El pez cebra aprende a equilibrarse lanzándose hacia adelante cuando se siente tambaleante, un principio que también puede aplicarse a los humanos, según un estudio dirigido por investigadores del Centro Médico Langone de la NYU.
Los peces son buenos modelos para comprender el equilibrio humano porque usan circuitos cerebrales similares, dicen los autores del estudio. Los investigadores esperan que su trabajo algún día ayude a los terapeutas a tratar mejor los problemas de equilibrio que afectan a uno de cada tres estadounidenses que envejecen, y para quién caeson una de las principales causas de muerte.
Publicado en línea el 19 de enero en Biología actual , el nuevo estudio encontró que las mejoras tempranas en el equilibrio de un pez cebra surgen de su creciente capacidad para ejecutar nados rápidos en respuesta a la percepción de inestabilidad. Con el tiempo, los peces jóvenes aprenden a hacer movimientos correctivos cuando son inestables y mejoran para mantenerse estables.
"Al desenredar las fuerzas utilizadas por los peces mientras nadaba y durante las pausas entre estos movimientos correctivos, podríamos haber descubierto un mecanismo de equilibrio fundamental: el comando mental para comenzar a moverse cuando es inestable", dice el investigador principal del estudio David Schoppik,Doctorado, profesor asistente en el Departamento de Neurociencia y Fisiología de NYU Langone.
Las tendencias conductuales reveladas en el nuevo estudio confirman el trabajo anterior que encontró que el equilibrio depende de las redes de conexiones entre las células cerebrales circuitos neuronales que unen los órganos sensoriales en el equilibrio, o el sistema vestibular, con los músculos que realizan movimientos correctivos.
Junto con el pez cebra, muchos animales tienen cabezas pesadas, que requieren correcciones constantes para evitar que se lancen hacia adelante. Los seres humanos también caen literalmente hacia adelante mientras caminan y luego compensan con estallidos de movimiento de las patas hacia adelante, pero a diferencia del pez cebra se vuelven menos pesados cuandodesarrollar.
"Planeamos luego evaluar si los niños pequeños, como los peces en nuestro estudio, tienen más probabilidades de moverse cuando se sienten inestables", dice el autor del estudio David Ehrlich, PhD, el erudito postdoctoral en el laboratorio de Schoppik que dirigió a muchosde los experimentos: "Además, ¿los adultos dan pasos más pequeños y rápidos en las aceras heladas o en la oscuridad, especialmente a medida que nuestro sistema de equilibrio se deteriora con la edad?"
56,000 nadadas
En el estudio actual, los investigadores grabaron un video de 56,682 nadadas por larvas de pez cebra, midiendo el tiempo de cada baño rápido y la efectividad de los esfuerzos por mantenerse estables con la edad. Los videos confirmaron que los peces nadan en "peleas" y quees mucho más probable que a los 21 días de edad que a los 4 días comience una pelea correctiva al nadar hacia adelante a alta velocidad.
Con base en los videos, el equipo pudo crear una simulación por computadora de los peces nadadores basada en una elegante serie de ecuaciones. En una señal de que habían llegado a una sólida comprensión del equilibrio, las simulaciones se comportaron de manera muy parecida a lapez real, dicen los autores.
Luego, los investigadores eliminaron elementos de la simulación para aclarar aún más el papel de cada uno en equilibrio. Al eliminar la "corrección de tono", la tendencia de los peces a nadar si habían nadado hacia abajo en el combate anterior o viceversa, dejaron a los peces incapacespara corregir cuando se vuelca. En cambio, pasaron sus vidas simuladas con la cabeza apuntando hacia el fondo del tanque. Cuando el equipo eliminó la relación entre la velocidad angular qué tan rápido gira el pez y la cinemática reactiva del pez la fuerza decontrarrestar nada; el pez simulado se lanzó sin cesar hacia adelante, rodando "cabeza a cabeza".
En adelante, el equipo buscará medir los cambios en la actividad cerebral que ocurren cuando el pez cebra aprende a equilibrarse. En el futuro, esperan asociarse con los médicos del Centro de Terapia Vestibular de NYU Langone en Rusk Rehabilitation para avanzar en la medicina de rehabilitación.
"Muchos pacientes que han sufrido un derrame cerebral, o han tenido cáncer cerebral o trauma, luchan con problemas de equilibrio o mareos", dice Tara Denham, PT, gerente del programa de terapia vestibular Rusk. "Una mejor comprensión de cómo percibe el cerebroel equilibrio nos ayudaría a ajustar los programas de ejercicios que restauran la función perdida y acortan los tiempos de recuperación ".
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Materiales proporcionado por NYU Langone Medical Center / New York University School of Medicine . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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