Neurocientíficos de la Universidad de California San Diego han hecho un descubrimiento innovador sobre cómo el cerebro aprende nuevos movimientos. Su investigación, publicada en Nature, revela que el aprendizaje no se trata solo de ajustar los niveles de actividad, sino de remodelar fundamentalmente la conexión del cerebro, específicamente, las vías de comunicación entre diferentes regiones cerebrales. Este hallazgo ofrece posibles pistas para desarrollar nuevas terapias para trastornos neurológicos.
Neurocientíficos de la Universidad de California San Diego han realizado un descubrimiento innovador, publicado en la revista Nature, que avanza significativamente nuestra comprensión de cómo el cerebro aprende nuevos movimientos. Esta investigación, respaldada por los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., proporciona nuevos conocimientos sobre los cambios físicos que ocurren en los circuitos cerebrales durante el aprendizaje, abriendo puertas a posibles nuevas terapias para trastornos neurológicos.
Durante muchos años, la corteza motora primaria (M1), ubicada en el lóbulo frontal, ha sido reconocida como un área clave para enviar señales relacionadas con movimientos complejos. Más recientemente, el tálamo motor, situado en el centro del cerebro, ha sido implicado en influir en M1 durante el aprendizaje motor. Sin embargo, los mecanismos precisos de esta interacción seguían siendo esquivos. Este estudio, dirigido por el laboratorio del profesor Takaki Komiyama, empleó técnicas neurobiológicas avanzadas, incluyendo imágenes de alta tecnología y un nuevo método de análisis de datos, para investigar estos mecanismos en ratones.
El equipo de investigación identificó la vía talamocortical, el puente de comunicación entre el tálamo y la corteza, como el área clave que sufre modificaciones durante el aprendizaje. Este hallazgo va más allá de la simple observación de cambios en los niveles de actividad; revela que el aprendizaje motor en realidad remodela el cableado físico del circuito. Como explicó Assaf Ramot, autor principal del estudio, “El aprendizaje no solo cambia lo que hace el cerebro, sino que cambia cómo el cerebro está cableado para hacerlo”. Este recableado refina la comunicación entre el tálamo y la corteza a nivel celular, haciéndola más rápida, más fuerte y más precisa.
El estudio reveló una reorganización enfocada de la interacción tálamo-corteza durante el aprendizaje. El tálamo activa neuronas M1 específicas para codificar el movimiento aprendido, al tiempo que inhibe la activación de neuronas no involucradas en el movimiento. Esta focalización precisa de la actividad neuronal es un aspecto crucial del proceso de aprendizaje. Según Komiyama, “Durante el aprendizaje, estos cambios paralelos y precisos son generados por el tálamo que activa un subconjunto específico de neuronas M1, que luego activan otras neuronas M1 para generar un patrón de actividad aprendido”.
Una innovación clave de este estudio fue el desarrollo de un nuevo método analítico llamado ShaReD (Shared Representation Discovery, Descubrimiento de Representación Compartida). Desarrollado por Marcus Benna y Felix Taschbach, ShaReD aborda el desafío de identificar patrones de comportamiento comunes en diferentes sujetos, que pueden variar significativamente en sus representaciones neuronales. Los métodos existentes a menudo imponen una alineación artificial, pero ShaReD funciona más como la identificación de puntos de referencia que ayudan consistentemente a los viajeros, independientemente de sus rutas específicas.
El método ShaReD fue crítico para los hallazgos del estudio, permitiendo a los investigadores combinar datos de múltiples experimentos y hacer descubrimientos detallados que no habrían sido posibles de otra manera. Como afirmó Benna, “Este nuevo método nos permite combinar datos de múltiples experimentos para hacer descubrimientos detallados que no habrían sido posibles utilizando solo el número limitado de neuronas relevantes registradas en un cerebro individual”. Este enfoque permitió a los investigadores mapear sutiles características de comportamiento a la actividad de diferentes neuronas en cada animal, proporcionando una comprensión más matizada del proceso de aprendizaje.
Los hallazgos de este estudio proporcionan un nuevo modelo integral de cómo emergen los circuitos neuronales subyacentes a los movimientos aprendidos durante el aprendizaje. Además, la investigación ofrece esperanza para las personas que sufren de trastornos neurológicos. Ramot enfatiza que el estudio muestra que el aprendizaje no es solo repetición, sino una reconexión dirigida del cerebro. Comprender cómo las regiones del cerebro reorganizan su comunicación puede ayudar a diseñar mejores terapias y tecnologías que funcionen con los mecanismos naturales de aprendizaje del cerebro, ya sea para aprender una nueva habilidad, recuperarse de un derrame cerebral o usar una neuroprótesis.
Este estudio se basa en trabajos anteriores del laboratorio Komiyama, incluido un estudio publicado en Science que describió las múltiples reglas que siguen las neuronas durante el aprendizaje. La investigación actual ilumina aún más las complejidades del proceso de aprendizaje, ofreciendo una imagen más completa de cómo el cerebro se adapta y cambia. El equipo de investigación está dedicado a avanzar en la comprensión de la función cerebral y a desarrollar enfoques innovadores para tratar los trastornos neurológicos. El artículo también está dedicado a la memoria de An Wu, una brillante neurocientífica que trágicamente falleció en un incendio en un edificio de Montreal en 2023.
Este innovador estudio revela que el aprendizaje remodela la conexión neuronal, modificando la comunicación entre el tálamo y la corteza, no solo los niveles de actividad. Un nuevo método analítico, ShaReD, permitió mapear sutiles características conductuales a la actividad neuronal, ofreciendo esperanza para mejorar terapias y tecnologías para trastornos neurológicos al comprender cómo el cerebro se reconecta de forma natural.
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