Según un nuevo estudio, un antiguo circuito cerebral que permite que los ojos giren reflexivamente hacia arriba cuando el cuerpo se inclina se ajusta temprano en la vida, a medida que el animal se desarrolla.
Dirigido por investigadores de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York, el estudio se centra en cómo los vertebrados, que incluyen humanos y animales desde peces primitivos hasta mamíferos, estabilizan su mirada mientras se mueven. Para ello, utilizan un circuito cerebral que transforma cualquier cambio de orientación detectado por el sistema de equilibrio (vestibular) de sus oídos en un contramovimiento instantáneo de sus ojos.
Llamado reflejo vestíbulo-ocular, el circuito permite una percepción estable del entorno. Cuando se rompe – ; por trauma, accidente cerebrovascular o enfermedad genética –; una persona puede sentir que el mundo rebota cada vez que mueve su cabeza o su cuerpo. En los vertebrados adultos, éste y otros circuitos cerebrales están regulados por la retroalimentación de los sentidos (órganos de la visión y el equilibrio). Los autores del presente estudio se sorprendieron al descubrir que, por el contrario, la información sensorial no era necesaria para la maduración del circuito reflejo en los recién nacidos.
Publicado en línea el 2 de enero en la revista. CienciaEl estudio incluyó experimentos realizados con larvas de pez cebra, que tienen un reflejo de estabilización de la mirada similar al de los humanos. Además, el pez cebra es transparente, por lo que los investigadores literalmente observaron la maduración de las células cerebrales llamadas neuronas para comprender los cambios que permiten a un pez recién nacido rotar sus ojos de manera apropiada cuando su cuerpo se inclina hacia abajo (o sus ojos hacia abajo cuando su cuerpo se inclina hacia arriba).
“Descubrir cómo se producen los reflejos vestibulares puede ayudarnos a encontrar nuevas formas de contrarrestar las patologías que afectan el equilibrio o los movimientos oculares”, dice el autor principal del estudio, David Schoppik, PhD, profesor asociado en los departamentos de otorrinolaringología; Cirugía de Cabeza y Cuello, Neurociencia y Fisiología y Instituto de Neurociencia de NYU Langone Health.
Inclinaciones en fracciones de segundo
Para probar la hipótesis de larga data de que el reflejo está regulado por retroalimentación visual, el equipo de investigación inventó un dispositivo para provocar el reflejo inclinando y monitoreando los ojos de peces cebra que han sido ciegos desde su nacimiento. El equipo observó que la capacidad del pez para contrarrotar sus ojos después de inclinarlos era comparable a la de las larvas que podían ver.
Aunque estudios anteriores han establecido que la información sensorial ayuda a los animales a aprender a moverse correctamente en su entorno, el nuevo trabajo sugiere que dicha sintonización del reflejo vestíbulo-ocular sólo entra en juego una vez que el reflejo está completamente maduro. Sorprendentemente, otra serie de experimentos demostró que el circuito reflejo también alcanza la madurez durante el desarrollo sin la intervención de un órgano vestibular sensible a la gravedad llamado utrículo.
Debido a que el reflejo vestíbulo-ocular puede madurar sin retroalimentación sensorial, los investigadores plantearon la hipótesis de que la parte del circuito cerebral de maduración más lenta debe marcar el ritmo para el desarrollo del reflejo. Para encontrar la parte limitante, el equipo de investigación midió cómo respondían las neuronas a lo largo del desarrollo cuando inclinaban el cuerpo del pez cebra en una fracción de segundo.
Los investigadores descubrieron que las neuronas centrales y motoras del circuito mostraban respuestas maduras antes de que el reflejo terminara de desarrollarse. Por lo tanto, la parte más lenta del circuito en madurar podría no estar en el cerebro como se suponía durante mucho tiempo, sino que resultó estar en la unión neuromuscular; el espacio de señalización entre las neuronas motoras y las células musculares que mueven el ojo. Una serie de experimentos revelaron que sólo la velocidad a la que maduraba la unión coincidía con la velocidad a la que los peces mejoraban su capacidad para contrarrotar sus ojos.
En el futuro, el equipo del Dr. Schoppik recibirá financiación para estudiar sus circuitos recientemente detallados en el contexto de los trastornos humanos. El trabajo actual explora cómo las fallas en el desarrollo de las neuronas motoras y las uniones neuromusculares conducen a trastornos del sistema motor ocular, incluida una desalineación común de los ojos llamada estrabismo (es decir, ojo vago, bizco).
Justo aguas arriba de las neuronas motoras en el circuito vestíbulo-ocular se encuentran las interneuronas que esculpen la información sensorial entrante e integran lo que ven los ojos con los órganos del equilibrio. Otra subvención del Dr. Schoppik tiene como objetivo comprender mejor cómo se altera la función de estas células a medida que se desarrollan los circuitos de equilibrio, con el objetivo de ayudar al cinco por ciento de los niños en los Estados Unidos que luchan con un problema de equilibrio de forma.
Comprender los principios básicos de cómo surgen los circuitos vestibulares es un requisito previo para resolver no sólo los problemas de equilibrio, sino también los trastornos del desarrollo cerebral. »
Paige Leary, PhD., primera autora del estudio
Ella era una estudiante de posgrado en el laboratorio del Dr. Schoppik que dirigió el estudio, pero desde entonces abandonó la institución.
Con los Dres. Schoppik y Leary, autores del estudio de los Departamentos de Otorrinolaringología, Cirugía de Cabeza y Cuello, Neurociencia y Fisiología y el Instituto de Neurociencia de NYU Langone Health, incluyeron a Céline Bellegarda, Cheryl Quainoo, Dena Goldblatt y Basak Rosti. El trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud a través de las subvenciones R01DC017489 y F31DC020910 del Instituto Nacional de Sordera y Trastornos de la Comunicación, y por la subvención F99NS129179 del Instituto Nacional de Sordera y Trastornos de la Comunicación. La Fundación Nacional de Ciencias también apoyó el estudio a través de la beca de investigación para graduados DGE2041775.
