Los neurocientíficos descifran el misterio de los movimientos oculares rápidos

Fuente: Leonardo da Vinci / Public Domain

En 1504, Leonardo da Vinci hizo cera colada del cerebro y acuñó el término "cerebelo", que en latín significa "pequeño cerebro". Un estudio pionero publicado hoy informa que las células de Purkinje en el cerebelo son responsables de controlar la ejecución precisa del ojo rápido movimientos. Casualmente, da Vinci también pintó la Mona Lisa , que es conocida mundialmente por tener ojos errantes que siguen a los espectadores de todo el Louvre.

Mi padre, Richard M. Bergland, era neurocirujano, neurocientífico, tenista de nivel nacional y autor de The Fabric of Mind (Viking). Mi padre estaba obsesionado con las células de Purkinje y el cerebelo. Él pasó esta obsesión a mí.

En 2007, mi padre murió inesperadamente de un ataque cardíaco, abandonando su búsqueda de encontrar algún tipo de "santo grial" en la neurociencia incompleta. Hice una promesa en su funeral de que tomaría la antorcha y trataría de encontrar respuestas a sus hipótesis sobre las células de Purkinje y el cerebelo. Cada mañana, me levanto esperando que haya nuevas investigaciones que ayuden a descifrar los misterios del cerebelo. Huelga decir que estaba encantado de leer sobre el nuevo estudio sobre movimientos oculares y células de Purkinje publicado esta mañana.

Las células de Purkinje en el cerebelo controlan los movimientos oculares rápidos

Ilustración de celda de Purkinje por Ramón y Cajal.

Fuente: Ramón y Cajal / Public Domain

El estudio de octubre de 2015, "Codificación de la acción por las células de Purkinje del cerebelo", se publicó en la revista Nature . Los investigadores encontraron que la actividad neuronal combinada de dos tipos aparentemente opuestos de células de Purkinje en el cerebelo del cerebro parece controlar los movimientos oculares rápidos conocidos como movimientos sacádicos.

• Casos de divorcio que involucran a niños con autismo
• Geek Dad: Awesomely Geeky Projects and Activities for Dads and Kids to Share
• ¿Por qué las niñas y los niños con autismo tienen comportamientos diferentes?
• Sincronización cerebral idiosincrásica asociada con el autismo
• Los diagnósticos de autismo están aumentando, pero ¿por qué?

En un resumen de los hallazgos, los editores describen este estudio diciendo: "Las células de Purkinje son neuronas inhibitorias en el cerebelo con un papel central en la coordinación de la función motora del cuerpo. Se ha pensado durante mucho tiempo que codifican los movimientos sacádicos de los ojos, pero no se sabe cómo se logra esto.

Grabación de células de Purkinje en monos, David Herzfeld et al. encontrar que las respuestas combinadas de pico simple de ruptura y pausa de las células de Purkinje, pero no solo de la población, predijeron la velocidad en tiempo real de la sacada. Además, cuando las células de Purkinje se organizaron de acuerdo con su campo de pico complejo, las respuestas de la población codificaron la velocidad y la dirección a través de un campo de ganancia ".

Las células de Purkinje llevan el nombre de Johannes Purkinje, quien identificó por primera vez estas neuronas en 1837. El Dr. Purkinje también fue la primera persona en identificar la individualidad de la huella dactilar humana. Entre muchas otras funciones, las células de Purkinje son responsables de comunicar la información sensorial motora desde el cerebelo hasta la corteza cerebral.

• Probando la teoría del "cerebro femenino extremo" de la psicosis
• Espectáculos dignos de ver en abril
• Lea "Ni siquiera está mal" por Paul Collins
• Más investigación vincula el autismo y el cerebelo
• Conversaciones sobre creatividad con Darold Treffert, Parte II: D

El cerebelo es una fuente de energía primigenia

El cerebelo (rojo) es solo el 10% del volumen del cerebro, pero alberga más del 50% de las neuronas totales del cerebro.

Fuente: Wikimedia / Base de Datos de Ciencias de la Vida

El cerebelo es una de nuestras regiones cerebrales más antiguas. Desde una perspectiva evolutiva, la capacidad de concentrarse en un objetivo y enfocar la mirada como cazadores era necesaria para matar a su presa. El cerebelo es una región cerebral primitiva e intuitiva en la que confiamos para atacar a las presas en movimiento con un arco y una flecha, o una lanza.

