El movimiento planificado es esencial para nuestra vida diaria y, a menudo, requiere una ejecución retrasada. Cuando éramos niños, nos agachábamos y estábamos listos, pero esperábamos el grito de "¡VAMOS!" antes de salir corriendo de la línea de salida. Como adultos, esperamos hasta quesemáforo se pone verde antes de girar. En ambas situaciones, el cerebro ha planeado nuestros movimientos precisos, pero suprime su ejecución hasta una señal específica por ejemplo, el grito de "¡VAMOS!" o la luz verde. Ahora, los científicos han descubierto elred cerebral que convierte los planes en acción en respuesta a esta señal.
El descubrimiento, publicado en la revista científicaCelda, resultado de una colaboración de científicos del Instituto de Neurociencia Max Planck de Florida, el Campus de Investigación Janelia del HHMI, el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro y otros. Dirigido por los primeros autores Dr. Hidehiko Inagaki y Dr. Susu Chen y seniorautor Dr. Karel Svoboda, los científicos se propusieron comprender cómo las señales en nuestro entorno pueden desencadenar un movimiento planificado.
"El cerebro es como una orquesta", dijo el Dr. Inagaki. "En una sinfonía, los instrumentos tocan diversas melodías con diferentes tempos y timbres. El conjunto de estos sonidos da forma a una frase musical. De manera similar, las neuronas en el cerebro están activas condiversos patrones y tiempos. El conjunto de actividades neuronales media aspectos específicos de nuestro comportamiento."
Por ejemplo, la corteza motora es un área del cerebro que controla el movimiento. Los patrones de actividad en la corteza motora son dramáticamente diferentes entre las fases de planificación y ejecución del movimiento. La transición entre estos patrones es fundamental para desencadenar el movimiento. Sin embargo, las áreas del cerebrocontrol de esta transición eran desconocidos. "Debe haber áreas del cerebro que actúen como conductor", describió el Dr. Inagaki. "Tales áreas monitorean las señales ambientales y orquestan las actividades neuronales de un patrón a otro. El conductor asegura que los planes se conviertan en acción enel tiempo justo."
Para identificar el circuito neuronal que sirve como conductor para iniciar el movimiento planificado, el equipo registró simultáneamente la actividad de cientos de neuronas mientras un ratón realizaba una tarea de movimiento desencadenada por una señal. En esta tarea, los ratones fueron entrenados para lamer hacia la derechasi se tocaban los bigotes o hacia la izquierda si no se tocaban los bigotes. Si los animales lamían en la dirección correcta, recibían una recompensa. Sin embargo, hubo un problema. Los animales tenían que retrasar su movimiento hasta que sonara un tono, o "go cue".", se reprodujo. Solo se recompensarían los movimientos correctos después de la señal de ir. Por lo tanto, los ratones mantienen un plan de la dirección en la que lamerán hasta la señal de ir y ejecutarán la lamida planificada después.
Luego, los científicos correlacionaron patrones complejos de actividad neuronal con etapas relevantes de la tarea conductual. Los investigadores encontraron que la actividad cerebral ocurría inmediatamente después de la señal de go y durante el cambio entre la planificación motora y la ejecución. Esta actividad cerebral surgió de un circuito de neuronas en elmesencéfalo, tálamo y corteza.
Para probar si este circuito actuaba como conductor, el equipo usó optogenética. Este enfoque permitió a los científicos activar o desactivar este circuito usando luz. La activación de este circuito durante la fase de planificación de la tarea conductual cambió la actividad cerebral del ratón de la planificación motora.a la ejecución y provocó que el ratón lamiera. Por otro lado, apagar el circuito mientras se ejecutaba la señal de go suprimió el movimiento señalado. Los ratones permanecieron en una etapa de planificación motora como si no hubieran recibido la señal de go.
Este trabajo del Dr. Inagaki y sus colegas identificó un circuito neuronal crítico para desencadenar el movimiento en respuesta a señales ambientales. El Dr. Inagaki explica cómo sus hallazgos demuestran características generalizables del control del comportamiento. "Hemos encontrado un circuito que puede cambiar la actividadde la corteza motora desde la planificación motora hasta la ejecución en el momento apropiado. Esto nos da una idea de cómo el cerebro orquesta la actividad neuronal para producir un comportamiento complejo. El trabajo futuro se centrará en comprender cómo este circuito y otros reorganizan la actividad neuronal en muchas regiones del cerebro".
Además de estos avances fundamentales en la comprensión de cómo funciona el cerebro, este trabajo tiene implicaciones clínicas importantes. En los trastornos motores, como la enfermedad de Parkinson, los pacientes experimentan dificultad en el movimiento autoiniciado, incluida la dificultad para caminar. Sin embargo, al agregar señales ambientalespara desencadenar movimientos, como líneas en el piso o tonos auditivos, puede mejorar dramáticamente la movilidad de un paciente.Este fenómeno, conocido como kinesia paradójica, sugiere que se reclutan diferentes mecanismos en el cerebro para el movimiento autoiniciado y el movimiento desencadenado por señales.las redes cerebrales involucradas en los movimientos desencadenados por señales, que están relativamente indemnes en la enfermedad de Parkinson, pueden ayudar a optimizar el tratamiento.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Instituto de Neurociencia Max Planck de Florida. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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