Aya Takeoka, del Centro RIKEN de Ciencias del Cerebro (CBS) en Japón, y su equipo han descubierto el circuito neuronal en la médula espinal que permite el aprendizaje motor independiente del cerebro. Tal y como se publica en 'Science', el trabajo encontró dos grupos críticos de neuronas de la médula espinal, uno necesario para un nuevo aprendizaje adaptativo y otro para recordar adaptaciones una vez aprendidas. Los hallazgos podrían ayudar a los científicos a desarrollar formas de ayudar a la recuperación motora después de una lesión de la médula espinal.
Los científicos saben desde hace algún tiempo que la producción motora de la médula espinal se puede ajustar mediante la práctica incluso sin cerebro. Esto se ha demostrado de manera más dramática en insectos sin cabeza, cuyas patas aún pueden entrenarse para evitar señales externas. Hasta ahora, nadie ha descubierto exactamente cómo es posible esto y, sin esta comprensión, el fenómeno no es mucho más que un hecho peculiar. Como explica Takeoka, "obtener información sobre el mecanismo subyacente es esencial si queremos comprender los fundamentos de la automaticidad del movimiento en personas sanas y utilizar este conocimiento para mejorar la recuperación después de una lesión de la médula espinal".
Antes de saltar a los circuitos neuronales, los investigadores primero desarrollaron una configuración experimental que les permitió estudiar la adaptación de la médula espinal del ratón, tanto el aprendizaje como el recuerdo, sin intervención del cerebro. En cada prueba había un ratón experimental y un ratón de control cuyas patas traseras colgaban libremente. Si la pata trasera del ratón experimental caía demasiado, era estimulada eléctricamente, emulando algo que un ratón querría evitar. El ratón de control recibió la misma estimulación al mismo tiempo, pero no vinculada a la posición de sus patas traseras.
Después de sólo 10 minutos, observaron el aprendizaje motor sólo en los ratones experimentales; sus piernas permanecieron en alto, evitando cualquier estimulación eléctrica. Este resultado demostró que la médula espinal puede asociar una sensación desagradable con la posición de la pierna y adaptar su potencia motora para que la pierna evite la sensación desagradable, todo sin necesidad de un cerebro. Veinticuatro horas más tarde, repitieron la prueba de 10 minutos, pero invirtieron la prueba con los ratones experimentales y de control. Los ratones experimentales originales aún mantenían las patas en alto, lo que indica que la médula espinal conservaba un recuerdo de la experiencia pasada, lo que interfería con el nuevo aprendizaje.
Habiendo establecido así tanto el aprendizaje inmediato como la memoria en la médula espinal, el equipo se dispuso a examinar los circuitos neuronales que hacen que ambos sean posibles. Utilizaron seis tipos de ratones transgénicos, cada uno con un conjunto diferente de neuronas espinales desactivadas, y los probaron para determinar el aprendizaje motor y la reversión del aprendizaje. Descubrieron que las extremidades traseras de los ratones no se adaptaban para evitar las descargas eléctricas después de que se desactivaban las neuronas situadas en la parte superior de la médula espinal, en particular aquellas que expresan el gen Ptf1a .
Cuando examinaron a los ratones durante la inversión del aprendizaje, descubrieron que silenciar las neuronas que expresan Ptf1a no tenía ningún efecto. En cambio, un grupo de neuronas en la parte inferior, ventral, de la médula espinal que expresan el gen En1 fue fundamental. Cuando estas neuronas fueron silenciadas el día después de aprender a evitar, la médula espinal actuó como si nunca hubieran aprendido nada. Los investigadores también evaluaron la recuperación de la memoria el segundo día repitiendo las condiciones iniciales de aprendizaje. Descubrieron que en ratones de tipo salvaje, las extremidades traseras se estabilizaron para alcanzar la posición de evitación más rápido que el primer día, lo que indica recuerdo. La excitación de las neuronas En1 durante la recuperación aumentó esta velocidad en un 80%, lo que indica una mayor recuperación motora.
"Estos resultados no sólo desafían la noción predominante de que el aprendizaje motor y la memoria se limitan únicamente a los circuitos cerebrales", comenta Takeoka, "sino que demostramos que podemos manipular la memoria motora de la médula espinal, lo que tiene implicaciones para las terapias diseñadas para mejorar la recuperación después de daños en el cable de la médula espinal".
