Cómo el cerebro ignora la información que distrae para coordinar los movimientos

Cómo el cerebro ignora la información que distrae para coordinar los movimientos

La última investigación tiene implicaciones para comprender los trastornos sensoriales y construir mejores prótesis y robots que puedan ajustar sus movimientos en función de lo que tocan.

LA JOLLA—Mientras lee este artículo, los receptores táctiles en su piel están detectando su entorno. Tu ropa y joyas, la silla en la que estás sentado, el teclado de la computadora o el dispositivo móvil que estás usando, incluso tus dedos cuando se rozan sin querer: cada toque activa colecciones de células nerviosas. Pero, a menos que un estímulo sea particularmente inesperado o se requiera para ayudarte a orientar tus propios movimientos, tu cerebro ignora muchas de estas entradas.

Ahora, los investigadores de Salk han descubierto cómo las neuronas en una pequeña área del cerebro de los mamíferos ayudan a filtrar las señales que distraen o perturban, específicamente de las manos, para coordinar movimientos diestros. Sus resultados, publicados en la revista Ciencia: el 14 de octubre de 2021, puede brindar lecciones sobre cómo el cerebro también filtra otra información sensorial.

“Estos hallazgos tienen implicaciones no solo para obtener una mejor comprensión de cómo nuestro sistema nervioso interactúa con el mundo, sino también para enseñarnos cómo construir mejores prótesis y robots, y cómo reparar de manera más efectiva los circuitos neuronales después de una enfermedad o lesión”, dice. Eiman Azim, profesor asistente en el Laboratorio de Neurobiología Molecular de Salk y la Cátedra de Desarrollo William Scandling.

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que se necesita la entrada de las manos para coordinar movimientos hábiles, desde lanzar una pelota hasta tocar un instrumento musical. En un experimento clásico, a los voluntarios con las yemas de los dedos anestesiadas y entumecidas les resultó extremadamente difícil levantar y encender una cerilla.

“Hay una idea errónea común de que el cerebro envía una señal y tú simplemente realizas el movimiento resultante”, dice Azim. “Pero en realidad, el cerebro incorpora constantemente información de retroalimentación sobre el estado de sus extremidades y dedos y ajusta su salida en respuesta”.

Si el cerebro respondiera a cada señal del cuerpo, rápidamente se sentiría abrumado, como sucede con algunos trastornos del procesamiento sensorial. Azim y sus colegas querían identificar exactamente cómo un cerebro sano logra elegir qué señales táctiles tener en cuenta para coordinar movimientos diestros como manipular objetos.

Utilizaron una combinación de herramientas en ratones para estudiar las células dentro de un área pequeña en el tronco encefálico llamada núcleo cuneiforme, que es la primera área en la que las señales de la mano ingresan al cerebro. Si bien se sabía que la información sensorial pasa a través del núcleo cuneiforme, el equipo descubrió que un conjunto de neuronas en esta región en realidad controla la cantidad de información de las manos que eventualmente pasa a otras partes del cerebro. Al manipular esos circuitos para permitir una retroalimentación más o menos táctil, el equipo de Azim podría influir en cómo los ratones realizan tareas hábiles, como tirar de una cuerda o aprender a distinguir texturas, para ganar recompensas.

"El núcleo cuneiforme a menudo se conoce como una estación de retransmisión, como si la información simplemente estuviera pasando a través de él", dice el investigador del personal James Conner, primer autor del nuevo artículo. "Pero resulta que la información sensorial en realidad está siendo modulada en esta estructura".

Conner y Azim continuaron mostrando cómo diferentes partes de la corteza en ratones, la región responsable del comportamiento adaptativo más complejo, pueden a su vez controlar las neuronas del cuneato para dictar con qué fuerza filtran la información sensorial de las manos.

Hoy en día, a pesar de décadas de trabajo, la mayoría de las prótesis y los robots luchan por tener dedos ágiles y realizar movimientos de mano pequeños y precisos. Azim y Conner dicen que su trabajo podría ayudar a informar el diseño de mejores procesos para integrar la información sensorial de los dedos artificiales en este tipo de sistemas para mejorar su destreza. También podría tener implicaciones para la comprensión de los trastornos del procesamiento sensorial o la resolución de problemas en el cerebro cuando el flujo de información sensorial se desequilibra.

“Los sistemas sensoriales han evolucionado para tener una sensibilidad muy alta con el fin de maximizar las respuestas de protección a las amenazas externas. Pero nuestras propias acciones pueden activar estos sistemas sensoriales, generando así señales de retroalimentación que pueden perturbar nuestras acciones previstas”, dice Conner.

“Estamos constantemente bombardeados con información del mundo, y el cerebro necesita maneras de decidir qué pasa y qué no”, dice Azim. "No se trata solo de retroalimentación táctil, sino también visual, olfativa y auditiva, temperatura y dolor; las lecciones que estamos aprendiendo sobre este circuito probablemente se apliquen de manera general a cómo el cerebro también modula este tipo de retroalimentación".

Otros autores incluyeron a Andrew Bohannon, Masakazu Igarashi, James Taniguchi y Nicholas Baltar de Salk.

DOI: 10.1126 / science.abh1123