Una red de acción somatocognitiva se alterna con regiones efectoras en la corteza motora

El homúnculo interrumpido, un modelo integrado-aislado de acción y control motor. a, el homúnculo clásico de Penfield (adaptado de la referencia 2), que representa un mapa continuo del cuerpo en la corteza motora primaria. b, En el modelo integrado-aislado de la organización M1, las zonas funcionales específicas del efector (pie (verde), mano (cian) y boca (naranja)) están representadas por anillos concéntricos con partes proximales del cuerpo que rodean las distales relativamente más aislables ( dedos de manos, pies y lengua). Las regiones inter-efectoras (granate) se asientan en los puntos de intersección de estos campos, formando parte de una red de acción somato-cognitiva para el control integrador y alostático de todo el cuerpo. Al igual que con el dibujo original de Penfield, este diagrama pretende ilustrar los principios organizacionales y no debe interpretarse en exceso como un mapa preciso.  

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Cuerpo en calma, mente en calma, dicen los practicantes de mindfulness. Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis indica que la idea de que el cuerpo y la mente están inextricablemente entrelazados es más que una mera abstracción. El estudio muestra que partes del área del cerebro que controlan el movimiento están conectadas a redes involucradas en el pensamiento y la planificación, y en el control de funciones corporales involuntarias como la presión arterial y los latidos del corazón. Los hallazgos representan un vínculo literal de cuerpo y mente en la estructura misma del cerebro.

La investigación, publicada el 19 de abril en la revista Nature, podría ayudar a explicar algunos fenómenos desconcertantes, como por qué la ansiedad hace que algunas personas quieran caminar de un lado a otro; por qué estimular el nervio vago, que regula las funciones de los órganos internos, como la digestión y el ritmo cardíaco, puede aliviar la depresión; y por qué las personas que hacen ejercicio regularmente reportan una perspectiva más positiva de la vida.

"Las personas que meditan dicen que al calmar su cuerpo con ejercicios de respiración, también calman su mente", dijo el primer autor Evan M. Gordon, PhD, profesor asistente de radiología en el Instituto de Radiología Mallinckrodt de la Escuela de Medicina. “Ese tipo de prácticas pueden ser realmente útiles para las personas con ansiedad, por ejemplo, pero hasta ahora no ha habido mucha evidencia científica de cómo funciona. Pero ahora hemos encontrado una conexión. Hemos encontrado el lugar donde la parte altamente activa y orientada a objetivos de tu mente se conecta con las partes del cerebro que controlan la respiración y la frecuencia cardíaca. Si calmas a uno, absolutamente debería tener efectos de retroalimentación en el otro”.

Gordon y el autor principal Nico Dosenbach, MD, PhD, profesor asociado de neurología, no se propusieron responder preguntas filosóficas antiguas sobre la relación entre el cuerpo y la mente. Se propusieron verificar el mapa establecido desde hace mucho tiempo de las áreas del cerebro que controlan el movimiento, utilizando técnicas modernas de imágenes cerebrales.

En la década de 1930, el neurocirujano Wilder Penfield, MD, mapeó dichas áreas motoras del cerebro aplicando pequeñas descargas eléctricas a los cerebros expuestos de personas que se sometían a una cirugía cerebral y anotando sus respuestas. Descubrió que la estimulación de una tira estrecha de tejido en cada mitad del cerebro hace que partes específicas del cuerpo se contraigan. Además, las áreas de control del cerebro están dispuestas en el mismo orden que las partes del cuerpo a las que dirigen, con los dedos de los pies en un extremo de cada tira y la cara en el otro. El mapa de Penfield de las regiones motoras del cerebro, representado como un homúnculo o "hombrecito", se ha convertido en un elemento básico de los libros de texto de neurociencia.

Gordon, Dosenbach y sus colegas comenzaron a replicar el trabajo de Penfield con imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI). Reclutaron a siete adultos sanos para someterse a horas de escáner cerebral fMRI mientras descansaban o realizaban tareas. A partir de este conjunto de datos de alta densidad, construyeron mapas cerebrales individualizados para cada participante. Luego, validaron sus resultados utilizando tres grandes conjuntos de datos de fMRI disponibles públicamente: el Proyecto Conectoma Humano, el Estudio de Desarrollo Cognitivo del Cerebro Adolescente y el Biobanco del Reino Unido, que en conjunto contienen escáneres cerebrales de aproximadamente 50.000 personas.

Para su sorpresa, descubrieron que el mapa de Penfield no estaba del todo bien. El control de los pies estaba en el lugar que Penfield había identificado. Lo mismo para las manos y la cara. Pero intercaladas con esas tres áreas clave había otras tres áreas que no parecían estar directamente involucradas en el movimiento en absoluto, a pesar de que se encontraban en el área motora del cerebro.

