¿Quién está conduciendo tu bicicleta? Estudiando los mecanismos neuronales del control del movimiento

El control del movimiento es una de las funciones primordiales de nuestro sistema nervioso central. Desde levantar un brazo para empujar una puerta, hasta las complejas secuencias necesarias para la conducción de una bicicleta, nuestro cerebro dedica una enorme cantidad de funciones y regiones a la coordinación y automatización del movimiento.

Para controlar nuestros movimientos, el cerebro identifica la posición de nuestro cuerpo y calcula los cambios necesarios en los ángulos de nuestras articulaciones para llevar a cabo el movimiento deseado. Durante la ejecución, envía los comandos motores para controlar la fuerza con la que contraemos los músculos y utiliza mecanismos de retroalimentación cuasiinmediata para corregir en el momento posibles desviaciones del objetivo. Una vez realizado el movimiento, determina si los cálculos e implementación fueron los adecuados y, de no ser así, programa las correcciones necesarias para la siguiente ocasión en que se realice.

Por la complejidad de estos procesos, prácticamente todos nuestros movimientos comienzan con una fase de baja eficiencia que requiere altos niveles de atención, por ejemplo, cuando aprendimos a andar en bicicleta. Sin embargo, después de largos periodos de entrenamiento, los movimientos y cálculos previamente descritos se realizan con gran facilidad, éxito y automatismo, permitiéndonos llevar a cabo varias conductas de manera simultánea; por ejemplo, al andar en bicicleta levantar la mano para saludar a un amigo. Si lo meditamos un momento, nos daremos cuenta de que la estructura de la mayoría de nuestras conductas cotidianas está compuesta por una abrumadora mayoría de movimientos automáticos para los que no prestamos atención, pero sin los cuales nuestra vida sería prácticamente imposible.

Se ha postulado que en nuestro cerebro la actividad neuronal, concertada de las cortezas sensoriales y motoras primarias, el tálamo en sus regiones sensoriomotoras, los ganglios basales y el cerebelo, resulta en el control y automatización del movimiento. Cuando alguna de estas estructuras se daña o funciona incorrectamente, como sucede durante la enfermedad de Parkinson, se despliegan síntomas motores que en muchas ocasiones pueden comprometer o inhabilitar el movimiento de una parte o de todo el cuerpo.

Por lo tanto, entre los principales retos que enfrentamos los neurocientíficos que estudiamos el control del movimiento están determinar la participación específica, interacción y códigos neuronales sobre los que descansa la comunicación entre estos circuitos neuronales durante la producción de la conducta. La complejidad radica en que se estima que el cerebro humano contiene alrededor de 80,000 millones de neuronas (un número similar al de las estrellas de algunas galaxias), y que cada una podría conectarse con cientos a miles de otras neuronas.

Entonces, ¿cómo cuantificar la actividad o determinar la arquitectura anatómica de este número astronómico de neuronas y conexiones? Gracias a diversos avances tecnológicos, en las últimas dos a tres décadas el conocimiento al respecto ha tenido avances significativos. La combinación de herramientas genéticas, moleculares, microscópicas y electrofisiológicas ha posibilitado el monitoreo simultáneo de decenas a miles de neuronas en modelos animales mientras hacen distintos tipos de movimientos. Al mismo tiempo, el uso de herramientas genéticas y farmacológicas ha posibilitado la manipulación de grupos neuronales con altos niveles de precisión, acercándonos cada vez más a comprender las relaciones causales entre la actividad neuronal y la conducta.

A pesar de eso, aún estamos lejos de comprender completamente cómo es que nuestras redes sensoriomotoras subyacen a nuestros movimientos, y más aún, cómo es que su actividad puede ser recuperada en condiciones patológicas.

En ese contexto, el objetivo de nuestro grupo de investigación en el Instituto de Neurobiología es revelar los circuitos y mecanismos neuronales involucrados en el control de la amplitud, velocidad y temporización de los movimientos en condiciones normales y patológicas. Para esto, estudiamos los circuitos neuronales relacionados con la formación de hábitos motores en roedores, que son un modelo experimental que guarda muchas similitudes con el humano, especialmente en el ámbito del control motor.

Mediante el uso de herramientas de monitoreo y manipulación de la actividad neuronal, hemos podido determinar que el flujo de información sensorial proveniente de las cortezas y el tálamo y a través de los circuitos de los ganglios basales, es indispensable para producir movimientos automáticos con la temporización adecuada. También hemos observado que este flujo de información se ve afectado en un modelo de la enfermedad de Parkinson en roedores, y se asocia con la incapacidad de los animales para aprender y automatizar secuencias de movimientos.

Ese tipo de hallazgos nos están ayudando a esclarecer los mecanismos básicos que subyacen algunos síntomas motores asociados a la enfermedad mencionada, y en el futuro podrían ser la base para intervenciones puntuales para aliviarlos.

*Departamento de Neurobiología del Desarrollo y Neurofisiología Instituto de Neurobiología, UNAM