Identifican neuronas que detectan el tacto y el movimiento, una combinación clave para percibir el mundo externo

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  • Título original:

    Active Touch and Self-Motion Encoding by Merkel Cell-Associated Afferents

  • Fuente:

    Neuron

  • Fecha:

    Abril 2017

MADRID, 20 (EUROPA PRESS)

En un trabajo con ratones diseñados genéticamente, investigadores de Johns Hopkins, en Baltimore, Maryland, Estados Unidos, han identificado un grupo de células nerviosas en la piel responsables de lo que llaman “tacto activo”, una combinación de movimiento y sensibilidad necesarios para navegar por el exterior mundo.

El descubrimiento de este mecanismo sensorial básico, descrito en la edición digital de este jueves de la revista ‘Neuron’, permite avanzar en la búsqueda de mejores prótesis “inteligentes” para las personas que proporcionen una regeneración sensorial más natural al cerebro durante el uso.

Uno de los autores, Daniel O’Connor, profesor de Neurociencia en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, explica que, durante las últimas décadas, los investigadores han acumulado una gran cantidad de conocimientos sobre el sentido del tacto. “Casi todo lo que sabemos es de experimentos donde se aplicó la estimulación táctil a la piel estacionaria; en otras palabras, el contacto pasivo”, señala.

Tal “tacto pasivo”, agrega O’Connor, no es la forma en la que los seres humanos y otros animales normalmente exploran su mundo. Por ejemplo, dice, las personas que entran en una habitación oscura pueden buscar un interruptor de luz al tocar la pared con las manos. Para saber si un objeto es duro o blando, probablemente hay que presionarlo con los dedos y para ver si un objeto es liso o áspero, se analiza moviendo los dedos de un lado a otro sobre la superficie de un objeto.

Cada una de estas formas de contacto combinadas con el movimiento, dice, es una forma activa de explorar el mundo, en lugar de esperar a que se presente un estímulo táctil. Cada una de ellas también requiere la capacidad de detectar la posición relativa de una parte del cuerpo en el espacio, una capacidad conocida como propiocepción.

Aunque algunas investigaciones han sugerido que las mismas poblaciones de células nerviosas, o neuronas, podrían ser responsables de detectar tanto la propiocepción como el tacto necesarios para esta integración sensorio-motor, se desconocía si esto era cierto y qué neuronas lograr esta hazaña, dice Connor. Para obtener más información, O’Connor y su equipo desarrollaron un sistema experimental con ratones que les permitió grabar señales eléctricas de neuronas específicas ubicadas en la piel, tanto en el tacto como en el movimiento.

Los investigadores trabajaron con miembros de un laboratorio dirigido por David Ginty, exmiembro de Johns Hopkins y ahora en la Escuela de Medicina de la Universidad de Harvard, Estados Unidos, para desarrollar ratones alterados genéticamente. En estos animales, se mutó un tipo de neurona sensorial en la piel llamada aferente de Merkel de modo que respondiera al tacto, su estímulo “nativo”, pero también a la luz azul, a la que las células nerviosas de la piel normalmente no responden.

HACIA PRÓTESIS CON MOVIMIENTOS MÁS NATURALES

Los científicos entrenaron a los roedores para que corrieran en una cinta de andar de tamaño de ratón que tenía un pequeño poste unido al frente que fue motorizado para moverse a diferentes lugares. Antes de que los ratones comenzaran a correr, los investigadores utilizaron su sistema sensible a la luz y el tacto para encontrar un solo aferente de Merkel cerca de los bigotes de cada animal y utilizaron un electrodo para medir las señales eléctricas de esta neurona.

Al igual que los humanos usan sus manos para explorar el mundo a través del tacto, los ratones usan sus bigotes, explica O’Connor. En consecuencia, cuando los animales comenzaron a correr en la cinta, movieron sus bigotes de un lado a otro en un movimiento que los investigadores llaman “sacudida exploratoria”.

Usando una cámara de alta velocidad enfocada en los bigotes de los animales, los científicos tomaron casi 55 millones de fotogramas de vídeo mientras los ratones corrían y agitaban los bigotes. Luego, utilizaron algoritmos por ordenador para separar los movimientos en tres categorías diferentes: cuando los roedores no estaban olfateando o en contacto con el polo; cuando estaban agitando los bigotes sin contacto; o cuando estaban olisqueando contra el poste.

Entonces, conectaron cada uno de estos movimientos –usando instantáneas video capturadas 500 veces cada segundo– a las señales eléctricas que procedían de las aferentes de Merkel sensibles a la luz azul de los animales. Los resultados muestran que estas neuronas produjeron potenciales de acción –los picos eléctricos que las neuronas usan para comunicarse entre sí y el cerebro– cuando sus bigotes asociados se pusieron en contacto con el poste. Ese hallazgo no fue particularmente sorprendente, dice O’Connor, debido al papel bien establecido de estas neuronas en el tacto.

Sin embargo, dice, las aferentes de Merkel también respondieron de manera robusta cuando se movieron en el aire sin tocar el poste. Al profundizar en las señales eléctricas específicas, los investigadores descubrieron que los potenciales de acción están precisamente relacionados con la posición de un bigote en el espacio. Estos hallazgos sugieren que las aferentes de Merkel juegan un doble papel en el tacto y la propiocepción, y en la integración sensorio-motriz necesaria para el tacto activo, dice O’Connor.

Aunque estos hallazgos son particulares de los bigotes de ratón, advierte, él y sus colegas creen que estas neuronas en los seres humanos podrían desempeñar una función similar, ya que muchas propiedades anatómicas y fisiológicas de las aferentes de Merkel parecen similares en una variedad de especies, incluyendo ratones y seres humanos.

Además de arrojar luz sobre una pregunta biológica básica, O’Connor cree que estos hallazgos con el tiempo mejorarán los miembros artificiales y los dedos. Algunas prótesis ahora son capaces de interactuar con el cerebro humano, permitiendo a los usuarios moverlos usando señales cerebrales dirigidas, pero no permite el movimiento suave de las extremidades naturales. Al integrar señales similares a las producidas por las aferentes de Merkel, augura, se podrían crear prótesis que puedan enviar señales sobre el tacto y la propiocepción al cerebro, permitiendo movimientos similares a los miembros originales.

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