neurofisiología del movimiento. aprendizaje motor

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Neurofisiología del movimiento. Aprendizaje motor G. Chéron La neurofisiología del movimiento y del aprendizaje motor cubre un terreno científico muy amplio. Las bases fundamentales de la elaboración central del movimiento están inscritas en unas estructuras cerebrales muy específicas en el plano anatómico y funcional, pero están también muy ricamente interconectadas formando conjuntos neuronales jerarquizados y dinámicos. El objetivo principal de este artículo consiste en introducir las bases generales del aprendizaje motor obtenidas gracias a experimentos realizados a partir de modelos animales elementales con el fin de integrarlos progresivamente en comportamientos motores más complejos. Las bases del aprendizaje neuronal que implican la potenciación y la depresión a largo plazo y los mecanismos localizados a nivel de la membrana de las neuronas, así como aquellos que activan el material genético neuronal, están considerados en su contexto experimental inicial antes de ser descritos en el campo de comportamientos motores más complejos que implican principalmente la motricidad humana. Se propone una visión actualizada de los diferentes sistemas corticales y subcorticales, base de la neurofisiología del movimiento y de su plasticidad. La estructura dinámica propuesta integra las áreas corticales implicadas en la organización de la actividad voluntaria y de la dirección sensorial, así como el papel de los núcleos de la base y del cerebelo. La descripción de las neuronas espejo y del modelo interno debería permitir comprender mejor la dinámica general de la actividad motora y de su aprendizaje. © 2011 Elsevier Masson SAS. Todos los derechos reservados. Palabras Clave: Movimiento; Aprendizaje; Corteza motora; Cerebelo; Núcleos de la base; Neuronas espejo Plan Introducción 1 Potenciación a largo plazo y receptor NMDA 2 Papel del cerebelo en el aprendizaje 4 Control del reflejo vestibuloocular por el flóculo cerebeloso 5 Corteza motora primaria 6 Zonas corticales de control de la corteza primaria 6 Dinámica de los núcleos de la base 7 Plasticidad de la corteza motora primaria, repetición de la acción y su observación 7 Neuronas espejo, de la imitación al aprendizaje 8 Marco general del aprendizaje y modelo interno 8 Conclusión y perspectiva 9 Introducción La capacidad de aprendizaje puede ser la herencia de una red neuronal minimalista y no está en ninguna medida reservada a las especies evolucionadas. En los invertebrados como el pulpo ( Octopus vulgaris ), el aprendizaje mediante la observación de un congénere experto en el arte de abrir una jaula para coger una presa se lleva a cabo muy rápidamente. Tras haber observado cuatro veces al congénere experto, el pulpo que no sabía consigue hacer lo mismo que él sin entre- namiento previo [1] . Se trata de una proeza comporta- mental que revela la eficacia de los mecanismos fisiológicos utilizados. Sin embargo, en relación con los mecanismos de aprendizaje de las actividades motoras en el ser humano o en los primates en general, se deben tener en cuenta los diferentes niveles de organización, estructurados de forma jerárquica y en interacción dinámica. En cada uno de estos niveles, las uniones sinápticas entre neuronas pueden modificarse por la experiencia cons- ciente o inconsciente y, por lo tanto, pueden intervenir los mecanismos del aprendizaje en diferentes circuitos neuronales y dirigir el comportamiento motor final. Mientras se revelan progresivamente los elementos estructurales y funcionales de la neurofisiología del movimiento, se tratarán sucesivamente: • los mecanismos de base de la plasticidad neuronal a nivel molecular y celular; E – 26-007-B-60 1 Kinesiterapia - Medicina física

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Page 1: Neurofisiología del movimiento. aprendizaje motor

Neurofisiología del movimiento.Aprendizaje motor

G. Chéron

La neurofisiología del movimiento y del aprendizaje motor cubre un terreno científicomuy amplio. Las bases fundamentales de la elaboración central del movimiento estáninscritas en unas estructuras cerebrales muy específicas en el plano anatómico yfuncional, pero están también muy ricamente interconectadas formando conjuntosneuronales jerarquizados y dinámicos. El objetivo principal de este artículo consiste enintroducir las bases generales del aprendizaje motor obtenidas gracias a experimentosrealizados a partir de modelos animales elementales con el fin de integrarlosprogresivamente en comportamientos motores más complejos. Las bases del aprendizajeneuronal que implican la potenciación y la depresión a largo plazo y los mecanismoslocalizados a nivel de la membrana de las neuronas, así como aquellos que activan elmaterial genético neuronal, están considerados en su contexto experimental inicial antesde ser descritos en el campo de comportamientos motores más complejos que implicanprincipalmente la motricidad humana. Se propone una visión actualizada de losdiferentes sistemas corticales y subcorticales, base de la neurofisiología del movimiento yde su plasticidad. La estructura dinámica propuesta integra las áreas corticalesimplicadas en la organización de la actividad voluntaria y de la dirección sensorial, asícomo el papel de los núcleos de la base y del cerebelo. La descripción de las neuronasespejo y del modelo interno debería permitir comprender mejor la dinámica general de laactividad motora y de su aprendizaje.© 2011 Elsevier Masson SAS. Todos los derechos reservados.

Palabras Clave: Movimiento; Aprendizaje; Corteza motora; Cerebelo; Núcleos de la base;Neuronas espejo

Plan

¶ Introducción 1

¶ Potenciación a largo plazo y receptor NMDA 2

¶ Papel del cerebelo en el aprendizaje 4

¶ Control del reflejo vestibuloocular por el flóculocerebeloso 5

¶ Corteza motora primaria 6

¶ Zonas corticales de control de la corteza primaria 6

¶ Dinámica de los núcleos de la base 7

¶ Plasticidad de la corteza motora primaria, repeticiónde la acción y su observación 7

¶ Neuronas espejo, de la imitación al aprendizaje 8

¶Marco general del aprendizaje y modelo interno 8

¶ Conclusión y perspectiva 9

■ IntroducciónLa capacidad de aprendizaje puede ser la herencia de

una red neuronal minimalista y no está en ninguna

medida reservada a las especies evolucionadas. En losinvertebrados como el pulpo (Octopus vulgaris), elaprendizaje mediante la observación de un congénereexperto en el arte de abrir una jaula para coger unapresa se lleva a cabo muy rápidamente. Tras haberobservado cuatro veces al congénere experto, el pulpoque no sabía consigue hacer lo mismo que él sin entre-namiento previo [1]. Se trata de una proeza comporta-mental que revela la eficacia de los mecanismosfisiológicos utilizados.

Sin embargo, en relación con los mecanismos deaprendizaje de las actividades motoras en el ser humanoo en los primates en general, se deben tener en cuentalos diferentes niveles de organización, estructurados deforma jerárquica y en interacción dinámica. En cadauno de estos niveles, las uniones sinápticas entreneuronas pueden modificarse por la experiencia cons-ciente o inconsciente y, por lo tanto, pueden intervenirlos mecanismos del aprendizaje en diferentes circuitosneuronales y dirigir el comportamiento motor final.

Mientras se revelan progresivamente los elementosestructurales y funcionales de la neurofisiología delmovimiento, se tratarán sucesivamente:• los mecanismos de base de la plasticidad neuronal a

nivel molecular y celular;

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• el aprendizaje de los reflejos;• el aprendizaje de los actos voluntarios.

El aprendizaje implica una interacción dinámica entreestos tres niveles de organización de la neurofisiologíadel movimiento. Una interacción dinámica entre estostres niveles podría dar lugar a combinaciones organiza-cionales casi infinitas. Afortunadamente, la experienciademuestra que tras el aprendizaje, natural o experimen-tal, las estrategias neuromotoras limitan los grados delibertad. Las redundancias teóricas de origen neuroana-tómico, biomecánico y funcional se reorganizan, dehecho, en función de dificultades internas y externas [2,

3]. Por ejemplo, para efectuar un movimiento de ende-rezamiento a partir de la postura en cuclillas, se hanpodido describir estrategias de coordinación opuestas(en fase o en oposición de fase) a nivel de los perfilesde aceleración de las articulaciones de las rodillas y dela cadera [2]. El aprendizaje natural de este movimientoha conducido, por lo tanto, a órdenes diametralmenteopuestas que permiten suponer la existencia de diferen-tes lugares de atracción (según la terminología de lasredes de neuronas de Hopfield) [4] o soluciones deoptimización múltiples.

La neurofisiología del aprendizaje abarca un campode investigación enorme que va desde el estudio enlaboratorio de las plasticidades neuronales in vitro(muestra de tejidos nerviosos conservados en condicio-nes fisiológicas viables), hasta comportamientos adapta-tivos de los reflejos en el animal despierto [5, 6],ejecución de las acciones voluntarias en entornosmodificados, procesos de revalidación neurológica [7] yhazañas deportivas [8]. Sería por lo tanto ilusorio trataraquí el conjunto de estos diferentes ámbitos. No obs-tante, se intentará aportar una visión integrada de unaneurofisiología del aprendizaje. Para ello, se adoptará unenfoque científico, que considera las acciones motorascomo la expresión de un continuum dinámico que vadesde las actividades reflejas hasta las voluntarias.

■ Potenciación a largo plazoy receptor NMDA

¿De qué forma una red de neuronas va a modificarsus conexiones sinápticas para mejorar su funciona-miento y recordar durante mucho tiempo los nuevostrucos y actos aprendidos? El psicólogo Donald Hebb(1949) [9] puede ser considerado como el iniciador de lainvestigación actual en el dominio del aprendizaje. Elconcepto de Hebb es sencillo (Fig. 1): cuando unaneurona A se comunica con una neurona B y si A esactiva (produce potenciales de acción) al mismo tiempoque B, entonces la fuerza de la unión sináptica que lesune se refuerza. Esta proposición teórica a priori sencilladesempeñará un papel importante en el conocimientode los diferentes enfoques que se tratarán aquí.

Hoy en día, resulta imposible hablar de aprendizajemotor sin mencionar dos mecanismos fisiológicosfundamentales, la potenciación a largo plazo (PLP) [10] yla depresión a largo plazo (DLP) [11] descubiertos inicial-mente, hace más de medio siglo, en estructuras neuro-nales diferentes (el hipocampo para la PLP y el cerebelopara la DLP). Para producir una PLP, los electrofisiólogosutilizan un protocolo estandarizado (Fig. 2A) en el queuna estimulación eléctrica aislada (un impulso de cortaduración) sirve de estímulo control. Este impulsoaplicado en una vía nerviosa inicia hacia delante unaactividad sináptica que da lugar a un potencial postsi-náptico excitador (PPSE). Antes de comenzar el procesode aprendizaje, es indispensable asegurarse de que laamplitud del PPSE se mantiene estable a lo largo deltiempo para poder determinar un estado inicial a partirdel cual pueda producirse un fenómeno de plasticidad.Para provocar una PLP se suele utilizar una estimulacióntetánica de alta frecuencia durante un determinadotiempo (cuanto más se repita esta estimulación, máslargo será el efecto buscado). Justo después de la estimu-lación tetánica (considerada como un período de entre-namiento), se vuelve a estimular la misma vía nerviosacon impulsos aislados y se miden los PPSE inducidos.Aquí es donde se constata que la amplitud de estos PPSEha aumentado de forma significativa y que esteaumento persiste durante un tiempo relativamentelargo. Para comprender mejor el nacimiento de estaplasticidad neuronal, se deben recordar los múltiplesexperimentos realizados con ayuda de diferentes meto-dologías aplicadas en distintos modelos animales, desdela aplisia (una babosa de mar) y pasando por el conejo,la rata y el ratón. Los estudios en la aplisia han sido

PA

ASi

Alors

B

A B

0 100Tiempo (ms)

PA

0 100Tiempo (ms)

PA

0 100Tiempo (ms)

PA

0 100Tiempo (ms)

Figura 1. Representación esquemática de la ley de Hebb. PA:potencial de acción.

Colateralesde Schaeffer

Estimulación

PPSE Controlantes

PPSE

AmplitudeAmplitudeAmplitud

AmplitudeAmplitudeAmplitud

PPSE

1

2

3

Controldespués

TétanosCA1

CA3

DentadoGiro

Vía perforante

400

300

Pen

dien

te P

PS

E (

% c

ontr

ol)

PLP de larga duración

PLP de corta duración200

100

0-30 0 30 60

Tiempo (min)

90 120 150

Figura 2.A. Protocolo experimental para producir una potenciación alargo plazo (PLP) con una muestra de hipocampo mantenida encondiciones fisiológicas viables. La estimulación eléctrica seaplica en las colaterales de Schaeffer que activan la región AA1(AA: asta de Amón). Los potenciales postsinápticos excitadores(PPSE) se graban a nivel de las células piramidales de AA1.B. Pendiente de los PPSE medida antes y después de las estimu-laciones tetánicas (flechas negras) (según los resultados de Kan-del, 2000).

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recompensados con el premio Nobel atribuido a EricKandel en 2000 [12].

Se ha elegido como ejemplo del hipocampo, recono-cido hoy como el centro de la consolidación de nuestrosrecuerdos y de la orientación [13]. En esta situación,estudiada in vitro en muestras de tejido de hipocampode rata mantenidas en condiciones fisiológicas viables,la vía de las colaterales de Schaeffer es estimulada y segraba la actividad postsináptica de las células piramida-les de CA1. La Figura 2B muestra que tras una estimu-lación tetánica de 100 Hz, la amplitud del PPSE haaumentado más del 100%, pero se constata que esteaumento decrece progresivamente con el tiempo paravolver a su nivel de base tras 150 minutos. Si se aplicancuatro estimulaciones de 100 Hz, la amplitud del PPSEaumenta alrededor del 200%. Además, se puede conser-var esta importante plasticidad durante más de24 horas. ¿Cuáles son, por lo tanto, los mecanismosfisiológicos que pueden explicar esta plasticidad cere-bral? El efecto inicial calificado de PLP de corta duraciónse explica por la entrada en acción de mecanismossituados principalmente a nivel de la membrana de laneurona postsináptica. Las terminaciones presinápticasde las colaterales de Schaeffer liberarán glutamato, sobretodo si la llegada de los potenciales de acción se realizaa alta frecuencia durante el aprendizaje (Fig. 3). Elglutamato liberado activará los receptores del ácido alfa-amino-3-hidroxi-5-metilisoazol-4-propiónico (AMPA), loque producirá una despolarización de la membrana

postsináptica que desbloquea a su vez el canal delreceptor N-metil-D-aspartato (NMDA) por la liberacióndel ion mg2 [15]. Esto permite una entrada importantede Ca2+ a través del canal NMDA y posteriormentecausa una cascada de reacciones bioquímicas, como elreclutamiento de la calmodulina cinasa que puede a suvez cambiar la receptividad del receptor AMPA yaumentar la fuerza de la actividad sináptica. El receptorNMDA, considerado como un detector de coincidenciamolecular, ocupa una posición central no sólo en elcampo de la plasticidad del sistema nervioso central(SNC) del adulto, sino también en el de sudesarrollo [14].

Tras el descubrimiento de la PLP [10] y de la existenciade células de colocación del hipocampo [13], Morrisdesarrolla un test de memorización espacial (piscina ylaberinto acuático de Morris) [16] que va a permitirprincipalmente demostrar la importancia del recep-tor NMDA durante el aprendizaje de la trayectoria deorientación. Colocada en una piscina circular, la rata escapaz de volver a localizar una plataforma sumergida,pero cuando los canales NMDA del hipocampo estánbloqueados por la inyección de un antagonista de losreceptores NMDA (AP5), la rata es incapaz de volver aencontrar la plataforma sumergida [17]. Este últimodescubrimiento, asociado al hecho de que en presenciadel mismo antagonista la PLP en una muestra de hipo-campo es inexistente, coloca definitivamente el recep-tor NMDA en el centro del proceso de aprendizaje. Muy

Na+

Mg2+

RAMPA

RNMDA

Na+

Mg2+

RAMPA

RNMDA

Na+

RAMPA

RNMDA

Ca2+

Na+

Genes CREB1

AMPc

MAPK

PKA

RAMPA

RNMDACa2+

Ca2+

Calmodulina

Proteínas parael crecimiento

Calmodulinaquinasa

Figura 3.A a C. Representación esquemática del funcionamiento del receptorN-metil-D-aspartato (NMDA) durante la inducción de una potenciacióna largo plazo (PLP). Los triángulos amarillos representan las moléculas deglutamato liberadas por la terminación sináptica (vehículos sinápticossimbolizados por las esferas amarillas) de la neurona presináptica. Losreceptores NMDA (RNMDA) y AMPA (RAMPA) están representados enuna muestra de membrana de neurona postsináptica.D. Mecanismos implicados que viajan desde la membrana al núcleo de laneurona (según [12, 14]). CREB1: proteínas transportadoras del elementode respuesta del AMPc 1; MAPK: proteína cinasa activada por mitógenos;PKA: proteína cinasa A; AMPc: ácido adenosina monofosfato cíclico.

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recientemente se ha demostrado que pueden aparecernuevas neuronas en el giro dentado del hipocampo delos mamíferos que se insertan en los circuitos existentesy responden de manera correcta a las necesidades de unaprendizaje nuevo [18]. Así mismo, a este nivel, elreceptor NMDA es quien, solicitado de forma específicaen respuesta a los estímulos adecuados durante un cortoperíodo de tiempo, decide sobre la supervivencia o lamuerte de las nuevas neuronas [19]. A pesar de la impor-tancia de este receptor en los procesos de aprendizaje yen la neurogénesis, la selección natural ha conservadootros mecanismos para incrementar la duración de lapotenciación de las actividades sinápticas y, por lotanto, de la memoria. Para alcanzar una PLP de largaduración, los procesos que asientan a nivel de la mem-brana de las neuronas no son suficientes; es necesaria laexpresión de algunos genes neuronales para garantizaruna síntesis proteica específicamente relacionada con elaprendizaje. En estas condiciones, la repetición de lasestimulaciones desencadenará otras reacciones encascada movilizando la adenilil-ciclasa, el ácido adeno-sina monofosfórico (AMP) cíclico, que activa a su vez ala proteína cinasa A (PKA), y la proteína cinasa activadapor mitógenos (MAPK) para activar a nivel del núcleoneuronal los reguladores positivos de la expresión de losgenes precoces. Estos reguladores se llaman CREB(proteínas transportadoras del elemento de respuestadel AMPc). CREB1 activará diferentes dianas genéticaspara permitir la transcripción de nuevos genes y, alfinal, la síntesis de nuevas proteínas necesarias para lamodificación estructural de las conexiones sinápticasexistentes y la proliferación de nuevas conexiones [12].Estudios de imagen con resonancia magnética (RM)realizados en el ser humano durante el aprendizaje dediferentes actividades motoras (malabarismos, tocar laguitara, etc.) han permitido demostrar modificacionesmorfométricas duraderas específicamente localizadas enla masa de la sustancia gris en relación con estasmodificaciones plásticas e implicando a la maquinariagenética de las neuronas [20].

■ Papel del cerebeloen el aprendizaje

La situación privilegiada del cerebelo como auténtica«máquina neuronal» [21], considerado hoy como «unamáquina de aprendizaje» [11, 22] o «una máquina decontrol» [23], obliga a introducirlo aquí en grandes líneasdirectrices, intentando evitar las polémicas contradicto-rias sobre la auténtica naturaleza y la finalidad de losprocesos implicados.

