Experimento: El Reflejo Patelar y la Reacción

Antecedentes

Los reflejos no requieren pensamiento. Son automáticos, rápidos y de enorme importancia para la capacidad del ser humano de responder con éxito a su entorno. A pesar del magnífico poder de procesamiento de información de los miles de millones de neuronas de nuestro cerebro, necesitamos que muchas cosas se hagan de forma automática. Sin reflejos, nuestros cerebros estarían sobrecargados con la preocupación de actualizar constantemente la posición de nuestros inestables cuerpos para mantenernos erguidos. Sin los reflejos, nuestra capacidad de pensamiento complejo (agujeros negros, neurociencia, qué hacer este fin de semana, cómo hacer un martillo de reflejos instrumentado…) sería limitada. Sin reflejos, tus reacciones a los estímulos dolorosos requerirían pensamiento, y… no te lo tomes como algo personal… pero piensas muy lentamente… No te sientas mal, todos los humanos somos pensadores lentos, y necesitamos más velocidad para responder a los estímulos dolorosos peligrosos. Así que dejamos que nuestra médula espinal haga ese trabajo rápido por nosotros.

Un ejemplo de reflejo es el reflejo de estiramiento rotuliano. Nuestra médula espinal se asocia con los sensores de nuestros músculos, llamados husos musculares, para hacer un seguimiento de dónde se encuentra nuestro cuerpo en el espacio y de lo estirados o contraídos que están nuestros músculos. La forma en que estos sensores interactúan con la médula espinal es a través de una vía refleja. Al estirar el músculo se activa el huso muscular en el extremo de la neurona sensorial (incrustada en el músculo) y se inicia el reflejo. El reflejo es para evitar el sobreestiramiento del músculo y lo compensa con una contracción.

Como puedes ver, sólo hay una conexión (una sinapsis) necesaria para que la información de la neurona sensorial llegue a la neurona motora y cause una contracción muscular. Debido a esta única sinapsis, esto puede ocurrir muy rápidamente. En una persona joven y sana, el estímulo de estiramiento tarda entre 15 y 30 milisegundos en producir una contracción muscular; en comparación, se tarda entre 5 y 10 veces más en parpadear en respuesta a un estímulo, es decir, entre 150 y 300 milisegundos. Esto es muy útil para corregir la longitud del músculo en respuesta a cambios rápidos, como un resbalón o un tropiezo. Estas situaciones requieren correcciones muy rápidas para evitar caídas y lesiones. Si tuvieras que flexionar conscientemente la pierna en respuesta al estiramiento de la pierna (una reacción) sería mucho más lento que los 15-30 segundos de reflejo.

¡Ahora intentemos medir este reflejo! Y quizás midamos también una reacción!

Antes de empezar, asegúrate de que tienes el Backyard Brains Spike Recorder instalado en tu ordenador/smartphone/tablet. El programa Backyard Brains Spike Recorder te permite visualizar y guardar los datos en tu ordenador al hacer los experimentos. También hemos construido un sencillo manual de laboratorio para ayudarte a tabular tus datos.

Firmware actualizado

Si has comprado tu Muscle SpikerBox Pro antes de febrero de 2019, tendrás que seguir las instrucciones de actualización del firmware

Vídeo

Materiales para imprimir

Si buscas un PDF para imprimir y garabatear, o un documento de google para editar, ¡consulta este repositorio de recursos para imprimir aquí!

Experimento

Para este experimento, vamos a observar la señal electromiográfica en el músculo recto femoral, uno de los músculos del grupo del cuádriceps femoral. Provocamos un reflejo mediante un golpe en el tendón rotuliano. Esta es la misma prueba que se realiza cuando vas a la consulta del médico (los médicos la utilizan como una prueba rápida para determinar la salud de la vía espinal – los problemas pueden ser sintomáticos de enfermedades neuromusculares).

