Tema: Neurociencias

El cerebelo: la llave a los misterios de la memoria y el pensamiento

Autor: Dr. Masao Ito, Instituto de Ciencias Neuronales, Laboratorio de la Memoria y el Aprendizaje
Fuente: RIKEN News, Febrero 2003. Web: www.riken.com

Una vez que se aprende a andar en bicicleta se transforma en algo natural, una capacidad que nunca se perderá. Esta “memoria no declarativa”es representada en el cerebelo. La memoria y el aprendizaje mediados por el cerebelo son afectados por la “depresión a largo plazo”o (LTD), una disminución en la eficiencia de transmisión de las sinapsis a largo plazo.

El Laboratorio de la Memoria y Aprendizaje esta intentando dilucidar los mecanismos moleculares de la LTD. Se sabe que el cerebelo juega un rol importante en el pensamiento además de su rol en la coordinación motora. El objetivo del laboratorio del Dr. Ito es desarrollar y demostrar teorías de las funciones del cerebelo.

Como hace el cerebro para aprender y recordar?

La memoria declarativa, que puede ser definida como la retención de datos que pueden ser dichos verbalmente, como la descripción de un episodio, se logra a través de la “potenciación a largo plazo”, un aumento a largo plazo en la eficacia sináptica en el cerebelo. Por otro lado, la memoria no declarativa es mediada por el efecto contrario, o sea por la depresión a largo plazo (LTD). Por ejemplo, cuando uno practica andar en bicicleta, las señales de comando motoras son transmitidas simultáneamente y directamente desde el cerebro hacia las neuronas responsables de mover los músculos de las piernas y al cerebelo. Las señales son separadas y dirigidas hacia dos caminos para llegar al núcleo cerebelar: un camino directo y un circuito a través de la corteza cerebelar. Las señales dirigidas a la corteza cerebelar son luego transmitidas a las células de purkinje vía fibras paralelas.

Cada célula de purkinje se conecta con hasta 175000 fibras paralelas y una única fibra vertical. Un error que causa una caída de la bicicleta dispara la transmisión inmediata de señales de error a las células de purkinje a través de las fibras verticales. La transmisión simultanea de las señales a las células de purkinje desde las fibras paralelas y las fibras verticales induce la LTD en las sinapsis de las fibras paralelas.

La práctica intensiva de andar en bicicleta induce la LTD en las sinapsis de las fibras paralelas responsables de transmitir los comandos motores erróneos hasta el punto en que solo las señales correctas de comandos motores son transmitidas. El Dr. Ito hipotetiza que esto constituye el aprendizaje de andar en bicicleta.

Explorando el cerebelo al nivel del circuito neuronal

Existen dos tipos de sinapsis: aquellas que excitan a sus neuronas compañeras y aquellas que inhiben a sus neuronas compañeras. Dr. Ito y sus colegas descubrieron en 1964 que las sinapsis de las células de purkinje son del segundo tipo.
“Los movimientos coordinados son posibles a través de la modulación inhibitoria de la actividad de las neuronas nucleares por las células de purkinje, que actúan como un freno”.
Además, el Dr. Ito y sus colegas descubrieron en 1970 que las células de purkinje en la región del cerebelo llamado el floculus transmiten señales al núcleo vestibular que media el “reflejo vestibuloocular”.
El equipo utiliza el reflejo vestibuloocular para investigar la función cerebelar a nivel del circuito neuronal. El reflejo vestibuloocular coordina los movimientos de la cabeza y los ojos, evitando las imágenes borrosas. El aparato vestibular, que esta ubicado en el oído interno, detecta los movimientos de la cabeza y manda señales al núcleo vestibular, que a su vez manda señales motoras a los músculos responsables de mover los ojos. Las imágenes parecen borrosas si las señales son muy fuertes y los ojos son forzados a moverse demasiado. Esta desviación es detectada por la retina que manda información como señal de error a las células de purkinje a través de las fibras verticales. Así, las células de purkinje aplican los frenos al núcleo vestibular, para coordinar de esta manera los movimientos oculares.

