El sentido del tacto es esencial para casi todo lo que hacemos, desde tareas rutinarias en el hogar hasta navegar por terrenos desconocidos que pueden esconder peligros. Los científicos han estado interesados ​​durante mucho tiempo en comprender exactamente cómo la información táctil que obtenemos con nuestras manos y otras partes del cuerpo llega al cerebro para crear las sensaciones que sentimos.

Sin embargo, los aspectos clave del tacto, incluida la forma en que la médula espinal y el tronco encefálico participan en la recepción, el procesamiento y la transmisión de señales, siguen sin comprenderse bien.

Ahora, un par de artículos de científicos de la Escuela de Medicina de Harvard revelan nuevos conocimientos críticos sobre cómo la médula espinal y el tronco encefálico contribuyen al sentido del tacto.

Específicamente, la investigación muestra que la médula espinal y el tronco encefálico, que anteriormente se pensaba que eran meros centros de transmisión de información táctil, participan activamente en el procesamiento de señales táctiles a medida que viajan a regiones cerebrales de orden superior.

Un estudio, publicado el 4 de noviembre en Cell, muestra que las neuronas especializadas en la médula espinal forman una red compleja que procesa el tacto ligero (piense en el roce de una mano o un beso en la mejilla) y envía esta información al tronco encefálico.

En otro estudio, publicado el 23 de noviembre en Nature, los investigadores establecieron que las vías táctiles directas e indirectas funcionan juntas, convergiendo en el tronco encefálico para dar forma a cómo se procesa el tacto.

«Estos estudios centran la atención en la médula espinal y el tronco encefálico como sitios donde la información táctil se integra y procesa para transmitir diferentes tipos de contacto. No habíamos apreciado completamente cómo estas áreas contribuyen a la representación cerebral de la vibración, la presión y la otras características de los estímulos táctiles», dijo David Ginty, profesor de Neurobiología Edward R. y Anne G. Lefler en el Instituto Blavatnik en el HMS y autor principal de ambos artículos.

Aunque los estudios se realizaron en ratones, los mecanismos para el tacto se conservan en gran medida en todas las especies, incluidos los humanos, lo que significa que los conceptos básicos del procesamiento táctil podrían ser útiles para los científicos que estudian afecciones humanas como el dolor neuropático caracterizado por disfunción táctil.

«Esta comprensión detallada de la sensación táctil, es decir, sentir el mundo a través del contacto con la piel, puede tener implicaciones profundas para comprender cómo las enfermedades, los trastornos y las lesiones pueden afectar nuestra capacidad para interactuar con el entorno que nos rodea», dijo James. Gnadt, director de programas del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (NINDS), que proporcionó parte de los fondos para los estudios.

Pasado por alto y subestimado

La visión histórica del tacto es que las neuronas sensoriales de la piel se encuentran con un estímulo táctil, como presión o vibración, y envían esta información en forma de impulsos eléctricos que viajan directamente desde la piel hasta el tronco encefálico. Allí, otras neuronas transmiten información táctil a la corteza somatosensorial primaria del cerebro, el nivel más alto de la jerarquía táctil, donde se procesa en sensación.

Sin embargo, Ginty y su equipo se preguntaron si la médula espinal y el tronco encefálico están involucrados en el procesamiento de la información táctil y cómo lo hacen. Estas áreas ocupan el nivel más bajo de la jerarquía táctil y se combinan para formar una vía táctil más indirecta hacia el cerebro.

«La gente en el campo pensó que la diversidad y la riqueza del tacto procedían solo de las neuronas sensoriales en la piel, pero ese pensamiento no pasa por la médula espinal y el tronco encefálico», dijo Josef Turecek, becario postdoctoral en el laboratorio Ginty y el primer autor del estudio. Papel de la naturaleza.

Muchos neurocientíficos no están familiarizados con las neuronas de la médula espinal, llamadas neuronas de la columna dorsal postsináptica (PSDC), que se proyectan desde la médula espinal hacia el tronco encefálico, y los libros de texto tienden a dejar las neuronas PSDC fuera de los diagramas que representan los detalles del tacto, explicó Turecek.

Para Ginty, la forma en que la médula espinal y el tronco encefálico se han pasado por alto en el contacto le recuerda las primeras investigaciones sobre el sistema visual. Inicialmente, los científicos que estudiaban la visión pensaban que todo el procesamiento ocurría en la corteza visual del cerebro. Sin embargo, resultó que la retina, que recibe información visual mucho antes de que llegue a la corteza, está muy involucrada en el procesamiento de esta información.

«De manera análoga a la investigación sobre el sistema visual, estos dos artículos abordan cómo la información táctil proveniente de la piel se procesa en la médula espinal y el tronco encefálico antes de ascender en la jerarquía táctil a regiones cerebrales más complejas», dijo Ginty.

Conectando los puntos

En el artículo de Cell, los investigadores utilizaron una técnica que desarrollaron para registrar simultáneamente la actividad de muchas neuronas diferentes en la médula espinal mientras los ratones experimentaban varios tipos de contacto. Descubrieron que más del 90 por ciento de las neuronas en el asta dorsal, el área de procesamiento sensorial de la médula espinal, respondía al toque ligero.

«Esto fue sorprendente porque clásicamente se pensaba que las neuronas del asta dorsal en las capas superficiales de la médula espinal respondían principalmente a la temperatura y a los estímulos dolorosos. No habíamos apreciado cómo se distribuye la información del tacto ligero en la médula espinal», dijo Anda Chirila. investigadora en el laboratorio Ginty y coautora principal del artículo con la estudiante graduada Genelle Rankin.

