Los estudios del cerebelo desafían las nociones antiguas de cómo pensamos

Después de siglos de ser pasado por alto, el cerebelo está recibiendo el debido reconocimiento.

Esta ilustración anatómica de principios del siglo XX del cerebro humano (desde abajo) muestra los hemisferios izquierdo y derecho tanto del cerebelo como del cerebro. “Cerebeloso” es la palabra hermana de “cerebral” y significa “relacionado con o localizado en el cerebelo”. “Cerebro-Cerebellar” generalmente se refiere a la conectividad funcional y la interacción entre regiones específicas del cerebro y subregiones del cerebelo.

Fuente: Wikipedia / Dominio Público

Hasta 1998, la mayoría de los neurocientíficos se adhirieron a la antigua idea de que el cerebelo (latín, “pequeño cerebro”) solo era responsable de las funciones motoras y no tenía nada que ver con la cognición. Antes de que Jeremy Schmahmann publicara tres artículos consecutivos que cambiaban el juego a fines del siglo XX, se creía ampliamente que el cerebelo humano supervisaba el tiempo y la coordinación de los movimientos musculares afinados, pero definitivamente no estaba involucrado. El «pensamiento» cerebral o los pensamientos cognitivos.

• ¿Por qué disfrutas secretamente de enojarte?
• Protegiendo a los que amamos
• Este es tu cerebro en microdosis de psilocibina
• ¿Por qué Halloween golpea un acorde?
• El impacto de la adicción y las sustancias adictivas en la memoria

Los tres artículos emblemáticos de Schmahmann sobre el papel del cerebelo humano en la cognición desde finales de los años noventa fueron: “El sistema cerebrocerebeloso” (1997), “El síndrome afectivo cognitivo cerebeloso” (1998) y “Dismetria del pensamiento: consecuencias clínicas de la disfunción cerebelar en la cognición”. y afecto ”(1998).

Gracias a los esfuerzos pioneros de Schmahmann y otros pioneros cerebelosos en las últimas dos décadas, la concepción errónea de “función motora solamente” del cerebelo ha sido desmentida. Hoy en día, la mayoría de los neurocientíficos están de acuerdo en que, además de una amplia gama de funciones motoras, el cerebelo también está involucrado en múltiples funciones cognitivas, emocionales, sociales y lingüísticas no motorizadas. (Para más información, ver: “Da Vinci tenía razón: el cerebelo merece más reconocimiento”).

La reciente publicación de dos nuevos estudios de cerebelo de última generación continúa informando nuestra visión en constante evolución del “pequeño cerebro” y cómo funciona todo el cerebro en concierto para generar pensamientos y coordinar el pensamiento utilizando bucles y cerebro cortico-cerebelosos – Redes cerebelosas.

• ¿Qué vas a tener para la cena de Acción de Gracias? Por que importa
• El hipocampo, la autoestima y la salud física.
• Cómo los eventos públicos ayudan o curan las heridas de abuso sexual
• Cómo podemos predecir qué niños podrían tener problemas con la bebida
• Los riesgos emocionales y las recompensas de perder la virginidad

El primer artículo nuevo de Baylor College of Medicine, “A Cortico-Cerebellar Loop for Motor Planning”, se publicó el 17 de octubre en la revista Nature . El segundo artículo, realizado por investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis y titulado “Organización espacial y temporal del cerebro humano individual”, se publicó el 25 de octubre en la revista Neuron .

Esta publicación de blog se divide en dos partes que exploran cada uno de estos estudios de octubre de 2018 por separado.

Primera parte: “Un bucle cortico-cerebeloso para la planificación motriz” por Gao et al.

Cerebelo (en latín, “pequeño cerebro”) en rojo.

Fuente: Base de datos de ciencias de la vida / Wikipedia Commons

Zhenyu Gao et al. han demostrado que regiones específicas del cerebelo están activas en la memoria a corto plazo, incluso cuando el cuerpo no está en movimiento. Sorprendentemente, los investigadores encontraron evidencia directa utilizando un modelo de ratón de que la actividad de la memoria en la corteza frontal parece depender de la actividad en el cerebelo.

Este estudio fue realizado por un colaborador de investigación internacional dirigido por el autor principal Nuo Li y su equipo de laboratorio en el Baylor College of Medicine en Houston, Texas, junto con los neurocientíficos en el Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes en Ashburn, Virginia, y el primer autor Zhenyu Gao y colegas en el Centro Médico de la Universidad Erasmus en Rotterdam, Países Bajos.

El aspecto más significativo del último estudio de ratón con modelo del Laboratorio Nuo Li es que los investigadores pudieron concentrarse en la actividad neuronal en el cerebelo durante los períodos en que el sujeto de prueba no se movía, pero estaba pensando en su próximo movimiento.

Corteza frontal en rojo.

