Cómo se reorganiza el cerebro para formar recuerdos motores

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Cuando aprendes a andar en bicicleta o tocar un instrumento musical, tus movimientos corporales están descoordinados en el mejor de los casos. Pero con el tiempo y muchas repeticiones, las neuronas motoras del cerebro crean una especie de taquigrafía entre la mente y el músculo. Los movimientos asociados eventualmente se vuelven tan arraigados que saltar en una bicicleta o jugar con una balanza parece casi automático.

¿Cuáles son los fundamentos celulares de cómo funciona este proceso de aprendizaje motor? En un estudio publicado esta semana en neuronaY el equipo de investigación dirigido Dr. Simon Chen de la Facultad de Medicina de Ottawa Ofrece valiosos nuevos conocimientos sobre este perdurable rompecabezas de la neurociencia.

laboratorio Se enfoca en descubrir cómo se codifican y almacenan los recuerdos en el cerebro, especialmente con el aprendizaje motor, el complejo proceso de cómo se mueven y coordinan los músculos de nuestro cuerpo. con este es el ultimo estudioEl equipo de investigación de Chen exploró los mecanismos involucrados en la regulación de la adquisición y consolidación de la memoria motora durante la práctica repetitiva.

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Dra. ChenCátedra Canadiense de Investigación en Circuitos Neurales y ComportamientoÉl dice que los hallazgos del estudio pueden ser útiles en el desarrollo de objetivos terapéuticos que podrían ayudar a restaurar las funciones motoras en pacientes con enfermedad de Parkinson, accidente cerebrovascular o lesión cerebral. Esto es importante porque restaurar la coordinación motora gruesa y recuperar los movimientos perdidos es una batalla muy difícil para estas personas.

«Si entendemos cómo se regula la adquisición de habilidades motoras en el cerebro, tal vez algún día podamos ayudar a los pacientes con accidente cerebrovascular o enfermedad de Parkinson a recuperar esas habilidades durante el proceso de rehabilitación», dice.

El estudio se centró en ratones, no en humanos. Pero debido a que los científicos creen que los mecanismos de formación de la memoria son muy similares en ratones y humanos, es probable que los hallazgos sean profundamente relevantes para las personas.

Entonces, ¿cómo funcionaron los experimentos?

Al restringir los movimientos de la cabeza de los ratones durante la fase de formación de imágenesY el Lo que permite a los científicos escanear el cerebro con precisión unicelular, el equipo entrenó a los animales para realizar una tarea motora específica: alcanzar y agarrar gránulos de comida de un estante de entrega automatizado.

Inicialmente, los ratones atados a la cabeza dudaban y eran torpes al agarrar los gránulos. Los investigadores realizaron un análisis detallado de los movimientos de los animales utilizando DeepLabCut, un conjunto de herramientas de software de aprendizaje profundo que combina videos de captura de movimiento con inteligencia artificial. Descubrieron que con la repetición y el tiempo, los ratones formaron movimientos estereotípicos de alcance y agarre que finalmente les permitieron asegurar la comida con facilidad.

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El equipo quería ver la activación de las neuronas para estos movimientos de alcance y agarre, y observar la formación de vías sinápticas en el cerebro a medida que ocurren.

«Pudimos observar cambios en el cerebro mientras los ratones estaban aprendiendo esta tarea», dice el Dr. Chen, profesor asistente en el Departamento de Medicina Celular y Molecular de la Facultad de Medicina.

Usando imágenes de dos fotones, un tipo de microscopía que permite la visualización de tejido vivo a una escala micrométrica, su equipo pudo ver la reorganización de las espinas dendríticas entre las neuronas excitatorias en la corteza motora primaria mientras los ratones montados en la cabeza realizaban estos gránulos. – Agarrar acciones a lo largo del tiempo. Las espinas dendríticas, estructuras neuronales en sinapsis similares a piruletas con palos delgados y picos similares a burbujas, son clave para la formación y el almacenamiento de la memoria.

Acercándose al nivel celular, los investigadores descubrieron que el aprendizaje motor induce selectivamente la expresión de un «factor de transcripción» dependiente de la actividad llamado NPAS4 en la corteza motora primaria.

Lo que revelan estos nuevos hallazgos, dice el Dr. Chen, es que la expresión de este factor de transcripción desencadena un grupo neuronal inhibidor relacionado con el aprendizaje que modula la inhibición en la corteza motora primaria. Esto modula la reorganización de las espinas dendríticas entre las neuronas excitatorias durante el aprendizaje.

NPAS4 regula principalmente los cambios genéticos en las neuronas inhibitorias que controlan la actividad de estas neuronas de manera similar a cómo un control deslizante de volumen controla los altavoces de una computadora portátil. Estos hallazgos «también muestran que la inducción neuronal específica del factor de transcripción actúa como una característica específica que subyace en la formación de neuronas que actúan en el aprendizaje», dice el Dr. Chen.

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En otras palabras, la repetición de movimientos a lo largo del tiempo alteró el funcionamiento interno de la corteza motora primaria de los animales, la parte del cerebro que solo tienen los mamíferos y que controla movimientos complejos.

El equipo descubrió que la expresión del factor de transcripción NPAS4 en las neuronas inhibidoras es clave para que su cerebro supere las elecciones para formar los recuerdos motores más fuertes de movimientos específicos, y debe volver a expresarse constantemente para que esos recuerdos se consoliden y refinen. en tu mente mientras haces ejercicios repetitivos.

Referencia: Yang J, Serrano P, Yin X, Sun X, Lin Y, Chen SX. Los grupos de interneuronas de somatostatina que expresan NPAS4 funcionalmente distintas son importantes para el aprendizaje de habilidades motoras. neurona. 2022; 0 (0). dui: 10.1016 / j.neurona.2022.08.018

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