“Debemos entender que los procesos neuronales y los vasos neuronales de la atención están relacionados directamente con las bases neuronales de la percepción”: Violeta Gisselle López Huerta

Entender cómo el sistema nervioso central obtiene información para transformarla en comandos motores que den contexto a la conducta y cómo lo anterior se hace de manera automatizada, fue parte de los objetivos de la más reciente sesión del ciclo Olores, sabores y dolores: una visión neurobiológica, coordinado por Pablo Rudomin, miembro de El Colegio Nacional, y Ranier Gutiérrez, del Centro de Investigación y Estudios Avanzados (CINVESTAV) del Instituto Politécnico Nacional.

La mesa se transmitió en vivo el 13 de junio por las plataformas digitales de la institución y contó con la participación de los doctores en ciencias Pavel Rueda Orozco, quien impartió la ponencia “¿Quién está conduciendo tu bicicleta? Transformaciones sensoriomotoras en los ganglios basales”; Violeta Gisselle López Huerta, con la ponencia “Una puerta y un guardián: mecanismos neuronales para la percepción y la atención”; y Luis Carrillo-Reid, quien habló del “Control cerebral por medio de optogenética para entender la percepción”.

Pavel Rueda Orozco, investigador del Instituto de Neurobiología de la UNAM, comentó que los sistemas motores utilizan diferentes métodos sensoriales para poder realizar de manera automática la conducta, lo que se conoce como un hábito motor. Por ejemplo, cuando se conduce una bicicleta, los sistemas que participan en esta conducta son el sistema visual; el sistema vestibular, que ayuda a mantener el equilibrio; el somatosensorial, que es relevante para sentir el movimiento de los pedales; y las cortezas motoras.

En su laboratorio, el experto se centra en entender cómo es que los ganglios basales, aquellos que se encargan de iniciar los movimientos musculares y coordinar los cambios de postura de las personas, toman información somatosensorial para dirigir automáticamente la conducta de los humanos.

“La información sensorial se organiza en el cerebro. En la corteza somatosensorial que está sobre el lóbulo parietal se tiene una representación de todo el cuerpo y esa corteza ayuda a sentir. En la parte superior se representan los pies y el cuerpo, en la central está la representación de la mano, la cara y la boca de las personas. Si nosotros tuviéramos la posibilidad de inhibir información sensorial en estas regiones, el control motor sufriría y perdería la capacidad de moverse adecuadamente”, explicó.

Agregó que el movimiento es prácticamente una transformación sensorial motora, si se quitara esa sensación no se podría mover correctamente. Para este tipo de estudios, el investigador mexicano y su equipo utilizan ratones, porque los roedores cuentan con el estriado –al igual que los humanos–, que es el principal núcleo de los ganglios basales y que tiene una representación somatotópica del cuerpo de la rata.

De acuerdo con Rueda Orozco, el sistema somatosensorial funciona de la siguiente manera: cuando se estimula el dedo de una persona, la información sube al sistema nervioso central a través del sistema de la columna dorsal y hace una sinapsis en el tálamo ventral posterolateral, que, a su vez, envía la información a la corteza somatosensorial primaria, aquella que tiene la representación del cuerpo de los humanos. “Si estimuláramos mecánicamente la pata de una rata y pudiéramos registrar la corteza somatosensorial, sería posible ver la respuesta ante uno o dos estímulos. Estos estímulos serían posibles con optogenética”, que permite controlar la función de un grupo específico de neuronas con ayuda de la luz.

Recordó que en un experimento realizado con roedores, enseñaron a los ratones a realizar una secuencia de movimientos con duración de siete segundos, con la idea de que, al encender una luz, la rata tenía que dejarse llevar por la caminadora hasta la parte posterior y después regresar hacia la parte delantera. Si el animal lograba esta secuencia en el tiempo estimado era reforzado con una gota de agua azucarada: “Al grupo de animales le tomó alrededor de 10 a 20 sesiones, que fueron cerca de 3 mil ensayos. Una vez que lo aprendió les duró miles de ensayos, esto es lo que consideramos un hábito motor”.

En palabras del científico, estos experimentos sugieren que entender la información somatosensorial puede ayudar a comprender cómo funcionan los sistemas sensoriales en condiciones fisiológicas y patológicas: “En la literatura hay artículos que utilizan a la bicicleta como un tratamiento en pacientes con Parkinson, que pareciera ayudar a tener algún tipo de mejoría en la sintomatología motora. Es muy difícil olvidar esos aprendizajes motores en el campo de los ganglios basales, cuando ya es un hábito fijo y muy bien entrenado, cuando la conducta se ha cristalizado”. La única manera de borrar este tipo de aprendizajes sería lesionando los ganglios basales, puntualizó Rueda Orozco.

Una puerta y un guardián: mecanismos neuronales para la percepción y la atención

Por su parte, Violeta Gisselle López Huerta, investigadora del Instituto de Fisiología Celular de la UNAM, dictó la ponencia “Una puerta y un guardián: mecanismos neuronales para la percepción y la atención”, en la que se refirió a los distintos estímulos sensoriales que bombardean a diario a los seres humanos, que son capaces de hacer una tarea teniendo varios estímulos a la vez: “Debemos entender que los procesos neuronales y los vasos neuronales de la atención están relacionados directamente con las bases neuronales de la percepción”.