Además, estas respuestas al toque ligero variaron considerablemente entre poblaciones genéticamente diferentes de neuronas en el asta dorsal, que se descubrió que formaban una red neuronal compleja y altamente interconectada. Esta variación en las respuestas, a su vez, dio lugar a una diversidad de información táctil transportada desde el asta dorsal hasta el tronco encefálico por las neuronas del PSDC. De hecho, cuando los investigadores silenciaron varias neuronas del asta dorsal, vieron una reducción en la diversidad de la información de toque ligero transmitida por las neuronas PSDC.

«Creemos que esta información sobre cómo se codifica el tacto en la médula espinal, que es el primer sitio en la jerarquía táctil, es importante para comprender los aspectos fundamentales del procesamiento táctil», dijo Chirila.

En su otro estudio, publicado en Nature, los científicos se centraron en el siguiente paso en la jerarquía táctil : el tronco encefálico. Exploraron la relación entre la vía directa desde las neuronas sensoriales de la piel hasta el tronco encefálico y la vía indirecta que envía información táctil a través de la médula espinal, como se describe en el artículo de Cell.

«Las neuronas del tronco encefálico reciben información tanto directa como indirecta, y teníamos mucha curiosidad sobre qué aspectos del tacto aporta cada vía al tronco encefálico», dijo Turecek.

Para analizar esta pregunta, los investigadores silenciaron alternativamente cada vía y registraron la respuesta de las neuronas en los troncos cerebrales de los ratones. Los experimentos demostraron que la vía directa es importante para comunicar vibraciones de alta frecuencia, mientras que la vía indirecta es necesaria para codificar la intensidad de la presión sobre la piel.

«La idea es que estas dos vías converjan en el tronco encefálico con neuronas que pueden codificar tanto la vibración como la intensidad, por lo que puede dar forma a las respuestas de esas neuronas en función de la cantidad de información directa e indirecta que tenga», explicó Turecek. En otras palabras, si las neuronas del tronco encefálico tienen más información directa que indirecta, comunican más vibración que intensidad, y viceversa.

Además, el equipo descubrió que ambas vías pueden transmitir información táctil desde la misma área pequeña de la piel, con información sobre la intensidad que se desvía a través de la médula espinal antes de unirse a la información sobre la vibración que viaja directamente al tronco encefálico. De esta manera, las vías directas e indirectas funcionan juntas, lo que permite que el tronco encefálico forme una representación espacial de diferentes tipos de estímulos táctiles de la misma área.

Finalmente en el mapa

Hasta ahora, «la mayoría de las personas han visto el tronco encefálico como una estación de relevo para el tacto, y ni siquiera han tenido la médula espinal en el mapa», dijo Ginty. Para él, los nuevos estudios «demuestran que se produce una gran cantidad de procesamiento de información en la médula espinal y el tronco encefálico, y este procesamiento es fundamental para la forma en que el cerebro representa el mundo táctil».

Tal procesamiento, agregó, probablemente contribuya a la complejidad y diversidad de la información táctil que el tronco encefálico envía a la corteza somatosensorial.

A continuación, Ginty y su equipo planean repetir los experimentos en ratones que están despiertos y se comportan bien, para probar los hallazgos en condiciones más naturales. También quieren expandir los experimentos para incluir más tipos de estímulos táctiles del mundo real, como textura y movimiento.

Los investigadores también están interesados ​​en cómo la información del cerebro, por ejemplo, sobre el nivel de estrés, hambre o agotamiento de un animal, afecta la forma en que se procesa la información táctil en la médula espinal y el tronco encefálico. Dado que los mecanismos táctiles parecen estar conservados en todas las especies, dicha información puede ser especialmente relevante para condiciones humanas como los trastornos del espectro autista o el dolor neuropático, en los que la disfunción neural provoca hipersensibilidad al tacto ligero.

«Con estos estudios, hemos establecido los componentes básicos de cómo funcionan estos circuitos y cuál es su importancia», dijo Rankin. «Ahora tenemos las herramientas para diseccionar estos circuitos para comprender cómo funcionan normalmente y qué cambia cuando algo sale mal».

Autoría y financiación

Otros autores del artículo de Cell incluyen a Shih-Yi Tseng, Alan Emanuel, Carmine Chavez-Martinez, Dawei Zhang y Christopher Harvey de HMS. Otros autores del artículo de Nature incluyen a Brendan Lehnert de HMS.

El apoyo para el artículo de Cell fue proporcionado por el Instituto de Neurociencia Mahoney de Harvard, el Centro Ellen R. y Melvin J. Gordon para la Cura y el Tratamiento de la Parálisis, la Fundación Nacional de Ciencias (GRFP DG1745303), una beca Stuart HQ & Victoria Quan, la Institutos Nacionales de Salud (MH125776; NS089521; NS119739; NS097344; AT011447), el Centro Hock E. Tan y K. Lisa Yang para la Investigación del Autismo y el Centro Edward R. y Anne G. Lefler para el Estudio de los Trastornos Neurodegenerativos.

El apoyo para el artículo de Nature fue proporcionado por el Instituto de Neurociencia Mahoney de Harvard, el Centro Ellen R. y Melvin J. Gordon para la Cura y el Tratamiento de la Parálisis, los Institutos Nacionales de Salud (NS097344; AT011447), el Centro Hock E. Tan y K Centro Lisa Yang para la Investigación del Autismo y el Centro Edward R. y Anne G. Lefler para el Estudio de los Trastornos Neurodegenerativos.