La memoria sin sentido hace que la columna sea más inteligente de lo que se pensaba

Los científicos saben desde hace algún tiempo que la salida motora de la médula espinal se puede ajustar mediante la práctica incluso sin cerebro. Esto se ha demostrado de manera más espectacular en insectos sin cabeza, cuyas patas aún pueden entrenarse para evitar señales externas. Hasta ahora, nadie ha descubierto exactamente cómo es posible esto y, sin esta comprensión, el fenómeno no es mucho más que un hecho peculiar. Como explica Takeoka, «comprender el mecanismo subyacente es esencial si queremos comprender los fundamentos de la automaticidad del movimiento en personas sanas y utilizar este conocimiento para mejorar la recuperación después de una lesión de la médula espinal».

Antes de saltar a los circuitos neuronales, los investigadores primero desarrollaron una configuración experimental que les permitió estudiar la adaptación de la columna vertebral de los ratones, tanto de aprendizaje como de recuerdo, sin intervención del cerebro. En cada prueba había un ratón experimental y un ratón de control cuyas patas traseras colgaban libremente. Si la pata trasera del ratón experimental bajaba demasiado, era estimulada eléctricamente, imitando algo que un ratón querría evitar. El ratón de control recibió la misma estimulación al mismo tiempo, pero no vinculada a la posición de sus propias patas traseras.

En este estudio, las médulas espinales que asociaron la posición de las piernas con una experiencia desagradable (izquierda) aprendieron a reposicionar las piernas después de sólo 10 minutos y retuvieron un recuerdo al día siguiente. Las médulas espinales que recibieron disgustos aleatorios (derecha) no aprendieron.

Después de sólo 10 minutos, observaron el aprendizaje motor sólo en los ratones experimentales; sus piernas permanecieron elevadas, evitando cualquier estimulación eléctrica. Este resultado demostró que la médula espinal puede asociar una sensación desagradable con la posición de la pierna y adaptar su salida motora para que la pierna evite la sensación desagradable, todo sin necesidad de un cerebro. Veinticuatro horas más tarde, repitieron la prueba de 10 minutos, pero cambiaron los ratones experimentales y de control. Los ratones experimentales originales todavía mantenían las patas en alto, lo que indica que la médula espinal conservaba un recuerdo de experiencias pasadas, lo que interfería con el nuevo aprendizaje.

Habiendo establecido así tanto el aprendizaje inmediato como la memoria en la médula espinal, el equipo comenzó a examinar los circuitos neuronales que hacen que ambos sean posibles. Utilizaron seis tipos de ratones transgénicos, cada uno con un conjunto diferente de neuronas espinales discapacitadas, y los probaron para determinar el aprendizaje motor y la inversión del aprendizaje. Descubrieron que las patas traseras de los ratones no se adaptaban para evitar las descargas eléctricas después de que se desactivaran las neuronas de la parte superior de la médula espinal, en particular las que expresaban el gen Ptf1a.

Cuando examinaron a los ratones durante el aprendizaje inverso, descubrieron que silenciar las neuronas que expresan Ptf1a no tenía ningún efecto. En cambio, un grupo de neuronas en la parte ventral inferior de la médula espinal que expresaban el gen En1 fue fundamental. Cuando estas neuronas fueron silenciadas al día siguiente de aprender a evitarlo, la médula espinal actuó como si nunca hubieran aprendido nada. Los investigadores también evaluaron la recuperación de la memoria el segundo día repitiendo las condiciones iniciales de aprendizaje. Descubrieron que en ratones de tipo salvaje, las extremidades traseras se estabilizaron para alcanzar la posición de evitación más rápido que el primer día, lo que indica recuerdo. La excitación de las neuronas En1 durante la retirada aumentó esta velocidad en un 80%, lo que indica una mejor recuperación motora.

«Estos resultados no sólo desafían la noción predominante de que el aprendizaje motor y la memoria se limitan a los circuitos cerebrales», dice Takeoka, «sino que hemos demostrado que podemos manipular la memoria motora de la médula espinal, lo que tiene implicaciones para las terapias diseñadas para mejorar recuperación después de una lesión de la médula espinal.»