Fuente: Base de datos de ciencias de la vida / Wikipedia Commons

“Sabíamos que la corteza frontal y el cerebelo están conectados anatómicamente entre sí”, dijo Li en un comunicado. “También sabíamos que en los seres humanos, se sabe que el daño cerebeloso causa problemas de memoria o de planificación, por lo que los dos podrían estar conectados. Encontramos que la salida del cerebelo se dirige a la corteza frontal y viceversa. Cuando interrumpimos la comunicación entre las dos áreas del cerebro, la actividad de la memoria se interrumpe. Nuestros resultados muestran que la actividad que organiza un solo comportamiento está coordinada por múltiples regiones del cerebro “.

Para hacer este descubrimiento sobre cómo funcionan los bucles cortico-cerebelosos durante el aprendizaje motor, los investigadores entrenaron a los ratones en una tarea de aprendizaje que les exigía tomar una decisión cognitiva basada en la memoria a corto plazo.

Los autores concluyen: “En los seres humanos, el daño cerebeloso puede causar defectos en la planificación y la memoria de trabajo. Aquí mostramos que la representación persistente de información en la corteza frontal durante la planificación motora depende del cerebelo. Nuestros resultados respaldan la opinión de que la dinámica neural persistente durante la planificación motriz se mantiene mediante circuitos neuronales que abarcan múltiples regiones cerebrales y que los cálculos cerebelosos se extienden más allá del control motor en línea “.

El cerebelo es un jugador central cuando se trata de rendimiento deportivo y deportes. “Se sabe que el cerebelo guía nuestro movimiento al aprender de los errores”, explicó Li en una declaración. “Cuando aprendemos a disparar una pelota de baloncesto, inicialmente tenemos muchos tiros perdidos. Sin embargo, el cerebro puede ajustar nuestras tomas ajustando nuestros movimientos en función de los errores de las tomas perdidas y, finalmente, producir tomas precisas. Se sabe que el cerebelo es responsable de este aprendizaje motor. Combina los errores de los movimientos perdidos y el movimiento que se realizó para producir un movimiento más preciso “.

La siguiente fase de investigación del equipo de Li probará si el cerebelo usa o no el mismo proceso de aprendizaje de “prueba y error” que se activa durante el aprendizaje motor en los deportes para dominar más actividades cerebrales, como jugar al ajedrez.

Parte dos: “Organización espacial y temporal del cerebro humano individual” por Marek et al.

El comunicado de prensa de la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en San Luis, que anuncia la publicación de un nuevo estudio cerebeloso dirigido por el investigador de posgrado Scott Marek, tiene un título que llama la atención: “Centro de control de calidad de la mente encontrado en el área del cerebro ignorado durante mucho tiempo: Cerebellum Checks y corrige los pensamientos, el movimiento “.

Debido a que durante más de una década he intentado (con un éxito limitado) poner al cerebelo, que a menudo se pasa por alto, y esforzarme por hacer de “cerebelar” una palabra familiar, no pude evitar asentir y decir “¡Sí! Eso es exactamente correcto “en voz alta mientras leo el lede de este comunicado de prensa:

“El cerebelo no puede conseguir ningún respeto. Ubicado de forma inconveniente en la parte inferior del cerebro y inicialmente se pensaba que estaba limitado a controlar el movimiento, el cerebelo ha sido tratado como una ocurrencia tardía por parte de los investigadores que estudian las funciones cerebrales superiores. Pero los investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis dicen que pasar por alto el cerebelo es un error. Sus hallazgos, publicados el 25 de octubre en Neuron , sugieren que el cerebelo interviene en todos los aspectos de las funciones cerebrales superiores, no solo el movimiento, sino también la atención, el pensamiento, la planificación y la toma de decisiones “.

Para este estudio, los investigadores de WUSTL en el Laboratorio de Dosenbach midieron el tiempo de la actividad cerebral humana utilizando la MRI de conectividad funcional y encontraron que las señales de los sistemas sensoriales se procesaban en redes intermedias de la corteza cerebral antes de enviarse al cerebelo. En particular, estas exploraciones cerebrales muestran que el cerebelo contiene una organización de red específica para cada individuo que es significativamente más variada que en la corteza cerebral. Como explican los autores:

“Los estudios seminales de rastreo transneuronal han demostrado que las regiones laterales posteriores del cerebelo forman circuitos cerrados con regiones del córtex parietal premotor, prefrontal y posterior en macacos (Dum y Strick, 2003; Kelly y Strick, 2003; Strick y otros ., 2009), que proporciona un marco anatómico para un rol putativo en los mecanismos de retroalimentación adaptativos para la modificación del comportamiento del movimiento y los procesos cognitivos. Por lo tanto, la caracterización del cerebelo puramente como una estructura motora conservada es anticuada e inexacta (Buckner, 2013; Caligiore et al., 2017; Fiez, 1996; Leiner et al., 1989; Schmahmann, 2004; Schmahmann et al., 2009 ; Strick et al., 2009). Aunque estudios anteriores han proporcionado un marco anatómico y funcional para comprender las contribuciones cerebelosas a la función cerebral, actualmente se desconoce el grado de especificidad individual en la organización funcional cerebelar “.

