Un nuevo estudio interdisciplinario realizado por investigadores de la Facultad de Medicina Ruth y Bruce Rappaport y la Facultad de Ingeniería Eléctrica e Informática Andrew y Erna Viterbi del Technion revela una idea sorprendente: la liberación local de dopamina (una molécula mejor conocida por su papel en el sistema de recompensa del cerebro) es un factor clave en la adquisición de nuevas habilidades motoras.
por Technion – Instituto Tecnológico de Israel
Desde escribir y mecanografiar hasta tocar un instrumento musical o dominar un deporte, aprender tareas basadas en el movimiento es uno de los desafíos más complejos del cerebro. Este nuevo estudio colaborativo revela cómo el cerebro reorganiza sus redes neuronales durante el aprendizaje de estas habilidades y descubre el papel vital de la dopamina en este proceso de aprendizaje motor.
La investigación, publicada en Nature Communications , fue dirigida por la Dra. Hadas Benisty, la Prof. Jackie Schiller y el estudiante de doctorado y medicina Amir Ghanayim, con contribuciones del Prof. Ronen Talmon y la estudiante Avigail Cohen-Rimon de la Facultad de Ingeniería Eléctrica e Informática Andrew y Erna Viterbi.
La capacidad de adquirir nuevas habilidades motoras es fundamental para adaptarnos a nuestro entorno. Este aprendizaje tiene lugar en la corteza motora primaria , una región del cerebro responsable de planificar y ejecutar los movimientos voluntarios. Desde este «centro de mando» cortical, se envían señales a través de la médula espinal para activar los músculos y coordinar el movimiento. Se sabe que la actividad neuronal en esta región cambia a medida que aprendemos nuevas habilidades. Sin embargo, los mecanismos que impulsan estos cambios siguen sin estar claros.
Principales conclusiones del estudio
Los investigadores utilizaron imágenes avanzadas de calcio en ratones en comportamiento y técnicas de inhibición quimiogenética (receptores modificados y fármacos específicos) para desactivar temporalmente neuronas específicas, lo que permitió a los investigadores estudiar su función. Mapearon los cambios dinámicos en las redes neuronales con resolución celular dentro de la corteza motora durante la adquisición de una habilidad motora y descubrieron que, durante el aprendizaje, las redes neuronales pasan de una estructura de «principiante» a una de «experto».
Este proceso depende fundamentalmente de la liberación local de dopamina en la corteza motora. En condiciones normales, las moléculas de dopamina llegan a esta región a través de neuronas originadas en el área tegmental ventral (AVT), un núcleo central de dopamina en el cerebro. Los investigadores plantearon la hipótesis de que esta liberación de dopamina desencadena mecanismos de plasticidad, lo que provoca cambios en la conectividad funcional entre las neuronas de la corteza motora. Este proceso facilita el aprendizaje motor al almacenar nuevas habilidades para su uso futuro. En esencia, se trata de una forma de aprendizaje por refuerzo, donde los resultados de movimiento exitosos refuerzan el cableado interno del cerebro.
¿Qué sucede cuando se bloquea la dopamina?
Para comprobar la necesidad de este mecanismo, los investigadores examinaron tanto la actividad como la conectividad funcional de la red neuronal y el proceso de aprendizaje cuando se bloqueó la liberación de dopamina en el área motora primaria. Los resultados fueron claros: al bloquearse la dopamina, el aprendizaje se detuvo por completo; los ratones no pudieron mejorar su rendimiento en una tarea de alcance de las extremidades anteriores. La red neuronal de la corteza motora permaneció estática. Sin embargo, en cuanto se restableció la liberación de dopamina, el aprendizaje se reanudó, junto con la reorganización de la red neuronal.
El estudio proporciona evidencia contundente de que la liberación local de dopamina actúa como una señal crucial para la plasticidad neuronal en la corteza motora, lo que permite las adaptaciones necesarias para producir órdenes motoras precisas y eficientes. Un descubrimiento particularmente interesante fue que el bloqueo de la dopamina no afectó las habilidades motoras previamente aprendidas. En otras palabras, los investigadores demostraron que la dopamina es esencial para aprender nuevos movimientos, pero no es necesaria para realizar los ya aprendidos.
Este estudio representa un paso más en la comprensión de la plasticidad cerebral y los mecanismos de aprendizaje a nivel celular y de red. Destaca la capacidad del cerebro para reorganizarse, lo que nos permite perfeccionar nuestras habilidades motoras a lo largo de la vida. Estos hallazgos también podrían tener implicaciones importantes para el tratamiento de trastornos neurológicos como la enfermedad de Parkinson, donde la producción de dopamina se ve afectada y el aprendizaje motor se ve comprometido.
Más información: Amir Ghanayim et al., Las proyecciones de VTA a M1 son esenciales para la reorganización de la dinámica de la red de capa 2-3 subyacente al aprendizaje motor, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-55317-4
