Estudio encuentra que el cerebro busca la mejor forma de mover el cuerpo

La investigación que examina cómo el cuerpo se adapta a los nuevos movimientos está arrojando nueva luz sobre cómo aprende el sistema nervioso y podría ayudar a informar una amplia gama de aplicaciones, desde rehabilitación personalizada y entrenamiento atlético hasta sistemas portátiles para el cuidado de la salud. La investigación se publica esta semana en la revista Biología actual.

«¿Cómo descubre nuestro cerebro cómo mover mejor nuestro cuerpo? Resulta que esto puede ser un problema desafiante para el sistema nervioso, considerando que tenemos cientos de músculos que pueden coordinarse cientos de veces por segundo, con más patrones de coordinación posibles para elegir que moverse en un tablero de ajedrez», dice el autor principal del estudio y profesor de la Universidad Simon Fraser (SFU), Max Donelan, director del Laboratorio de Locomoción de la SFU.

«A menudo experimentamos cambios en nuestro cuerpo y en nuestro entorno. Tal vez disfrute de una carrera larga un sábado por la mañana: sus músculos pueden fatigarse a medida que aumenta la duración de la carrera. Tal vez elija correr en la playa durante las vacaciones: la arena puede ser desigual y suelto en comparación con el pavimento de la acera. Si bien podemos registrar que estos cambios han ocurrido, es posible que no apreciemos cómo nuestro cuerpo se adapta a estos cambios».

El equipo de neurocientíficos de Donelan que estudia el aprendizaje motor colaboró ​​con un equipo de ingenieros mecánicos de la Universidad de Stanford que diseñan sistemas humanos-robot. Juntos, rastrearon las características de caminar de los participantes del estudio que usaban exoesqueletos.

Recomendaciones

Los investigadores descubrieron que el sistema nervioso resuelve el problema de aprender un nuevo patrón de coordinación de movimiento explorando y evaluando primero muchos patrones de coordinación diferentes. Esta exploración se midió como un aumento general en la variabilidad que abarca los niveles de todo el movimiento, la articulación y el músculo.

Con experiencia, el sistema nervioso adapta aspectos específicos del movimiento y simultáneamente disminuye la variabilidad en estos aspectos. Los investigadores también encontraron que estos cambios adaptativos mejoraron el movimiento en general, reduciendo el costo energético de caminar en aproximadamente un 25 por ciento.

«Creamos nuevos contextos usando exoesqueletos que actúan para ayudar a caminar, y luego estudiamos cómo las personas exploran nuevos movimientos y aprenden movimientos más óptimos», dice Sabrina Abram, autora principal del estudio y ex estudiante graduada en el Laboratorio de Locomoción. Los participantes experimentaron caminar en este contexto durante seis días, lo que resultó en unas 30 horas de tiempo de laboratorio para cada uno y una extraordinaria cantidad de datos recopilados por la coautora Katherine Poggensee.

Si bien el sistema nervioso parece beneficiarse de la búsqueda inicial entre muchos patrones de coordinación diferentes, también se beneficia de la reducción de este espacio de búsqueda con el tiempo, agrega Abram. «Esto se debe a que continuar buscando entre los patrones de coordinación que ya reducen la energía puede, a su vez, aumentar la energía, además de aumentar el ya desafiante problema de descubrir la mejor manera de moverse».

Aplicaciones

Comprender cómo el cerebro busca y descubre la mejor manera de mover el cuerpo es importante para un corredor que navega por nuevos terrenos, así como para un paciente que se recupera de una lesión en la columna o un derrame cerebral.

Por ejemplo, saber cuándo el cuerpo se ha adaptado a un nuevo régimen de entrenamiento puede ayudar a los entrenadores a identificar en qué punto un atleta debe hacer la transición para aprender nuevas habilidades. Esto también puede ser útil para diseñar sistemas portátiles, como exoesqueletos y prótesis, al facilitar el aprendizaje y luego evaluar las respuestas óptimas de las personas a una variedad de diseños.

«A todos nos gustaría movernos de la mejor manera posible. Para las personas sanas, parece que, con las circunstancias adecuadas, el cerebro puede encargarse de esto. Para aquellos que se están recuperando de una lesión, podríamos aprender cómo rehabilitar mejor esta lesión». de una mejor comprensión de cómo el sistema nervioso aprende a adaptarse», dice Donelan.