El cerebelo está organizado siguiendo una estructuramodular (Fig. 4); cada módulo se ocupa de una parte delcuerpo asociando las entradas sensoriales y las órdenesmotoras. Estos módulos están estructurados en funciónde la organización de las vías de entradas procedentesde los núcleos olivares y de las proyecciones de losaxones de las células de Purkinje (CP) [24]. Las señalesaferentes que provienen de la periferia (vías espinocere-belosas) o de la corteza cerebral (vías corticopontinas)llegan a la corteza cerebelosa por las fibras musgosas,cuyas terminaciones sinápticas activan las numerosísi-mas células granulares. Estas últimas activan, a través delas fibras paralelas, las CP, que representan las únicasneuronas de salida de la corteza cerebelosa. Las CP soncélulas inhibidoras que ejercen un potente controlinhibidor sobre sus neuronas diana situadas en losnúcleos profundos del cerebelo, así como en los núcleosvestibulares y prepósito situados en el tronco cerebral.La segunda vía de entrada del cerebelo, que sigue siendola más misteriosa, está representada por las fibrasascendentes procedentes de la oliva inferior. Hechoúnico en todo el sistema nervioso central, la CP adultasólo recibe información de una sola fibra ascendente,

que forma contactos sinápticos «pasando» por la arbo-rización dendrítica de la CP y produciendo una potenteactivación que implica la activación de los canalesCa2+ dependientes de voltaje. Se ha demostrado recien-temente el papel fundamental de la homeostasis del ionCa2+ en las neuronas del cerebelo en diferentes ratonesdeficientes en proteínas, ligando el Ca2+ y produciendola emergencia de la oscilación rápida de la cortezacerebelosa, lo cual produce trastornos de la coordina-ción motora [25]. De forma espontánea, las CP son amenudo activadas y descargan potenciales de acción deforma simple (simple spike) de modo irregular con unafrecuencia de 50 Hz. Esta actividad está producida porla actividad combinada de un mecanismo de membranaque juega el papel de «marcapasos» y por el control delas actividades sinápticas de la red (combinación de lasentradas excitadoras provenientes de las células granu-lares y de las inhibiciones producidas por las diferentesinterneuronas). La CP produce igualmente, en unafrecuencia mucho más baja de 0,1-1,5 Hz, potencialesde acción complejos (complexes spikes) consecuencia dela potente excitación producida por la fibra ascendente.Esta acción produce también un período latente en ladescarga de los potenciales simples que siguen a cadapotencial complejo. La influencia de la oliva inferiorsobre la fisiología del cerebelo es una de las característi-cas más importantes del funcionamiento cerebral y, sinduda alguna, del aprendizaje [23]. De manera muyresumida, si las dos vías aferentes (fibras musgosas yfibras ascendentes) están estimuladas simultáneamentedurante un cierto tiempo, la respuesta postsináptica dela CP a un estímulo aislado de las fibras paralelas sereduce significativamente. Se habla entonces de unaDLP. Los mecanismos moleculares en cascada quedeterminan esta DLP han sido identificados en losúltimos años, lo que ha permitido modificar de maneraduradera la sensibilidad entre las fibras paralelas y lacélula de Purkinje. Esta sinapsis se considera, por lotanto, como un posible lugar de memorización [22]. Sinembargo, para poder hablar realmente de lugar dememorización, la propia sinapsis debe poder ser tam-bién el asiento de una PLP. Esta última plasticidad hasido descubierta en el cerebelo mucho más tarde que laDLP [26, 27]. Cuando las fibras musgosas y las fibrasascendentes se activan a la vez, la sinapsis fibra paralela-célula de Purkinje (FP-CP) está deprimida (DLP); en

Flóculos

FmPC

FG

NVM

RVOCsC

NM

LR

OI

Señalde error

Microzonahorizontal

Figura 4. Papel del cerebelo en el control del reflejo vestibu-loocular (RVO). El circuito reflejo de base del RVO está represen-tado en el rectángulo gris, que engloba la representación delconducto semicircular (CsC), las neuronas del núcleo vestibularmedio (NVM), las motoneuronas (MN) del núcleo del abducens,el músculo lateral recto (LR) y moviliza el globo del lado opuestoa la rotación de la cabeza. Las fibras musgosas (FM), las fibrasascendentes (FA) procedentes de la oliva inferior (OI) y las célulasde Purkinje (CP) están representadas en relación con el circuitode base del RVO. Las células de la retina implicadas en el reflejooptocinético son las únicas representadas en su relación con laOI.

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cambio, si las dos entradas no son requeridas de maneracoherente, se refuerza la misma sinapsis (PLP). Estabidireccionalidad está controlada en la CP por la con-centración de los flujos de Ca2+. Al contrario de lo queocurre en el hipocampo y en la corteza cerebral, unaimportante concentración de Ca2+ intracelular produceuna DLP, mientras que una baja concentración conducea una PLP [28].

Mediante el estudio del comportamiento del cerebelode ratones afectados por el síndrome de alcoholismofetal (SAF) [29] se ha podido demostrar recientementeque la inducción de una DLP en una muestra de cere-belo, según el procedimiento clásico que consiste enestimular las fibras paralelas conjuntamente con unapotente despolarización de la CP (lo que simula laactivación de la fibra ascendente), dependía del flujocálcico que entraba por los canales de Ca2+ dependien-tes de voltaje y en particular de su regulación por laproteína cinasa Cc (PKCc). En este sentido, esta pro-teína, al estar infra-expresada en los ratones SAF, la DLPserá reemplazada por una PLP y los aprendizajes moto-res (reflejo del parpadeo, prueba de coordinaciónmotora [Rotarod Performance]) serán muy deficitarios.Estos experimentos refuerzan el papel crucial que ejerceel cerebelo y la DLP en la adquisición de los reflejoscondicionados, pero también en los comportamientosque implican a todo el cuerpo.

■ Control del reflejovestibuloocular por el flóculocerebeloso

Se tomará el reflejo vestibuloocular (RVO) para ilus-trar lo que el aprendizaje cerebeloso puede realizar sobreun comportamiento de un sistema sensitivomotor(Fig. 4).

Para ir directamente a lo esencial, se simplificaránconsiderablemente los detalles de las vías nerviosas y delos procesos neurofisiológicos implicados. El circuito debase del RVO está constituido por el aparato vestibularcomo entrada y los músculos oculares como salida; esuna vía que dispone de tres sinapsis. Si se gira la cabezahacia la izquierda, se excita el conducto semicircularizquierdo y las fibras aferentes procedentes del nerviovestibular izquierdo activarán las neuronas del núcleovestibular del mismo lado, cuyos axones van a cruzar lalínea media para activar las motoneuronas (MN) delabducens (VI nervio craneal) y producir una contraccióndel músculo lateral recto (LR) del ojo derecho. Elcarácter conjugado de los movimientos oculares seconserva, ya que las interneuronas del núcleo delabducens activarán las motoneuronas del núcleo oculo-motor (III nervio craneal) del lado opuesto y produciránuna contracción del músculo medial recto del ojoizquierdo. En respuesta a una rotación de la cabezahacia la izquierda, los ojos giran hacia la derecha, lo quepermite el mantenimiento de una imagen clara en laretina. Este reflejo presenta capacidades de aprendizajeadaptativo que desaparecen cuando el flóculo cerebelosono funciona [30] o cuando las señales aferentes de losflóculos procedentes del tronco cerebral están daña-das [6]. El punto de partida de este proceso adaptativoimplica otro reflejo, el reflejo optocinético (OKN) cuyoorigen se encuentra en las células de la retina sensiblesal paso de la imagen sobre la retina. Cuando la imagenpasa ante los ojos inmóviles, éstos van a moverse, bajola orden del OKN, para seguir el paso de la imagen. Denuevo, este reflejo, como el RVO, permite mantener unaimagen clara en la retina. Ahora bien, si se mueve lacabeza (con ojos abiertos) hacia la derecha, la imagen vaa pasar por la izquierda, el OKN provocará un movi-miento de los ojos hacia la izquierda para seguir el pasode la imagen y, al mismo tiempo, el RVO provocarátambién un movimiento de los ojos hacia la izquierda.

