Cómo los animales coordinan sus movimientos

Los animales se mueven de diferentes formas según su entorno. Este movimiento puede cambiar en velocidad y patrón para hacerlo más efectivo. Por ejemplo, los animales que migran a largas distancias suelen seguir moviéndose constantemente para cubrir más terreno, mientras que los que están explorando pueden parar seguido para mirar a su alrededor. La habilidad para coordinar estos movimientos está controlada por circuitos en la médula espinal conocidos como generadores de patrones centrales (CPGs). Estos circuitos ayudan a dar forma y ajustar los patrones de movimiento según las entradas sensoriales, permitiendo una locomoción más suave y efectiva.

#La mecánica del movimiento

Cuando los animales se mueven, sus cuerpos crean patrones que son esenciales para una locomoción eficiente. Estos patrones implican no solo la velocidad, sino también la frecuencia con la que se detienen o hacen pausas. El movimiento continuo, como durante la migración, requiere un enfoque diferente en comparación con los movimientos exploratorios que necesitan paradas frecuentes. Los CPGs son redes en la médula espinal responsables de generar estos patrones de movimiento.

La investigación ha mostrado que estos CPGs están presentes en toda la médula espinal lumbar e involucran varios tipos de células nerviosas, particularmente interneuronas glutamatérgicas. Estas interneuronas reciben información sensorial que ayuda a ajustar y refinar los patrones de movimiento adecuados al entorno. Una vez que estos patrones están establecidos, la salida de estas interneuronas se transmite a las Motoneuronas, que controlan las acciones musculares. Esta comunicación permite la modulación de la salida motora, asegurando que los movimientos sean flexibles y se puedan adaptar según sea necesario.

#La estructura de los CPGs

A pesar de que entendemos los patrones locomotores básicos, todavía no está claro cómo están organizados los circuitos neuronales que llevan a movimientos Episódicos. Por ejemplo, en los peces, los patrones de movimiento se pueden ver como acciones rítmicas que surgen durante el desarrollo temprano cuando llegan ciertas entradas nerviosas. Estos movimientos episódicos son cruciales durante actividades de exploración o búsqueda de alimento. Estudios han mostrado que los patrones locomotores episódicos básicos pueden ser generados en varios animales, incluidos peces, anfibios y roedores. Esto plantea la pregunta de si los circuitos responsables de estos movimientos episódicos están localizados dentro de la médula espinal o si comparten similitudes con los que generan locomoción continua.

Para investigar esto, los investigadores utilizaron la médula espinal de ratones neonatales y examinaron las redes responsables de generar patrones rítmicos episódicos provocados por Dopamina. Encontraron que estas redes están distribuidas en diferentes segmentos de la médula y tienen características tanto superpuestas como distintas en comparación con otros patrones rítmicos producidos por la médula espinal.

#Rítmica episódica en segmentos espinales

La investigación indica que varios Neuromoduladores, como la dopamina, pueden inducir ritmos episódicos en redes lumbares. Estos episodios suelen durar entre 30-60 segundos y se pueden registrar desde diferentes segmentos de la médula espinal. Cuando se aplicó dopamina, los episodios de actividad rítmica se podían detectar no solo en la región lumbar, sino también en segmentos torácicos y sacros. En la mayoría de los casos, estos episodios eran sincrónicos entre los diferentes segmentos espinales. Sin embargo, en algunas ocasiones, los episodios eran asincrónicos, sugiriendo que hay flexibilidad en cómo se comunican estos segmentos durante la actividad episódica.

#Diferencias en amplitud y frecuencia de episodios

La amplitud de los episodios, que mide la fuerza de la respuesta, fue más alta en los segmentos lumbares, mientras que la potencia de frecuencia de la actividad rítmica fue más fuerte en el segmento L5. Curiosamente, la duración de los episodios no mostró diferencias significativas entre los segmentos torácicos, lumbares y sacros, indicando un ritmo relativamente consistente de actividad episódica en las diferentes áreas espinales.

