Circuito cerebral recién descubierto en aprendizaje motor

Imagen de 2 fotones de una neurona estriatal (SPN) y la pipeta de registro. Crédito: Nicolas Morgenstern

¿Cómo adquiere el cerebro nuevas habilidades motoras? Un nuevo estudio publicado hoy (9 de febrero) en la revista científica Science Advances arroja luz sobre un circuito cerebral recién descubierto que puede dotarnos de esta notable habilidad.

Cómo se comunica la corteza con el cuerpo estriado

La corteza forma la capa externa de nuestro cerebro y es la máxima multitarea, involucrada en todo, desde el lenguaje y la cognición hasta la memoria y las acciones voluntarias. Lo estás usando ahora para leer esta oración. Pero no actúa solo y establece extensas conexiones con muchas otras regiones del cerebro.

«Estábamos particularmente interesados en dos tipos principales de células en la corteza, conocidas como IT (intratelencefálicas) y PT (piramidales). tracto) neuronas», dijo Nicolas Morgenstern, el primer autor de este estudio que se desarrolló en el grupo en ese momento dirigido por Rui Costa, en la Fundación Champalimaud, en Lisboa, Portugal. «Tanto las células IT como las PT envían señales desde la corteza a otra área enterrada más profundamente en el cerebro, llamada cuerpo estriado. Estas conexiones ‘cortico-estriatales’ (es decir, conexiones de la corteza al cuerpo estriado) son muy importantes para el aprendizaje motor y han sido implicadas en trastornos del movimiento como la enfermedad de Parkinson».

Aquí es donde aparece el tercer personaje principal de nuestra historia: las neuronas de proyección espinosa (SPN), que constituyen el 95% de las neuronas en el cuerpo estriado. Los SPN se ponen en contacto directamente con las células de TI y PT. «Queríamos comprender las diferentes funciones de las células TI y PT en este circuito cerebral, que es tan importante para el aprendizaje motor y el comportamiento».

Iluminar el cerebro para descubrir nuevos caminos

Para comprender mejor estas conexiones corticostriatales, los autores utilizaron una técnica presente en (casi) todos los neurocientíficos: la optogenética, un método para controlar la actividad de las células mediante la luz. Como explicó Morgenstern, «Diseñamos genéticamente células IT o PT en ratones, lo que nos permite activar estos tipos de células de forma independiente usando optogenética y medir sus diferentes efectos en los SPN en el cuerpo estriado».

Usando este enfoque , mientras registraban la actividad de las neuronas in vitro, los autores descubrieron una nueva vía corticostriatal. En esta vía, surgió un cuarto actor principal: las interneuronas colinérgicas del cuerpo estriado (ChI). Actuando como el «intermediario» en un relevo de tres personas, los ChI en el cuerpo estriado reciben información de las células PT y, a su vez, excitan los SPN. «Descubrimos que las células PT se conectan preferentemente a los ChI, que activan indirectamente los SPN», dijo Morgenstern.

Usando métodos farmacológicos, los autores pudieron mostrar con precisión cómo los ChI excitan los SPN. Cuando las neuronas PT las activan, las ChI liberan un neurotransmisor llamado acetilcolina (ACh). Los neurotransmisores son mensajeros químicos que transmiten señales de una célula a otra. Cuando los ChI liberan ACh, hacen que las fibras nerviosas de las células cercanas exciten los SPN.

Excitarse dos veces

Estos resultados demuestran que los SPN se excitan dos veces: primero, a través de las rutas directas conocidas (ITSPN y PTSPN), y segundo, a través de este circuito indirecto hasta ahora desconocido (PTChISPN), que amplifica la excitación inicial. ¿Cuál es el propósito de esta doble excitación? Los autores especulan que la conexión ITSPN directa inicialmente prepara acciones motoras específicas, mientras que la conexión PTChISPN posteriormente desencadena el movimiento.

«Además de la ejecución del movimiento», señala Nicolas Morgenstern, «esta segunda fase excitatoria mediada por las neuronas PT podría ser importante para inducir cambios duraderos en la fuerza de conexiones específicas, a través del neurotransmisor ACh. Esto podría ser importante para el comportamiento, ya que el aprendizaje ocurre cuando las conexiones entre las células cerebrales cambian».

Como resultado, además para incursionar en el cableado de los circuitos cerebrales que controlan los movimientos y el comportamiento, y para ayudarnos a comprender las diferentes funciones de las células TI y PT, este estudio también puede proporcionarnos una pieza importante en el rompecabezas de cómo aprendemos.

«Todavía hay mucho por explorar», dice el autor principal del estudio, Rui Costa, profesor y director del Zuckerman Mind Brain Behavior Institute de la Universidad de Columbia. “Por ejemplo, nos interesa entender si este circuito se ve afectado en trastornos como el Parkinson o la enfermedad de Huntington”. Si bien todavía hay mucho por descubrir, gracias a este estudio, hemos aprendido un poco más sobre el aprendizaje.

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Los científicos descubren un nuevo papel para las señales sensoriales en el cerebro Más información: Nicols A. Morgenstern et al, Las neuronas del tracto piramidal impulsan la amplificación de las entradas excitatorias al cuerpo estriado a través de las interneuronas colinérgicas, Avances científicos (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abh4315. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh4315 Información de la revista: Science Advances

Proporcionado por Champalimaud Center for the Unknown Cita: Circuito cerebral recién descubierto en aprendizaje motor (9 de febrero de 2022) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-02-newly-brain-circuit-motor.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.