Marek et al. especular que, como parte de un bucle cerebro-cerebeloso, las señales cerebrales se someten a controles de calidad finales en el cerebelo antes de enviarse de vuelta a la corteza cerebral para su implementación. Los autores dijeron: “Dada la presencia de bucles cortico-cerebelosos y su supuesto papel en la señalización de error y la plasticidad adaptativa, nos interesó especialmente la organización temporal de la actividad infra-lenta (AIS) entre el cerebelo y la corteza cerebral”.

La investigación de Marek descubrió una nueva estadística sorprendente: solo el 20 por ciento del cerebelo está dedicado exclusivamente a las funciones motoras; el 80 por ciento restante parece estar ocupado por regiones cerebelosas no motoras involucradas en la cognición de orden superior. “Las redes de funciones ejecutivas están muy representadas en exceso en el cerebelo”, dijo Marek en un comunicado. “Toda nuestra comprensión del cerebelo debe alejarse de estar involucrado en el control motor y estar más involucrado en el control general de la cognición de nivel superior”.

“La mayor sorpresa para mí fue el descubrimiento de que el 80 por ciento del cerebelo está dedicado a las cosas inteligentes”, agregó el autor principal Nico Dosenbach. “Todos pensaron que el cerebelo se trataba de movimiento. Si su cerebelo está dañado, no puede moverse con suavidad: la mano le tiembla cuando trata de alcanzar algo. Nuestra investigación sugiere firmemente que, al igual que el cerebelo sirve como un control de calidad del movimiento, también controla sus pensamientos: los alisa, los corrige, perfecciona las cosas “.

Un aspecto inesperado de esta investigación del cerebelo está relacionado con la sensibilidad del cerebelo al alcohol. Los investigadores especulan que el mal juicio y la falta de control de los impulsos que se producen después de que alguien bebe demasiado alcohol puede estar enraizado en el cerebelo. Todo el mundo sabe que estar intoxicado hace que los movimientos físicos de las personas se desencadenen, como lo marca la dificultad para hablar y la incapacidad para caminar en línea recta. Curiosamente, los últimos hallazgos de Marek y su equipo sugieren que la mala toma de decisiones provocada por el consumo de alcohol puede ser un reflejo de la pérdida de capacidad del cerebelo para monitorear y controlar la calidad de las funciones ejecutivas.

“Muchas personas que buscan vínculos entre la función cerebral y el comportamiento simplemente ignoran el cerebelo”, dijo Dosenbach en un comunicado. “Cortan esos datos y los tiran, porque no saben qué hacer con ellos. Pero hay cuatro veces más neuronas en el cerebelo que en la corteza cerebral, por lo que si está dejando de lado el cerebelo, ya se ha disparado en el pie antes de comenzar. La promesa de obtener imágenes de todo el cerebro humano a la vez es comprender cómo funciona todo junto. No puedes ver cómo funciona todo el circuito cuando te estás perdiendo una parte importante “.

Los autores concluyen: “[Nuestros] hallazgos sugieren que una función de dominio general del cerebelo puede ser la corrección definitiva de todos los procesos corticales motores y cognitivos”.

El siguiente paso para Marek y el equipo de investigación en el laboratorio de Dosenback es investigar cómo las diferencias individuales en la estructura cerebelosa y la conectividad funcional se correlacionan con varios tipos de inteligencia, comportamiento, rasgos de personalidad y trastornos psiquiátricos.

Referencias

Scott Marek, Joshua S. Siegel, Evan M. Gordon, Ryan V. Raut, Dillan J. Newbold, Mario Ortega, Timothy O. Laumann, Derek B. Miller, Annie Zheng, Katherine C. Lopez, Jeffrey J. Berg, Rebecca S. Coalson, Annie L. Nguyen, Donna Dierker, Andrew N. Van, Catherine R. Hoyt, Kathleen B. McDermott, Scott A. Norris, Joshua S. Shimony, Abraham Z. Snyder, Steven M. Nelson, Deanna M. Barch, Bradley L. Schlaggar, Marcus E. Raichle, Steven E. Petersen, Deanna J. Greene, Nico UF Dosenbach. “Organización espacial y temporal del cerebro humano individual”. Neuron (Publicado por primera vez el 25 de octubre de 2018) DOI: 10.1016 / j.neuron.2018.10.010

Zhenyu Gao, Courtney Davis, Alyse M. Thomas, Michael N. Economo, Amada M. Abrego, Karel Svoboda, Chris I. De Zeeuw y Nuo Li. “Un bucle cortico-cerebeloso para la planificación motriz” Naturaleza (Publicado por primera vez el 17 de octubre de 2018) DOI: 10.1038 / s41586-018-0633-x

Jeremy D. Schmahmann y Deepak N.Pandyat. “El Sistema Cerebrocerebeloso”. Revista Internacional de Neurobiología (1997) DOI: 10.1016 / S0074-7742 (08) 60346-3

Jeremy D. Schmahmann y Janet C. Sherman. “El síndrome afectivo cognitivo del cerebelo”. Cerebro: un diario de neurología (1998) DOI: 10.1093 / cerebro / 121.4.561

Jeremy D. Schmahmann. “Dismetría del pensamiento: consecuencias clínicas de la disfunción cerebelosa en la cognición y el afecto”. Tendencias en las ciencias cognitivas (1998) DOI: 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2