Desde conducir un automóvil hasta balancear una raqueta de tenis, aprendemos a ejecutar todo tipo de movimientos hábiles durante nuestras vidas. Se podría pensar que este aprendizaje solo lo implementan las neuronas, pero un nuevo estudio realizado por investigadores del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT muestra el papel esencial de otro tipo de célula cerebral: los astrocitos.

Así como los equipos de atletas de élite entrenan junto con el personal de entrenadores, los conjuntos de neuronas en la corteza motora del cerebro dependen de los astrocitos cercanos para ayudarlos a aprender a codificar cuándo y cómo moverse, y el momento y la trayectoria óptimos de un movimiento, muestra el estudio. Al describir una serie de experimentos en ratones, el nuevo artículo publicado en  Journal of Neuroscience  revela dos formas específicas en que los astrocitos impactan directamente en el aprendizaje motor, manteniendo un equilibrio molecular óptimo en el que los conjuntos neuronales pueden refinar adecuadamente el rendimiento del movimiento.

"Este hallazgo es parte de un cuerpo de trabajo de nuestro laboratorio y otros laboratorios que elevan la importancia de los astrocitos para la codificación neuronal y, por lo tanto, para el comportamiento", dice el autor principal Mriganka Sur, profesor Newton de Neurociencia en el Instituto Picower y el Departamento de MIT. Cerebro y Ciencias Cognitivas. "Esto muestra que, si bien la codificación de comportamientos de la población es una función neuronal, debemos incluir a los astrocitos como socios".

La postdoctoral del Instituto Picower, Jennifer Shih, y los expostdoctorales de Sur Lab, Chloe Delepine y Keji Li, son los coautores principales del artículo.

“Esta investigación destaca la complejidad de los astrocitos y la importancia de las interacciones astrocito-neurona en el ajuste fino de la función cerebral al proporcionar evidencia concreta de estos mecanismos en la corteza motora”, dice Delepine.

El equipo les dio a sus ratones una tarea motora simple para dominar. Cuando se les indicó con un tono, los ratones tuvieron que alcanzar y empujar hacia abajo una palanca en cinco segundos. Los roedores demostraron que podían aprender la tarea en unos pocos días y dominarla en un par de semanas. No solo realizaron la tarea con mayor precisión, sino que también sus reacciones se aceleraron y la trayectoria de sus alcances y empujones se volvió más suave y uniforme.

En algunos de los ratones, sin embargo, el equipo empleó intervenciones moleculares de precisión para interrumpir dos funciones específicas de los astrocitos en la corteza motora. En algunos ratones, interrumpieron la capacidad de los astrocitos para absorber el neurotransmisor glutamato, una sustancia química que estimula la actividad neuronal cuando se recibe en las conexiones llamadas sinapsis. En otros ratones, hiperactivaron las señales de calcio de los astrocitos, lo que afectó su funcionamiento. En ambos sentidos, las intervenciones interrumpieron el proceso normal por el cual las neuronas formarían o cambiarían sus conexiones entre sí, un proceso llamado "plasticidad" que permite el aprendizaje.

Cada una de las intervenciones afectó el rendimiento de los ratones. El primero (una caída del transportador de glutamato GLT1) no afectó si los ratones empujaron la palanca o qué tan rápido lo hicieron. En cambio, interrumpió la suavidad del movimiento. Los ratones con GLT1 interrumpido permanecieron erráticos y temblorosos, como si no pudieran refinar su técnica. Los ratones sometidos a la segunda intervención (activación de la señalización Gq) mostraron deficiencias no solo en la suavidad de su trayectoria de movimiento sino también en su comprensión de cuándo empujar la palanca y su rapidez para hacerlo.

El equipo profundizó en cómo surgieron estos déficits. Usando un microscopio de dos fotones, rastrearon la actividad neuronal en la corteza motora en ratones no alterados y ratones tratados con cada intervención. En comparación con lo que vieron en ratones normales, los ratones con GLT1 interrumpido mostraron una actividad menos correlacionada entre las neuronas. Los ratones con activación de Gq mostraron una actividad correlacionada excesiva en comparación con los ratones normales.

“Los datos sugieren que se requiere un nivel óptimo de correlación neuronal para el surgimiento de conjuntos neuronales funcionales que impulsan el desempeño de las tareas”, escribieron los autores. “Las correlaciones significativas que transportan información son las que impulsan el aprendizaje motor, en lugar de la magnitud absoluta de las correlaciones potencialmente inespecíficas”.

El equipo cavó aún más profundo. Aislaron cuidadosamente los astrocitos de la corteza motora de los ratones, incluidos algunos que no estaban entrenados en la tarea motora y otros entrenados, incluidos los ratones que no estaban alterados y los ratones que se sometieron a cada intervención. En todas estas muestras de astrocitos purificados, luego secuenciaron el ARN para evaluar cómo diferían en su expresión de genes. Encontraron que en ratones entrenados versus no entrenados, los astrocitos exhibieron una mayor expresión de genes relacionados con GLT1. En los ratones en los que intervinieron vieron bajada la expresión. Esa evidencia sugirió además que el proceso del transportador de glutamato es de hecho fundamental para el entrenamiento en tareas motoras.

“Aquí mostramos que los astrocitos tienen un papel importante al permitir que las neuronas codifiquen la información correctamente, tanto el aprendizaje como la ejecución de un movimiento, por ejemplo”, dice Sur.

Pierre Gaudeaux es coautor del artículo. La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Simons y la Fundación JPB.