Diferentes tipos de neuronas interactúan para hacer posibles las tareas de alcanzar y agarrar
En este experimento, se entrena a los ratones para alcanzar a través de una abertura en su cámara y agarrar una bolita (representada aquí como un regalo). Los investigadores estaban interesados en saber si inhibir o excitar los dos tipos diferentes de neuronas afectaba su tasa de éxito y la forma en que podrían haber fallado. Las neuronas D1 se muestran en verde, mientras que las neuronas D2 se muestran en rojo. Crédito: OIST
La investigación realizada en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) ha analizado la importancia de neuronas específicas para tareas aparentemente simples y cotidianas que implican alcanzar y agarrar objetos. El estudio fue publicado en Cell Reports.
«Nos enfocamos en las neuronas ubicadas en los ganglios basales», dijo el profesor Gordon Arbuthnott, quien dirige la Unidad de Mecanismos Cerebrales para el Comportamiento de la OIST. «Esta parte del cerebro está conectada a la corteza cerebral, que está involucrada en la función motora. Y las neuronas, o células nerviosas, son células especializadas que actúan como bloques de construcción del sistema nervioso: conectan la entrada del mundo exterior con el movimiento en nuestro músculos».
Los pacientes que sufren daño en los ganglios basales pueden tener sus habilidades motoras gravemente afectadas, haciendo que las tareas diarias de alcanzar y agarrar, como tomar una taza de café o ponerse una chaqueta, estén cerca imposible.
«Sabemos que las interrupciones en estas neuronas de los ganglios basales están involucradas en el desarrollo de enfermedades como el Parkinson y la enfermedad de Huntington, pero los mecanismos celulares exactos detrás de esto no se entienden correctamente», continuó el profesor Arbuthnott. explique.
Las neuronas en cuestión son neuronas de proyección espinosa estriatal, un gran grupo que contribuye a la función motora suave. Hay dos tipos distintos de neuronas de salida estriatal directa D1, que se conectan directamente con la salida de los ganglios basales, y neuronas de salida indirecta D2, que toman una ruta más larga a través de otras áreas del cerebro. Dependiendo del comportamiento de una persona, se formarán diferentes grupos formados por diferentes composiciones de estas dos neuronas. La mayoría de los grupos tienen neuronas D1 y D2, aunque hay excepciones, y algunos grupos solo tienen una. Por lo tanto, es un sistema dinámico donde los dos tipos diferentes trabajan juntos. Investigaciones previas han indicado que, para tareas que involucran movimiento, las neuronas D1 dan la señal de ‘ir’ mientras que las neuronas D2 dan la señal de ‘parar’. Los investigadores decidieron cambiar la actividad de cada tipo de forma independiente, para probar esta idea.
Para realizar el experimento, los ratones fueron entrenados para alcanzar a través de una abertura en su cámara y agarrar una bolita de comida de chocolate. La falta de recuperación de la bolita se clasificó en una de tres formas. Ocurrió un error ‘inicial’ cuando el ratón no pudo pasar su pata a través de la abertura de su cámara. Un error ‘final’ fue cuando la pata de un ratón terminó en el lugar equivocado después de cruzar la abertura. Y un error de ‘agarre’ fue cuando la pata del ratón llegó al sedimento, pero no pudo recogerlo.
Inhibir o excitar las neuronas D1 o D2 tiene diferentes impactos en el ratón. El primer clip muestra a un ratón con las neuronas D1 y D2 funcionando con normalidad recuperando con éxito la recompensa. El segundo clip muestra un ratón cuyas neuronas D1 se han excitado y no ha podido recuperar la recompensa debido a un error inicial. El tercer clip muestra un ratón cuyas neuronas D2 se han excitado y no ha podido recuperar la recompensa debido a un error final. Crédito: Los videoclips se publicaron en el artículo de investigación en Cell Reports.
Cuando se entrenó en esta tarea a ratones con neuronas D1 y D2 que funcionaban con normalidad, era más probable que fallaran con el error de agarre, que ocurrió en más de la mitad de las fallas. Con esto en mente, los investigadores utilizaron métodos ópticos para que las neuronas D1 o las neuronas D2 pudieran ser excitadas o inhibidas por la luz.
Los investigadores encontraron que tanto la excitación como la inhibición del tipo D1 dieron como resultado una disminución significativa en la tasa de éxito de la recuperación del tratamiento y que, proporcionalmente, aumentó la cantidad de fallas del error ‘inicial’.
En contraste, excitar el tipo D2 también resultó en una disminución significativa en la tasa de éxito pero, esta vez, fue el error ‘final’ el que aumentó proporcionalmente.
Pero, curiosamente, cuando se inhibieron los tipos D2, la tasa de éxito en la recuperación de premios aumentó.
«Tenemos varias ideas sobre por qué esto podría haber ocurrido», dijo el profesor Arbuthnott. «Si imaginamos que un pequeño grupo de neuronas D2 es suficiente para alcanzar el objetivo, entonces excitar todas las células D2 en el área podría hacer que el pequeño grupo se pierda en la ruidosa actividad de muchas, mientras que inhibir el grupo grande podría dejar atrás solo las neuronas más fuertemente excitadas, que luego pueden guiar de manera efectiva el comportamiento del ratón».
Los resultados encontraron que ambos tipos eran necesarios para la función motora suave de todo movimiento. Los ratones tienen problemas con la parte inicial del movimiento sin las células D1; y, en la mayoría de los casos, el sedimento no se puede recuperar si las celdas D2 no funcionan correctamente. Sin embargo, este estudio no apoyó la teoría de parar y seguir, ya que, aunque se descubrió que las células D1 eran necesarias para controlar la parte inicial del alcance, los investigadores descubrieron que las células D2 en realidad eran necesarias para apuntar a la golosina, en lugar de que detener la tarea.
«Este estudio nos ha ayudado a entender más acerca de cómo funcionan nuestros cerebros y contribuye al cuerpo de investigación que algún día hará posible encontrar una cura para las enfermedades neurodegenerativas», dijo el profesor Arbuthnott. «Con la enfermedad de Parkinson, nos estamos volviendo buenos para solucionar los síntomas, pero debemos llegar a la raíz de la enfermedad. Mientras tanto, comprender cómo las neuronas están involucradas en el control del movimiento ayudará a resolver los problemas que enfrentan los pacientes a diario. base.»
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¿Cómo las neuronas de los ganglios basales transmiten información para el control de los movimientos voluntarios? Más información: Violeta G. López-Huerta et al, Control bilateral estriado del movimiento experto de las extremidades anteriores, Cell Reports (2021). DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108651 Información de la revista: Cell Reports
Proporcionado por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa Cita: Diferentes tipos de neuronas interactúan para alcanzar -and-grasping tareas posibles (2021, 19 de enero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-01-neurons-interact-reaching-and-grasping-tasks.html Este documento está sujeto a derechos de autor . Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.