Cómo deciden los ganglios basales del encéfalo entre dos acciones complementarias

Dibujo20130123 Decision-making at the neuronal level

Imagina que conduces un coche con cambio de marchas automático. Para arrancar en un semáforo, pisas el acelerador al mismo tiempo que levantas el pie del freno. Para frenar en otro semáforo, pisas el freno al mismo tiempo que levantas el pie del acelerador. En la toma de decisiones en la que tu encéfalo tiene que elegir entre dos acciones complementarias (sean A y B), los ganglios basales se comportan de forma muy parecida. Hay una vía directa que promueve una acción (A) y una vía indirecta que suprime la acción complementaria (B) que se activan de forma simultánea, y viceversa. Así lo muestra una estudio publicado en Nature, cuyos autores opinan que podría ayudar a entender el temblor incontrolable asociado a la enfermedad de Parkinson.  El estudio ha utilizado técnicas optogenéticas para activar de forma selectiva las vías directa e indirecta asociadas a un movimiento concreto en ratones genéticamente modificados. Los autores creen que a la hora de tomar una decisión es más eficaz fortalecer las conexiones sinápticas tanto de las neuronas asociadas a la activación del movimiento como de las asociadas a la desactivación del movimiento complementario (o alternativo). Si se confirmase en primates modelo de la enfermedad de Parkinson que el fenómeno observado también es responsable de las dificultades motoras asociadas a esta enfermedad, como opinan los autores, se abriría una nueva vía terapéutica. Obviamente, todavía es muy pronto para lanzar las campanas al vuelo. Nos lo cuenta D. James Surmeier, “Neuroscience: To go or not to go,” Nature, AOP 23 January 2013, que se hace del artículo técnico de Guohong Cui et al., “Concurrent activation of striatal direct and indirect pathways during action initiation,” Nature, AOP 23 January 2013.

En la figura que abre esta entrada, las neuronas de la corteza cerebral (en rojo) se comunican con las neuronas del cuerpo estriado (en azul) para realizar una toma de decisión entre dos acciones posibles, sean A y B. Las neuronas de la sustancia negra (en verde) toman la decisión (recomendar la acción A) y la transmiten por medio de las neuronas del tálamo (en amarillo). El nuevo trabajo indica que dichas neuronas aconsejan la acción A y al mismo tiempo desaconsejan la acción B, por lo que se activan ambas vías de forma simultánea (la vía directa para A y la indirecta para B).

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Cómo aprenden los bebés a caminar

La impronta genética neuromotora determina cómo aprenden los bebés a caminar. La medida experimental mediante electromiografía (EMG) de la actividad de las neuronas motoras en bebés recién nacidos mientras dan sus primeros pasos ha permitido demostrar que utilizan patrones de control y estimulación neural similares a los observados en ratas, gatos, macacos y gallinas de guinea. Conforme el bebé se desarrolla va optimizando estos patrones neuromotores básicos y va añadiendo nuevos patrones hasta que aprende a caminar de forma óptima como un adulto. La evolución con la edad de estos patrones neuromotores se ha publicado en Nadia Dominici et al., “Locomotor Primitives in Newborn Babies and Their Development,” Science 334: 997-999, 18 November 2011.

Los investigadores han medido la actividad EMG de hasta 24 músculos simultáneamente de bebés neonatos, niños pequeños, preescolares y adultos. Los patrones medidos pasan de tener una forma casi sinusoidal hasta presentar una estructura pulsátil mucho más compleja. La explicación detallada de la evolución y optimización de estos patrones todavía es muy especulativa. Los autores han encontrado una buena correlación entre los cambios en los patrones neurales y los cambios en la biomecánica de la locomoción. Para explicar el caminar de un neonato bastan dos patrones de activación, pero el resultado es un caminar torpe y poco eficiente. Un adulto requiere al menos cuatro patrones bien optimizados y obtiene un caminar fluido y eficiente.