Cualquier persona que haya aprendido a tocar un instrumento musical sabe que traducir las notas de una hoja en movimientos de los dedos es un esfuerzo al principio, pero gradualmente se vuelve más automático con el tiempo. Esta característica ampliamente apreciada del aprendizaje motor fue descrita en 1967 por Paul Fitts y Michael Posner. En un libro titulado Human Performance, los conocidos psicólogos propusieron tres etapas de aprendizaje de las habilidades motoras: una fase cognitiva, una fase asociativa y una fase autónoma.
En la primera etapa, los movimientos son lentos, inconsistentes e ineficientes, y grandes partes del movimiento se controlan conscientemente. En la segunda etapa, los movimientos se vuelven más fluidos, confiables y eficientes, y algunas partes del movimiento se controlan automáticamente. Y en la tercera etapa, los movimientos son precisos, consistentes y eficientes, y el movimiento se controla en gran medida de forma automática. Sin embargo, no ha quedado claro exactamente cómo se mapean las diferentes etapas del aprendizaje motor en los sistemas neuronales del cerebro.
En un estudio publicado en este número de PLOS Biology, Nicolas Schweighofer de la Universidad del Sur de California e Hiroshi Imamizu de la Universidad de Tokio combinaron el modelado computacional con datos de resonancia magnética funcional y conductual (fMRI) para crear un mapa cerebral de memorias motoras con diferentes escalas de tiempo (Fig.1). Según los autores, los hallazgos arrojan nueva luz sobre una teoría psicológica clásica y podrían usarse potencialmente para mejorar las estrategias para la rehabilitación de las habilidades motoras después del daño cerebral.
El aprendizaje se lleva a cabo en diferentes regiones cerebrales en diferentes escalas de tiempo. Los cuatro paneles de la figura representan constantes de tiempo que caracterizan la velocidad de los cambios. Crédito de la imagen: Hiroshi Imamizu.
En el nuevo estudio, 21 voluntarios sanos realizaron tareas de adaptación visual-motora mientras se medía su actividad cerebral con IRMF. Al comienzo de cada prueba, una cruz blanca (cursor) apareció en el centro de la pantalla, y los sujetos manipularon un joystick para mover el cursor a un círculo rojo o azul que apareció en la parte superior de la pantalla. Pero había un desajuste visual-motor: el cursor giraba 40 grados en relación con la dirección real del movimiento. Con el tiempo, los sujetos aprendieron a adaptarse a esta rotación ajustando el movimiento del joystick en la dirección opuesta.
Los datos de comportamiento revelaron múltiples etapas de aprendizaje motor, con una adaptación rápida en bloques de nueve ensayos y una adaptación lenta en todos los bloques. Luego, los investigadores desarrollaron un modelo para determinar qué sistemas neuronales estaban involucrados en las diferentes etapas del aprendizaje motor. Descubrieron que el aprendizaje rápido que se llevaba a cabo en cinco segundos se asociaba con la actividad en las regiones cerebrales frontal y parietal. Por el contrario, el aprendizaje intermedio entre dos minutos y aproximadamente una hora y media se asoció con la actividad en la región anterior del lóbulo parietal inferior. La etapa de aprendizaje más lenta, que se desarrolló a lo largo de horas, se asoció con la actividad en las porciones anterior a media del cerebelo, una región del cerebro que desempeña un papel importante en el control motor.
Estos hallazgos son consistentes con investigaciones anteriores que muestran que las regiones frontales están involucradas en las etapas tempranas de atención, excitación, análisis de movimiento visual, memoria de trabajo espacial, memoria de movimientos de manos y planificación de movimientos. Del mismo modo, se sabe que las regiones parietales desempeñan un papel en las etapas tempranas de aprendizaje de rotación mental y visual-motora. En conjunto, los hallazgos sugieren que las fases cognitivas y asociativas iniciales del aprendizaje motor reclutan regiones cerebrales frontales y parietales, mientras que la etapa tardía del aprendizaje autónomo depende del cerebelo anteromedial. Por lo tanto, al combinar múltiples técnicas complementarias, los investigadores proporcionaron una visión más profunda de una teoría psicológica clásica e influyente propuesta hace varias décadas.