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Descubrimiento: los núcleos cerebelosos contribuyen al aprendizaje asociativo

Un estudio en el que participa la Fundación Champalimaud encontró que los núcleos cerebelosos contribuyen significativamente al aprendizaje selectivo. El estudio ahora ha sido publicado en Nature Neuroscience.

El aprendizaje asociativo es un proceso mediante el cual asociamos una experiencia positiva o negativa con un determinado estímulo, lo que nos lleva a ajustar nuestro comportamiento. Por ejemplo, si una taza de té está muy caliente esperaremos un poco antes de beberla. O si nos quedamos atrapados los dedos en una puerta, la próxima vez tengamos más cuidado.

El papel de los núcleos cerebelosos.

El cerebelo es una parte del cerebro que tradicionalmente se ha asociado con la coordinación motora, el equilibrio y la postura. Sin embargo, estudios recientes han demostrado que los núcleos cerebelosos también participan en el aprendizaje asociativo, especialmente en el que implica el momento de una respuesta. Por ejemplo, si vemos un destello de luz seguido de una bocanada de aire en el ojo, aprenderemos a cerrar los ojos de antemano cuando veamos el destello de luz.

Un nuevo descubrimiento

Un nuevo estudio, resultado de una colaboración entre el Instituto Holandés de Neurociencia, Erasmus MC y la Fundación Champalimaud, revela que el cerebelo tiene más de una capa de aprendizaje asociativo. El estudio, publicado en la revista Nature Neuroscience, muestra que no sólo la corteza cerebelosa, la capa externa del cerebelo, sino también los núcleos cerebelosos, la parte interna, contribuyen a este tipo de aprendizaje.

Cómo se llevó a cabo el estudio

Los investigadores utilizaron ratones como modelo animal y los entrenaron con dos estímulos diferentes: un destello de luz y una bocanada de aire en el ojo. Con el tiempo, los ratones aprendieron a asociar los dos estímulos y a cerrar los ojos de forma preventiva. Luego, los investigadores analizaron las conexiones entre el cerebelo y otras partes del cerebro, utilizando técnicas como la optogenética, que permite controlar la actividad de las neuronas con luz.

lo que se descubrió

Los investigadores encontraron que las conexiones entre los núcleos cerebelosos y otras partes del cerebro se hicieron más fuertes en ratones que mostraban aprendizaje asociativo. Además, los investigadores descubrieron que podían inducir el aprendizaje asociativo en ratones estimulando directamente los núcleos cerebelosos con luz, incluso cuando la corteza cerebelosa estaba inactiva. Esto sugiere que los núcleos cerebelosos tienen la capacidad de aprender y regular el momento del cierre de los párpados independientemente de la corteza cerebelosa.

¿Qué significa este descubrimiento?

Este descubrimiento tiene implicaciones importantes para comprender el funcionamiento del cerebelo y el aprendizaje asociativo. Muestra que el cerebelo tiene más de una capa de aprendizaje y que los núcleos cerebelosos pueden desempeñar un papel más activo y autónomo de lo que se pensaba anteriormente. Esto podría abrir nuevas posibilidades para estudiar las funciones del cerebelo y sus trastornos, como la ataxia y el autismo.

Entre Portugal y Holanda

El estudio, publicado en la revista Nature Neuroscience, es el resultado de una colaboración internacional entre el Instituto Holandés de Neurociencia, Erasmus MC y Fundación Champalimaud.

Un equipo internacional de investigadores de los Países Bajos y Portugal, formado por Robin Broersen, Catarina Albergaria, Daniela Carulli y Megan Carey, Cathrin Canto y Chris de Zeeuw como autores principales, analizó el cerebelo del ratón.

Según Robin Broersen: «Durante mucho tiempo se ha considerado que la corteza cerebelosa es la principal responsable de aprender el reflejo y el momento del cierre de los párpados. Con este estudio demostramos que el cierre del párpado en el momento más oportuno también puede estar regulado por los núcleos cerebelosos. Los equipos estaban trabajando en cuestiones científicas similares y cuando nos dimos cuenta de la sinergia entre nuestros estudios, decidimos iniciar una colaboración internacional que dio como resultado este artículo.’

Los investigadores han utilizado diferentes técnicas para analizar el papel de los núcleos cerebelosos en el aprendizaje asociativo.

Las técnicas utilizadas

Una de las técnicas fue la optogenética, que permite controlar la actividad de las neuronas con luz. Los investigadores utilizaron esta técnica para estimular directamente los núcleos cerebelosos en ratones, mientras los entrenaban con un destello de luz y una ráfaga de aire en el ojo. Descubrieron que los ratones aprendían a cerrar los ojos con antelación, incluso cuando la corteza cerebelosa estaba inactiva. Esto muestra que los núcleos cerebelosos pueden aprender y regular el momento del cierre de los párpados independientemente de la corteza cerebelosa.

Otra técnica fue la electrofisiología, que permite medir la actividad eléctrica de las neuronas. Los investigadores utilizaron esta técnica para registrar la actividad eléctrica dentro de las células de los núcleos cerebelosos de ratones mientras realizaban la tarea. Descubrieron que la actividad eléctrica de las células cambiaba en función del tiempo entre el destello de luz y la bocanada de aire. Esto demuestra que las células de los núcleos cerebelosos estaban preparadas para lo que estaba a punto de suceder y podían controlar el párpado con precisión.

La tercera técnica fue la anatomía, que permite observar la estructura y conexiones de las neuronas. Los investigadores utilizaron esta técnica para examinar las conexiones entre los núcleos cerebelosos, es decir, los núcleos del cerebelo, y otras partes del cerebro, utilizando marcadores fluorescentes. Descubrieron que las conexiones entre las fibras musgosas y los núcleos cerebelosos eran más fuertes en ratones que mostraban aprendizaje asociativo. Esto demuestra que las fibras musgosas, que transportan información luminosa, refuerzan su influencia sobre los núcleos cerebelosos durante el aprendizaje.

¿Qué hace que este estudio sea único?

Los investigadores destacan que lo que hace que este estudio sea único es la convergencia de resultados de técnicas anatómicas, fisiológicas y optogenéticas. Dicen que es notable cómo múltiples líneas paralelas de evidencia, provenientes de diferentes equipos, han convergido para revelar una imagen completa de lo que sucede en los núcleos cerebelosos durante el aprendizaje asociativo.

Los investigadores también destacan que este estudio tiene implicaciones importantes para comprender el funcionamiento del cerebelo y sus trastornos, como la ataxia y el autismo. Sugieren que la activación de las conexiones establecidas con los núcleos cerebelosos, mediante estimulación cerebral profunda, podría hacer posible que los pacientes con daño cerebeloso aprendan nuevas habilidades motoras.