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Grandes logros de proyectos - Investigación de una parte antigua del cerebro

Científicos europeos están estudiando el control motor y la función cognitiva para comprender mejor los mecanismos básicos mediante los que se controlan los movimientos. Su trabajo servirá para esclarecer las causas de enfermedades cerebrales crónicas como la enfermedad de Parkinson, el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) y muchas otras.

Salud

Sus esfuerzos, financiados con fondos comunitarios, se centran en una parte importante y algo enigmática del cerebro llamada ganglios basales, la cual es responsable del control motor y de los aspectos cognitivos del comportamiento. Los ganglios basales son un grupo de estructuras presentes en los cerebros de los vertebrados que actúan como una unidad funcional cohesiva. Si uno se imagina el cerebro humano como un sombrero hongo colgado de costado en un perchero, los ganglios basales estarían en el centro, a aproximadamente tres centímetros de la base. Los investigadores del proyecto Select-and-Act investigan esta zona utilizando varias herramientas modernas para comprender exactamente cómo funciona. Esta investigación reviste importancia tanto por los aspectos de ciencia básica que explicará como por la nueva información que ofrecerá con respecto a enfermedades del sistema nervioso central, por ejemplo, las enfermedades de Parkinson y Huntington e incluso el TDAH. «Los ganglios basales están asociados con diversas funciones, entre ellas, el control motor voluntario, el aprendizaje procedimental relacionado con comportamientos rutinarios o hábitos, los movimientos oculares y las funciones cognitivas y emocionales», explicó Sten Grillner, coordinador del proyecto Select-and-Act y profesor del prestigioso Instituto Karolinska de Suecia. La labor de Select-and-Act se centra concretamente en una estructura clave ubicada dentro de los ganglios basales que se llama cuerpo estriado. Éste desempeña una función fundamental porque actúa como filtro de las señales provenientes de la corteza y el tálamo. El Sr. Grillner explicó que la sensibilidad del cuerpo estriado está determinada por la dopamina y que es importante para la enfermedad de Parkinson. Si la concentración de dopamina es insuficiente, los circuitos del cuerpo estriado no se activan. En cambio, si es excesiva, dichos circuitos provocan movimientos involuntarios, llamados hiperquinesias, cuya relevancia es evidente. Asimismo, la 5-HT y la histamina producen otros efectos. La corteza cerebral es una zona importantísima para la memoria, la atención, la conciencia perceptiva, el pensamiento, el lenguaje y el conocimiento, mientras que el tálamo transmite las sensaciones, la noción del espacio y las señales motoras a la corteza cerebral y los ganglios basales. La corteza cerebral y el tálamo interactúan estrechamente con los ganglios basales. Lo que el cuerpo estriado hizo a continuación La corteza y el tálamo adquieren información sobre lo que es necesario hacer a continuación. El cuerpo estriado recibe esa información y la utiliza para determinar qué acciones deben realizarse en un instante dado, cumpliendo una función clara e importante en el control motor y la coordinación. «El eje de nuestra investigación es el cuerpo estriado porque es la estructura cerebral responsable en gran medida de la selección del comportamiento», señaló el Sr. Grillner. «Si uno tiene que girar a la izquierda o a la derecha, tiene circuitos distintos en el bulbo raquídeo para hacerlo. Pero es necesaria otra estructura para decidir qué circuito debe activarse en un momento determinado, y esa es la función fundamental del cuerpo estriado.» El equipo del proyecto Select-and-Act consta de cinco grupos de investigadores con conocimientos complementarios que han estudiado sistemáticamente el cuerpo estriado de diversas formas relevantes y relacionadas entre sí. El laboratorio de Grillner está investigando el funcionamiento de los microcircuitos del cuerpo estriado a nivel molecular, celular y sináptico registrando la actividad