Durante milenios, ambos hemisferios del cerebelo han evolucionado para funcionar sin problemas con ambos hemisferios del cerebro para crear el máximo rendimiento humano. Desde una perspectiva atlética, el cerebelo permite correr al mismo tiempo y al mismo tiempo fijar los ojos en un objetivo en movimiento. El cerebelo es el área primaria del cerebro asociada a la coordinación mano-ojo que se utiliza para atrapar una pelota de béisbol, golpear una pelota de tenis, disparar un disco de hockey, etc.

Diagrama del Reflejo Vestibulo-Ocular (VOR)

Fuente: Wikimedia / Creative Commons

Cuando cambia la dirección de la mirada, los movimientos de la cabeza y los ojos se coordinan automáticamente entre sí a través del reflejo vestibuloocular (VOR), que es parte del sistema vestibular conectado al cerebelo. El VOR es un movimiento ocular reflejo que estabiliza las imágenes en la retina durante los movimientos de la cabeza al producir automáticamente un movimiento ocular en la dirección opuesta al movimiento de la cabeza.

Mi padre a menudo decía: "De esto estoy absolutamente seguro, convertirme en neurocirujano fue una consecuencia directa de mi ojo para la pelota". Cuando mi padre habló de tener "ojo para la pelota", se estaba refiriendo a su sistema VOR.

El reflejo vestíbulo-ocular necesita trabajar muy rápido para mantener una visión y enfoque claros. Los movimientos de la cabeza deben compensarse casi de inmediato; de lo contrario, su visión se vería como un video tomado con una mano temblorosa o en movimiento. Hipotéticamente, las anormalidades del VOR harían del mundo un lugar muy desorientador, como podría ser el caso en personas con trastorno del espectro autista.

Como lo ilustra este estudio más reciente, la ejecución de movimientos oculares precisos depende críticamente del cerebelo. Recientemente se descubrió que la actividad neuronal combinada de dos tipos aparentemente opuestos de células de Purkinje en el cerebelo del cerebro controla los movimientos espasmódicos del ojo conocidos como movimientos sacádicos en monos por David Herzfeld et al.

¿Qué es un "Saccade"?

Fuente: Africa Studios / Shutterstock

Una sacudida es un movimiento rápido y simultáneo de ambos ojos entre dos fases de fijación en la misma dirección. A medida que se recibe información visual de la retina, se traduce a información espacial y luego se transfiere a los centros motores para respuestas motoras apropiadas.

Confiamos en la precisión de los movimientos oculares sacádicos cada milisegundo de nuestras vidas. Durante las condiciones normales del día a día, se obtienen entre 3 y 5 sacudidas por segundo, lo que equivale a alrededor de medio millón de movimientos sacádicos por día.

Una persona con dismetría sacádica produce movimientos oculares incontrolables, como microsacadas, aleteo ocular y sacudidas con ondas cuadradas, incluso cuando el ojo está en reposo. Se cree que la causa de la dismetría son las lesiones en el cerebelo o las lesiones en los nervios propioceptivos que conducen al cerebelo. Su cerebelo es responsable de la coordinación de la información visual, espacial y otra información sensorial con control motor.

¿Cuál es el vínculo entre las células de Purkinje, los movimientos oculares y el autismo?

Fuente: Petr Novak / Wikimedia Commons

Recientemente, ha habido una oleada de investigación que relaciona las células de Purkinje, el cerebelo y los trastornos del espectro autista (TEA). Los recientes hallazgos de Herzfeld y cols. Se suman a un creciente cuerpo de evidencia que potencialmente correlaciona las anormalidades de las células de Purkinje con el autismo. Aunque el estudio reciente de Herzfeld no se refiere específicamente al autismo, los últimos hallazgos sobre el papel de las células de Purkinje en el control de los movimientos oculares respaldan la investigación previa que relaciona los movimientos oculares, el cerebelo y el autismo.

En los trastornos del espectro autista, el cerebro muestra de forma constante defectos en las células de Purkinje, que tienen un solo axón que se proyecta desde el cerebelo y crea conectividad desde el cerebelo a la mayoría de las otras regiones del cerebro. Investigaciones previas encontraron disfunción cerebelosa en personas con TEA a través de estudios postmortem de muestras cerebrales que mostraron pérdida de volumen de células de Purkinje. En los últimos años, una variedad de estudios han confirmado este fenómeno en la mayoría de los cerebros autistas.

Un estudio de 2013, publicado en la revista Nature , descubrió que el contacto visual durante la primera infancia puede ser la indicación más temprana de TEA. Los bebés típicamente comienzan a enfocarse en rostros humanos dentro de las primeras horas de vida. Los niños con autismo, sin embargo, no muestran interés en hacer contacto visual lo que hace que sea difícil leer caras. Aprender a captar las señales sociales de forma inconsciente prestando atención a los ojos de otra persona es clave para la conectividad social.

