Una nueva investigación realizada por científicos de Columbia ofrece una nueva visión de cómo el cerebro le dice al cuerpo que se mueva, desde comportamientos simples como caminar, hasta movimientos entrenados que pueden llevar años dominar. El descubrimiento en ratones avanza el conocimiento de cómo las células en la corteza motora -- el centro de movimiento del cerebro: comuníquese con los músculos y puede ayudar a los investigadores a comprender mejor lo que sucede en una lesión o enfermedad, cuando los mecanismos que subyacen al movimiento fallan.
Estos hallazgos se informaron en neurona .
"Todos los movimientos, desde los más básicos, como caminar, hasta los más hábiles, como tocar el piano, requieren una coreografía extraordinaria entre el cerebro y el cuerpo, un proceso que todavía no entendemos completamente", dijo Thomas MJessell, PhD, codirector del Instituto Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior de Columbia y autor principal del artículo. "En este estudio, pudimos ver la interacción entre el cerebro y el cuerpo en tiempo real, lo que nos permitió ver exactamente cuándo el cerebrola corteza motora dirige el movimiento muscular y también cómo funciona realmente esa influencia "
Estudios anteriores han demostrado que la corteza motora, a pesar de su nombre, no es necesariamente necesaria para todos los tipos de movimiento. Si un animal sufre daños en la corteza motora, puede recuperarse y caminar normalmente. Pero movimientos más especializados, como el precisoagarrar, requieren la corteza motora, y sin ella, un animal no puede recuperarse.
"Queríamos ver cómo funciona la corteza motora durante dos comportamientos completamente diferentes: agarrar, que parece requerir la corteza motora, y caminar, que no", dijo Andrew Miri, PhD, investigador postdoctoral en el Laboratorio Jessell.en el Centro Médico de la Universidad de Columbia CUMC y el primer autor del artículo. "Utilizando la optogenética, una técnica que enciende y apaga las células con luz, silenciamos la corteza motora en el cerebro de los ratones mientras caminaban en una cinta o se estiraban para agarrarla.un joystick. Entonces podríamos observar cualquier cambio en el movimiento de los animales en tiempo real "
Después de silenciar la corteza motora, los investigadores notaron que pasaron 10 milisegundos antes de que se alterara la capacidad de agarre de los animales. Pero pasaron al menos 35 milisegundos antes de que observaran cualquier cambio en la capacidad de caminar del animal. Estos hallazgos fueron críticospieza del rompecabezas, porque implicaban que la corteza motora de los animales se está comunicando con los músculos de manera diferente, dependiendo de qué movimiento esté haciendo el animal. La pregunta entonces fue: ¿Cómo está sucediendo esto?
Para averiguarlo, los investigadores recolectaron registros eléctricos de cientos de neuronas individuales en la corteza motora mientras los ratones realizaban los dos movimientos: caminar y alcanzar para agarrar. El equipo de investigación trabajó con el Centro de Neurociencia Teórica de Columbia para visualizar y cuantificar matemáticamentesucediendo en la corteza motora.
"Cada neurona emitió una serie de impulsos durante ambos tipos de movimiento. Pero lo más sorprendente fue cómo los impulsos en un par de neuronas podían sincronizarse notablemente durante la tarea de alcance, mientras que los impulsos en esas mismas dos neuronas estaban completamenteno coincide mientras el animal caminaba ", dijo el Dr. Miri.
En otras palabras, lo que importaba no era cómo pulsaba una neurona, sino cómo pulsaba esa neurona de manera similar a las que la rodeaban. El conjunto de tales similitudes y diferencias en toda la corteza motora, que revelaron los análisis matemáticos, eraEl impulsor principal de un tipo de movimiento sobre el otro.
"Estos hallazgos ofrecen por primera vez una explicación completa de cómo la corteza motora del cerebro dirige solo algunos tipos de movimientos, incluso cuando siempre parece estar activa, y puede ofrecer pistas sobre por qué algunos movimientos pueden volverse a aprender después del daño de la corteza motoramientras que otros no pueden ", dijo el Dr. Jessell, quien también es profesor de Trastornos de las neuronas motoras en neurociencia y de bioquímica y biofísica molecular de Claire Tow en CUMC.
Por lo tanto, este estudio tiene implicaciones para la medicina, dijo el Dr. Jessell.
"Comprender la actividad en la corteza motora es fundamental para desarrollar tratamientos para una variedad de enfermedades y lesiones de movimiento", explicó. "Ya sea que se trate de construir interfaces cerebro-máquina que puedan imitar con precisión la comunicación entre el cerebro y los músculos, o desarrollar unforma de diagnosticar los primeros signos de trastornos del movimiento, como el lateral amiotrófico ELA, estos hallazgos nos acercan a la comprensión detallada del cerebro que necesitamos ".
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Materiales proporcionado por El Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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