Explicó que el tálamo es la parte por donde llegan todas las señales sensoriales al cerebro: “La primera parada para las señales auditivas, visuales, somatosensoriales, que de ahí pasan a distintas regiones, incluidos los ganglios basales y regiones corticales. Por ello, el tálamo es considerado la puerta de entrada a la corteza”. Agregó que hay una región dentro del mismo tálamo que se llama núcleo reticular talámico y es una pequeña capa de neuronas que están entre la corteza y esta región del sistema nervioso central.

Desde 1984 se pensó que si el tálamo era la puerta de entrada a la corteza cerebral, el núcleo reticular talámico debería ser el guardián, porque es un tipo de freno de la información, afirmó. Agregó que esta parte del cuerpo es la que podría permitir a las personas y a los ratones poner atención en una tarea específica, a pesar de los estímulos externos que tengan: “Cuando el animal tiene que poner atención a un estímulo auditivo, aumenta la actividad del núcleo reticular de la región visual, es decir inhibe el tálamo visual para permitir que el tálamo auditivo mande la información a la corteza auditiva. De alguna manera, el núcleo reticular talámico permite que haya una ganancia del estímulo relevante y que se suprima la información del estímulo no relevante”.

De acuerdo con la experta, el núcleo reticular talámico está compuesto por un gradiente genético, estás neuronas expresan diversos perfiles genéticos que le permiten una variabilidad, una heterogeneidad para controlar distintos procesos: “Muchos de estos genes se codifican para receptores, canales y proteínas que tienen que ver con los patrones de disparo de las neuronas. Las neuronas se comunican en patrones de información a través de señales eléctricas que se llaman potenciales de acción”.

Afirmó que el tálamo se divide en diferentes tipos de núcleo: “Es relevante, porque tienen patrones de disparo diferentes, lo cual quiere decir que son regulados de forma distinta. El freno que pone el tálamo es a través de los patrones de disparo que van a la corteza y depende de la información que están recibiendo estos núcleos talámicos”.

Puntualizó que debe existir un balance para que se logren desarrollar procesos cognitivos complejos: “De hecho, estos núcleos que están altamente conservados en los mamíferos, pueden estar afectados por distintos tipos de enfermedades no sólo por el Parkinson, sino enfermedades del neurodesarrollo como el déficit de atención hiperactiva y el autismo”.

Control cerebral por medio de optogenética para entender la percepción

En su participación, Luis Carrillo-Reid, investigador del Instituto de Neurobiología de la UNAM, habló del “Control cerebral por medio de optogenética para entender la percepción”. Aseguró que a los neurocientíficos les interesa saber cómo la actividad cerebral da paso a todo el aprendizaje y a la formación de perceptos de distintas modalidades sensoriales: “El reto para entender el funcionamiento cerebral es que existen millones de neuronas con millones de conexiones entre sí. Para conocer cuál es el vínculo causal entre la actividad de grupos de neuronas específicos y un comportamiento, se necesitan tecnologías que permitan leer y escribir información en el cerebro”.

Entre las tecnologías con las que se puede leer y escribir información en el cerebro se encuentran la microscopia de doble fotón, que consiste en un microscopio con dos láseres de diferentes longitudes conectados, uno permite ver la actividad de las neuronas y el otro estimular y activar grupos de neuronas seleccionados. Además, de la optogenética, rama de la biotecnología, que permite marcar neuronas específicas del cerebro y activarlas mediante la luz.

Explicó que para entender y analizar la actividad de muchos grupos de neuronas se necesita estudiarlos como vectores poblacionales en muchas dimensiones, es decir, como un grupo de neuronas que se activa en un tiempo específico: “Pueden pensarse como flechas que apuntan a un lugar en el espacio, si apuntan a un mismo lugar significa que los vectores son iguales, que sean similares significa que el mismo grupo de neuronas tiene la misma actividad”.

Afirmó que con ayuda de algoritmos matemáticos se puede analizar la actividad de muchas neuronas al mismo tiempo y ver cómo se codifica la información visual: “Cuando se les muestra a los ratones imágenes con diferentes orientaciones vemos que hay un grupo de neuronas específico que se activa con rayas verticales y uno diferente cuando son rayas horizontales”.

“Con estos experimentos mostramos que este tipo de tecnologías sí podían servir para reactivar una percepción. Los experimentos que siguen para los próximos años en neurociencias son tratar de controlar estos circuitos funcionales, como tocar el piano con el cerebro, pensar que cada neurona es como una tecla en el piano y con el láser podemos activar grupos muy específicos, en diferentes tiempos, que significan distintos perceptos en secuencia para hacer tareas que tienen que ver con diferentes grupos de neuronas y funciones cerebrales”, finalizó.

Fuente: El Colegio Nacional