Aya Takeoka, del Centro RIKEN para la Ciencia del Cerebro (CBS) de Japón, y sus colegas han descubierto el circuito neuronal de la médula espinal que permite el aprendizaje motor independiente del cerebro. El estudio, publicado en Science, descubrió dos grupos críticos de neuronas de la médula espinal, uno necesario para el nuevo aprendizaje adaptativo y otro para recordar las adaptaciones una vez aprendidas. Los hallazgos podrían ayudar a los científicos a desarrollar formas de ayudar a la recuperación motora tras una lesión medular.
La médula espinal también funciona sin recuerdo
Los científicos saben desde hace tiempo que la producción motora de la médula espinal puede ajustarse mediante la práctica incluso sin cerebro. Esto se ha demostrado de forma espectacular en insectos sin cabeza, cuyas patas pueden entrenarse para evitar señales externas.
Hasta ahora, nadie ha averiguado exactamente cómo es posible, y sin esta comprensión, el fenómeno no es mucho más que un hecho estrafalario. Como explica Takeoka, "comprender el mecanismo subyacente es esencial si queremos entender los fundamentos de la automaticidad del movimiento en personas sanas y utilizar este conocimiento para mejorar la recuperación tras una lesión medular".
La médula espinal también funciona sin recuerdo
Los científicos saben desde hace tiempo que la producción motora de la médula espinal puede ajustarse mediante la práctica incluso sin cerebro. Esto se ha demostrado de forma espectacular en insectos sin cabeza, cuyas patas pueden entrenarse para evitar señales externas.
Hasta ahora, nadie ha averiguado exactamente cómo es posible, y sin esta comprensión, el fenómeno no es mucho más que un hecho estrafalario. Como explica Takeoka, "comprender el mecanismo subyacente es esencial si queremos entender los fundamentos de la automaticidad del movimiento en personas sanas y utilizar este conocimiento para mejorar la recuperación tras una lesión medular".
Antes de adentrarse en los circuitos neuronales, los investigadores desarrollaron un sistema experimental que les permitía estudiar la adaptación de la médula espinal de ratones, tanto en el aprendizaje como en el recuerdo, sin intervención del cerebro. En cada prueba había un ratón experimental y un ratón de control cuyas patas traseras colgaban libremente. Si la pata trasera del ratón experimental caía demasiado, se le estimulaba eléctricamente, emulando algo que un ratón querría evitar. El ratón de control recibía la misma estimulación al mismo tiempo, pero no vinculada a la posición de su pata trasera.
Tras sólo 10 minutos, observaron un aprendizaje motor únicamente en los ratones experimentales; sus patas permanecían en alto, evitando cualquier estimulación eléctrica. Este resultado demostró que la médula espinal puede asociar una sensación desagradable con la posición de la pata y adaptar su producción motora para que la pata evite la sensación desagradable, todo ello sin necesidad de cerebro.
Veinticuatro horas después, repitieron la prueba de 10 minutos pero invirtieron los ratones experimentales y de control. Los ratones experimentales originales seguían manteniendo la pata levantada, lo que indicaba que la médula espinal conservaba un recuerdo de la experiencia pasada, que interfería en el nuevo aprendizaje.
La memoria de la médula espinal
Una vez establecido el aprendizaje inmediato y la memoria en la médula espinal, el equipo se dispuso a examinar los circuitos neuronales que los hacen posibles. Utilizaron seis tipos de ratones transgénicos, cada uno con un conjunto diferente de neuronas espinales inhabilitadas, y los sometieron a pruebas de aprendizaje motor e inversión del aprendizaje. Descubrieron que las extremidades posteriores de los ratones no se adaptaban para evitar las descargas eléctricas después de inutilizar las neuronas de la parte superior de la médula espinal, en particular las que expresan el gen Ptf1a.
Cuando examinaron a los ratones durante la inversión del aprendizaje, descubrieron que silenciar las neuronas que expresan Ptf1a no tenía ningún efecto. En cambio, un grupo de neuronas de la parte inferior, ventral, de la médula espinal que expresan el gen En1 era crítico. Cuando se silenciaron estas neuronas al día siguiente del aprendizaje de la evitación, las médulas espinales actuaron como si nunca hubieran aprendido nada.
Los investigadores también evaluaron el recuerdo al segundo día, repitiendo las condiciones iniciales de aprendizaje. Comprobaron que, en los ratones de tipo salvaje, las extremidades posteriores se estabilizaban para alcanzar la posición de evitación más rápidamente que el primer día, lo que indicaba recuerdo. Excitar las neuronas En1 durante el recuerdo aumentaba esta velocidad en un 80%, lo que indicaba un recuerdo motor mejorado.
"Estos resultados no sólo cuestionan la idea predominante de que el aprendizaje motor y la memoria se limitan exclusivamente a los circuitos cerebrales", dice Takeoka, "sino que demostramos que podíamos manipular el recuerdo motor de la médula espinal, lo que tiene implicaciones para las terapias diseñadas para mejorar la recuperación después de daños en la médula espinal".
Oriana Lorenzo con información de GV