CIENCIA

Tu cerebro usa la aritmética para controlar los movimientos rápidos

Es un raton corriendo en una cinta rodante incrustada en un corredor de realidad virtual. En su mente, se ve a sí misma corriendo por un túnel con un patrón distintivo de luces frente a ella. A través del entrenamiento, el ratón aprendió que si se detiene en las luces y mantiene esa posición durante 1,5 segundos, recibirá una recompensa: un pequeño trago de agua. Luego puede correr hacia otro conjunto de luces para obtener otra recompensa.

Este escenario es la base para la investigación. publicado en julio en Informes de celda por neurólogos Eli Adán, taylor jones y Mriganka Sur del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Investiga una pregunta simple: ¿Cómo funciona el cerebro, en ratones, humanos y otros mamíferos, lo suficientemente rápido como para detenernos en un centavo? El nuevo trabajo revela que el cerebro no está conectado para transmitir un comando abrupto de «parar» a la forma más directa o intuitiva. En su lugar, utiliza un sistema de señalización más complejo basado en los principios del cálculo. Este arreglo puede parecer demasiado complicado, pero es una forma sorprendentemente inteligente de controlar el comportamiento que debe ser más precisamente, los comandos del cerebro pueden ser.

El control sobre la mecánica simple de caminar o correr es relativamente fácil de describir: la región locomotora mesencefálica (MLR) del cerebro envía señales a las neuronas de la médula espinal, que envían impulsos inhibitorios o excitatorios a las neuronas motoras que controlan los músculos de las piernas: . Stop.Go Cada señal es un pico de actividad eléctrica generada por grupos de neuronas que se disparan.

Sin embargo, la historia se vuelve más complicada cuando se introducen metas, como cuando un jugador de tenis quiere correr a un lugar específico en la cancha o un ratón sediento ve una recompensa refrescante en la distancia. corteza cerebral ¿Cómo convierte el cerebro el objetivo (dejar de correr allí para obtener una recompensa) en una señal cronometrada con precisión que le dice al MLR que pise los frenos?

«Los humanos y los mamíferos tienen habilidades extraordinarias en lo que respecta al control sensoriomotor», dijo Sridevi Sarmaneurólogo de la Universidad Johns Hopkins. «Durante décadas, la gente ha estado estudiando qué hay en nuestro cerebro que nos hace tan flexibles, rápidos y saludables».

El más rápido y el más peludo.

Para entender la respuesta, los investigadores monitorearon la actividad neuronal en el cerebro del ratón mientras midieron cuánto tiempo le tomó al animal reducir la velocidad desde la velocidad máxima hasta detenerse por completo.Esperaban ver un aumento de la señal inhibitoria en el MLR, lo que provocó que las piernas se movieran. hasta casi detenerse instantáneamente, como un interruptor eléctrico que apaga una bombilla.

El neurocientífico Mriganka Sur y sus colegas descubrieron que en el cerebro del ratón, se codifica un comando físico preciso en el intervalo entre los picos de dos señales neuronales.»No hay información sobre la altura de los picos», dijo.

Foto: Webb Chapell

Pero una discrepancia en los datos refutó rápidamente esta teoría.Observaron una señal de «parada» en el MLR cuando el ratón desaceleró, pero su intensidad no fue lo suficientemente rápida como para explicar qué tan rápido se detuvo el animal.

«Si simplemente toma las señales de parada y las introduce en el MLR, el animal se detendrá, pero las matemáticas nos dicen que la parada no será lo suficientemente rápida», dijo Adam.

«La corteza no proporciona el interruptor», dijo Suhr. «Pensamos que eso es lo que haría la corteza, pasar de 0 a 1 con una señal rápida. No hace eso, ese es el rompecabezas».

Así que los investigadores sabían que tenía que haber un sistema de señalización adicional.

Para encontrarlo, observaron nuevamente la anatomía del cerebro del ratón: entre la corteza, donde se originan los objetivos, y el MLR, que controla el movimiento, se encuentra otra región, el núcleo subtalámico (STN). Ya se sabía que el STN se conecta al MLR a través de dos vías: una envía señales excitatorias y la otra envía señales inhibidoras.Los investigadores se dieron cuenta de que el MLR responde a la interacción entre las dos señales, en lugar de depender de la fuerza de una.

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