Grandes logros de IDT — Nuevos jalones para obtener prótesis controladas con la mente
Algunas de las acciones que realizan los seres vivos son innatas o inherentes, como al tragar, el respirar e incluso la higiene individual. En cambio, otras se aprenden en el transcurso de la vida por el procedimiento de ensayo y error. El proyecto financiado con fondos europeos «Neural mechanisms of action learning in mouse models» (Neuroaction) se dedicó al estudio de los cambios neurológicos (en el encéfalo, la médula espinal y el sistema nervioso) que tienen lugar cuando se aprenden acciones mediante la reacción ante estímulos, hechos y acontecimientos. Los hallazgos de este proyecto son motivo de esperanza para quienes padecen trastornos neurodegenerativos como las enfermedades de Parkinson y Huntington, y también plantean la posibilidad de que quienes han sufrido lesiones de la médula espinal, amputaciones y otras discapacidades recuperen la movilidad empleando prótesis controladas con la mente. El equipo al cargo de Neuroaction trató de dar respuestas a las incógnitas que rodean a cómo el cerebro inicia y genera diversas acciones, cómo mejora la precisión y la velocidad de las acciones mediante ensayo y error, y cómo aprende que determinadas acciones dan lugar a resultados y frutos concretos, lo cual contribuye a conformar hábitos. Inicialmente, los humanos aprenden mediante comportamientos enfocados a objetivos concretos hasta que sus acciones se convierten gradualmente en hábitos; por ejemplo, la conducción de un automóvil de casa al trabajo. Esta cuestión despertó el interés del equipo investigador de Neuroaction, que se propuso desentrañar los mecanismos relacionados con la búsqueda de estupefacientes por parte de los adictos. En palabras del Dr. Rui Costa, investigador de Neuroaction: «Los resultados de esta investigación nos ayudarán a comprender de qué manera automatizamos las habilidades y conformamos hábitos, y también de qué manera tomamos decisiones en el día a día. También esperamos que nos ayuden a comprender las adicciones (ya que muchas drogas adictivas intervienen en los circuitos pertinentes) y los impulsos. La adquisición de nuevas destrezas tiene lugar en una región concreta del encéfalo llamada cuerpo estriado, No obstante, no se conocen por completo los mecanismos y circuitos específicos que intervienen en la función del cuerpo estriado en la adquisición y consolidación de habilidades. El propósito de este proyecto en curso es ofrecer una visión más nítida del mecanismo de adaptación que siguen las redes moleculares de esta zona del encéfalo. Sus resultados hasta ahora muestran que las sinapsis de la zona de conexión entre el cuerpo estriado y la corteza cerebral (una zona del encéfalo responsable de funciones superiores del sistema nervioso) presentan una plasticidad a largo plazo durante el aprendizaje de las destrezas, una adaptación necesaria para desarrollar y retener toda nueva habilidad. En palabras del Dr. Costa: «Queríamos investigar si los circuitos neuronales responsables de nuestras respuestas automáticas o nuestros hábitos diferían de los circuitos neuronales que median en nuestras acciones intencionadas o enfocadas a objetivos. Concretamente, queríamos averiguar si en las acciones recién adquiridas y en las automáticas median circuitos del cuerpo estriado diferentes.» Los investigadores determinaron que los circuitos que pasan por la zona dorsomedial del cuerpo estriado (la que se ocupa de la selección y la evaluación de acciones y también de las decisiones basadas en valores) son más importantes en lo relativo a las acciones nuevas. Además, los circuitos de la zona dorsolateral del cuerpo estriado (que se ocupa del rendimiento y la ejecución habitual de destrezas) son determinantes para las destrezas automatizadas, tales como conducir el coche de casa al trabajo o montar en bici. El equipo responsable del proyecto opina asimismo que la zona dorsolateral ofrece la posibilidad de ser adiestrada, lo cual ofrecería la oportunidad de controlar prótesis implantadas. Estos