#Distribución y acoplamiento de circuitos generadores de episodios

Explorando más a fondo, los investigadores buscaron determinar si los circuitos responsables de generar actividad rítmica episódica estaban localizados en regiones específicas de la médula espinal. El ritmo episódico producido por la dopamina no dependía de las entradas de otros segmentos de la médula espinal, ya que cortar estos segmentos no afectó los parámetros del ritmo en la región lumbar. Además, incluso cuando los segmentos fueron aislados, la actividad episódica persistió, mostrando que ciertas redes son capaces de funcionar de forma independiente.

Por el contrario, cuando se aislaron los segmentos, su capacidad de acoplarse entre sí se interrumpió, lo que indica que un tracto específico conocido como el funículo ventrolateral es crítico para la intercomunicación entre estos segmentos.

#Influencias sensoriales en la rítmica

No se puede ignorar el papel de las entradas sensoriales en la regulación de estas actividades episódicas. Los aferentes sensoriales son responsables de transmitir información sobre el entorno a los circuitos espinales, influyendo en el momento y patrón de los movimientos. La estimulación eléctrica de la raíz dorsal en ciertos segmentos pudo reiniciar el ritmo de actividad episódica. Este reinicio no se limitó a un solo segmento, sino que se extendió a otros, ilustrando cómo las entradas sensoriales pueden influir y coordinar el movimiento a través de la médula espinal.

#Contribuciones de circuitos dorsales y ventrales

Investigaciones adicionales revelaron la presencia de receptores de dopamina en la astas dorsales de la médula espinal, lo que implica que estos circuitos podrían jugar un papel en la generación de actividad episódica. Sin embargo, los mecanismos reales subyacentes a la generación de patrones episódicos no parecen depender de las interneuronas dorsales. En cambio, las pruebas sugieren que la generación de ritmos episódicos es impulsada principalmente por circuitos situados en la astas ventral de la médula espinal.

El estudio también examinó la influencia de las motoneuronas y sus conexiones, que se pensaba que contribuían a la actividad episódica a través de vías de excitación e inhibición. Sin embargo, se observó que aunque las motoneuronas juegan un papel en la generación de ritmos rápidos durante los episodios, no son responsables de iniciar la actividad episódica subyacente.

#Vías recurrentes en la generación de ritmo

Las motoneuronas pueden formar vías recurrentes que influyen en la actividad de la red. Al examinar estas vías, los investigadores buscaron entender su papel en la actividad episódica. Si bien algunos factores, como la señalización colinérgica, impactaron el ritmo rápido durante los episodios, no alteraron significativamente los parámetros fundamentales de la actividad episódica.

Los hallazgos sugieren que los episodios son generados predominantemente por interneuronas premotoras, que operan aguas arriba de las motoneuronas responsables de las respuestas musculares durante la locomoción. Esto resalta una separación de funciones dentro de la médula espinal, donde diferentes circuitos generan movimientos episódicos y continuos a través de mecanismos distintos.

#Aspectos de desarrollo del estudio

Estos experimentos utilizaron la médula espinal de ratones neonatales como modelo para estudiar las redes subyacentes involucradas en actividades rítmicas. Es importante notar que los circuitos en desarrollo pueden tener características diferentes en comparación con aquellos en animales completamente maduros. Sin embargo, los patrones episódicos de locomoción también están presentes en animales adultos, lo que indica la relevancia de estos hallazgos a través de diferentes etapas de la vida.

El estudio enfatiza la importancia de entender las redes que facilitan estos movimientos episódicos y sus implicaciones sobre cómo los animales adaptan sus comportamientos locomotores a diversos entornos.

#Conclusión

Al desmenuzar la organización y función de los circuitos espinales en la generación de movimientos episódicos, esta investigación ofrece una imagen más clara de cómo los animales coordinan sus patrones locomotores. La identificación de estos mecanismos no solo mejora nuestra comprensión del movimiento básico, sino que también señala posibles caminos para la investigación sobre el control motor y la rehabilitación en casos de lesiones o enfermedades que afectan el movimiento. El trabajo futuro sin duda ampliará estos hallazgos, enfatizando las sutilezas de los patrones de movimiento y la naturaleza dinámica de los circuitos neuronales en la médula espinal.