¿Cómo funciona la experiencia de la memoria muscular a largo plazo?

Fuente: Esther Lim / Wikimedia Commons

¿Por qué una vez que has aprendido a andar en bicicleta o a jugar una pelota de tenis, nunca olvidas la memoria muscular involucrada en estas acciones? Un equipo de neurocientíficos identificó recientemente un nuevo mecanismo detrás de la consolidación de la memoria motora a largo plazo.

El estudio de marzo de 2015, "Modelado de la consolidación de la memoria durante los períodos posteriores al entrenamiento en el aprendizaje cerebelovestibular", se publicó en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .

Cada atleta, músico, cirujano o cualquier persona que realice regularmente una destreza motora que se perfeccione con la práctica, sabe que a través de la repetición y la práctica, las habilidades motoras se vuelven automáticas. Las actividades cotidianas como escribir en un teclado, conducir un automóvil o atar los cordones de sus zapatos se vuelven automáticas con el tiempo para cualquier persona que no tenga un trastorno neurológico. ¿Qué está sucediendo en el cerebro que conecta y consolida la formación de las habilidades motoras en la memoria a largo plazo?

El cerebelo es el asiento de la memoria muscular

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Cuando era pequeño, mi padre, Richard Bergland, MD, era mi entrenador de tenis. Mi padre era neurocirujano y tenista de nivel nacional que creía que su "ojo para la pelota" estaba directamente relacionado con su dominio de la sala de operaciones. Él decía: "De esto estoy absolutamente seguro, convertirme en neurocirujano fue una consecuencia directa de mi ojo para el balón".

La capacidad de fijar los ojos en un objetivo mientras se ata un nudo quirúrgico o golpea una pelota de tenis en el punto óptimo de la raqueta se denomina reflejo vestibuloocular (VOR) y es una función del cerebelo. Una nueva investigación ha identificado una conexión entre las células de Purkinje en el cerebelo y las neuronas nucleares vestibulares que trabajan juntas para formar memoria motora a largo plazo.

Ilustración de la celda de Purkinje por Ramón y Cajal c. 1899

Fuente: Ramón y Cajal / Public Domain

Como entrenador en la década de 1970, mi padre me decía: "Chris, piensa en martillear y forjar la memoria muscular contenida en las células de Purkinje de tu cerebelo con cada golpe".

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La visión tradicional de la memoria motora a largo plazo a la que se refería mi padre se basó en el "modelo Marr-Albus" que propuso que la memoria muscular era el resultado de la depresión a largo plazo (LTD) de las sinapsis de fibra paralelas en las células de Purkinje en el cerebelo. El resultado de la "depresión a largo plazo" reduce la actividad después de un estímulo que permite la fluidez del movimiento y la precisión de las habilidades motoras ajustadas.

Los hallazgos de marzo de 2015 fueron el resultado de la colaboración de investigadores de la Universidad de Electrocomunicaciones y el Instituto de Ciencias Cerebrales RIKEN en Japón y la Universidad de California en San Diego.

Los investigadores lograron integrar los mecanismos de plasticidad múltiple del cerebelo para explicar la formación de la memoria motora a largo plazo. Sus hallazgos sugieren que los mecanismos de plasticidad múltiple en la corteza cerebelosa y los núcleos cerebelosos / vestibulares participan en la formación de la memoria motora a largo plazo.

Cerebelo en rojo.

Fuente: Base de datos de Ciencias de la vida / Wikimedia Commons

Para este nuevo estudio, Tadashi Yamazaki y sus colegas desarrollaron simulaciones basadas en un modelo matemático para el reflejo optocinético (OKR) en el movimiento ocular que incorporaba la potenciación a largo plazo (LTP). Este es un estado de mayor eficacia después de un estímulo en las sinapsis de las neuronas nucleares vestibulares.

El reflejo optocinético es una combinación de movimientos sacádicos y de seguimiento suave del ojo. El OKR se ve cuando un individuo sigue con los ojos un objeto en movimiento como una pelota de tenis. Cuando el objeto se mueve fuera del campo de visión, la respuesta refleja es que el ojo retroceda a la posición en la que estaba cuando vio el objeto por primera vez. Este reflejo generalmente se desarrolla alrededor de los 6 meses de edad.

El modelo utilizado en el nuevo estudio incorporó dos sitios de plasticidad distintos que funcionan en conjunto y funcionan sinérgicamente. Mostró que una hora de entrenamiento resultó en un aumento a corto plazo de la ganancia de OKR, por lo que la depresión a largo plazo de las células de Purkinje fue responsable.

Curiosamente, la repetición de este entrenamiento una vez al día aumentó gradualmente el nivel de ganancia de OKR después del entrenamiento, pero no durante el entrenamiento. Esto condujo a la potenciación a largo plazo y al fortalecimiento de las conexiones sinápticas de las cuales se descubrió que las neuronas del núcleo vestibular eran responsables.

Los investigadores pudieron reproducir cambios de ganancia de OKR que eran consistentes con los cambios en el reflejo vestibuloocular (VOR) previamente reportados en algunos ratones manipulados genéticamente.

Conclusión: el cerebelo es clave para la memoria motriz en el deporte y la vida

Los investigadores concluyeron que si se forma una memoria a corto plazo en las células de Purkinje después de una hora de entrenamiento, se transfiere a la neurona nuclear vestibular donde se consolida en la memoria motora a largo plazo.

Estos hallazgos tienen implicaciones más allá del campo de juego. Recientemente, las células de Purkinje y la función cerebelosa anormal se han relacionado con trastornos del espectro autista (TEA). Esta investigación podría contener nuevas pistas para intervenciones y tratamientos para ASD.

Este es un momento muy emocionante para investigar sobre el cerebelo. Los hallazgos revolucionarios sobre el cerebelo se están liberando a una velocidad vertiginosa. Por favor, estad atentos a The Athlete's Way para las últimas actualizaciones sobre el cerebelo.

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