descubrimientos podrían poner a tiro el desarrollo de prótesis controladas por la mente que permitieran recuperar niveles de movilidad normales en personas que han sufrido lesiones de la médula espinal, amputaciones y otras discapacidades. Asimismo, en Neuroaction se investigaron los vínculos posibles entre disfunciones en el cuerpo estriado y la corteza cerebral y, por otro lado, condiciones neurodegenerativas como las enfermedades de Parkinson y Huntington. Según el Dr. Costa: «Los vínculos que hemos hallado apuntan a la muerte, en presencia de las enfermedades de Huntington y Parkinson, de células en abundancia en las zonas necesarias para la automatización y la formación de hábitos». Valiéndose de dispositivos y recursos especializados, el equipo realizó pruebas de actividad neuronal en regiones específicas del cuerpo estriado durante las distintas etapas del aprendizaje de habilidades en ratones transgénicos. Lecciones aprendidas de los animales Estos ratones modificados genéticamente permitieron a los científicos centrarse en circuitos específicos. Además, el uso de técnicas de optogenética (resultantes de mezclar técnicas de la óptica y la genética para controlar la actividad de neuronas individuales, es decir, células nerviosas que transmiten información en los tejidos vivos) permitió a los investigadores manipular dichos circuitos con gran precisión. Seguidamente, la actividad de esos circuitos cerebrales fue objeto de seguimiento por medios de electrofisiología, el estudio de las propiedades eléctricas de las células y tejidos biológicos. «Nuestro planteamiento consistió en proponer una tarea en la que los animales pudieran aprender y automatizar habilidades nuevas y manipular circuitos para investigar las bases neuronales de estos procesos», señaló el Dr. Costa. Los resultados preliminares de estas pruebas arrojaron datos importantes sobre los procesos del aprendizaje y la ejecución de destrezas, y también sobre el desarrollo de las discapacidades observadas en diversos trastornos neurodegenerativos y psiquiátricos. «Observamos que en la adquisición de las acciones y en su automatización efectivamente median circuitos distintos —añadió el Dr. Costa—. También descubrimos que la dopamina de las neuronas en la parte del encéfalo llamada "sustancia negra, parte compacta" posee importancia de cara a esta automatización y formación de hábitos.» La dopamina es un neurotransmisor que ayuda a controlar los centros de recompensa y placer del cerebro, mientras que dicha parte de la sustancia negra cumple una función indirecta en el control del movimiento. La labor realizada en el marco de este proyecto fue posible gracias a una financiación que ascendió a 100 000 euros y que se obtuvo a través de las Acciones Marie Curie, un fondo para investigación de la Unión Europea gestionado por la Agencia Ejecutiva de Investigación (AEI). Este mismo proyecto obtuvo también del Consejo Europeo de Investigación (CEI) una subvención de inicio por un valor aproximado a 1 500 000 euros. La investigación efectuada en Neuroaction sobre el vínculo entre los circuitos neuronales y el comportamiento se prolongará a través del Human Brain Project (HBP), considerado uno de los proyectos emblemáticos de las «Tecnologías futuras y emergentes» de la UE y que se extenderá desde el 2013 hasta el 2023. Los investigadores participantes en el nuevo proyecto, incluido el Dr. Costa, tienen el cometido de recabar datos sobre sistemas complejos del cerebro y de desarrollar modelos informáticos de estos sistemas. - Nombre completo del proyecto: «Neural mechanisms of action learning in mouse models» - Acrónimo del proyecto: Neuroaction - página web del proyecto Neuroaction - Número de referencia del proyecto: 239527 - Nombre/país del coordinador del proyecto: Dr. José Mário Leite, Instituto Gulbenkian de Ciência, Lisboa (Portugal) - Coste total del proyecto: 100 000 euros - Aportación de la Comisión Europea: 100 000 euros - Inicio y finalización del proyecto: agosto de 2009 a julio de 2013 - Países de los socios restantes: ninguno