Investigadores de la Universidad de Colonia descubrieron que las neuronas musculares deprimidas de los insectos palo se excitan de manera única según un patrón rítmico, desafiando la creencia de que todas las neuronas motoras se activan uniformemente mediante generadores de patrones centrales. Esta investigación destaca el control neuronal especializado necesario para estabilizar los movimientos al caminar.
Un estudio reciente realizado por investigadores de la Universidad de Colonia ha arrojado luz sobre cómo funcionan rítmicamente las células nerviosas (neuronas) que controlan el movimiento de los músculos de las patas de los insectos palo. El equipo descubrió que las neuronas responsables de activar el músculo depresor de la pierna exhibían un patrón de activación rítmica que difería de los patrones de activación de las neuronas asociadas con otros músculos de la pierna.
Hasta ahora se suponía que todas estas neuronas motoras eran activadas de la misma forma por el sistema nervioso central. El estudio, titulado «El impulso sináptico de la red central generadora de patrones hacia las neuronas motoras de las patas de un insecto andante es específico del conjunto de neuronas motoras», se publica en la revista
Comprender los generadores de patrones centrales
El equipo de investigación de la UoC investiga los fundamentos neuronales de la generación de movimiento en animales, en particular aquellos que subyacen a actividades locomotoras como caminar. Para ello, el equipo dirigido por el profesor Dr. Ansgar Busches analiza los insectos, entre otros argumentos, porque los requisitos del sistema nervioso para la producción y el control de los movimientos de la marcha son similares en todo el reino animal.
En muchos animales, por ejemplo, existen redes en el sistema nervioso central que subyacen a la generación de patrones de actividad rítmica para actividades locomotoras rítmicas como correr, nadar, gatear y volar, o para muchos tipos de movimiento en relación con la vegetación. Funciones como la respiración.
Estas redes altamente especializadas se denominan generadores de patrones centrales (CPG). Producen actividad motora rítmica de los músculos para el movimiento en comunicación con información de los órganos sensoriales, neuronas llamadas propioceptores; Los propioceptores informan del movimiento e informan al sistema nervioso central. Al caminar, se ubican sobre y sobre las patas de los insectos.
Las redes hacen esto activando neuronas motoras que inervan los músculos. Hasta ahora, se pensaba que estas GPC tenían efectos similares en todas las neuronas motoras a las que se dirigían. En su nuevo estudio, Angelina Ruthe, el Dr. Charalampos Montziaris y el profesor Bushes refutaron esta hipótesis sobre la actividad locomotora de los insectos.
Nuevos conocimientos de la investigación sobre insectos palo
En sus experimentos, los científicos activaron farmacológicamente las CpG en el sistema nervioso central del insecto palo Carassius morosus e investigaron sus efectos sobre las neuronas motoras que inervan los músculos de sus patas. Descubrieron que todos los grupos de neuronas motoras de los músculos de las piernas, excepto uno, reciben el mismo impulso de las redes: señales inhibidoras rítmicas de las CPG. Sólo las neuronas motoras que inervan el músculo depresor de la pierna están controladas por el impulso excitador fásico.
Curiosamente, el músculo depresor de las patas es precisamente el músculo del insecto responsable de producir la postura de las patas en cualquier situación de caminata, ya sea que el animal se mueva horizontalmente hacia arriba o hacia abajo, en el techo o en una rama. «La estimulación rítmica y, por tanto, la activación específica de este conjunto de neuronas motoras mediante las CPG, ayuda a garantizar el momento preciso de la contracción del músculo depresor y, por tanto, el inicio de la fase de postura y su estabilización», explicó el profesor Busches.
Cita: «El impulso sináptico de las redes centrales generadoras de patrones hacia las neuronas motoras de las patas de un insecto andante es específico del grupo de neuronas motoras» Angelina Ruthe, Charalampos Montziaris y Ansger Buschges, 1 de febrero de 2024, Biología actual.
DOI: 10.1016/j.cub.2024.01.026
El estudio fue financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG).
