Cómo controlan las neuronas las funciones motoras precisas de los brazos

Importante para los ingenieros de desarrollo en robótica: las órdenes motoras emitidas por el cerebro para activar los músculos de los brazos tienen dos rutas diferentes

Como ha descubierto ahora recientemente el grupo de investigación dirigido por la profesora Silvia Arber en la Universidad de Biozentrum de Basilea y el Instituto Friedrich Miescher para la Investigación Biomédica, muchas neuronas en la médula espinal envían sus instrucciones no sólo hacia la musculatura, sino que, al mismo tiempo, también de regreso al cerebro a través de una red exquisitamente organizada. Este doble flujo de información aporta la base neural para un control preciso de los movimientos del brazo y de la mano. Estos hallazgos se han publicado en la revista Cell.

El movimiento es una capacidad fundamental de los seres humanos y los animales que implica la altamente compleja interacción de cerebro, los nervios y los músculos. Los movimientos de los brazos y las manos, en particular, exigen una coordinación muy precisa. El cerebro envía una corriente constante de comandos a través de la médula espinal a los músculos para ejecutar una amplia variedad de movimientos. Esta corriente de información desde el cerebro alcanza interneuronas de la médula espinal, que luego transmiten los comandos a través de otros circuitos a las neuronas motoras que activan el movimiento de los músculos. El grupo de investigación dirigido por Silvia Arber en el Biozentrum de la Universidad de Basilea y el Instituto Friedrich Miescher para la Investigación Biomédica ha dilucidado la organización de una segunda vía de información tomada por estos comandos.

CC para el cerebro: un comando… dos direcciones

Los científicos demostraron que muchas interneuronas de la médula espinal de ratón no sólo transmiten sus señales a través de las neuronas motoras hacia el músculo elegido, sino que también envían simultáneamente una copia de esta información de regreso al cerebro. Chiara Pivetta, primer autor de la publicación, explica: «El comando motor para el músculo se envía en dos direcciones diferentes: en una dirección para provocar la contracción muscular que se desea, y en el otro para informar al cerebro que el comando en realidad se ha transmitido a la musculatura». En analogía a la transmisión de correo electrónico, la información es por lo tanto no sólo enviada al destinatario, sino también al solicitante original.

Información al núcleo del tronco cerebral separada por función

¿Qué sucede con la información enviada por las interneuronas espinales al cerebro? Como descubrió el grupo de Arber, esta entrada es separada por función y organizada espacialmente dentro de un núcleo del tronco cerebral. La información de diferentes tipos de interneuronas por lo tanto fluye a diferentes zonas del núcleo. Por ejemplo, la información de la columna vertebral influirá en la coordinación izquierda-derecha de un movimiento que es colectada en un sitio diferente a la información que afecta la velocidad de un movimiento.

Habilidades motoras precisas apoyadas por flujo doble de información

Arber comenta: «De una milésima de segundo a otro, esta información extremadamente precisa asegura que las órdenes se transmitan correctamente y que —por medio de las señales enviadas desde el cerebro hasta la médula espinal— el movimiento resultante se coordine inmediatamente con el cerebro y se ajuste». Curiosamente, los científicos sólo observaron este tipo de flujo de información hacia el cerebro para el brazo, pero no para el control de las piernas. «Lo que demuestra esto», dice Arber, «es que esta vía de información es probable que sea más importante para la motricidad fina. En comparación con la pierna, los movimientos de nuestro brazo y sobre todo las manos tienen que ser mucho más precisos. Evidentemente, nuestro cuerpo sólo puede garantizar este nivel de precisión en el control motor con una retroalimentación constante de las información».

Terminales sinápticas de las neuronas premotoras en el núcleo del tronco cerebral estudiado (azul). Los axones de una subpoblación de interneuronas de la médula marcadas terminan en un dominio específico de este núcleo del tronco cerebral (rosa)

En próximos estudios, el grupo de Silvia Arber planea investigar qué sucede si el flujo de información hacia el cerebro se interrumpe de manera específica. Dado que algunas interneuronas facilitan y otras inhiben el movimiento, este tipo de estudios podrían aportar nuevos datos sobre la funcionalidad de los circuitos que controlan el movimiento.

Referencia de publicación: Chiara Pivetta, María Soledad Esposito, Markus Sigrist y Silvia Arber. Motor-Circuit Communication Matrix from Spinal Cord to Brainstem Neurons Revealed by Developmental Origin. Cell, Volumen 156, Número 3, 537-548, 30 de enero 2014

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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