Los cerebros activos ayudan a curar la parálisis

Después de varias semanas de neurorrehabilitación con una combinación de arnés robótico y estimulación electroquímica, las ratas previamente paralizadas no solo inician voluntariamente una puerta para caminar, sino que pronto corren, suben escaleras y evitando obstáculos.EPFL

El compromiso cerebral y la estimulación nerviosa trabajan juntos para ayudar a las ratas paralizadas a recuperar la capacidad de caminar: Involucrar a las ratas en tareas específicas, como obtener un premio, mientras se estimula la médula espinal y se fuerza a los animales Para imitar los movimientos de caminar, un equipo de científicos internacionales liderado por Suiza pudo restaurar el movimiento voluntario. Los resultados, publicados hoy (31 de mayo) en Science, dan una idea de cómo se reorganiza el sistema nervioso para compensar las lesiones graves de la columna y apuntan a futuras estrategias para el tratamiento de pacientes con extremidades paralizadas.

“El quid del estudio es que si hace [la rehabilitación] bien, puede restaurar el control voluntario a través de nuevos circuitos [nerviosos]” explicó Michael Beattie, un…

La combinación de entrenamiento y estimulación nerviosa ya ha demostrado restaurar la función después de la parálisis, dijo V. Reggie Edgerton, fisiólogo de la Universidad de California, Los Ángeles. Por ejemplo, su propio trabajo con un paciente humano demostró que tal interacción cerebral y estimulación nerviosa se combinaron para permitir que el paciente recuperara cierto control sobre el movimiento de la pierna después de una lesión paralizante.

Para examinar cómo el entrenamiento y la estimulación nerviosa podrían se combinan para ayudar a los pacientes paralizados a recuperar la función motora, Grgroire Courtine de la Universidad de Zúrich y el Instituto Federal Suizo de Tecnología y sus colegas diseñaron un modelo de lesión de la médula espinal en ratas. Las lesiones de la médula espinal en humanos que inducen parálisis total no siempre son el resultado de la amputación completa de la médula espinal, por lo que Courtine y sus colegas cortaron con cuidado la mitad de la médula espinal de las ratas a la mitad de la espalda y luego cortaron la otra mitad un poco más abajo. . Aunque ningún nervio corrió intacto por la columna vertebral, el daño no fue total, explicó Courtine.

Luego vino una chaqueta de soporte especialmente diseñada, que los investigadores creen que ayuda a las ratas a sentirse lo suficientemente seguras para caminar, pero no las obligó a caminar. movimiento, dijo Courtine. Sin estimulación, los nervios espinales debajo de las lesiones estaban inactivos, pero una combinación de neurotransmisores e impulsos eléctricos ayudó a aumentar su excitabilidad hasta el punto de que la entrada sensorial adecuada podría producir movimientos involuntarios de pasos. Esa información sensorial se produjo cuando los investigadores colocaron a las ratas en cintas de correr. Pero esto no fue suficiente, incluso después de semanas de entrenamiento en la caminadora, los movimientos involuntarios no pudieron ayudar a las ratas a recuperar el control de sus extremidades.

El truco fue hacer que el cerebro quisiera dar un paso, Edgerton explicado. Los investigadores lograron esto proporcionando a los animales una recompensa (golosinas, por ejemplo) que tenían que caminar para alcanzar. Con este estímulo, las ratas recuperaron lentamente la capacidad de comenzar a caminar, pero solo cuando recibieron la estimulación electroquímica que aumentó la excitabilidad de las neuronas debajo de la lesión. Después de unas 5 a 8 semanas, podían correr con todo su peso corporal, anotó Courtine, o evitar obstáculos, pero nuevamente, solo con la estimulación nerviosa.

El mecanismo [la rehabilitación subyacente] fue sorprendente, dijo Courtine. Investigaciones más detalladas de las lesiones mostraron una extensa reorganización de las neuronas que se proyectan desde la corteza motora de las ratas hacia la columna vertebral. Pero en lugar de crecer para alcanzar sus puntos finales iniciales, las neuronas parecían estar reorganizándose, formando nuevas conexiones y circuitos alrededor del sitio de la lesión.

Courtine y sus colegas encontraron que las ratas entrenadas con actividades voluntarias tenían un aumento de los nervios. densidad de la fibra y que estas fibras parecían estar haciendo sinapsis con las neuronas de retransmisión en la columna vertebral, que ayudan a conectar las señales entre los músculos y el cerebro, pero no se extienden hasta la corteza motora. En el tronco encefálico, estos ratones también exhibieron aumentos en la densidad de fibras, así como una mayor inervación de fibras importantes para iniciar y mantener el movimiento. Los resultados muestran cómo la corteza motora se reorganizará y usará la capacidad residual de la médula espinal, dijo Beattie.

Activar tanto las vías descendentes (involucrando los cerebros de las ratas) como las vías ascendentes (a través de la estimulación nerviosa y la locomoción en cinta rodante) ) fue fundamental para el éxito de las técnicas, dijo Edgerton, quien ha colaborado con Courtine en el pasado, pero no participó en el estudio actual. Pero aún así, los roedores nunca pudieron iniciar el movimiento en ausencia de la estimulación eléctrica y química de los nervios debajo de la lesión. Los próximos pasos, dijo, serán recopilar información más detallada sobre cómo y dónde estimular la médula espinal, lo que a su vez podría ayudar a extender tales estrategias a pacientes humanos.

Existe una tecnología de entrenamiento de la médula espinal similar para humanos. , pero el nuevo estudio sugiere que no es suficiente. Necesitan involucrar sus cerebros, dijo Edgerton. Sin esfuerzo voluntario, es probable que nada suceda. Además de agregar estimulación cerebral, Beattie prevé una estrategia mediante la cual los trasplantes de células madre nerviosas podrían unir áreas de tejido lesionado, fomentando el crecimiento y forjando nuevas conexiones.  La combinación de estos esfuerzos puede algún día ayudar a los pacientes paralizados con lesiones espinales aún más graves a recuperar el movimiento.

Es realmente fascinante, dijo Courtine, la enorme plasticidad potencial [de la médula espinal] incluso después de una lesión tan grave. .

R. van den Brand, et al., Restoring Voluntary Control of Locomotion after Paralyzing Spinal Cord Injury, Science, 336:1182-85, 2012.

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