Nuestros movimientos voluntarios serían como los de esta esculturacinética de Peter Jansen si no existiera la inhibición presináptica en la médula espinal. Actúa como un filtro que reduce la realimentación sensorial de los músculos, responsable de los movimientos reflejos (involuntarios), permitiendo movimientos suaves sin oscilaciones
no deseadas.
La clave son las interneuronas que liberan el neurotransmisor inhibidor GABA sobre el axón de las neuronas sensoriales que conectan la médula espinal con las neuronas motoras de los músculos. En ratones, la eliminación de estas interneuronas provoca grandes oscilaciones en sus extremidades durante sus movimientos voluntarios (dirigidos hacia un objetivo). Sin embargo, en reposo o cuando el ratón realiza movimientos automáticos (caminar sin un objetivo bien definido) no se producen estas oscilaciones. Así lo indica el trabajo de Thomas Jessell (Univ. de Columbia, Nueva York) y varios colegas que ha llegado a la portada de Nature.
Nos lo cuenta Stephen H. Scott, Frédéric Crevecoeur, “Neuroscience: Feedback throttled down for smooth moves,” Nature 509: 38-39, 01 May 2014; el artículo técnico es Andrew J. P. Fink et al., “Presynaptic inhibition of spinal sensory feedback ensures smooth movement,” Nature 509: 43–48, 01 May 2014.
Las señales sensoriales responsables de los movimientos reflejos de nuestros miembros deben ser anuladas cuando nos movemos de forma voluntaria. Jessell y sus colegas han estudiado la realimentación entre las neuronas aferentes (o sensoriales) que transportan los impulsos nerviosos desde los músculos hasta la médula espinal y las neuronas eferentes (o motoras) que llevan las señales motoras desde la médula espinal a los músculos. Este sistema es el responsable de los reflejos (osteotendinosos) que el médico examina golpeando de forma brusca un tendón muscular de la rodilla con un martillo de reflejo, lo que provoca la contracción del músculo y el movimiento inconsciente de la pierna.
El control realimentado de la inhibición presináptica se basa en unas neuronas intermediarias, llamadas interneuronas GABAérgicas, que forman conexiones con el axón de las neuronas motoras antes de la parte final del axón donde se produce la sinapsis. La regulación de la inhibición presináptica está medida por la enzima glutamato descarboxilasa (GAD), que cataliza la descarboxilación del glutamato produciendo GABA (ácido gamma-aminobutírico), el principal neurotransmisor inhibidor. Las interneuronas liberan GABA en el axón de una neurona sensorial (o aferente) que inhibe su sinapsis en una neurona motora.
La inhibición presináptica de las señales sensoriales (vía las neuronas aferentes) está correlacionada con las acciones motoras voluntarias. Jessell y sus colegas la han estudiado en ratones utilizando la técnica de fotoactivación de neuronas. Han marcado un subgrupo de interneuronas GABAérgicas de la médula espinal para que expresen una proteína fluorescente (GAD-YPF) que permite tanto observar su actividad como activarla mediante luz. Gracias a ello han desarrollado un modelo matemático del sistema de control realimentado responsable de controlar el ángulo de las articulaciones.
Para verificar sus conclusiones han aplicado una técnica de ablación para algunas interneuronas en ratones y han observado como sus movimientos voluntarios dejan de ser suaves, oscilando de forma dramática. Estas oscilaciones sólo ocurren cuando el animal se mueve hacia un objetivo determinado. Cuando se encuentra en reposo o caminando sin más, no se observan oscilaciones apreciables. Esto sugiera que el movimiento voluntario es el responsable de la regulación de la inhibición presináptica. Los detalles de este último proceso en el encéfalo (seguramente en el cerebelo) no se han estudiado en este nuevo trabajo.
Para mí, lo más curioso del nuevo trabajo es ver cómo las técnicas matemáticas usadas en ingeniería (en concreto, automática y control) están siendo incorporadas al trabajo de los neurocientíficos. Gracias a las técnicas genéticas y moleculares para el estudio de la actividad neuronal, que permiten modificarla de forma controlada o eliminar su acción. Quizás en un futuro estos descubrimientos acaben teniendo aplicaciones en ingeniería (robótica), cerrando el círculo.