Científicos descubren grupos de neuronas en la médula espinal que permiten el aprendizaje motor independiente del cerebro

La médula espinal puede aprender y recordar independientemente del cerebro, afirma un estudio japonés. El hallazgo podría abrir nuevas opciones terapéuticas para reparar las lesiones medulares.

Por el RIKEN

Crédito: DELL-E

Aya Takeoka, del Centro RIKEN de Ciencias 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 la revista Science, señala dos grupos concretos 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 sufrir una lesión medular.

La médula espinal es una parte crucial del sistema nervioso central que se extiende desde la base del encéfalo hasta la parte inferior de la espalda, pasando por el canal vertebral. Funciona como un puente para la transmisión de señales entre el cerebro y el resto del cuerpo.

La médula espinal juega un papel fundamental en la transmisión de señales nerviosas entre el cerebro y los nervios periféricos que se ramifican a diversas partes del cuerpo. Estas señales incluyen impulsos motores que controlan los movimientos musculares y sensaciones como el tacto, el dolor y la temperatura. También es responsable de los reflejos, que son respuestas automáticas a ciertos estímulos. Por ejemplo, el reflejo de retirada que ocurre cuando tocamos algo caliente. Estos reflejos suelen procesarse directamente en la médula espinal sin la intervención consciente del cerebro.

Internamente, la médula espinal está dividida en materias gris y blanca.

En cuanto a su estructura, la médula espinal está compuesta por nervios que se organizan en tramos o segmentos, cada uno de los cuales se conecta a un grupo específico de músculos o receptores sensoriales a través de las raíces nerviosas. La médula espinal aparece protegida por las vértebras, que son los huesos que forman la columna vertebral.

Internamente, la médula espinal está dividida en materia gris, que contiene los cuerpos neuronales, y materia blanca, que contiene los axones mielinizados que transmiten las señales nerviosas a gran velocidad.

Científicos japoneses han demostrado que se manipular el recuerdo motor de la médula espinal, lo que tiene implicaciones para las terapias diseñadas para mejorar la recuperación después de sufrir daños en la médula espina. lCrédito: DALL-E

Los científicos saben desde hace tiempo que la producción motora de la médula espinal puede ajustarse con la práctica incluso sin cerebro. Esto se ha demostrado de forma espectacular en insectos descabezados, 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 resulta 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."

Ratones con las patas traseras colgando libremente.

Antes de adentrarse en los circuitos neuronales, los investigadores desarrollaron un montaje experimental que les permitía estudiar la adaptación de la médula espinal del ratón, 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.

Un modelo de segmentos de la columna vertebral y la médula espinal humanas. Crédito: Karyn Marshall

Tras solo diez minutos, los científicos 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 diez minutos, pero invirtieron los ratones experimentales y de control. Los ratones experimentales originales seguían manteniendo las patas levantadas, lo que indicaba que la médula espinal conservaba un recuerdo de la experiencia pasada, que interfería en el nuevo aprendizaje.

Una vez establecidos tanto el aprendizaje inmediato como la memoria en la médula espinal, el equipo de investigación 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.

Los neurocuentíficos 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 (Pancreas transcription factor 1 subunit alpha ).

Es posible manipular la memoria motora de la médula espinal.

Cuando examinaron a los ratones durante la inversión del aprendizaje, descubrieron que silenciar las neuronas que expresan el gen 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 silvestres las extremidades posteriores se estabilizaban para alcanzar la posición de evitación más rápidamente que el primer día, lo que indicaba recuerdo. La excitación de las neuronas En1 durante el recuerdo aumentó esta velocidad en un 80%, lo que indica una mejora del recuerdo motor.

"Estos resultados no solo desafían la noción predominante de que el aprendizaje motor y la memoria se limitan únicamente a los circuitos cerebrales— dice Takeoka,. Y añade—: Hemos demostrado que podemos manipular el recuerdo motor de la médula espinal, lo que tiene implicaciones para las terapias diseñadas para mejorar la recuperación después de sufrir daños en la médula espinal".

• Información facilitada por el RIKEN - Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Ediciones

• Fuente: Simon Lavaud et al. Two inhibitory neuronal classes govern acquisition and recall of spinal sensorimotor adaptation. Science (2024). DOI: 10.1126/science.adf6801