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El estudio del MIT muestra cómo el cerebro está alambrado para los movimientos reactivos, reflexivos

Al montar su bici al almacén usted puede ser que tenga dos razones muy diversas para navegar: viejo reflejo llano cuando algo dardo en su camino, o mando ejecutivo cuando usted ve las placas de calle que indican la ruta correcta.

Un nuevo estudio por demostraciones de los neurólogos del MIT cómo el cerebro es alambrado para ambos rastreando los circuitos específicos implicados y su efecto sobre acciones visualmente contadas.

La investigación, publicada en comunicaciones de la naturaleza, demuestra en ratones que las neuronas en el área anterior (ACC) de la corteza prefrontal, una región de la corteza del cingulate en el frente del cerebro asociado a reglas de comprensión y que ejecutaba los planes, conexiones de los proyectos en evolutionarily una más vieja región llamaron el colliculus superior (SC).

El SC realiza los mandos básicos reactivos, el encontrar dominante reflexivo del estudio es que el propósito de las conexiones del CRNA al SC es reemplazar el SC cuando el mando ejecutivo es necesario.

El CRNA ofrece mando inhibitorio de esta estructura antigua. Este mando inhibitorio es una entidad dinámica dependiendo de la tarea y de sus reglas. Éste es cómo un reflejo es modulado por mando cortical.”

Mriganka Sur, estudia al autor mayor, profesor de Newton de la neurología, del departamento del cerebro y de ciencias cognitivas en el MIT, del instituto de Picower para aprender y de la memoria

Autor importante Rafiq Huda, profesor adjunto de la biología celular y de la neurología en la universidad de Rutgers y un postdoc anterior en el laboratorio de Sur, adicional que observando los circuitos específicos entre el CRNA y el SC y la corteza visual (VC), los investigadores podrían resolver incertidumbre sobre cómo la corteza regula regiones más básicas del cerebro durante la toma de decisión.

“Ha habido un discusión en curso sobre cuál es exactamente el papel de la corteza en decisiones sensoriomotoras,” Huda dijo. “Podíamos ofrecer algunas respuestas observando el nivel de diversos caminos de la proyección del CRNA, que no habrían sido posibles observando de CRNA inmediatamente. Nuestro trabajo proporciona las pruebas para la posibilidad que el mando inhibitorio de estructuras subcorticales como el SC es un principio de la unificación para cómo el CRNA, y la corteza prefrontal generalmente, modula comportamiento de toma de decisión.”

Sentido y barrena

Para hacer sus conclusión, las personas primero trazaron los circuitos que iban en y del CRNA del VC y del SC, confirmando que el CRNA estaba en una posición primera a integrar y la información de proceso sobre lo que vieron los ratones y lo que a hacer sobre él. En el estudio, eligieron centrarse en estas estructuras en el lado izquierdo del cerebro.

Después de trazar este el izquierdo ACC-SC y los circuitos de ACC-VC, las personas entonces entrenaron a ratones para jugar a un videojuego que requirió la sensación (véase una señal de entrada en un lado de la pantalla o el otro) y la acción (que hace girar un Trackball para mover la señal de entrada).

Un grupo de ratones tuvo que mover la señal de entrada hacia adentro hacia el centro de la pantalla. El otro grupo tuvo que mover la señal de entrada hacia fuera hacia el filo de la pantalla. De esta manera, las señales de entrada podrían estar por ambas partes visualmente y diversos grupos de ratones tuvieron que moverlos según diversas reglas.

Mientras que los ratones trabajaron, los científicos observaron la actividad de neuronas en las diversas regiones para aprender cómo respondieron durante cada tarea. Entonces los investigadores manipularon la actividad usando optogenetics, una técnica de las neuronas en la cual las células genético son dirigidas para llegar a ser controlables por las llamaradas de la luz.

Estas manipulaciones permitieron que los científicos consideraran cómo la actividad de los nervios de inhibición en y entre las regiones cambiaría comportamiento.

Bajo condiciones naturales, el SC reflexivo dirigiría el movimiento de la culata de cilindro del ratón, por ejemplo girando sobre un eje hacia un estímulo para centrarlo en la visión. Pero los científicos necesitaron guardar la culata de cilindro todavía para hacer sus observaciones, así que idearon una manera para que los ratones naveguen el estímulo en la pantalla con sus patas en un Trackball. En el papel, muestran que estas dos acciones son equivalentes para que los ratones muevan una señal de entrada dentro de su campo visual.

Optogenetically que desactivaba los circuitos entre el CRNA y VC en el izquierdo del cerebro probó que la conexión de ACC-VC era esencial para que los ratones tramiten señales de entrada a la derecha de su campo visual. Esto era igualmente verdad para ambos grupos, sin importar cuya manera fueron supuestas para mover una señal de entrada cuando la vieron.

Las manipulaciones que implicaban el SC probaron especialmente la intriga.

En el grupo de los ratones que vieron un estímulo a la derecha y fueron supuestos para mover la señal de entrada hacia adentro al centro de la pantalla, cuando los científicos desactivaron las neuronas dentro del SC izquierdo, encontraron que lucharon los ratones comparado a los ratones unmanipulated. Es decir en condiciones normales, el SC izquierdo ayudó a trasladarse un estímulo en el derecho al centro del campo visual.

Cuando los científicos en lugar de otro desactivaron la entrada del CRNA al SC, los ratones hicieron la tarea correctamente más a menudo que ratones unmanipulated. Cuando los mismos ratones vieron un estímulo a la izquierda y tuvieron que moverlo hacia adentro, hicieron el mal de la tarea más a menudo.

El trabajo de las entradas del CRNA, parecía, era reemplazar la inclinación del SC. Cuando esa invalidación era lisiada, la preferencia del SC por trasladarse una señal de entrada derecha al centro era desenfrenada. Pero la capacidad del ratón de mover un estímulo izquierdo al centro fue minada.

“Esos resultados sugieren que el SC y el camino de ACC-SC faciliten enfrente de acciones,” a los autores escribieron. “Estas conclusión también sugieren importantemente que el camino de ACC-SC haga tan modulando la polarización negativa de reacción natural del SC.”

Los científicos también probaron el efecto de la desactivación de ACC-SC en el segundo grupo de los ratones, cuyo trabajo era mover la señal de entrada hacia fuera. Allí vieron que la desactivación aumentó reacciones incorrectas en juicios correctas de la señal de entrada.

Este resultado tiene sentido en el contexto de las reglas que reemplazan reflejo. Si el reflejo ingrained en el SC del izquierdo-cerebro es traer una señal de entrada derecha en el centro del campo visual (girando sobre un eje la derecha principal), después solamente una invalidación de funcionamiento de ACC-SC podría obligarle a que mueva con éxito la señal de entrada más lejos a la derecha, y por lo tanto más lejos a la periferia del campo visual, cuando la regla de la tarea lo requirió.

Sur dijo que las conclusión acentúan la importancia de la corteza prefrontal (en este caso, específicamente el CRNA) en la dotación de mamíferos con la inteligencia de seguir reglas bastante que reflejos cuando están necesitadas. También sugiere que los déficits o el daño de desarrollo en el CRNA podrían contribuir a los desordenes psiquiátricos.

“Entendiendo el papel de la corteza prefrontal, o aún un segmento, es crucial a entender cómo el mando ejecutivo puede ser desarrollado, o puede no poder convertirse, bajo condiciones de la disfunción,” Sur dijo.

Source:
Journal reference:

Huda, R., et al. (2020) Distinct prefrontal top-down circuits differentially modulate sensorimotor behavior. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-020-19772-z.