Copiando los modelos de pensamiento del cerebro

“El cerebro humano contiene alrededor de cinco mil chips de cerebelo”. En el cerebelo, existen tiras de 1mmde ancho y 10mm de largo que son microzonas que funcionan como una unidad funcional, como un único chip de computadora. Cada microzona contiene aproximadamente 500 células de purkinje y núcleos cerebelares. Cuando uno aprende una actividad física nueva, uno debe realizar los movimientos requeridos concientemente al principio, pero eventualmente logra realizarlos sin un pensamiento conciente. Esto puede ser considerado como si el pensamiento en acción (el modelo) dirigido por el cerebelo es “copiado” por un circuito de microzonas dentro del cerebelo. El grupo del Dr. Ito está desarrollando un modelo integrado cerebelar funcional basado en la teoría de que las microzonas copian modelos de pensamiento, que están relacionados con el lenguaje y las imágenes, como también los modelos de movimiento.
“A medida de que el aprendizaje progrese, ciertos pensamientos comienzan a venir automáticamente. Este tipo de aprendizaje asociado con el pensamiento también es mediado por el cerebelo, basándose en principios similares a los del movimiento. Un grupo de investigadores en Estados Unidos liderado por M. E. Raichle demonstró esto a través de una prueba donde los sujetos debían convertir una serie de sustantivos a verbos. Por ejemplo, “manzana” debía convertirse en “comer”. Con la práctica, uno debería eventualmente completar la prueba sin errores. Sin embargo, un individuo con un infarto cerebelar no pudo realizar esta tarea correctamente, sin importar cuanta práctica tenía.”

A través del curso de la evolución, el cerebelo aumentó de tamaño mientras que el cerebro se desarrollaba. “Hasta el desarrollo de de los monos, todas las funciones cerebelares estában relacionadas con las funciones motoras. Sin embargo, el cerebelo se expandió considerablemente hacia fuera en los primates antropoides como los chimpancés y los humanos. Esta región está conectada a las áreas de asociación del cerebro, que son responsables del procesamiento superior de la información y del pensamiento. Los estudios clínicos han demostrado que la remoción quirúrgica de esta área no resulta en desórdenes motores.”

Los modelos de pensamiento asociados con las funciones como el lenguaje, las imágenes y los conceptos son almacenados en las áreas de asociación de los lóbulos parietal y temporal del cerebro; se piensa que la manipulación de estos modelos por las áreas de asociación del lóbulo frontal es el mecanismo del pensamiento. Pensar repetidamente los mismos pensamientos produce que estos modelos se copien por los circuitos cerebelares también, permitiendo que los mecanismos del pensamiento controlados por el lóbulo frontal directamente sean manipulados por estos modelos. “Estos modelos cerebelares son usados cuando se toman decisiones en el momento.”

En los últimos años, se han desarrollado varias técnicas como la resonancia magnética funcional y la actividad neuronal ahora puede ser medida sin causar daños en el cerebro. Se han registrado pruebas de la participación del cerebelo en el proceso del pensamiento a través del uso de estas técnicas.
Por ejemplo, A Ploghaus y sus colegas realizaron un estudio en el Reino Unido donde a los sujetos se les mostraba lámparas rojas y azules y recibían un estímulo de calor solo cuando se les mostraba la lámpara roja. Este experimento se realizó en forma repetida. Eventualmente, cuando se mostraba la lámpara roja sin el estímulo del calor, se producía la misma actividad en el cerebelo de los sujetos que cuando recibían el estímulo. “Esto puede ser explicado como que el cerebelo predice que un estímulo de calor se va a aplicar cuando se muestra una lámpara roja.”

Parecería que el cerebelo también es parte de la respuesta a la pregunta “porque uno no se puede hacer cosquillas a si mismo?”Cuando uno intenta producirse cosquillas a si mismo, uno no percibe la sensación de cosquillas ya que el estímulo viene ya siendo previsto por el cerebelo. Por otro lado, cuando otra persona realiza las cosquillas se percibe como cosquillas ya que el estímulo no puede ser previsto.

Se ha propuesto una teoría bastante atrevida por el mismo grupo acerca de las alucinaciones auditivas sufridas por los enfermos mentales que también pueden ser explicadas por las acciones del cerebelo. La premisa de esta teoría es que cuando los pensamientos de un enfermo mental vuelven al cerebro luego de pasar por un modelo de pensamiento distorsionado en el cerebelo después de haber tomado una decisión, la persona no es capáz de reconocer estos pensamientos como propios, entonces los percibe como voces extrañas.

“Gradualmente hemos descubierto que el cerebelo copia el modelo de pensamiento del cerebro, pero todavía no sabemos como es que se copia ese programa. Para empezar, no sabemos como la información como el lenguaje y las imágenes son programadas en los circuitos neuronales del cerebro. La ubicación del área del lenguaje es conocida, pero los detalles de los circuitos y mecanismos que existen y nos dan la habilidad del habla permanecen desconocidos.”