1. Configura tu Muscle SpikerBox Pro utilizando un smartphone o un ordenador con la app Spike Recorder.
2. Se trata de una persona que no tiene un comportamiento de reacción.
3. Conecte el cable USB del Muscle SpikerBox Pro al ordenador. Abra Spike Recorder, y encienda su Muscle SpikerBox Pro. Debe aparecer un icono USB en la pantalla principal de SpikeRecorder. Haga clic en él para conectarse a su Muscle SpikerBox Pro. (Nota: Si usted está usando una tableta, un teléfono inteligente, y / o un Muscle SpikerBox regular, puede conectarse a su tableta / teléfono inteligente / ordenador con el cable de audio verde del teléfono inteligente.
4. Haga que el sujeto se siente en una superficie resistente lo suficientemente alta como para permitir que la parte inferior de las piernas y los pies cuelguen libremente.
5. Haga que el sujeto contraiga su músculo cuádriceps (extensor de la rodilla) para que pueda colocar dos en cada lado de la rodilla como se muestra en la parte inferior. Un electrodo en el Vastus Medialis, otro en el Vastus Lateralis. Coloque un electrodo adhesivo de tierra en el dorso de la mano.
   
6. Coloque los cables rojos de su cable muscular naranja de los electrodos en el músculo del muslo, y el cable negro en la tierra de la palma de la mano exterior.
7. Conseguir una señal muscular de buena calidad es realmente importante para este experimento. Compruebe si obtiene una buena señal de EMG con una contracción bastante pequeña pidiendo al sujeto que enderece la rodilla contra una resistencia. ¿Poca señal? Ajuste el zoom vertical en el SpikeRecorder. Si eso sigue sin ayudar, ajuste la colocación de los electrodos.
8. También, si sigue sin obtener una señal muy clara, no dude en experimentar con la ubicación del electrodo de tierra. También puede ir a los ajustes del SpikeRecorder y ajustar el umbral de la señal de 70 a 1500, y marcar la casilla de «60hz» para filtrar más ruido.
9. Localice la parte del tendón rotuliano justo debajo de la rótula y por encima de donde se inserta en la espinilla. El mejor lugar para golpearlo es justo debajo de la rótula. Si te gusta esta persona, evita golpear la rótula porque… ¡ay! Utiliza un golpe rápido y firme en el tendón para provocar una patada involuntaria. Experimente con pequeños cambios en la ubicación y la fuerza del golpe. Encuentre el punto óptimo.


Si tiene una buena colocación de los electrodos y aplica un golpe inteligente en el tendón rotuliano, debería ver algo como esto (¡observe que será pequeño! Es posible que tenga que hacer zoom):

Haga una grabación y haga zoom sobre una de las señales de reflejo. Puede ver que la señal EMG se parece mucho a otras EMG que ha visto:

¡Felicidades! Ahora puedes registrar la respuesta muscular al Reflejo Patelar. Pero, ¿cómo podríamos medir la diferencia de tiempo entre el momento en que el martillo golpea y el músculo se flexiona?
Medir el tiempo del reflejo
• ¡Sí! Podemos medir el tiempo de reflejos con el Martillo de Reflejos de Backyard Brains – un kit de expansión para la Muscle SpikerBox Pro.
  
• Conecte el Martillo de Reflejos en la Muscle SpikerBox Pro. Si ya está conectado a SpikeRecorder, ¡debería ver aparecer un segundo canal en la grabación! Mueva el martillo… y golpéelo suavemente contra un obstáculo o enemigo cercano. Observe en el SpikeRecorder cómo el acelerómetro del martillo de reflejos crea grandes meneos y picos!
  
• Ahora, haga que su sujeto se siente en alto para que sus piernas cuelguen. Además, y esto es importante, haz que tu sujeto cierre los ojos o mire hacia otro lado para que no pueda anticipar el martillo.
• ¡Empieza a experimentar! Dependiendo de cómo prefiera describirlo, dé a su sujeto algunos golpes fuertes, o suaves, por debajo de la rótula. Una vez que encuentres el punto óptimo, ¡deberías ser capaz de evocar el reflejo de la patada!
  
