Crean un mapa cerebral para desentrañar las conexiones neuronales que controlan el movimiento
Científicos desarrollan un atlas cerebral que revela cómo el cerebro se conecta con las interneuronas espinales para controlar el movimiento muscular. Este innovador mapa abre nuevas posibilidades para entender la comunicación entre el cerebro y la médula espinal.
Por Enrique Coperías
Al seguir el origen de las señales recibidas por los interneuronas V1, Jay Bikoff y Anand Kulkarni —en primer plano—, del Departamento de Neurobiología del Desarrollo de St. Jude, produjeron un mapa cerebral para visualizar las conexiones entre el cerebro y la médula espinal en el centro del control de la función motora. Cortesía: St. Jude Children's Research Hospital
Las señales enviadas desde el cerebro a las neuronas motoras son esenciales para el movimiento muscular, aunque, antes de alcanzar su destino, suelen pasar por las interneuronas espinales. Estas son células nerviosas ubicadas en la médula espinal que actúan como intermediarias entre las neuronas sensoriales, que reciben estímulos del entorno, y las neuronas motoras, que controlan los músculos. Son esenciales para coordinar y procesar señales, facilitando respuestas rápidas como los reflejos.
A pesar de su importancia, aún no se comprende con claridad cómo se conecta el cerebro con este diverso grupo de células, comúnmente conocidas como operadoras de centralita.
Un equipo del St. Jude Children's Research Hospital, en Estados Unidos, ha creado un atlas integral del cerebro que identifica las regiones cerebrales responsables de enviar señales directas a las interneuronas V1, un grupo celular crítico para el control del movimiento. Este innovador atlas, junto con un sitio web interactivo tridimensional, ofrece una herramienta valiosa para explorar la anatomía del sistema nervioso y entender cómo se comunican el encéfalo y la médula espinal.
Los hallazgos de esta investigación han sido publicadas en la revista Neuron.
Desentrañando la compleja red entre el encéfalo y la salida motora
«Durante décadas sabemos que el sistema motor funciona como una red distribuida, pero la salida final ocurre a través de la médula espinal —explica Jay Bikoff, del Departamento de Neurobiología del Desarrollo del St. Jude y autor principal del estudio. Y añade—: En la médula espinal, las neuronas motoras son las responsables de provocar la contracción muscular. Sin embargo, estas no operan de forma aislada; su actividad está modulada por redes de interneuronas que son increíblemente diversas, tanto en su composición molecular como en su función».
A pesar de los avances significativos en el entendimiento de cómo diferentes áreas del cerebro contribuyen al control motor, un aspecto clave sigue siendo poco comprendido: cómo estas regiones cerebrales se conectan con neuronas específicas de la médula espinal. Estudiar estas conexiones es especialmente complicado, debido a la gran diversidad y complejidad de las interneuronas, que se presentan en cientos de subtipos estrechamente interrelacionados.
«Es como intentar desenredar una bola de luces de Navidad, pero aún más complicado, ya que lo que estamos tratando de resolver es el producto de más de 3.000 millones de años de evolución» señaló Anand Kulkarni, coautor principal del estudio, en una nota de prensa del St. Jude.
Comprender el control neural del movimiento
Avances recientes han demostrado la existencia de subclases de interneuronas molecular y evolutivamente distintas, pero aún se desconoce mucho sobre su lugar en la comunicación neuronal. «Definir las dianas celulares de los sistemas motores descendentes es fundamental para comprender el control neural del movimiento y el comportamiento —afirma Bikoff—. Necesitamos saber cómo comunica el cerebro estas señales».
Para diseccionar los circuitos que unen el cerebro con la médula espinal, los investigadores utilizaron una versión modificada genéticamente del virus de la rabia a la que le falta una proteína clave, la glicoproteína, en su superficie. Esto inhibió la capacidad del virus para propagarse entre las neuronas.
De este modo, el virus quedaba varado en su origen. Al reintroducir esta glicoproteína en una población específica de interneuronas, el virus podía dar un único salto a través de las sinapsis antes de quedar atrapado de nuevo. Los investigadores utilizaron una etiqueta fluorescente para seguir al virus. Rastreando dónde acababa este, los investigadores podían determinar con precisión qué regiones del cerebro estaban conectadas a estas interneuronas.
Los neurocientíficos han elaborado un atlas 3D interactivo del cerebro que permite predecir con precisión cómo se conectan las distintas regiones del cerebro con la médula espinal y las interneuronas involucradas en estas interacciones.
Mapa 3D revela conexiones clave entre el cerebro y las interneuronas
El equipo de investigadores utilizó un enfoque innovador para estudiar una clase específica de interneuronas conocidas como interneuronas V1, que desempeñan un papel esencial en la regulación de la salida motora. Este enfoque permitió rastrear con precisión el origen de múltiples señales que estas interneuronas reciben desde el encéfalo.
«Nos centramos exclusivamente en las interneuronas V1, aunque sabemos que constituyen un grupo muy heterogéneo —coment Bikoff. Y añade—:Nuestra idea fue: 'Apuntemos a tantas V1 como podamos y analicemos qué áreas del cerebro proyectan señales hacia ellas'».
Para visualizar estas neuronas, los investigadores emplearon la tomografía seriada de dos fotones, una técnica avanzada que crea un atlas tridimensional detallado del cerebro. Este método consiste en realizar cientos de secciones delgadas de apenas micrones de grosor, y marcar las neuronas con fluorescencia para identificarlas. El resultado fue un atlas de referencia en 3D que permitió predecir con precisión cómo se conectan las distintas regiones del cerebro con la médula espinal y las interneuronas involucradas en estas interacciones.
Identificar cómo estas estructuras se conectan con la médula espinal permite a los investigadores profundizar en los circuitos neuronales que controlan el movimiento, y el atlas web que lo acompaña garantizará que los datos sean de libre acceso para todos. «Entendemos lo que hacen algunas de las regiones cerebrales identificadas desde el punto de vista del comportamiento —explica Bikoff—. Pero ahora podemos formular hipótesis sobre cómo median estos efectos y cuál podría ser el papel de las interneuronas V1. Será muy útil para el campo como motor de generación de hipótesis».▪️
Información facilitada por el St. Jude Children's Research Hospital
Fuente: Chapman, Phillip D. et al. A brain-wide map of descending inputs onto spinal V1 interneurons. Neuron (2024). DOI: 10.1016/j.neuron.2024.11.019