Ambos reflejos trabajan entonces al unísono, para evitarun desfase de la imagen sobre la retina y, por lo tanto,una percepción borrosa. Si se ponen al individuo pris-mas inversores, la situación se vuelve catastrófica y noadaptada. La misma rotación de la cabeza hacia laderecha provoca esta vez un paso de la imagen sobre laretina hacia la derecha que obliga al OKN a producir unmovimiento de los ojos hacia la derecha. Además, elRVO que no está directamente afectado por el uso de lasgafas de Dove va a seguir produciendo un movimientode los ojos hacia la izquierda. Esta situación producirádesfases muy importantes de la imagen sobre la retina.Si no interviene ninguna plasticidad adaptativa, elindividuo presentará trastornos fisiológicos importantes.Aquí es donde el cerebelo entra en acción, informadopor las señales vehiculizadas por las fibras musgosasprocedentes de los núcleos vestibulares [31], prepósito [32]

e incertus [33], que indican sobre la velocidad de lacabeza y la velocidad y la posición de los ojos. El flóculorecibe también señales de origen retiniano, principal-mente las relativas al desfase de la imagen sobre laretina, que activan sobre todo las neuronas de la olivainferior, punto de partida de las fibras ascendentes. Lallegada conjugada de las señales relativas a los movi-mientos de los ojos y de la cabeza (transmitidas a lasfibras paralelas a través de las fibras musgosas y lascélulas granulares) y aquellas que corresponden a losdesfases retinianos (traducidos por la oliva inferior entérminos de señales de error o de inadaptación tempo-ral) que llegan a través de las fibras ascendentes a las CP,es lo que va a desencadenar a nivel de las sinapsis FP-CPla plasticidad adaptativa necesaria para que los desfasesretinianos, y por lo tanto el mareo del individuo,puedan mejorar. Para ello, el comportamiento de losdiferentes tipos de CP [34] en respuesta a las señales deentrada tendrá que modificarse de forma duradera através de la DLP o la PLP, en función de los criterios yaconsiderados. En el ejemplo antes descrito, se trata dereducir el aumento del RVO para que los movimientosde la cabeza sólo produzcan movimientos reflejos de losojos de muy bajas amplitudes, lo que deja al OKN lamayor responsabilidad de la estabilización de la imagensobre la retina con el uso de los prismas de Dove. Estaadaptación, que reduce el aumento del RVO de 0,8 a0,2, dura en el ser humano y el mono varios días antesde estabilizarse en el valor final; cuando se retiran lasgafas, el aumento del RVO vuelve a su nivel basal de lamisma manera, pero esta vez de forma inversa.

Con este ejemplo, se acaba de demostrar que el marcode referencia en el que se realizan las acciones motoraspuede adaptarse a situaciones ambientales muy altera-das. Reflejos fundamentales pueden sufrir modificacio-nes plásticas considerables y provocar adaptaciones encascada que pueden afectar al conjunto del SNC. Segu-ramente, modificaciones comparables intervengantambién en la adaptación a la microgravedad y puedenreflejarse de forma global en la amplitud del ritmo alfadel electroencefalograma (EEG) [35].

Por lo tanto, con mucha frecuencia, el aprendizaje deuna actividad voluntaria debe llevarse a cabo en unmarco de referencia modificado para que pueda alcanzarsu objetivo. A partir de este ejemplo, también puedecomprenderse lo difícil que es para el individuo quelleva gafas de Dove dirigirse en el espacio y coger unobjeto. Se ha visto que primero tiene que modificar deforma duradera el aumento de su RVO para adaptarlo ala nueva situación, debe inhibir sus intenciones motorasdirigidas hacia los objetos que percibe a través de losprismas y volver a dirigirlas en el espacio de trabajo dellado opuesto.

Para comprender mejor las dificultades operativas enlas que se enmarca este nuevo aprendizaje de la activi-dad voluntaria, se va a considerar la neurofisiologíaactual de las diferentes estructuras que puedan estarrelacionadas con esta plasticidad cerebral.

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Page 6: Neurofisiología del movimiento. aprendizaje motor

■ Corteza motora primariaEl movimiento voluntario se organiza en diferentes

zonas cerebrales que tratan cada una de ellas aspectosespecíficos del movimiento [36, 37] (Fig. 5). Estas zonasconvergen hacia la corteza motora primaria M1, consi-derada como la vía final común. No obstante, en elmono, las zonas premotoras (definidas en el planoanatómico como las zonas que se proyectan en la M1)se proyectan también sobre las interneuronas de lamédula espinal, de igual forma que las proyecciones deM1, exceptuadas las motoneuronas de la médula que noreciben proyección directa de las zonas premotoras. Lapresencia de estas proyecciones de la corteza premotoraen las interneuronas de la médula aporta una compleji-dad adicional sin poner en causa, sin embargo, laconcepción clásica y la importancia de M1 como víafinal común. La M1 es, sin duda alguna, una zona deconvergencia cortical en relación directa con las moto-neuronas de la médula.

Se ha demostrado muy recientemente que en losprimates superiores y en el ser humano la M1 se divideen una región rostral, filogenéticamente más antigua, enla que las células piramidales se proyectan sobre lasinterneuronas de la médula actuando sobre las moto-neuronas gracias a la función integradora de la médula,y una zona caudal, más reciente, que afecta a losmúsculos del hombro, del brazo y de la mano, dondelas células piramidales se proyectan directamente en lasmotoneuronas [38] (cf Figura 8). Por esta vía, la acciónfinal dictada por M1 sólo inicia una única sinapsis en lamotoneurona, previa a la unión neuromuscular. Estaparte caudal de M1 representa, por lo tanto, la accióndirecta de la corteza y de la voluntad en la acción final.Más adelante, se verá que M1 también es el asiento demecanismos de aprendizaje similares a la PLP [39, 40]

gracias a los experimentos recientes del equipo deCohen.

■ Zonas corticales de controlde la corteza primaria

La corteza motora primaria está literalmente rodeadade numerosas zonas corticales que definen, en el poloanterior, un conjunto de entidades dedicadas a laorganización de la actividad voluntaria y, en el poloposterior, un conjunto de estructuras implicadas en ladirección sensorial inmediata de las acciones [41]. Para elpolo anterior, se trata de la corteza prefrontal, foco dela deliberación de las intenciones iniciales, del áreamotora suplementaria (AMS), implicada principalmenteen la imagen del movimiento, y de la pre-AMS, situadapor delante de la AMS [42] y asociada a diferentesregiones (corteza cingular y frontopolar) implicadas enla preparación congnitivomotora de la acción. Laestimulación eléctrica en el ser humano de la AMS y lapre-AMS evoca movimientos posturales lentos, movi-mientos locomotores, una impresión de urgencia demovimiento y de inhibición de acción en curso (Fig. 5).