Otro estudio de agosto de 2013 encontró que la orientación visual atípica en niños de 7 meses podría ser un signo de riesgo de autismo. El estudio titulado "Microestructura de la materia blanca y orientación visual atípica en niños de 7 meses en riesgo de autismo" fue publicado en American Journal of Psychiatry . La sustancia blanca en el cuerpo calloso conecta los hemisferios izquierdo y derecho de su cerebro.

En 2014, los investigadores informaron que el blanco de nuestros ojos comunica importantes señales sociales que son clave para nuestra unión y supervivencia tanto a nivel consciente como subconsciente. El estudio, "Discriminación inconsciente de las señales sociales de los ojos blancos en bebés", se publicó en la revista en línea Proceedings of the National Academy of Sciences . Los investigadores de la Universidad de Virginia y el Instituto Max Planck descubrieron que la capacidad de responder a las señales oculares generalmente comienza a desarrollarse durante la infancia alrededor de los siete meses de edad.

En otro estudio de marzo de 2013, un equipo de investigación perfeccionó el gen Tsc2 en las células de Purkinje del cerebelo y descubrió que una pérdida de Tsc2 en las células de Purkinje produce déficits conductuales de tipo autista. Los investigadores proporcionan evidencia convincente de que la pérdida de células de Purkinje en el cerebelo y / o la disfunción puede ser un vínculo importante entre los TEA, así como un "fenómeno anatómico general que contribuye al fenotipo de TEA", según los investigadores.

En agosto de 2014, Samuel Wang y sus colegas de la Universidad de Princeton informaron que las anormalidades tempranas del cerebelo dificultan el desarrollo neuronal y podrían ser una posible raíz del autismo. En agosto de 2014, publicaron su teoría, "El cerebelo, los períodos sensibles y el autismo", en la revista Neuron .

Sam Wang, Profesor Asociado de Biología Molecular en la Universidad de Princeton, está haciendo una investigación fascinante sobre el procesamiento de información en el cerebelo, incluyendo sus contribuciones al aprendizaje motor, el papel del cerebelo en la función cognitiva y afectiva, y el trastorno del espectro autista.

Conclusión: el cerebelo puede tomar el escenario central en el siglo XXI

Mi padre solía decir: "No sabemos exactamente qué está haciendo el cerebelo". Pero sea lo que sea que esté haciendo, está haciendo mucho de eso ". Mi padre estaría encantado de ver la creciente evidencia que ayuda a explicar todo lo que el poderoso y misterioso cerebelo realmente está haciendo.

Las células de Purkinje y el cerebelo permanecen enigmáticas. Dicho esto, los neurocientíficos están progresando constantemente utilizando la tecnología del siglo XXI para ayudarnos a comprender mejor el "pequeño cerebro" que Leonardo da Vinci identificó por primera vez hace más de quinientos años. Todavía tenemos un largo camino por recorrer antes de descifrar por completo estos misterios, por lo tanto, se necesita más investigación.

Manténgase en sintonía con The Athete's Way para obtener actualizaciones sobre los últimos hallazgos de investigación sobre el cerebelo y las células de Purkinje. Si desea leer más sobre este tema, consulte mis publicaciones anteriores del blog de Psychology Today :

• "Las células de Purkinje cobran vida con excitación dependiente del estado"
• "Los blancos de tus ojos transmiten verdades subconscientes"
• "La neurociencia de hacer contacto visual"
• "12 maneras en que los movimientos oculares delatan tus secretos"
• "¿Cómo funciona la práctica de la memoria muscular a largo plazo?"
• "La coordinación mano-ojo mejora las habilidades cognitivas y sociales"
• "¡En sus marcas, listos, fuera! ¿Cómo se prepara el cerebro para los movimientos?
• "¿Cómo puede soñar despierto mejorar los resultados orientados a los objetivos?"
• "El autismo, las células de Purkinje y el cerebelo están entrelazados"
• "¿Cómo se relacionan las células de Purkinje en el cerebelo con el autismo?"
• "Sincronización cerebral idiosincrásica asociada con el autismo"
• "¿Por qué el baile es tan bueno para tu cerebro?"
• "Agregar movimiento a un ensayo mental mejora el rendimiento"

© 2015 Christopher Bergland. Todos los derechos reservados.

Sígueme en Twitter @ckbergland para recibir actualizaciones sobre las publicaciones del blog The Athlete's Way .

Athlete's Way® es una marca registrada de Christopher Bergland.