• Acércate con los controles táctiles o la rueda del ratón. ¡Puedes medir el tiempo de reflejo midiendo la diferencia entre el pico cuando el martillo golpea y los músculos se flexionan en respuesta! El golpe del martillo es cuando el acelerómetro en el martillo de reflejos experimenta el mayor grado de (des)aceleración, por lo que alight la grabación de EMG a la marca más temprana «vertical» en la lectura del acelerómetro – ver foto antes. Puede utilizar el enlace del folleto anterior para tener un formulario que le permita tabular fácilmente los datos.
  

Comparar con el tiempo de reacción
Si tiene el cronómetro de reacción y realizó el experimento ¿Cuán rápido puede reaccionar su cuerpo?», compare sus resultados y vea cómo se comparan los tiempos de reflejo y reacción. ¿No tienes el temporizador de reacción? Bueno, ¡también puedes grabar una sencilla prueba de tiempo de reacción con este montaje!

1. ¡Podemos medir y comparar la diferencia de tiempo entre los «circuitos cerebrales» (reacción) y los «circuitos de la médula espinal» (reflejo) con este montaje!
2. Utilice el segundo canal del Muscle SpikerBox Pro para grabar desde su otra pierna con la misma colocación de electrodos.
3. Dígale al sujeto de investigación que cierre los ojos de nuevo. Dígales que pateen su otra pierna cuando sientan que el martillo golpea la misma pierna desde la que usted había grabado anteriormente.
4. ¡Compare el reflejo de una pierna con la reacción de la otra! Deberías notar que la reacción es dramáticamente más lenta que el reflejo. ¿Por qué crees que es así? (¡Creemos que sabes la respuesta!)
   
Sugerencias para la resolución de problemas
Hay una gran variabilidad entre los sujetos en cuanto a lo bien que se puede ver la señal EMG. Como último recurso, es posible que tenga que intentar la demostración con un voluntario diferente. Si sigue teniendo problemas, puede ser necesario cambiar la colocación de los electrodos. El registro estrictamente desde el vasto medial o lateral también puede funcionar bien. Vea a continuación:
Medialis

Lateralis

• ¿Aún tiene problemas? Prueba a colocar los electrodos aún más en los lados laterales o mediales de la pierna.
• Si estás conectado a una toma de corriente, entra en la configuración y marca la casilla que dice «60hz» para filtrar las interferencias eléctricas.
• ¡Asegúrate de que tu martillo no está golpeando uno de los cables rojos!

Ideas para el proyecto de la Feria de la Ciencia

• ¿Cuáles son otros reflejos que crees que podrías probar?
• ¿Cambia la velocidad/amplitud de la respuesta dependiendo del estado en el que se encuentre alguien? Por ejemplo, si están cansados, tienen mucha energía, han tomado café recientemente, etc. Por qué crees que esto afecta o no al reflejo?
• No te hagas daño a ti mismo ni a nadie investigando esto, pero ¿la velocidad o amplitud depende en absoluto de la fuerza con la que golpeas la rodilla? Por qué puede ser así o no?
• Para este experimento, la persona a la que se le activa el reflejo normalmente mantiene la pierna relajada, pero ¿qué pasa si intenta resistirse al reflejo? Afecta eso a la velocidad o a la amplitud en absoluto, o incluso se produce el reflejo? Por qué podría ser esto?
• Hemos observado dos cosas que merecen un examen más profundo. El tiempo del reflejo tiende a no ser muy variante en una misma persona durante una sesión (siempre +-2 ms), pero el tiempo del reflejo entre individuos puede oscilar entre 13 ms y 35 ms. Dado que se trata de un reflejo inconsciente, ¿cuáles pueden ser las razones de esta variabilidad entre individuos? La edad, el estado físico, los deportistas (corredores frente a levantadores de pesas, etc.) pueden ser factores. Además, el componente de reacción tiende a ser más variado de un ensayo a otro dentro de una misma persona (de 130 a 200 ms), ya que esto requiere un control y una «atención» conscientes que aumentan la variabilidad del tiempo entre ensayos. ¡Empieza a recopilar datos de todas las personas que conozcas!