neuronas F5 y M1 indicaba un gran parecido con los movimientos de las manos registrados con el guante de datos ".En nuestro estudio pudimos mostrar dónde y cómo las propiedades visuales de los objetos se convierten en los comandos de movimiento correspondientes ", dice Stefan Schaffelhofer." En este proceso, el área F5 desempeña un papel central en la transformación visomotora. Sus neuronas reciben información directa sobre los objetos visuales.desde AIP y puede traducir las señales en planes motores que luego se ejecutan en M1. Por lo tanto, el área F5 tiene contacto con ambos, la parte visual y motora del cerebro ".
El conocimiento de cómo controlar los movimientos de prensión es esencial para el desarrollo de prótesis de mano neuronales. "En pacientes parapléjicos, la conexión entre el cerebro y las extremidades ya no es funcional. Las interfaces neuronales pueden reemplazar esta funcionalidad", dice Hansjörg Scherberger, jefe deel Laboratorio de Neurobiología en la DPZ. "Pueden leer las señales motoras en el cerebro y usarlas para el control protésico. Para programar estas interfaces correctamente, es crucial saber cómo y dónde nuestro cerebro controla los movimientos de agarre".de este estudio facilitará a las nuevas aplicaciones neuroprotésicas que pueden procesar selectivamente la información individual de las áreas para mejorar su usabilidad y precisión.
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Materiales proporcionado por Centro Alemán de Primates . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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