Intenta caminar a ciegas. No es tan simple, pero tampoco es tan difícil si tienes una noción del espacio que te rodea. Pese a que no utilicemos los ojos parece haber un vínculo subliminal entre nuestro sentido de orientación visual y motor. Caminar es un acto simple y complejo a la vez. Requiere de la coordinación de nuestro cuerpo completo, pero también de redes neuronales visuales y motoras o, en el caso de los ciegos, sonoras y motoras (aunque muchas veces quienes pierden la visión reconfiguran parte de su córtex visual para que procese estímulos sonoros).
La relación entre la vista y el sistema motor es fundamental para que podamos desarrollar muchas acciones y es una clave para entender cómo, eventualmente, podríamos lograr que personas que han perdido la movilidad por un accidente o son tetrapléjicas o parapléjicas de la cintura para abajo, puedan recobrar la voluntad de movimiento y caminar por voluntad propia. ¿Pero cómo puede ser esto posible? Es una de las metas de Neuralink, la empresa de interfaz cerebro-computadora de Elon Musk, lograr que personas con esos impedimentos recobren su movilidad, primero implantando una BCI en el cerebro y luego una interfaz en la zona afectada, que generalmente es algún punto de la espina dorsal, o también en rodillas o partes del sistema nervioso que se extienden por las piernas. Pero para lograrlo es un requisito entender los vínculos entre las redes neuronales visuales y motoras.
Es por esto que hoy comentaremos un estudio que aporta grandes conclusiones sobre este tema. La investigación llevada a cabo por Eugenia Chiappe, neurocientífica de la Fundación Champalimaud de Portugal, y su equipo comenzó a consolidarse cuando ella vio por primera vez los resultados y tuvo la corazonada de que su equipo había hecho un descubrimiento excepcional. Estaban grabando a partir de neuronas visuales, pero la habitación estaba a oscuras, por lo que no había ninguna señal visual que pudiera impulsar las neuronas de esa manera.
"Eso significaba que la actividad inusual era un artefacto, lo cual era poco probable, o que procedía de una fuente no visual", recuerda Chiappe. "Una vez investigada y descartada la posibilidad de interferencia, estaba seguro: las neuronas seguían fielmente los pasos del animal".
Unos años y muchos nuevos conocimientos después, Chiappe y su equipo presentan ahora su descubrimiento en la revista científica Neuron: una red neuronal bidireccional que conecta las patas y el sistema visual para dar forma a la marcha. "Uno de los aspectos más notables de nuestro hallazgo es que esta red permite caminar simultáneamente en dos escalas de tiempo diferentes", afirma Chiappe. "Funciona en una escala de tiempo rápida para controlar y corregir cada paso mientras promueve el objetivo de comportamiento del animal".
"La visión y la acción pueden parecer no estar relacionadas, pero en realidad están estrechamente asociadas; basta con elegir un punto en la pared e intentar colocar el dedo sobre él con los ojos cerrados", dijo Chiappe. "Aun así, se sabe poco sobre la base neural de este vínculo".
En este estudio, el equipo se centró en un tipo concreto de neurona visual que se sabe que conecta con áreas cerebrales motoras. "Queríamos identificar las señales que reciben estas neuronas y entender si participan en el movimiento y cómo lo hacen", explica Terufumi Fujiwara, primer autor del estudio.
Para responder a estas preguntas, Fujiwara utilizó una poderosa técnica llamada registro de parches de células enteras que le permitió aprovechar el "estado de ánimo" de las neuronas, que puede ser positivo o negativo.
"Las neuronas se comunican entre sí mediante corrientes eléctricas que alteran la carga global de la neurona receptora. Cuando la carga neta de la neurona es más positiva, es más probable que se active y transmita señales a otras neuronas. En cambio, si la carga es más negativa, la neurona está más inhibida", explica Fujiwara.
El equipo siguió la carga de las neuronas y descubrió que se sincronizaba con los pasos del animal de una manera óptima para afinar cada movimiento. "Cuando el pie estaba en el aire, la neurona era más positiva, preparada para enviar direcciones de ajuste a la región motora si era necesario. En cambio, cuando el pie estaba en el suelo, lo que imposibilitaba los ajustes, la carga era más negativa, lo que inhibía eficazmente a la neurona", explica Chiappe.
Cuando el equipo analizó más a fondo sus resultados, observó que la carga de las neuronas también cambiaba en una escala de tiempo más larga. En concreto, cuando la mosca caminaba rápido, la carga era cada vez más positiva.
"Creemos que esta variación ayuda a mantener el objetivo de comportamiento del animal", dijo Fujiwara. "Cuanto más tiempo lleva la mosca caminando rápido, mayores son las posibilidades de que necesite ayuda para mantener este plan de acción. Por lo tanto, las neuronas se vuelven cada vez más 'alerta' y están listas para ser reclutadas para el control del movimiento".
Siguieron muchos experimentos que permitieron obtener una descripción más completa de la red y demostrar su implicación directa en la marcha. Pero, según Chiappe, este estudio va más allá de revelar un nuevo circuito visual-motor, ya que aporta una nueva perspectiva sobre los mecanismos neuronales del movimiento.
"La visión actual de cómo se genera el comportamiento es muy 'descendente': el cerebro ordena al cuerpo. Pero nuestros resultados ofrecen un claro ejemplo de cómo las señales procedentes del cuerpo contribuyen al control del movimiento. Aunque nuestros hallazgos se hicieron en el modelo animal de la mosca, especulamos que pueden existir mecanismos similares en otros organismos. Las representaciones relacionadas con la velocidad son fundamentales durante la exploración, la navegación y la percepción espacial, funciones que son comunes a muchos animales, incluidos los humanos", concluyó.
La perspectiva de cómo la percepción espacial se estructura a través de una dinámica recíproca entre en el cuerpo y el cerebro, específicamente las piernas en el caso del caminar, abre una nueva ruta de investigación que podría ayudar a comprender en mayor profundidad este acto tan básico y sustancial. Es cierto que la investigación se hizo con moscas, pero como comenta Chiappe no es poco probable que un sistema neuronal similar exista en mamíferos como nosotros. De ser así, descubrirlo y explorar sus dinámicas a nivel de comunidades neuronales específicas sería una gran ayuda para comprender qué neuronas son las responsables del caminar y, gracias a un estímulo eléctrico como los que podrá generar la BCI de Neuralink, lograr devolver la movilidad a las personas que han perdido o nunca han tenido la posibilidad de gozar de una buena caminata matutina junto al mar o al interior de un bosque.
Bibliografía:
