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Las memorias que guardan nuestras habilidades marchan de la corteza motora: Rumbos más profundos para la neurociencia

Artículo original: The departure of skill memories from motor cortex: deeper directions for neuroscience, Konstantin Bakhurin

Traducido por Lucy Balish

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Es muy probable que usted tenga ciertas habilidades que yo no tengo. Cada uno de nosotros, al practicar algo lo suficiente, puede convertirse en un experto. Un ejemplo sencillo y general es conducir un automóvil con una transmisión manual. La secuencia precisa y la sincronización de controlar el embrague, acelerar, y meter los cambios, es difícil de coordinar cuando se aprende a conducir con transmisión manual. Pero eventualmente, la precisión con la que podemos realizar estas secuencias de movimientos es impresionante. Específicamente, los errores que cometemos al aprender, indicados por el crujido de los engranajes y el vararse, se reducen con la práctica repetida. El aprendizaje de habilidades es relativamente fácil de entrenar tanto en humanos como en animales. Por lo tanto, nos ofrece una gran oportunidad de estudiar cómo el cerebro forma memorias y cómo las usa en el futuro.

Las habilidades específicas que aprendemos pertenecen a una clase de recuerdos llamados memorias procedimentales. Estos son movimientos diestros que refinamos con la práctica, como las secuencias precisas de movimientos que usamos para conducir un vehículo con transmisión manual. Los psicólogos a principios del siglo 20 reconocieron que las memorias procedimentales, o las memorias «musculares», eran diferentes a lo que normalmente nos referimos cuando pensamos en la palabra memoria. Estas son las memorias episódicas que utilizamos para viajar en el tiempo y recordar nuestras experiencias pasadas, y las memorias semánticas, que contienen los datos que aprendemos acerca del mundo. No fue hasta la década de 1960 que los neurocientíficos realizaron experimentos por primera vez para demostrar que las áreas cerebrales que contienen las memorias procedimentales son diferentes a las utilizadas para recuperar memorias episódicas y semánticas. A pesar de más de 50 años de trabajo, los neurocientíficos todavía no entienden exactamente cómo los nuevos movimientos se suman a nuestro repertorio de habilidades. Los nuevos hallazgos publicados en Neuron por Risa Kawai en el laboratorio del profesor Ölveczky de la Universidad de Harvard nos recuerdan amablemente que las memorias procedimentales podrían no funcionar como esperábamos. El artículo también proporciona nuevas vías interesantes para estudiar cómo recordamos y luego usamos nuestras habilidades obtenidas con tanto esfuerzo.

Sabemos gracias a siglos de estudio que las áreas del cerebro que controlan el movimiento están ampliamente distribuidas por todo el sistema nervioso central. A pesar de la gran cantidad de evidencia que apoya este hecho, la suposición que la corteza motora debe estar fundamentalmente involucrada en el control de nuestros movimientos está bien arraigada y es aceptada de forma general. Usualmente pensamos en la corteza motora, que se encuentra en la parte superior del cerebro, como el centro de mando de nuestro cuerpo, y la que dirige a nuestro tronco encefálico y a nuestra médula espinal para mover los músculos de nuestras extremidades. Según este modelo, cuando aprendemos una nueva destreza, los patrones correctos de movimientos deben organizarse y almacenarse como memorias procedimentales en la corteza motora. También significaría que una lesión en la corteza motora nos dejaría completamente paralizados, y cualquier destreza que ya habíamos aprendido y perfeccionado previa a la lesión se perdería por completo. Kawai et al. desarrollaron una tarea simple utilizando ratas para probar la hipótesis de que la corteza motora es necesaria tanto para aprender como para almacenar memorias procedimentales.

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Para examinar esta hipótesis, las ratas aprendieron a presionar una pequeña palanca dos veces seguidas para recibir un poco de jugo como recompensa. Para recibir la mayor cantidad posible, las ratas tenían que calcular presionar la palanca con 700 milisegundos de diferencia. Las ratas son buenas presionando palancas e innatamente quieren presionar mucho más rápido que esto, por lo que necesitan aprender a esperar un poco antes de presionar la segunda vez. Las ratas necesitan alrededor de un mes de práctica para aprender a cronometrar bien sus movimientos. Los autores enfatizaron que las ratas no necesitaban controlar los movimientos de sus patas en absoluto pues la acción depende de los músculos del hombro, como tirar de la palanca de cambios.

Para determinar cómo la corteza motora está involucrada en el aprendizaje y almacenamiento de esta habilidad, los investigadores dividieron a las ratas en dos grupos. A un grupo se le extirpó la corteza motora antes de comenzar a aprender la tarea. Es importante recordar que las ratas todavía son capaces de moverse sin una corteza motora. De hecho, generalmente se ven normales. Un segundo grupo fue entrenado a presionar la palanca durante un mes antes de extirpar sus cortezas motoras. La comparación entre estos dos grupos nos confirmaría si la corteza motora era necesaria para aprender la tarea y si era necesaria para ejecutar la habilidad después de haberla aprendido. Como era de esperar, las ratas no podían aprender la tarea sin una corteza motora. Sin importar cuánto tiempo practicaran, sus movimientos nunca encontraron la latencia correcta, y mantuvieron el intervalo más corto, típico del comportamiento natural de las ratas. Sin embargo, todavía podían presionar la palanca. Simplemente no pudieron reorganizar su comportamiento para aprender una nueva habilidad de presionar a un nuevo ritmo.

Por el contrario, las ratas a las que se les quitaron las cortezas motoras después de haber aprendido la habilidad todavía podían realizar los movimientos perfectamente bien. Usando cámaras de alta velocidad, los autores pudieron demostrar que los movimientos eran idénticos antes y después de la cirugía. Esto demuestra que la memoria procedimental para esta habilidad no se almacena en la corteza motora. Esta transferencia de información podría ser un mecanismo por el cual la corteza motora libera recursos para centrarse en aprender nuevos patrones de movimiento sin necesidad de almacenar habilidades previamente aprendidas. Los autores también proponen un modelo por el cual la corteza motora cobra una mayor importancia ayudando a otras áreas cerebrales de control motor a reorganizar su actividad para generar nuevos patrones motrices usando movimientos previamente aprendidos. Este concepto se ve reflejado en el primer grupo de ratas que todavía podía presionar la palanca sin una corteza motora, pero que simplemente no podía cambiar el intervalo de tiempo cuando presionaba la palanca dos veces, sin importar cuánto practicara.

Si bien este estudio se realizó en ratas, los resultados podrían ser diferentes en otros animales. Por ejemplo, en los primates, la corteza motora podría desempeñar un papel más importante en los movimientos aprendidos, particularmente las destrezas que dependen del movimiento preciso de la mano. Sin embargo, este estudio demuestra sencilla y convincentemente que la corteza motora no es la fuente de todos los movimientos diestros que ejecutamos. La gran pregunta que queda es: “¿Dónde se encuentran exactamente las memorias procedimentales?” Debajo de la corteza se encuentra un gran número de misteriosas estructuras cerebrales con el potencial para almacenar y ejecutar estas habilidades. Entre estas, se cree que los ganglios basales, el tálamo, el cerebelo y el tronco encefálico están más directamente involucrados en el control de los patrones de movimientos que pasan por la médula espinal. No entendemos muy claramente las funciones de esas áreas con respecto a la memoria procedimental. Estas regiones reciben menos atención por parte de los investigadores, principalmente porque su posicionamiento más profundo en el cerebro impide que se registre fácilmente su actividad. Es posible que la neurociencia preferencialmente siga pensando que las áreas cerebrales superiores como la corteza motora siempre son importantes para el comportamiento. Los hallazgos descritos anteriormente sugieren fuertemente que nuestras investigaciones sobre las memorias procedimentales deberían extenderse a áreas cerebrales más profundas.

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Escrito por Konstantin Bakhurin
Traducido por Lucy Balish
Ilustrado por Konstanatin Bakhurin y Jooyeun Lee 
Imágenes adaptadas por Kawai et al., 2015

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Referencias

Kawai, Risa, Timothy Markman, Rajesh Poddar, Raymond Ko, Antoniu L. Fantana, Ashesh K. Dhawale, Adam R. Kampff, and Bence P. Ölveczky. “Motor Cortex Is Required for Learning but Not for Executing a Motor Skill.” Neuron444e: 800-12. doi: 10.1016/j.neuron.2015.03.024

Author

  • Konstantin Bakhurin

    Konstantin recibió su licenciatura en Biología de la Universidad de Michigan, donde realizó investigaciones sobre la fisiología celular de los tendones. Después de darse cuenta de que su entrenamiento podría usarse para estudiar el cerebro, Konstantin redujo su enfoque a la neurociencia. En 2011, comenzó su formación de posgrado en el Programa Interdepartamental de Neurociencia de la UCLA y actualmente trabaja con la Dra. Sotiris Masmanidis en el departamento de Neurobiología. Su tesis se centra en utilizar una tecnología de grabación novedosa para estudiar cómo las redes de células cerebrales almacenan información e influyen en el comportamiento.

Konstantin Bakhurin

Konstantin recibió su licenciatura en Biología de la Universidad de Michigan, donde realizó investigaciones sobre la fisiología celular de los tendones. Después de darse cuenta de que su entrenamiento podría usarse para estudiar el cerebro, Konstantin redujo su enfoque a la neurociencia. En 2011, comenzó su formación de posgrado en el Programa Interdepartamental de Neurociencia de la UCLA y actualmente trabaja con la Dra. Sotiris Masmanidis en el departamento de Neurobiología. Su tesis se centra en utilizar una tecnología de grabación novedosa para estudiar cómo las redes de células cerebrales almacenan información e influyen en el comportamiento.