Una nueva investigación revela que las neuronas de la médula espinal tienen la capacidad de aprender y retener información independientemente del cerebro.

La médula espinal a menudo se describe simplemente como un conducto para transmitir señales entre el cerebro y el cuerpo. Sin embargo, la médula espinal puede aprender y recordar movimientos por sí sola.

Un equipo de investigadores de Neuro-Electronics Research Flanders (NERF), con sede en Lovaina, detalla cómo dos poblaciones neuronales diferentes permiten que la médula espinal se adapte y recupere la conducta aprendida de una forma completamente independiente del cerebro. Estos notables descubrimientos, publicados en la revista Ciencia, arrojan nueva luz sobre cómo los circuitos espinales pueden contribuir a dominar y automatizar el movimiento. Los conocimientos pueden ser relevantes en la rehabilitación de personas con lesiones de columna.

La intrigante plasticidad de la médula espinal

La médula espinal modula y ajusta nuestras acciones y movimientos integrando diferentes fuentes de información sensorial, y puede hacerlo sin la intervención del cerebro. Es más, las células nerviosas de la médula espinal pueden aprender a ajustar diversas tareas de forma autónoma con suficiente práctica repetitiva. Sin embargo, la forma en que la médula espinal logra esta notable plasticidad ha intrigado a los neurocientíficos durante décadas.

Uno de estos neurocientíficos es la profesora Aya Takeoka. Su equipo en Neuro-Electronics Research Flanders (NERF, un instituto de investigación apoyado por imec, KU Leuven y VIB) estudia cómo la médula espinal se recupera de una lesión, explorando cómo se conectan las conexiones nerviosas y cómo funcionan y cambian cuando aprendemos nuevos movimientos.

«Aunque tenemos evidencia de 'aprendizaje' en la médula espinal a partir de experimentos que se remontan a principios del siglo XX, la pregunta de qué neuronas están involucradas y cómo codifican esta experiencia de aprendizaje sigue sin respuesta», dice el profesor. .

Parte del problema es la dificultad de medir directamente la actividad de neuronas individuales en la médula espinal en animales que no están sedados sino despiertos y en movimiento. El equipo de Takeoka aprovechó un modelo en el que los animales entrenan movimientos específicos en unos minutos. Al hacerlo, el equipo descubrió un mecanismo de aprendizaje de la médula espinal específico para un tipo de célula.

Dos tipos específicos de células neuronales.

Para ver cómo aprende la médula espinal, el investigador Simon Lavaud y sus colegas del laboratorio de Takeoka construyeron un dispositivo experimental para medir los cambios en el movimiento en ratones, inspirado en los métodos utilizados en estudios de insectos. «Evaluamos la contribución de seis poblaciones neuronales diferentes e identificamos dos grupos de neuronas, una dorsal y otra ventral, que median el aprendizaje motor».

«Estos dos conjuntos de neuronas se turnan», explica Lavaud. «Las neuronas dorsales ayudan a la médula espinal a aprender un nuevo movimiento, mientras que las neuronas ventrales la ayudan a recordar y realizar el movimiento más tarde».

“Se puede comparar con una carrera de relevos dentro de la médula espinal. Las neuronas dorsales actúan como primeras corredoras y transmiten información sensorial fundamental para el aprendizaje. Luego, las células ventrales toman el control, asegurando que el movimiento aprendido se recuerde y se ejecute sin problemas”.

Aprendizaje y memoria fuera del cerebro

Los resultados detallados, publicados en Ciencia, ilustran que la actividad neuronal en la médula espinal se asemeja a varios tipos clásicos de aprendizaje y memoria. Será crucial desentrañar aún más estos mecanismos de aprendizaje, ya que probablemente contribuyan a diferentes formas en que aprendemos y automatizamos el movimiento, y también pueden ser relevantes en el contexto de la rehabilitación, dice el profesor. Aya Takeoka: “Los circuitos que describimos pueden proporcionar los medios para que la médula espinal contribuya al aprendizaje del movimiento y a la memoria motora a largo plazo, lo que nos ayuda a movernos, no sólo en condiciones normales de salud, sino especialmente durante la recuperación de lesiones cerebrales o de la médula espinal. «

Referencia: “Dos clases neuronales inhibidoras gobiernan la adquisición y recuperación de la adaptación sensoriomotora espinal” por Simon Lavaud, Charlotte Bichara, Mattia D'Andola, Shu-Hao Yeh y Aya Takeoka, 11 de abril de 2024, Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.adf6801

La investigación (equipo) fue apoyada por la Fundación de Investigación de Flandes (FWO), Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA), una beca de doctorado Taiwan-KU Leuven (P1040) y la Fundación de Investigación de la Médula Espinal Wings for Life.