En el plano funcional, hacer una distinción fina entrela AMS propiamente dicha y la pre-AMS sigue siendodifícil, por lo que se habla más a menudo del complejomotor suplementario (CMS) [43]. Estas estructuras ante-riores se consideran de todas maneras como premotoras,puesto que se proyectan todas en M1 y están ligadasademás a los núcleos de la base, cuyo importante papelen el desencadenamiento de los programas motoresadecuados a la realización del acto se tratará másadelante. La neurofisiología de la corteza premotora ymotora en el mono ha permitido demostrar que todaslas neuronas de las zonas premotoras codifican ladirección del movimiento independientemente de losmúsculos implicados [37, 44]. A pesar de que la mayoríade las neuronas de M1 codifica también para la direc-ción extrínseca del movimiento, se han identificado [36]

recientemente neuronas que codifican para los músculosy que permiten comprender cómo la codificación delmovimiento inicialmente organizado en términos deuna dirección extrínseca (dirigir el movimiento haciaarriba, hacia abajo, hacia la izquierda o a la derecha) serealiza en los circuitos corticales y se transforma en laM1 en un comportamiento neuronal que se dirigeespecíficamente a un músculo determinado. La transfor-mación sensitivomotora (situación del objetivo que seva a alcanzar expresada en coordenada extrínseca, frentea la orden de los músculos codificada en coordenadaintrínseca) se cumple, por lo tanto, a nivel cortical. Enel polo posterior, las informaciones aferentes integradasprimero en la corteza somato-sensorial primaria (S1) sontransmitidas en la corteza parietal, principalmente en elárea intraparietal lateral (IPL) y reenviadas hacia delantede la cisura central en la corteza premotora y, de ahí,integradas en una vía final en M1. El ejemplo delbloqueo motor observado en la enfermedad de Parkin-son ilustra muy bien la dicotomía funcional de laszonas anteriores y posteriores de la corteza sobre M1.Cuando el paciente parkinsoniano se encuentra literal-mente fijo in situ (motor block), incapaz de hacer uncambio de dirección al caminar, este bloqueo se inter-preta como un déficit de desencadenamiento de losprogramas adecuados situados en la parte anterior delcerebro (asiento de la intencionalidad y de la organiza-ción del movimiento). Sin embargo, el paciente seayuda de desencadenantes artificiales, como por ejemplotirar un objeto al suelo, para salir del bloqueo motor. Eneste caso, activa la parte posterior de la corteza (impli-cada en la dirección inmediata) y es esta última la queactiva M1 reemplazando el déficit de desencadena-miento ejercido por los núcleos de la base en la parteanterior de la corteza.

Intenciónacción voluntaria

Pre-AMS AMS M1 S1 CP

Cerebelo

Médula

IPLCC

NBCFPCPV

STSPFNE

Imitación

AIPPFG

Dirección sensorialde la acción

Figura 5. Representación esquemática de las diferentes zonascorticales implicadas en la intención voluntaria, en la direcciónsensorial de la acción y en el sistema espejo. CFP: cortezafrontopolar; CC: corteza cingular; Pre-AMS: preárea motora su-plementaria; AMS: área motora suplementaria; M1: corteza pri-maria; S1: corteza somatosensorial primaria; CP: corteza parietal;AIP: área intraparietal anterior; IPL: área intraparietal lateral; PFG:parte rostral del lóbulo parietal inferior; PFNM: red parietofrontalde neuronas espejo; STS: surco temporal superior; CPV: parteventral de la corteza premotora (equivalente al área 44 deBroadman y al área F5 en el mono); NB: núcleos de la base. Lasbarras que unen los diferentes elementos del PFNM representanconexiones anatómicas bidireccionales entre estas zonas.

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6 Kinesiterapia - Medicina física

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■ Dinámica de los núcleosde la base

La neurofisiología del movimiento no puede ignorarel papel preponderante ejercido por los núcleos de labase en la organización del movimiento [45]. Auténticasmatrices neuroanatómicas, muy complejas, organizadasen núcleos y unidas por bucles recurrentes que implicana la corteza premotora (CPM), el estriado (STR), el globopálido externo (GPE), el globo pálido interno (GPI), losnúcleos subtalámicos (NST) y el tálamo (TA) estánimplicadas en diferentes aspectos del control motor quellevaría mucho tiempo describir aquí. No obstante, en elplano funcional es interesante considerar la dinámicaneurofisiológica de base de este circuito neuronal(Fig. 6) para mostrar que la realización de nuestrasactividades motoras depende del buen funcionamientode la transmisión de señales en los bucles que circulanno sólo en la corteza, sino también entre ésta y lasestructuras subcorticales.

Las zonas corticales antes descritas implicadas en elcontrol del movimiento se proyectan de forma excita-dora en el STR. De esta estructura subcortical, dos víasprincipales se dirigen hacia el GPI (vía directa) y el GPE(vía indirecta). Se trata de vías inhibidoras. El GPI ejercea su vez una potente inhibición sobre el TA, que ejerceuna influencia excitadora sobre la corteza. El recluta-miento de la vía directa por la activación corticalconduce a una retirada de la inhibición del TA y, por lotanto, a una acción de la corteza, por lo que se consi-dera que esta vía directa es una vía esencial para desen-cadenar los programas motores necesarios a la acción.La vía indirecta juega un papel opuesto. La vía inhibi-dora del STR inhibe el GPE, cuyas neuronas, tambiéninhibidoras, se proyectan a su vez sobre el NST y, comolas neuronas de este núcleo son excitadoras del GPI, lainhibición de las neuronas inhibidoras del GPE por elSTR conduce a una excitación del NST y, por lo tanto, auna excitación del GPI cuyas neuronas inhiben el TA.Esta vía indirecta funciona correctamente cuando esreclutada para una inhibición talamocortical que se

traduce por una inhibición del movimiento. En condi-ciones normales, estas vías antagonistas están equilibra-das de tal manera que las decisiones corticales demoverse y no moverse se realizan de acuerdo con ladinámica de los núcleos de la base. Esta última se sitúabajo el control de las vías dopaminérgicas que nacen anivel de la sustancia negra pars compacta (SNpc), cuyasneuronas sintetizan la dopamina y la liberan a nivel delSTR. La dopamina liberada a este nivel ejerce un efectomodulador positivo (a través de los receptores DA2)sobre la vía directa y un efecto modulador negativo (através de los receptores DA1) sobre la vía indirecta.Simplificando el proceso, se puede pensar que la dopa-mina favorece la producción del movimiento en detri-mento de la inhibición de la acción. En la degeneraciónde la SNcp, la dopamina ya no se libera en el STR y lavía indirecta se ve favorecida en detrimento de la víadirecta. Esto provoca un síndrome hipocinético. Por elcontrario, un exceso de liberación de un agonista de ladopamina (por ejemplo la levodopa) produce el efectoinverso (síndrome hipercinético), la vía directa está muysolicitada, la inhibición del TA por el GPI desaparecemuy a menudo y se desencadenan movimientos nocontrolados.

