La investigación, llevada a cabo con un brazalete portátil, proporciona un nuevo método para monitorear los movimientos de los bebés y nuevos conocimientos sobre cómo se desarrollan los reflejos de los bebés, como patear.
por Imperial College London
Estos conocimientos y el brazalete también podrían usarse para detectar signos tempranos de trastornos motores como la parálisis cerebral.
La investigación, publicada hoy en Science Advances , se realizó en colaboración con la Fundación Santa Lucía y el Hospital Casilino de Roma.
Los bebés comienzan a patear como fetos en el útero y continúan pateando instintivamente hasta que tienen alrededor de cuatro meses. Las patadas involucran principalmente a las neuronas espinales, al igual que los reflejos protectores que se encuentran en los adultos, como quitar rápidamente una mano del calor. Sin embargo, no se sabe mucho sobre cómo se genera el movimiento a nivel neuronal porque anteriormente no había sido posible realizar un análisis detallado de las células nerviosas individuales sin cirugía.
Ahora, los investigadores de la Fundación Imperial y Santa Lucía han desarrollado un brazalete no invasivo que se desliza sobre las piernas de los bebés que patean libremente para monitorear la actividad neuronal sin necesidad de cirugía. El sistema decodifica los potenciales de campo eléctrico en la superficie del cuerpo e invierte matemáticamente su proceso de generación, identificando así la actividad neural de la médula espinal.
Usando el brazalete, los investigadores encontraron que, a diferencia de los movimientos rápidos de las piernas en los adultos, las patadas de los bebés son generadas por las neuronas de la médula espinal que se activan exactamente al mismo tiempo. Esta «sincronización extrema», dicen los investigadores, aumenta la fuerza generada por los músculos unidos a los nervios, lo que explica por qué las patadas de los bebés pueden ser relativamente fuertes y rápidas a pesar de que sus músculos aún están débiles y lentos.
Movimientos espontáneos neonatales: desde la cinemática extraída con aprendizaje profundo hasta los tiempos de activación de neuronas motoras extraídos por una interfaz neuronal. El panel superior muestra a un recién nacido con la interfaz neuronal portátil (128 electrodos EMG) durante un movimiento espontáneo con los marcadores asociados. El panel central muestra la cinemática del pie y la amplitud EMG sincronizada. El panel inferior muestra los tiempos de aumento de las motoneuronas individuales identificadas por la interfaz neuronal. Nótese la alta sincronización de las motoneuronas durante el movimiento rápido del neonato. Crédito: Del Vecchio et al., Sci. Adv. 2020; 6: eabc3916
Los investigadores dicen que estos resultados, que se publican hoy en Science Advances , son de vital importancia para nuestra comprensión del desarrollo de las redes neuronales espinales.
El autor principal, el profesor Dario Farina, del Departamento de Bioingeniería de Imperial, dijo: «Este es un descubrimiento fundamental de cómo se desarrollan los fetos y los bebés. Los hallazgos, y la nueva tecnología que nos ayudó a hacer el descubrimiento, podrían ayudar a monitorear el desarrollo de los bebés y detectar signos de motricidad trastornos como la parálisis cerebral desde el principio «.
El coautor principal, el profesor Francesco Lacquaniti de la Universidad de Roma Tor Vergata y la Fundación Santa Lucia, agregó: «El nuevo brazalete de monitoreo es un logro tecnológico emocionante que podría ayudarnos a monitorear a los bebés en busca de signos de problemas motores para que podamos diagnosticarlos y tratarlos temprano .
Descubrimiento fundamental
El brazalete se adhiere a la parte inferior de la pierna y contiene una interfaz neuromuscular que registra las señales eléctricas en la piel. Luego decodifica estas señales y sus tiempos para determinar qué neuronas de la médula espinal se están activando y con qué rapidez.
Probaron el brazalete en cuatro bebés sanos que pateaban libremente de entre dos y 14 días de edad, y en doce hombres adultos que realizaban varios movimientos.
Descubrieron que en los bebés, todas las neuronas se activan estrechamente a tiempo para generar una patada, mientras que hay una sincronización significativamente menor en los adultos.
El profesor Farina dijo: «La generación de movimientos rápidos es vital para la supervivencia y la salud humana. Los bebés ya pueden patear muy rápido pocos días después del nacimiento, y ahora sabemos que lo hacen utilizando todos los nervios espinales al mismo tiempo».
¿Ventaja evolutiva?
Se cree que las patadas para bebés fortalecen los músculos de las piernas y preparan al bebé para darse la vuelta y, finalmente, aprender a caminar. Sin embargo, los investigadores dicen que sus hallazgos podrían sugerir otra ventaja.
El Dr. Del Vecchio, primer autor del estudio del grupo de investigación del profesor Farina, dijo: «La fuerza y la velocidad de las patadas, así como la sincronización de la actividad nerviosa, podrían sugerir que las patadas tienen una ventaja protectora más inmediata para los bebés. Quizás los bebés desarrollaron patadas tan fuertes a través de la evolución para evitar peligros potenciales como los depredadores «.
Los investigadores ahora están estudiando la monitorización de las neuronas espinales en bebés con trastornos motores como parálisis cerebral . Esperan que su investigación pueda ayudar a desarrollar nuevos marcadores clínicos para el diagnóstico temprano de este tipo de trastornos.
