Científicos del Instituto Max Plank de Florida (MPFI) en Estados Unidos han descubierto cómo dos áreas del cerebro trabajan juntas como un reloj de arena para controlar de forma flexible la sincronización de los movimientos, tal y como publican en ‘Nature’.
Entre los hallazgos destaca que la corteza motora y el cuerpo estriado trabajan juntos como un reloj de arena para medir el tiempo y lograr movimientos precisos y coordinados. Por otra parte, se observó que silenciar temporalmente la actividad neuronal en la corteza motora pausó el cronómetro del cerebro, mientras que silenciar el cuerpo estriado lo rebobinó. Estos hallazgos revelan cómo el cerebro mantiene el tiempo para coordinar el movimiento, lo que algún día podría aprovecharse para restaurar el movimiento en trastornos como el Parkinson y la enfermedad de Huntington.
Ya sea al hablar o al batear, la sincronización precisa y adaptable de los movimientos es esencial para el comportamiento cotidiano. Aunque carecemos de órganos sensoriales como la vista o la nariz para percibir el tiempo, podemos medirlo y controlar la sincronización de nuestras acciones. Esta precisión temporal depende de un mecanismo de control en el cerebro, pero hasta ahora se desconocía cómo lo implementa. En esta nueva investigación, los científicos del MPFI revelan cómo funciona este mecanismo mediante la interacción de dos regiones cerebrales: la corteza motora y el cuerpo estriado. Juntas, estas áreas registran el paso del tiempo de forma similar a un reloj de arena.
Estudios previos sobre cómo el cerebro sincroniza el movimiento han destacado tanto la corteza motora como el cuerpo estriado como regiones cerebrales clave. Estas regiones muestran patrones de actividad neuronal consistentes con las funciones de sincronización y provocan déficits en la sincronización del movimiento cuando se dañan en enfermedades como el Parkinson y la enfermedad de Huntington.
Zidan Yang, científico principal del estudio, explica: «Sabíamos que existía un temporizador ajustable en el cerebro, pero no estaba claro cómo lo implementaba ni cuál era la función específica de cada región cerebral. Queríamos comprender con precisión cómo el cerebro gestiona el tiempo, ya que es una función crucial para nuestras actividades cotidianas».
Para lograrlo, los científicos entrenaron a ratones para que recibieran una recompensa lamiendo un dispensador en un momento específico, por ejemplo, después de 1 segundo. Durante esta tarea, los investigadores registraron la actividad de miles de neuronas tanto en la corteza motora como en el cuerpo estriado para medir sus patrones relacionados con el tiempo. Para comprender cómo podría funcionar el reloj biológico del cerebro, los científicos combinaron estas mediciones con una técnica llamada optogenética, que les permitió silenciar temporalmente la actividad de un área cerebral mediante destellos de luz y medir los cambios resultantes en los patrones relacionados con el tiempo en la otra área.
1. En profundidad
«Al combinar registros neuronales con cambios breves en la actividad de regiones cerebrales específicas, pudimos identificar el papel que desempeña cada región en el reloj interno del cerebro. Nos dimos cuenta de que estas regiones cerebrales trabajan juntas para medir el tiempo, pero desempeñan funciones únicas, similares a la parte superior e inferior de un reloj de arena», detalla Yang.
Los investigadores descubrieron que la corteza motora se asemeja a la parte superior de un reloj de arena, enviando flujos de señales neuronales al cuerpo estriado. En el cuerpo estriado, estas señales se acumulan con el paso del tiempo, al igual que la arena en el fondo del reloj. Una vez que la señal alcanza un cierto nivel, se desencadena el movimiento.
2. Más detalles
Cuando los investigadores silenciaron temporalmente la corteza motora, detuvieron el flujo de estas señales, como si apretaran el cuello de un reloj de arena para detener el flujo de arena. Esto interrumpió la acumulación de actividad en el cuerpo estriado y retrasó el momento en que el ratón lamía la golosina, como si el tiempo mismo se hubiera detenido.
Por otro lado, cuando los investigadores silenciaron el cuerpo estriado, reiniciaron las señales temporales como si se hubiera dado la vuelta al reloj de arena para reiniciar el cronómetro. Esto retrasó aún más el lamido del ratón, como si el tiempo se hubiera rebobinado.
3. A tener en cuenta
Los hallazgos del equipo representan un avance significativo en la comprensión de cómo la actividad neuronal en estas dos áreas interactúa para coordinar la sincronización de las acciones. Hidehiko Inagaki, líder del grupo de investigación del MPFI y autor principal del estudio, describe su objetivo final: «La corteza motora y el cuerpo estriado son las dos áreas cerebrales clave que controlan nuestro movimiento y se ven afectadas en muchos trastornos motores. Estamos trabajando para comprender cómo los patrones de actividad cerebral en estas áreas críticas permiten un control preciso del comportamiento, como los movimientos fluidos. Esperamos que este conocimiento pueda aprovecharse para restaurar las funciones motoras en quienes enfrentan los desafíos de vivir con un trastorno motor».