Con frecuencia se ha pensado que los circuitos queimplican los núcleos de la base y los del cerebelo eranindependientes desde el punto de vista funcional. Elequipo de Strick ha demostrado recientemente que lasneuronas del núcleo dentado que vehiculizan las señalesde salida del cerebelo se proyectan a través del tálamosobre el estriado [46]. Además, el mismo equipo acaba dedemostrar que las señales de salida del NST, considera-das como la fuerza de regulación mayor del GPI y delTA, se vehiculizan a través de los núcleos pontinos haciala corteza cerebelosa [47]. Los núcleos de la base y elcerebelo están, por lo tanto, en comunicación bidirec-cional, por lo que a partir de aquí sus funciones especí-ficas deben considerarse como parte de buclesintegradores más amplios reclutados muy posiblementeen los diferentes aprendizajes que implican la elecciónde estrategias motivadas por la recompensa. En estecontexto, es interesante mencionar que la AMS y la pre-AMS se ven afectadas igualmente por las entradascerebelosas del GPI. Las neuronas de la parte rostral deeste núcleo, considerada como un territorio de conso-nancia asociativa y reclutada por las entradas proceden-tes del núcleo dentado del cerebelo, se proyectan sobrela pre-AMS. Las neuronas de la parte caudal del GPI(considerada como un territorio de consonancia motora)afectada también por esta proyección cerebelosa, seproyectan en el AMS [48]. Esto demuestra una vez más lariqueza de las vías de comunicación que unen redun-dancia y especialización en un conjunto operacionaldonde cada elemento sináptico es, muy posiblemente,capaz de plasticidad.

■ Plasticidad de la cortezamotora primaria, repeticiónde la acción y su observación

En estos experimentos, realizados en el ser huma-no [39], se aplica una estimulación magnética transcra-neal (EMT) en la corteza motora que se ajusta paraproducir un movimiento de extensión del pulgar de lamano contralateral a la estimulación (Fig. 7).

Esta respuesta es estable y reproducible y puedeconsiderarse como la respuesta motora estereotipada deesta región de la corteza motora. A continuación, sepide al individuo que efectúe movimientos de flexióndel pulgar de manera repetida durante varios minutos.En esta fase, el estimulador magnético se ha mantenidoen su sitio. En cuanto la persona finaliza su serie demovimientos de flexión del pulgar, se vuelve a estimularde nuevo la misma región de la corteza motora y se

Movimiento

NP

THNST

SNpc

Gpe

Gpi

STRCG

ND

CP

Corteza cerebral

Cerebelo

Figura 6. Conexiones anatómicas y funcionales entre los nú-cleos de la base, la corteza cerebral y el cerebelo. STR: estriado;Gpe: globo pálido externo; SNpc: sustancia negra pars com-pacta; Gpi: globo pálido interno; NST: núcleos subtalámicos; T;tálamo; NP: núcleos pontinos; ND: núcleo dentado; CG: célulasgranulares; CP: células de Purkinje.

Neurofisiología del movimiento. Aprendizaje motor ¶ E – 26-007-B-60

7Kinesiterapia - Medicina física

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constata que el movimiento del pulgar ya no corres-ponde a una extensión, sino a una flexión del pulgar. Elmismo equipo de investigación ha demostrado tambiénque esta plasticidad era posible a partir de la observa-ción del experimentador, realizando él solo los movi-mientos de flexión del pulgar.

Se trata pues de un fenómeno de plasticidad corticalexcepcional que utiliza las propiedades de las redes. Elhecho de poder provocar tras un aprendizaje de pocosminutos una modificación tan radical de la direccióndel movimiento supone que existen al menos dossubredes precableadas y entrelazadas capaces de seractivadas por la EMT pero cuya flexión o extensión esmás importante en función de la preponderancia de lasfuerzas sinápticas en favor de una u otra dirección. Estared neuronal cortical inicialmente estimulada produceuna extensión del pulgar. Durante la fase de entrena-miento, la flexión voluntaria del pulgar o la observaciónde los movimientos del pulgar del experimentador vana provocar una plasticidad sináptica de tipo PLP, la cualprovoca, en la misma red, una nueva distribución de lospesos sinápticos en favor de las sinapsis requeridas porla repetición de la acción voluntaria o la observación.Tras este aprendizaje elemental, la EMT activa la mismared, pero en ésta la plasticidad sináptica ha cambiado elequilibrio sináptico en favor de la subred flexora endetrimento de la subred extensora. El hecho de que losinhibidores específicos de la PLP permitan esta plastici-dad demuestra su probable implicación. Estos experi-mentos recuerdan a los realizados en el pulpo donde,como en el ser humano, la contribución de la PLP hasido demostrada [49].

La repetición de una misma acción motora es dealguna manera equivalente a la estimulación tetánica

utilizada en los protocolos de la PLP clásica. También esmuy probable que los mecanismos de la PLP esténigualmente acompañados por los de la DLP a nivel delas sinapsis no requeridas por la acción voluntaria.

■ Neuronas espejo,de la imitación al aprendizaje

El aprendizaje por imitación es una capacidad inhe-rente al sistema nervioso. El ejemplo del pulpo observa-dor presentado al principio de este artículo es la mejorilustración. En los últimos años, se han realizadoconsiderables progresos en la comprensión de las regio-nes cerebrales implicadas y de los mecanismos subya-centes a la imitación. El descubrimiento de las neuronasespejo por el equipo de Rizzolatti desempeña un papelmovilizador en favor del estudio del fenómeno deimitación. ¿Qué se ha aprendido sobre las neuronasespejo? Cada vez que un individuo observa a otrorealizando una acción, se activa en el sistema motorcortical del observador un conjunto de neuronas (lasneuronas espejo) que codifican esta acción. De algunamanera, se puede decir que este mecanismo unifica lapercepción y la acción, transformando una representa-ción sensorial del comportamiento ajeno en la repre-sentación motora del mismo comportamiento en elcerebro del observador.

