Escribir, clavar un tornillo o lanzar dardos son solo algunas de las actividades que exigen un alto nivel de habilidad. En la revista Nature, un equipo de investigadores de la Universidad de Basilea y el Instituto Friedrich Miescher de Investigación Biomédica describen cómo el cerebro domina estos movimientos tan exquisitos. Un mapa de los circuitos del tronco encefálico revela qué neuronas controlan la motricidad fina del brazo y la mano.
Coger un bolígrafo y escribir nuestro nombre o tomar un tenedor para comer espaguetis con salsa de tomate son cosas que damos por sentado. Sin embargo, sostener un bolígrafo correctamente o llevar espaguetis a la boca sin ensuciar requiere movimientos precisos del brazo y un alto nivel de habilidad.
Detrás de todo nuestro comportamiento motor hay una interacción perfecta entre las neuronas del cerebro, la médula espinal y los músculos. Pero, ¿qué circuitos neuronales controlan la motricidad fina de los brazos, las manos y los dedos? El equipo de la Prof. Silvia Arber ha abordado esta cuestión en trabajos recientes. Los neurobiólogos que trabajan tanto en el Biozentrum de la Universidad de Basilea como en el Instituto Friedrich Miescher de Investigación Biomédica (FMI) han estado investigando cómo el sistema nervioso controla el comportamiento motor durante muchos años.
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Las neuronas del tronco encefálico controlan la motricidad fina
Usando un modelo de ratón, los investigadores han podido demostrar que una región específica del tronco encefálico es responsable de diversas actividades motoras finas de las extremidades anteriores. Para sus investigaciones aplicaron los llamados métodos optogenéticos y virales con el fin de marcar neuronas y observar su actividad. Esto permitió al equipo localizar cuatro subpoblaciones neuronales en esta región y correlacionarlas con funciones específicas. Por ejemplo, un grupo de neuronas pudo provocar el alcance de las extremidades anteriores, mientras que otro grupo controla el manejo de la comida.
En términos de evolución, el tronco encefálico es la parte más antigua del cerebro y es la extensión directa de la médula espinal. El tronco encefálico es una centralita importante entre los centros de planificación del movimiento de orden superior del cerebro y los circuitos ejecutivos de la médula espinal. En la médula espinal, los flujos de información sobre el movimiento finalmente llegan a las neuronas motoras que están directamente conectadas a las células de los músculos. Estos, a su vez, controlan el movimiento a través de la contracción. Recientemente se ha descubierto que el tronco encefálico consta de muchas áreas que contienen poblaciones neuronales funcionalmente especializadas, comprometidas con el control de diversas formas de movimientos corporales.
Mapa de los circuitos del tronco encefálico para la motricidad fina
En su estudio, el equipo de Arber definió la organización de las neuronas en una de esas regiones del tallo cerebral llamadas “médula rostral lateral” (latRM) y trazó sus vías de comunicación. Esto permitió a los investigadores asociar diferentes actividades de comportamiento con grupos específicos de neuronas latRM. “Las neuronas latRM realizan acciones relativamente simples de las extremidades anteriores, como alcanzar la comida, con proyecciones directas a la médula espinal”, explica el primer autor, Ludwig Ruder.
La ejecución de movimientos más complejos de las extremidades anteriores, que también involucran a los dedos, es decir, agarrar o llevar un trozo de comida a la boca, está controlado por neuronas latRM con conexiones a neuronas en otras regiones del tallo cerebral. “Las conexiones y los circuitos dentro del tronco cerebral son indispensables para las habilidades motoras más complejas”, dice Arber. “Las poblaciones neuronales que identificamos en el latRM controlan muy específicamente las habilidades motoras de las extremidades anteriores. En particular, la generación de movimientos complejos y precisos de las extremidades anteriores, como lanzar, agarrar o escribir, requiere la comunicación entre diferentes regiones del tallo cerebral“.
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El control de las acciones motoras es similar en el hombre y los animales
La división de poblaciones neuronales de acuerdo con diferentes formas de movimientos basados en la organización espacial y la conectividad proporciona información sobre la función del tronco cerebral y el control del comportamiento motor, en este caso, las habilidades motoras finas del brazo y la mano. Muchos circuitos neuronales del tronco cerebral son similares en humanos y animales. Por lo tanto, es posible plantear la hipótesis de qué poblaciones neuronales controlan qué movimientos o cómo las enfermedades o lesiones pueden afectar las habilidades motoras finas u otros comportamientos en los seres humanos.
Fuente y referencias
Fuente: Universidad de Basilea
Referencia del estudio:
Ludwig Ruder, Riccardo Schina, Harsh Kanodia, Sara Valencia-Garcia, Chiara Pivetta, Silvia Arber. A functional map for diverse forelimb actions within brainstem circuitry. Nature, 2021; DOI: 10.1038/s41586-020-03080-z