de varias neuronas al mismo tiempo. Para ello utilizan el cuerpo estriado de roedores y de un vertebrado primitivo, la lamprea. Mientras tanto, el laboratorio Bolam de Oxford está estudiando mediante distintas técnicas fisiológicas la estructura fina de tipos específicos de sinapsis del cuerpo estriado y cómo diferentes moduladores, como la dopamina, la 5-HT y la histamina, influyen sobre los microcircuitos del cuerpo estriado. En el Instituto Real de Tecnología de Estocolmo, el laboratorio Lansner/Hellgren está realizando modelos computerizados del cuerpo estriado y de su interacción con la corteza y los diferentes centros motores. Los modelos están basados en minuciosos hallazgos biológicos y morfológicos de los laboratorios Grillner y Bolam. «Estos modelos nos permiten comprobar si nuestros resultados biológicos pueden explicar el funcionamiento de los distintos circuitos.» En el laboratorio Graybiel del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, Estados Unidos) se está llevando a cabo un estudio in vivo. Allí, los investigadores están estudiando la actividad del cuerpo estriado con modelos de roedores, registrando simultáneamente varias células nerviosas de los microcircuitos del cuerpo estriado mientras la rata está corriendo. También entrenan a las ratas para girar a la izquierda o a la derecha según dónde esperan encontrar alimento. Así el equipo puede observar el modo en que estas acciones son determinadas por el cuerpo estriado. «De esta manera uno puede entender cuándo entran en acción los distintos circuitos», declaró el Sr. Grillner. Finalmente, el laboratorio Bergman de la Universidad Hebrea de Jerusalén está estudiando en un mono la actividad de las neuronas del cuerpo estriado junto con las células de dopamina que indican recompensa. Se adiestra a dicho mono para detectar e interpretar varias señales que indican recompensas o simplemente ráfagas de aire. El experimento se ha dispuesto de tal manera que permite analizar la función del cuerpo estriado en condiciones más complejas. «Combinando los enfoques de los cinco laboratorios estamos comprendiendo el modo de funcionamiento de los microcircuitos en el cuerpo estriado, y en concreto cómo funcionan durante tareas más simples en los roedores y durante tareas más complejas en los primates», indicó el Sr. Grillner, agregando que la combinación de diversas técnicas de investigación hace de Select-and-Act un proyecto fuera de lo común. El equipo se llevó una gran sorpresa cuando descubrió la antigüedad del cuerpo estriado. «Comparamos los circuitos de los mamíferos con los circuitos de una de las primeras especies de vertebrados en evolucionar, que es la lamprea», informó Grillner. La lamprea es muy antigua y evolucionó hace 560 millones de años, cuando se separó de la línea principal de vertebrados. Constituye uno de los vertebrados más primitivos que todavía existen para su estudio. «Nos sorprendió comprobar que hace 560 millones de años el diseño básico, las propiedades y la interconexión de estas células nerviosas ya habían evolucionado. Los mamíferos se desarrollaron hace solo 130 millones de años y los humanos aparecieron hace apenas 200 000 años. Por lo tanto, toda la estructura de control del cuerpo estriado estaba lista desde que empezó la evolución de los vertebrados y no ha cambiado mucho desde entonces», comentó el Sr. Grillner. Las investigaciones continuarán otro año más. «Al final de este proyecto habremos comprendido el funcionamiento de los microcircuitos del cuerpo estriado y la manera en que distintos moduladores como la dopamina, la 5-HT y la histamina los modifican», explicó el Sr. Grillner. Si bien el equipo ha conseguido mucho hasta ahora y logrado importantes hallazgos, el científico aseveró que aún queda trabajo por hacer. «Este tipo de investigación tiene que continuar durante un largo tiempo para poder comprender el intrincado mecanismo que subyace al complejo funcionamiento del cerebro», declaró el Sr. Grillner. El proyecto Select-and-Act recibió financiación de la iniciativa «Salud» del Séptimo Programa Marco (7PM) de investigación.