Descubiertas inicialmente en la parte ventral de lacorteza premotora (área F5) (CPV) [50], se han descu-bierto después otras neuronas espejo en la parte rostraldel lóbulo parietal inferior (área PFG) [51] y el áreaintraparietal anterior (AIP). Estas áreas están conectadasde forma recíproca y forman una red parietofrontal delas neuronas espejo (PFNE) alimentada por su poloparietal por entradas visuales de altos niveles proceden-tes del surco temporal superior (STS) que codifica lavisión de los movimientos biológicos [52]. La red PFNErecibe entradas relativas a la identidad de los objetosmanipulados por el área AIP del giro temporal inferior.Además, las áreas F5 y AIP están fuertemente conectadasal área F6 de la corteza prefrontal. Estas áreas frontalesinforman a la red PFMN sobre el control de la selecciónde las acciones autodesencadenadas o sensorialmentedesencadenadas en acuerdo con la intención del indivi-duo. Los recientes estudios neurofisológicos confirmanla existencia en el ser humano de una red PFNE en laque se añadiría la actividad de las zonas cerebrales, enlas cuales se encuentra el córtex somatosensorial comoparticipante en la acción de un modelo interno, másque en una red PFNE clásica [53]. Estudiando el compor-tamiento de las neuronas en el acto de prensión con laayuda de una pinza normal (cerrar la mano para activarla prensión) o de una pinza inversa (abrir la mano paraactivar la prensión), Umiltà et al [54] demuestran que lasneuronas espejo descargan de la misma forma, sea cualsea el tipo de pinza, y muestran su actividad máxima enel momento de coger el objeto. Gracias a la activaciónde la red PFNE en relación con el objetivo final de laacción y no con los detalles de la ejecución del acto,este circuito es jerárquicamente superior y parece estarmás próximo a los procesos puramente cognitivos quea los motores, a pesar de que esta dicotomía cognitivo-motora esté siendo cada vez más cuestionada [55].

■ Marco generaldel aprendizaje y modelointerno

Hoy en día, existe consenso sobre la idea de quecualquier movimiento tiene un objetivo preciso y quesu realización obedece a principios de optimización, delos cuales el más evidente es sin duda la optimizaciónenergética bajo la cual operan mecanismos neurofisioló-gicos más sutiles descritos en el contexto teórico de los

Ext

SMT SMT

1 32

Flex

Mús

culo

sM

édul

aC

orte

za

Ext Flex Ext Flex

Figura 7. Ilustración de una experiencia de plasticidad corticalen el ser humano. 1. La estimulación magnética transcraneal(EMT) produce una elevación del pulgar, ya que la red cortical(sinapsis representadas por los triángulos rojos) está organizada afavor del conjunto de motoneuronas del músculo extensor delpulgar (Ext); 2. La realización de flexiones repetidas del pulgar(entrenamiento) o la observación de flexiones del pulgar (Flex)realizadas por el experimentador (observación) van a provocaruna potenciación a largo plazo a nivel de las sinapsis causandouna flexión (triángulos azules). 3. La misma estimulación mag-nética provoca una flexión del pulgar (según [40]).

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8 Kinesiterapia - Medicina física

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modelos de «proalimentación» (predictivo) [56] (Lisber-ger, 2009) y de retroalimentación [57]. Es muy probableque el cerebelo sea por ejemplo el asiento de modelosde «proalimentación» todavía llamados modelos diná-micos internos. En las afectaciones de la corteza cerebe-losa lateral, el paciente, ante una carga suplementaria, esincapaz de programar la latencia y la amplitud de laorden de frenado, lo que se traduce por una hipermetríaimportante [58]. La EMT de esta región del cerebeloproduce una estimación falsa de la posición inicial de lamano al coger un objeto [59]. El cerebelo es consideradopor lo tanto, como una estructura capaz de predecir elestado motor futuro y las sensaciones que loacompañan.

La Figura 8 ilustra este concepto. La orden final delmovimiento, como se ha visto, es elaborada por M1 yenviada al sistema musculoesquelético por la médula. Almismo tiempo, esta orden se envía en forma de copiaeferente hacia el cerebelo por las vías corticopontinas. Elcerebelo, por lo tanto, conoce de antemano la ordenenviada hacia los músculos. Gracias a un modelodinámico interno muy probablemente elaborado sobrela base de un modelo inverso que calcula la ordendinámica del movimiento a partir de la cinemática, elcerebelo predice las consecuencias motoras y sensorialesdel movimiento futuro [56, 60]. Esta operación se lleva acabo en los módulos de la corteza cerebelosa. Lasseñales resultantes se transmiten a continuación a lasneuronas de los núcleos cerebelosos profundos para serenviadas en forma de retroalimentación hacia el núcleorojo y el tálamo y en forma de una descarga corolariahacia la oliva inferior. A este nivel se comparan lassensaciones asociadas al movimiento real transmitidaspor las vías espinoolivocerebelosas, con las consecuen-cias sensoriales predichas por el cerebelo. El resultadoson mensajes de error elaborados por la oliva inferiorque son transmitidos de vuelta por las vías olivocerebe-losas (fibras ascendentes) hacia el modelo interno delcerebelo. Durante el aprendizaje de una actividad nueva,las señales de error son importantes y la frecuencia dedescarga de las fibras ascendentes asociada a la emisión

de potenciales complejos por la CP aumenta. Gracias alos mecanismos fundamentales de la plasticidad antesmencionados, se modifica el modelo interno para quelas señales de error disminuyan y para que el movi-miento real corresponda al movimiento deseado y a suinternalización optimizada.

■ Conclusión y perspectivaUna visión coherente de la neurofisiología actual del

movimiento y del aprendizaje motor pasa obligatoria-mente por una visión integrada de un conjunto diná-mico que incluye numerosas áreas corticales quecodifican para funciones específicas y bucles recurrentesmuy dependientes de estructuras subcorticales. Están enjuego mecanismos fundamentales en cada nivel deorganización, por lo que sólo una mejor comprensiónde una neurofisiología integrada permitirá delimitarmejor las capacidades plásticas del movimiento en el serhumano.

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Cerebelo

Módulo motor

Corteza motora

CPM M1r M1c

Médula

Músculos

Señales aferentes

TH

Descarga corolaria

Reaferencias

Consecuenciassensorialespredichas

Copia eferenteVíacorticopontina

Vías espinoolivocerebelosas

Movimientos ysensaciones relacionadas

Señalde error

Comparador

OI

ND

FA

Modelodinámicopredictivo

Figura 8. Ilustración del marco general del aprendizaje y delmodelo interno. CPM: corteza premotora; M1r y M21c: parterostral y caudal de la corteza primaria; T: tálamo; ND: núcleodentado; OI: oliva inferior; FA: fibra ascendente.

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G. Chéron ([email protected]).Laboratoire de neurophysiologie et de biomécanique du mouvement, Faculté des sciences de la motricité, Université libre de Bruxelles,808, route de Lennik, CP640, B-1070 Bruxelles, Belgique.

Cualquier referencia a este artículo debe incluir la mención del artículo original: Chéron G. Neurophysiologie du mouvement.Apprentissage moteur. EMC (Elsevier Masson SAS, Paris), Kinésithérapie-Médecine physique-Réadaptation, 26-007-B-60, 2011.

Disponible en www.em-consulte.com/es

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