¿Por qué correr más rápido acelera el aprendizaje en el cerebelo?

Correr a una velocidad más rápida mejora el aprendizaje en el cerebelo a través de fibras musgosas.

Cerebelo (latín para “pequeño cerebro” o “pequeño cerebro”) en rojo. Cerebellar es la palabra hermana para cerebral y significa ‘relacionado o localizado en el cerebelo’.

Fuente: base de datos de Lifesciences / Wikimedia Commons

Las velocidades de carrera más rápidas en la cinta de correr mejoran el aprendizaje asociativo en el cerebelo de los ratones, según un nuevo estudio realizado por investigadores del Centro Champalimaud para lo Desconocido. Este documento, “La actividad locomotora modula el aprendizaje asociativo en el ratón cerebelo”, se publicó el 16 de abril en la revista Nature Neuroscience.

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“El cerebelo es importante para aprender movimientos hábiles. Calibra los movimientos frente a un entorno cambiante para coordinarlos de una manera muy precisa “, dijo la autora principal, Megan Carey, en un comunicado. Carey es el investigador principal y líder del grupo del Programa de Neurociencia en el Centro Champalimaud para lo Desconocido en Lisboa, Portugal.

La conclusión principal de este estudio es que los ratones más rápidos corrían en una cinta rodante, cuanto más rápido y mejor su cerebelo aprendió una tarea asociativa llamada “retraso de los ojos condicionados”.

Los autores describen el método de su última investigación: “Aquí investigamos los efectos del estado conductual, y específicamente de la actividad locomotriz, en el retraso del condicionamiento del parpadeo, una forma de aprendizaje asociativo dependiente del cerebelo. En el condicionamiento de parpadeo de retraso, los animales aprenden a cerrar el ojo en respuesta a un estímulo condicionado inicialmente neutral (CS) que es confiablemente predictivo de un estímulo incondicional aversivo (EE. UU.), Como una bocanada de aire en el ojo “.

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Para obtener una mejor comprensión de los cambios celulares que acompañan el aprendizaje en el cerebelo, Carey y sus colegas desarrollaron una tarea de aprendizaje condicionado para enseñar a los ratones a parpadear en respuesta a un destello de luz que se combinó con una bocanada de aire mientras corrían a varias velocidades en una cinta de correr. El condicionamiento de ceguera es una forma común de evaluar la velocidad y la eficacia del aprendizaje asociativo en el cerebelo.

Los ratones en este estudio que tenían sus cintas de correr puestas a una velocidad más alta aprendieron a asociar el destello de luz (que normalmente no hace parpadear a los ratones) con una ráfaga de aire más rápidamente. Entonces, incluso si no había una bocanada de aire para acompañar un destello de luz, estos ratones parpadearon automáticamente. Por otro lado, tardó mucho más tiempo en codificarse en el cerebelo de ratones cuyas cintas de correr se establecieron a velocidades más lentas.

En un comunicado, la primera autora de este estudio, Catarina Albergaria, resumió: “Nuestro principal descubrimiento fue que podíamos hacer que los ratones aprendieran mejor haciéndolos correr más rápido”.

Notablemente, los investigadores también descubrieron que el desempeño posterior del parpadeo se benefició de velocidades de funcionamiento más rápidas. “Los ratones funcionaron peor cuando redujimos la velocidad de la cinta, y esto sucedió a escalas temporales de algunos segundos”, dijo Albergaria.

Después de identificar un vínculo causal entre las velocidades de carrera y el aprendizaje asociativo en el cerebelo, los investigadores tenían curiosidad por identificar dónde estaba teniendo lugar esta mejora dentro del “pequeño cerebro”.

Para esta fase de su estudio, el equipo de investigación utilizó optogenética para estimular neuronas específicas que se proyectan hacia el cerebelo llamadas “fibras musgosas”. Dentro del cerebelo, la información sensorial se transmite de las fibras musgosas a las células granulares de una manera que permite una sola fibra cubierta de musgo axón para influir en una gran cantidad de células de Purkinje.

Curiosamente, cuando los investigadores estimularon las fibras musgosas mediante optogenética, observaron un aprendizaje mejorado a la par con velocidades de funcionamiento más rápidas. Por lo tanto, los investigadores especulan que encontrar formas de estimular directamente la actividad de la fibra musgosa podría tener los mismos beneficios en el aprendizaje asociativo que correr. “No necesariamente tiene que ser locomoción; cualquier cosa que impulse un aumento en la actividad de la fibra musgosa podría proporcionar una modulación equivalente de aprendizaje “, dijo Albergaria.

