Los investigadores se centran en neuronas específicas que hacen posibles las tareas de alcanzar y agarrar



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 del día a día que implican alcanzar y agarrar objetos. El estudio fue publicado en Informes de celda.

“Nos centramos en las neuronas ubicadas en los ganglios basales”, dijo el profesor Gordon Arbuthnott, que dirige la Unidad de Mecanismos Cerebrales para la Conducta de la OIST. “Esta parte del cerebro está conectada a la corteza cerebral, que participa en la función motora. Y las neuronas, o células nerviosas, son células especializadas que actúan como los componentes básicos del sistema nervioso: conectan la información del mundo exterior con el movimiento. en nuestros músculos “.

Los pacientes que sufren daños en los ganglios basales pueden tener sus habilidades motoras severamente afectadas, lo que hace que las tareas diarias de alcanzar y agarrar, como tomar una taza de café o ponerse una chaqueta, sean casi imposibles.

“Sabemos que las interrupciones de estas neuronas de los ganglios basales están involucradas en el desarrollo de enfermedades como el Parkinson y el de Huntington, pero los mecanismos celulares exactos detrás de esto no se comprenden correctamente”, explicó el profesor Arbuthnott.

Las neuronas en cuestión son neuronas de proyección espinosa estriatal, un grupo grande que contribuye a la función motora suave. Hay dos tipos distintos: las neuronas de salida estriatal directa D1, que se conectan directamente con la salida de los ganglios basales, y las 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 anteriores han indicado que, para tareas que implican 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, se entrenó a los ratones para que alcanzaran a través de una abertura en su cámara y agarraran una pastilla de chocolate. La falta de recuperación del perdigón se clasificó en una de tres formas. Se produjo un error “inicial” cuando el ratón no pudo pasar la pata por la abertura de su recámara. 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 a la bolita, pero no pudieron levantarla.

Cuando se entrenó a ratones con neuronas D1 y D2 funcionando normalmente en esta tarea, era más probable que fallaran con el error de agarre, que ocurrió en más de la mitad de las fallas. Teniendo esto en cuenta, los investigadores utilizaron métodos ópticos para que las neuronas D1 o las neuronas D2 pudieran ser excitadas o inhibidas por la luz.

Los investigadores descubrieron que tanto la excitación como la inhibición del tipo D1 daban como resultado una disminución significativa en la tasa de éxito de la recuperación del tratamiento y que, proporcionalmente, aumentaba el número de fracasos del error “inicial”.

Por el contrario, 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, aumentó la tasa de éxito de la recuperación del tratamiento.

Tenemos varias ideas sobre por qué podría haber ocurrido esto. Si imaginamos que un pequeño grupo de neuronas D2 es suficiente para alcanzar el objetivo, excitar todas las células D2 en el área podría hacer que el pequeño grupo se pierda en la ruidosa actividad de las muchas, mientras que inhibir al grupo grande podría dejar atrás solo el neuronas más fuertemente excitadas, que pueden guiar de manera efectiva el comportamiento del ratón “.

Profesor Gordon Arbuthnott, Unidad de Mecanismos Cerebrales para la Conducta de la OIST

Los resultados encontraron que ambos tipos eran necesarios para la función motora suave de todos los movimientos. 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 células D2 no funcionan correctamente. Sin embargo, la teoría de parar y arrancar no fue apoyada por este estudio ya que, aunque se encontró que las células D1 eran necesarias para controlar la parte inicial del alcance, los investigadores encontraron que las células D2 eran realmente necesarias para apuntar al tratamiento, más bien que detener la tarea.

“Este estudio nos ha ayudado a comprender más acerca de cómo funciona nuestro cerebro 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, estamos mejorando en la resolución de los síntomas, pero necesitamos 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.”

Fuente:

Referencia de la revista:

López-Huerta, VG, et al. (2021) Control bilateral estriado del movimiento calificado de las extremidades anteriores. Informes de celda. doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108651.

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