Cuando los seres humanos y otros mamíferos realizan movimientos voluntarios, tienen lugar una serie de procesos neuronales. La corteza cerebral, la región externa del cerebro, envía señales a las unidades motoras (es decir, a las neuronas) de la médula espinal, que a su vez activan los músculos individuales.
© Marshall et al, Nature Neuroscience (2022). DOI: 10.1038/S41593-022-01165-8
Investigadores de la Universidad de Columbia han llevado a cabo recientemente un estudio destinado a investigar si estas dos ideas ampliamente aceptadas sobre los procesos neuronales que subyacen a los movimientos voluntarios son fiables. Sus conclusiones, publicadas en Nature Neuroscience, muestran que el control de las unidades motoras por parte del córtex podría ser mucho más flexible de lo que sugerían los estudios anteriores.
"Considere un músculo de la pierna, como el cuádriceps, que endereza la pierna y se utiliza al correr, montar en bicicleta o esquiar", dijo a MedicalXpress Mark M. Churchland, uno de los investigadores que realizó el estudio. "Ese músculo es excitado por muchas (digamos 1.000) neuronas motoras que viven en la médula espinal. Una creencia de larga data en nuestro campo es que esas 1.000 neuronas actúan juntas, en concierto, de una manera muy inflexible."
Si las neuronas motoras actuaran en tándem y de forma rígida, generar una fuerza concreta requeriría siempre la activación del mismo número de neuronas. Este número de neuronas seguiría siendo el mismo, independientemente de la actividad concreta que realizara el ser humano o el animal.
"Así que, por ejemplo, digamos que una determinada fuerza requiere la activación de 500 neuronas, para generar esta fuerza se utilizarían siempre las mismas 500 neuronas, independientemente de que se esté corriendo, montando en bicicleta, saltando, haciendo una postura de silla en yoga, etc.", explicó Churchland.
"No tendría por qué ser así, por supuesto, ya que se podría utilizar un conjunto del número total cuando se hace la postura de la silla, y otro conjunto diferente de 500 cuando se salta, pero la idea es que esto complicaría la vida. Se pensó que sería mejor, más simple y más sencillo si se utilizaban siempre los mismos 500".
Aunque esta antigua creencia sobre la actividad neuronal implicada en los movimientos voluntarios parece simple y directa, no tiene en cuenta las diferencias entre las neuronas motoras individuales. De hecho, ahora se sabe que las neuronas tienen funciones especializadas, lo que significa que son mejores en algunas cosas que en otras.
"Algunas neuronas excitan fibras musculares que se contraen lentamente y tienden a ser resistentes a la fatiga", explica Churchland. "Otras neuronas excitan otras fibras musculares que se contraen rápidamente, pero que también se fatigan con rapidez. Si el cerebro funcionara de forma "óptima", se preocuparía por esto. En otras palabras, mejor utilizar el primer tipo de neuronas durante el yoga y el segundo tipo al saltar".
Aunque algunos neurocientíficos barajaban la posibilidad de que la corteza cerebral activara diferentes neuronas según el tipo de actividad física que realizáramos, hasta ahora se consideraba una hipótesis controvertida. La creencia general seguía siendo que los procesos neuronales implicados en los movimientos de los seres humanos y los mamíferos no son tan flexibles, ya que priorizan la simplicidad sobre la eficiencia.
Para comprobar si esto es realmente cierto, Churchland y sus colegas desarrollaron una nueva tarea isométrica (es decir, una tarea que implica la tensión y las contracciones de músculos o grupos musculares específicos). Esta tarea les permitió registrar de forma fiable la actividad de las unidades motoras de un macaco rhesus mientras cambiaba rápidamente sus patrones de movimiento y sus comportamientos.
"Observamos la actividad de las motoneuronas registrando desde los músculos (donde las motoneuronas envían sus proyecciones)", dijo Churchland. "Lo hicimos a través de una variedad de movimientos mucho mayor de la que se había examinado anteriormente y observamos más neuronas simultáneamente (todas al mismo tiempo, durante el mismo conjunto de movimientos) de lo que se había logrado anteriormente".
Los resultados obtenidos por los investigadores son muy interesantes, ya que desmienten la idea bien establecida de que las neuronas motoras se activan juntas de forma rígida. En el futuro, la visión que ofrece este estudio podría conducir a nuevos e importantes descubrimientos sobre cómo el cerebro y las neuronas de la médula espinal apoyan realmente los movimientos voluntarios.
"Descubrimos que nuestros cerebros, cuerpos y músculos son capaces de una flexibilidad considerablemente mayor de lo que creíamos", añadió Churchland. "Pueden optimizar el movimiento para diferentes situaciones de forma mucho más eficaz de lo que la gente pensaba. Esto significa que, en cierto sentido, nuestros cerebros tienen un trabajo más complicado de lo que creíamos. En lugar de limitarse a decidir cuánta fuerza utilizar, el cerebro también debe averiguar qué neuronas deben generar esa fuerza".
Más información: Najja J. Marshall et al, Flexible neural control of motor units, Nature Neuroscience (2022). DOI: 10.1038/s41593-022-01165-8 Journal information: Nature Neuroscience
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