En un trabajo que puede ayudar al desarrollo de prótesis robóticas, los neurocientíficos en el Instituto MacGovern para la Investigación Cerebral del Instituto Tecnológico de Massachussetts han dado un gran paso que nos acerca al entendimiento del sistema nervioso central al resolver un gigantesco problema – la producción de movimientos voluntarios.
El más simple movimiento requiere la elección de unas combinaciones de neuronas motoras que estimularan algunas de las miles de fibras musculares con la cantidad exacta de fuerza y el tono apropiado.
Debido a que no existen computadoras que puedan analizar la superabundancia de variables involucradas en los movimientos de miembros multiarticulares, como es el caso de una mano levantado una taza de café. Esto se convierte en un obstáculo mayor cuando se trata de diseñar neuroprótesis `para amputados o para personas con discapacidades motrices (En neuroprótesis, se trata de una persona que manda una señal desde el cerebro o la medula espinal para que opere un dispositivo).
Como resultado, los ingenieros han diseñado robots y prótesis que esperando imitar la forma en que los sistemas biológicos aceptan el reto.
Por muchos años, los científicos se han maravillado de la forma en que los vertebrados se mantienen erguidos, con un cerebro micro manejador de todos los procesos, o estableciendo mini centros de comando en la medula espinal que relevan al cerebro de sus onerosas carga. El profesor Emilio Bizzi del MIT, que es un investigador en jefe del Instituto MacGovern, propuso recientemente, que el sistema nervioso central maneja un numero subordinado de variables involucradas en un movimiento simple agrupándolas en conjuntos musculares y sus neuronas inervadoras en unidades integradas llamadas sinergias musculares.
En recientes estudios en ranas, Bizzi y sus colaboradores encontraron evidencias sólidas de las sinergias musculares. Ellos demostraron que el agrupamiento muscular en un pequeño número de sinergias musculares simplifica los trabajos de control del sistema nervioso central.
¿Acaso las sinergias musculares en la medula espinal operan independientemente de las vías sensoriales, o reciben una retroalimentación de estas vías (y si es así, en que grado)?
Aparentemente es un poco de ambos, de acuerdo a otro estudio reciente de Bici y sus colegas en la Revista de Neuroscience.
Vincent Chi-Kwan Cheung, un estudiante graduado en la División de Ciencias y Tecnología de la Salud del ITM en Harvard y primer autor del trabajo, registró la actividad eléctrica de los músculos de la pata trasera de una rana antes y después de separar las raíces nerviosas que conducen la información sensorial hacia la medula espinal desde los músculos. Dejo intactas las raíces nerviosas que llevan las órdenes a estos músculos.
Cheung encontró que, en la mayoría de las ocasiones, la exclusión de la vía sensorial de los músculos no perturbaba las sinergias involucradas en los movimientos naturales de salto y nado.
Bizzi explica el valor de tener las sinergias motoras corregidas y algo de retroalimentación del ambiente. “Si va caminando por un sendero en la montaña, necesita ser capaz de hacer muchos ajustes cuando camina, y tener algo de retroalimentación sensorial que le ayuda a que sus movimientos sean coordinados ante condiciones especificas.”
En términos prácticos, la casi autonomía de las sinergias musculares hace posible el control de un gran numero de músculos con tan solo unas pocas señales generadas en las áreas del sistema nervioso central involucradas en la programación de los movimientos voluntarios. De acuerdo a Cheung, “Esto simplifica el futuro diseño de neuroprótesis” Principalmente, usando rigurosos análisis matemáticos, los investigadores podrán encontrar un modelo computacional que represente combinaciones especificas de sinergias musculares que podrían predecir los movimientos producidos por el animal.
Está investigación fue auspiciada por el National Institute of Neurological Disorders and Stroke.
Traducción: Dr. José Manuel Ferrer Guerra
