El movimiento en los animales es complejo, especialmente en los seres humanos. Una variedad de neuronas coordinan la actividad y la inactividad de nuestros músculos, y sin esa coordinación nos caeríamos de bruces cuando salimos a caminar.

Los científicos saben desde hace bastante tiempo cómo las neuronas motoras de la médula espinal que activan los músculos se organizan para generar una salida más enérgica, para pasar de caminar a trotar a correr, por ejemplo. Sin embargo, se sabe poco acerca de cómo funcionan las interneuronas inhibidoras de la columna para inhibir, o silenciar, otras neuronas y grupos de músculos relacionados en coordinación con los grupos de músculos activos a través de velocidades cambiantes.

Ahora, un equipo de investigación de la Universidad Northwestern ha descubierto en un estudio del pez cebra que existe una relación muy ordenada entre cuándo nacen estas neuronas inhibidoras críticas, su participación en diferentes velocidades de movimiento y qué parte de una neurona motora inervan. Como resultado de esta configuración compartimental, las cantidades de inhibición recibidas por las neuronas motoras se ajustan a diferentes velocidades de movimiento.

El pez cebra es un organismo modelo cuya médula espinal funciona de manera similar a la nuestra. Aprender más sobre el movimiento ondulante de los peces nadadores permitirá a los científicos comprender mejor cómo caminan los humanos.

El estudio será publicado el 23 de octubre por la revista Science.

« Una mejor comprensión de cómo se organizan los circuitos en la médula espinal para coordinar los movimientos nos coloca en una mejor posición para reparar las cosas cuando están dañadas o enfermas », dijo David McLean, autor correspondiente del estudio.

« El hecho de que veamos este patrón en la médula espinal, una parte relativamente primitiva del sistema nervioso, y en los peces, un vertebrado relativamente primitivo, significa que los sistemas nerviosos hicieron uso de este esquema compartimental para regular la actividad mucho antes de lo que lo hubiéramos hecho. esperado « , dijo. « Es un poco como descubrir piezas para un motor de combustión durante una excavación arqueológica ».

McLean es profesor asociado de neurobiología en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg. Estudia el desarrollo y organización funcional de las redes motoras. Con su investigación sobre cómo estas redes controlan la dirección y la velocidad de los movimientos, McLean espera revelar principios generales que ayuden a explicar los trastornos que afectan nuestra capacidad para movernos, como la enfermedad de Parkinson, la epilepsia y la lesión de la columna.

« Como neurocientíficos, nuestro trabajo es dar sentido a la enorme complejidad que encontramos en el sistema nervioso que genera el comportamiento », dijo McLean. « Una forma de hacerlo es buscar patrones que nos den la sensación de que hay una lógica subyacente : un algoritmo que une especies y es útil en otras partes del cerebro. Este, creo, es uno de esos patrones ».

En su estudio, McLean y su equipo utilizaron una serie de enfoques de vanguardia, incluido el uso de láseres y proteínas fluorescentes para iluminar neuronas individuales y sus conexiones en el pez transparente. También utilizaron la electrofisiología en peces modificados genéticamente para caracterizar la función en animales intactos que se comportan.

Los investigadores encontraron que las neuronas inhibidoras que nacen primero están activas durante los movimientos más rápidos y son más efectivas para silenciar la producción motora al inervar los axones de las neuronas motoras, más cerca de donde se genera la actividad. Las siguientes en desarrollarse son las interneuronas activas a velocidades intermedias que inhiben fuertemente los cuerpos celulares de las neuronas motoras, seguidas de las activas a velocidades lentas que inhiben débilmente las dendritas.

Colectivamente, la disposición de las entradas inhibitorias en diferentes compartimentos estructurales simplifica el proceso de asegurar patrones apropiados de salida del motor a diferentes velocidades, dijo McLean, ya que diferentes tipos de células pueden proporcionar un ‘veto’ más fuerte o más débil sobre la salida del motor dependiendo de cuándo estén activos..

« Este patrón compartimental existe en otros animales y regiones del cerebro, pero usando el pez cebra descubrimos claras consecuencias funcionales al observar el desarrollo de los circuitos, similar a comprender cómo funciona un automóvil siguiendo la línea de ensamblaje », dijo Sandeep Kishore, primer autor del estudio y investigador asociado en el laboratorio de McLean.

Durante el desarrollo temprano del pez cebra, las redes inhibitorias que controlan los movimientos más contundentes son las primeras en volverse funcionales, seguidas por las que controlan los movimientos más sutiles y controlados.

« Esto tiene cierto sentido cuando se considera el desarrollo humano, donde nuestras primeras acciones son movimientos de patadas en el útero », dijo McLean. « Sólo más tarde requerimos y adquirimos habilidades motoras más finas ».