Aprender un movimiento complejo como atarse los zapatos o tocar un instrumento requiere práctica. Después de repetir los mismos movimientos una y otra vez, las personas a menudo desarrollan una forma formulada de realizar la tarea y es posible que ni siquiera tengan que volver a pensar en ello. Aunque realizamos tareas tan repetitivas todos los días, se sabe poco acerca de cómo el cerebro las aprende, las repite y las perfecciona.
Ahora, un investigador de la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland (UMSOM) y sus colegas de la Universidad de Harvard han demostrado en ratas cómo varias regiones del cerebro deben trabajar juntas para adquirir una habilidad y replicarla sin problemas con cada rata agregando su propio estilo en forma de «baile».
Su estudio fue publicado el 25 de febrero de 2022, en Avances de la ciencia.
«Además de seguir nuestra curiosidad básica por descubrir cómo funciona el cerebro y cómo aprendemos los movimientos, nuestro trabajo tiene muchas aplicaciones directas. Comprender las condiciones bajo las cuales aprenden los cerebros saludables informa cómo las personas deben entrenar para actividades altamente calificadas como ciertos deportes», dijo Steffen. Wolff, PhD, Profesor Asistente de Farmacología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland. «Más importante aún, algún día, con suerte, los conocimientos recopilados de este programa de investigación básica ayudarán a las personas con daño cerebral o enfermedades que afectan los movimientos».
El equipo de investigación entrena ratas para estudiar cómo sus cerebros aprenden y realizan nuevas habilidades. En estos experimentos, las ratas aprenden a presionar una palanca de una manera específica para beber agua.
«Durante el proceso de aprendizaje, desarrollan un pequeño baile y cada rata crea su propia coreografía», dijo el Dr. Wolff. «Después de haber perfeccionado su técnica, continúan haciendo lo que les funcionó cuando aprendieron: un animal arañará la pared, otro golpeará con el pie y otro sacará la lengua, mientras simultáneamente presiona la palanca».
Estos bailes son similares a los movimientos supersticiosos que realizan los lanzadores de béisbol cada vez que se preparan para lanzar la pelota, como tirar del ala de la gorra o rascar la arena con el pie.
En un estudio anterior, el equipo demostró que cuando los investigadores dañaban la corteza motora, parte de la capa más externa del cerebro, las ratas no podían aprender sus pequeños bailes. Sin embargo, una vez que aprendieron su baile para ejecutar la tarea, pudieron realizarla perfectamente sin esta región del cerebro. En un estudio diferente, los investigadores encontraron otra área del cerebro esencial para aprender la tarea: los ganglios basales, una región profunda del cerebro. Esta región también se ve afectada en la enfermedad de Parkinson.
En su estudio más reciente, los investigadores juntaron las piezas y se preguntaron si la corteza motora le enseña a los ganglios basales a producir la nueva habilidad. Usaron virus para cerrar la conexión entre las dos áreas del cerebro. Como esperaban los investigadores, descubrieron que sin la corteza motora enseñando a los ganglios basales, las ratas ya no podían desarrollar ninguno de sus bailes.
Luego, los investigadores querían ver si los ganglios basales también trabajaban junto con otras regiones del cerebro para ejecutar la habilidad aprendida. Se centraron en otra región profunda del cerebro, que también tiene fuertes conexiones con los ganglios basales: el tálamo.
Cuando los investigadores ahora interrumpieron la conexión del tálamo a los ganglios basales con su herramienta de virus, las ratas aún presionaron la palanca, pero perdieron por completo sus «bailes» idiosincrásicos aprendidos. Las ratas volvieron a golpear repetidamente la palanca, tal como lo hicieron todas cuando comenzaron a aprender la tarea. El Dr. Wolff explicó que estos movimientos simples podrían ser producidos por otras partes más básicas del cerebro, como el tronco encefálico.
«Este trabajo ayuda a revelar la lógica de cómo las regiones cerebrales individuales trabajan juntas para controlar el aprendizaje y la ejecución de habilidades, un primer paso en nuestra búsqueda para ayudar a tratar a pacientes con trastornos del movimiento motor como la enfermedad de Parkinson y lesiones por trauma o accidente cerebrovascular en el motor. controlar partes del cerebro», dijo Dean E. Albert Reece, MD, PhD, MBA, Vicepresidente Ejecutivo de Asuntos Médicos, UM Baltimore, y el Profesor Distinguido John Z. y Akiko K. Bowers en la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland .
Otros autores del estudio son Raymond Ko, PhD, y Bence Ölveczky, PhD, de la Universidad de Harvard.
Este estudio fue financiado por el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (R01-NS099323-01, R01-NS105349), una beca posdoctoral de la Organización Europea de Biología Molecular (ALTF1561-2013) y una beca posdoctoral del Programa Científico Human Frontier (LT 000514/ 2014).