A pesar de estos hallazgos innovadores sobre el aprendizaje asociativo en el cerebelo, los autores son rápidos en señalar que velocidades de carrera más rápidas no necesariamente mejoran las velocidades de aprendizaje en otras regiones del cerebro. “No sabemos si esto es cierto para otros tipos de aprendizaje no cerebelar”, advierte Albergaria.

¿Las velocidades de carrera más rápidas mejoran el aprendizaje en el cerebelo humano?

Fuente: Wikipedia / Public Domain

Según Albergaria, “el cerebelo es una estructura bien conservada en todas las especies y existen circuitos que son comunes a todas las especies”. Especula que futuras investigaciones basadas en estos hallazgos podrían ayudarnos a comprender mejor cómo la locomoción influye en el aprendizaje asociativo en el cerebelo humano.

“Tendemos a pensar que para manipular la plasticidad del cerebro, para que las personas aprendan más rápido y los lentos, los alumnos mejoren, tenemos que usar drogas. Pero aquí, todo lo que teníamos que hacer era controlar qué tan rápido corrían los ratones para obtener una mejora. Sería interesante ver si esto es válido para los humanos, para las formas de aprendizaje del cerebelo, e incluso para otros tipos de aprendizaje “, dijo Carey en un comunicado.

Los autores concluyen que “nuestros resultados sugieren que la actividad locomotora modula la demora en el condicionamiento del parpadeo a través de una mayor activación de la vía de la fibra musgosa dentro del cerebelo. Tomados en conjunto, estos resultados proporcionan evidencia de un papel novedoso para la modulación del estado conductual en el aprendizaje asociativo y sugieren un mecanismo potencial a través del cual involucrarse en el movimiento puede mejorar la capacidad de aprendizaje de un individuo “.

Investigaciones futuras en Carey Lab intentarán responder preguntas más grandes, como por qué el caminar y otros tipos de ejercicio aeróbico parecen ayudarnos a coordinar pensamientos, organizar ideas y encontrar soluciones creativas. La evidencia anecdótica también vincula la actividad física con los momentos “Aha!”. Por ejemplo, Albert Einstein dijo que E = mc ² , “pensé en eso mientras montaba mi bicicleta”. En esta misma línea, Manish Saggar de la Universidad de Stanford ha encontrado evidencia de imágenes cerebrales fMRI que mejora la capacidad creativa de la conectividad del cerebelo.

La investigación cerebelosa de Megan Carey en Lisboa encaja perfectamente con la investigación sobre el cerebelo que dirige Jeremy Schmahmann en la Escuela de Medicina de Harvard en Boston. La hipótesis de “Dysmetria del pensamiento” de Schmahmann postula que el cerebelo nos ayuda a coordinar nuestros pensamientos de la misma manera que nos ayuda a coordinar nuestros movimientos.

Para más información, vea “Jeremy Schmahmann desentraña la perplejidad de nuestro cerebelo” y la Fundación MINDlink: Conectando el cerebelo a las curaciones.

Referencias

Catarina Albergaria, N. Tatiana Silva, Dominique L. Pritchett y Megan R. Carey. “La actividad locomotora modula el aprendizaje asociativo en el cerebelo del ratón”. Nature Neuroscience (Publicado en línea: 16 de abril de 2018) DOI: 10.1038 / s41593-018-0129-x

Saggar, Manish, Eve-Marie Quintín, Nicholas T. Bott, Eliza Kienitz, Yin-hsuan Chien, Daniel WC Hong, Ning Liu, Adam Royalty, Grace Hawthorne y Allan L. Reiss. “Cambios en la activación cerebral asociados con la improvisación espontánea y la creatividad figurativa después del entrenamiento basado en el pensamiento de diseño: un estudio longitudinal de resonancia magnética funcional.” Corteza cerebral (2016) DOI: 10.1093 / cercor / bhw171

Schmahmann, Jeremy D. “Trastornos del Cerebelo: Ataxia, Dismetria del Pensamiento y el Síndrome Cerebeloso Cognitivo Afectivo”. The Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences (2004) DOI: 10.1176 / jnp.16.3.367

Jeremy D. Schmahmann y Janet C. Sherman. “El síndrome afectivo cognitivo cerebeloso”. Brain: A Journal of Neurology (1998) DOI: 10.1093 / brain / 121.4.561

Schmahmann, Jeremy D. “Dysmetria 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