Además, las áreas de no movimiento se veían diferentes a las áreas de movimiento. Parecían más delgados y estaban fuertemente conectados entre sí y con otras partes del cerebro involucradas en el pensamiento, la planificación, la activación mental, el dolor y el control de los órganos y funciones internas, como la presión arterial y la frecuencia cardíaca. Otros experimentos de imágenes mostraron que, si bien las áreas sin movimiento no se activan durante el movimiento, sí se activan cuando la persona piensa en moverse.

“Todas estas conexiones tienen sentido si piensas para qué sirve realmente el cerebro”, dijo Dosenbach. “El cerebro está para comportarse con éxito en el entorno para que puedas lograr tus objetivos sin lastimarte o matarte. Mueves tu cuerpo por una razón. Por supuesto, las áreas motoras deben estar conectadas con la función ejecutiva y el control de los procesos corporales básicos, como la presión arterial y el dolor. El dolor es el feedback más poderoso, ¿verdad? Haces algo y te duele, y piensas: 'No voy a volver a hacer eso'".

Dosenbach y Gordon llamaron a su red recién identificada Red de Acción Somato (cuerpo)-Cognitiva (mente), o SCAN. Para comprender cómo se desarrolló y evolucionó la red, escaneó los cerebros de un recién nacido, un niño de 1 año y un niño de 9 años. También analizaron datos que se habían recopilado previamente en nueve monos. La red no era detectable en el recién nacido, pero era claramente evidente en el de 1 año y casi como un adulto en el de 9 años. Los monos tenían un sistema más pequeño y rudimentario sin las extensas conexiones que se ven en los humanos.

“Esto puede haber comenzado como un sistema más simple para integrar el movimiento con la fisiología para que no nos desmayemos, por ejemplo, cuando nos ponemos de pie”, dijo Gordon. “Pero a medida que nos convertimos en organismos que hacen un pensamiento y una planificación mucho más complejos, el sistema se actualizó para conectar una gran cantidad de elementos cognitivos muy complejos”.

Las pistas sobre la existencia de una red mente-cuerpo han existido durante mucho tiempo, dispersas en documentos aislados y observaciones inexplicables.

“Penfield fue brillante, y sus ideas han sido dominantes durante 90 años, y crearon un punto ciego en el campo”, dijo Dosenbach, quien también es profesor asociado de ingeniería biomédica, pediatría, terapia ocupacional, radiología y de las ciencias psicológicas y del cerebro. “Una vez que comenzamos a buscarlo, encontramos muchos datos publicados que no concordaban con sus ideas e interpretaciones alternativas que habían sido ignoradas. Reunimos una gran cantidad de datos diferentes además de nuestras propias observaciones, los alejamos y los sintetizamos, y se nos ocurrió una nueva forma de pensar sobre cómo el cuerpo y la mente están unidos”.

Una red para la integración mente-cuerpo

Dos sistemas de control de comportamiento están intercalados en M1 humano. Un sistema bien conocido consta de circuitos específicos de efectores para movimientos precisos y aislados de apéndices altamente especializados (dedos de manos y pies y lengua), el tipo de movimiento diestro necesario para hablar o manipular objetos. Un segundo sistema integrador de resultados, el SCAN, es más importante para controlar el organismo como un todo. El SCAN integra el control corporal (motor y autonómico) y la planificación de la acción, de acuerdo con la idea de que los aspectos del control ejecutivo de nivel superior pueden derivar de la coordinación del movimiento. El SCAN incluye regiones específicas de M1, SMA, tálamo (VIM y CM), putamen posterior y el cerebelo postural, y está funcionalmente conectado a regiones dACC vinculadas al libre albedrío, regiones parietales que representan intenciones de movimiento y regiones insulares para procesar somatosensorial, dolor y señales viscerales interoceptivas.

La aparente expansión relativa de las regiones SCAN en los seres humanos podría sugerir un papel en acciones complejas específicas de los seres humanos, como la coordinación de la respiración para el habla y la integración del movimiento de manos, cuerpo y ojos para el uso de herramientas. Un factor común en esta amplia gama de procesos es que deben integrarse si un organismo quiere lograr sus objetivos a través del movimiento mientras evita lesiones y mantiene la alostasis fisiológica. El SCAN proporciona un sustrato para esta integración, permitiendo cambios posturales, respiratorios, cardiovasculares y de excitación anticipatorios previos a la acción (como tensión en los hombros, aumento del ritmo cardíaco o "mariposas en el estómago").

El hallazgo de que la acción y el control del cuerpo se fusionan en un circuito común podría ayudar a explicar por qué los estados de la mente y el cuerpo interactúan con tanta frecuencia.