Ven por primera vez cómo las neuronas motoras “caminan” en tiempo real

En realidad, la neuronas motoras, o motoneuronas, de la médula espinal no caminan, pero se activan según un patrón específico que llevan a los músculos de nuestras piernas a coordinarse adecuadamente para que podamos andar de forma automática, sin tener que pensar en ello.

Y es que caminar, salvo cuando damos nuestros primeros pasos, es algo que hacemos con el piloto automático del cerebro, sin necesidad de ser conscientes de qué músculos hemos de mover ni en qué orden hay que hacerlo. Esta complicada operación puede hacerse de forma automática gracias a un grupo de motoneuronas de la médula espinal que reciben órdenes del cerebro y las transmiten a los músculos. Pero la forma exacta en que esto se lleva a cabo era un misterio debido a la carencia de técnicas adecuadas para dilucidarlo.

Hasta ahora, para medir la actividad de las neuronas, los neurocientíficos utilizaban electrodos que podían detectar el cambio en el voltaje eléctrico del interior de una célula cuando está activa. Sin embargo, usar electrodos para registrar simultáneamente la actividad de muchos tipos de neuronas diferentes a la vez para ver cómo sincronizan su actividad es complicado. Un reto pendiente ha sido por mucho tiempo lograr ver directamente, con la ayuda de métodos ópticos como un microscopio, la actividad de las motoneuronas.

Y ahora parece que ese ansiado sueño de los neurocientíficos se ha hecho realidad. Investigadores del Instituto Salk han ideado un método que por primera vez permite ver en tiempo real la actividad de las motoneuronas que nos permiten caminar. Con su método, a través del ocular de un microscopio se puede observar el patrón rítmico de activación de las motoneuronas, que se trasmite a los músculos para que podamos caminar. “Poder verlo es realmente asombroso para un neurocientífico”, resalta Samuel Pfaff, que lidera la investigación.

La nueva técnica, publicada en la revista “ Neuron”, ayudará a los investigadores a entender como se establecen las conexiones con las motoneuronas. Y esto, a su vez, puede ser una información valiosa para avanzar en el tratamiento de las lesiones medularesoenfermedades neurodegenerativas como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA).

Para evitar la complicación de los electrodos, el equipo de de Pfaff utiliza una proteína fluorescente llamada GcaMP6f, que se ilumina cada vez que se activa una neurona. A diferencia de los electrodos, la proteína puede añadirse fácilmente a muchas células diferentes a la vez. Cuando añadieron esta proteína a las neuronas motoras, pudieron ver con un microscopio que células estaban activas en la médula espinal de un ratón cuando se añadieron las sustancias químicas que activan los circuitos de la marcha. Y además pudieron verlo sin necesidad de ningún tratamiento de procesamiento de imagen.

El grupo de Pfaff ha utilizado este nuevo método para responder a una antigua pregunta: cómo un grupo de células de la médula espinal, llamadas generador del patrón central locomotor (CPG), se conectan a las neuronas motoras adecuadas para permitir movimientos como caminar. Ese generador del patrón central, explica Pfaff, es el lugar donde las señales relativamente simples del cerebro, que nos permiten por ejemplo caminar o retirar la mano de una estufa caliente, se traducen en instrucciones más complejas para las neuronas motoras que controlan los músculos.

Y es que, aunque esas acciones nos parezcan fáciles, "nuestro sistema nervioso tiene que tomar decisiones y hacer cálculos para decir a los diferentes músculos que se contraigan, o cuándo no deben hacerlo, o la cantidad de fuerza y velocidad que deben emplear en la contratación", explica Pfaff. Los científicos creen que es el generador del patrón central el que ayuda llevar a cabo muchos de esos cálculos.

El movimiento normal que realizamos al caminar, por ejemplo, requiere que las neuronas del generador del patrón central locomotor de la médula espinal se conecten a las neuronas motoras y controlen cuando estas deben activarse. Sin embargo, hasta ahora, se desconocía exactamente cómo las células CPG forjan estas conexiones.

Y lo que el grupo de Pfaff ha visto es que el generador del patrón central, no solo depende de la localización ordenada de las neuronas motoras para conectarse a ellas, como ya se sabía, sino que también es importante la identidad genética de cada subtipo de células. Esto diferencia las célula que controlan el cuádriceps de la zona anterior del músculo, que nos permiten extender la pierna, de las que controlan los músculos gemelos de la pantorrilla, que nos permite flexionar el piel, por ejemplo.

Y este hallazgo tiene además implicaciones terapéuticas. Actualmente, muchos científicos están tratando de convertir células madre en neuronas motoras, para implantarlas en la médula espinal con el fin de que regeneren las conexiones dañados. Pero los hallazgos del equipo de Pfaff, sin embargo, sugieren que no sirve cualquier motoneurona, ya que se requieren subtipos adecuados para cada patrón de movimiento.