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En Cierta Ciencia, de la mano de la genetista Josefina Cano nos acercamos, cada quince días, al trabajo de muchos investigadores que están poniendo todo su empeño en desenredar la madeja de esa complejidad que nos ha convertido en los únicos animales que pueden y deben manejar a la naturaleza para beneficio mutuo. Hablamos de historias de la biología.

Aprendiendo del cerebro.

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La existencia de las inmensas habilidades cognitivas de los humanos, que los separa del resto de los mamíferos, ha fascinado por igual a filósofos y neurocientíficos, y como es natural, ha sido objeto de estudio durante muchísimos años. ¿Dónde se origina y dónde reside esa capacidad? Con casi total seguridad, nuestra ventaja intelectual resulta de una expansión relativa de las regiones corticales responsables de las funciones asociativas y ejecutivas. Sin embargo, el cómo se da esa expansión cortical durante el desarrollo aún no se ha esclarecido. Una clave importante resulta del estudio de los eventos neurogénicos que ocurren durante las fases finales del desarrollo embrionario del cerebro humano.

Una región importante del cerebro que se expande de forma exclusiva en los humanos es la corteza frontal, expansión resultado de una innovación evolutiva y que facilita el crecimiento de la corteza asociativa, en especial de los lóbulos frontales. El estudio minucioso de la corteza fetal humana ha revelado la existencia de un número alto de neuronas progenitores de diversos tipos, un punto clave para entender cómo es posible alcanzar esa explosión neuronal posterior. Dentro de los tipos de neuronas que pueblan el cerebro humano, están las neuronas excitadoras –promotoras de sinapsis– y su contraparte las inhibidoras, Para que la corteza cerebral pueda funcionar debe existir un equilibrio armónico entre ellas.

Investigadores de la Universidad de California en San Francisco (UCSF) informan en un artículo publicado en la revista Science, de un fenómeno que no se conocía: la migración masiva de neuronas inhibidoras a la corteza frontal durante los primeros meses que siguen al nacimiento. Los autores lanzan la hipótesis de que esta migración tardía puede jugar un papel fundamental en establecer las habilidades cognitivas humanas y que la interrupción o disfunción de ella puede estar por detrás de un buen número de enfermedades del neuro desarrollo.

La mayoría de las neuronas de la corteza cerebral, esa capa exterior y silla de nuestra capacidad cognitiva, migra desde su lugar de nacimiento, bien profundo en el cerebro, hasta tomar sus posiciones en ella. Los neurocientíficos del desarrollo han supuesto que la casi totalidad de la migración neuronal termina justo antes de que nazcan los bebés pero este nuevo estudio sugiere por primera vez que muchas neuronas siguen migrando y siguen integrándose a los circuitos neuronales bien entrada la infancia.

“El dogma entre los neurocientíficos del desarrollo era que después del nacimiento todo lo que quedaba por hacer era afinar el cableado y podar el exceso de terminaciones nerviosas”, dice Mercedes Paredes, profesora asistente de neurología en la UCSF y cabeza del estudio. “Estos resultados sugieren que existe una nueva fase compleja en el desarrollo del cerebro humano que nunca antes habíamos percibido”.

Este nuevo estudio fue realizado con la colaboración de otros laboratorios de la misma universidad, con Arturo Alvarez-Buylla, profesor de neurocirugía que se especializa en el entendimiento de cómo ocurre la migración de neuronas inmaduras en el cerebro en desarrollo, y Eric Huang, profesor de patología y director del Banco de Tejidos Pediátricos.

Varios estudios recientes, incluyendo trabajos de Alvarez y Huang, identificaron pequeñas poblaciones de neuronas inmaduras bien en el fondo de la región frontal del cerebro y que migraban luego del nacimiento a la corteza orbito frontal, una pequeña región de la corteza frontal justo encima de los ojos. Dado que la corteza frontal en su totalidad continúa su expansión masiva después del nacimiento, los investigadores se preguntaron si el fenómeno de migración neuronal también seguía ocurriendo.

El equipo examinó tejido cerebral obtenido inmediatamente después del fallecimiento y lo pintó con líquidos específicos para neuronas migratorias. Estos estudios mostraron agrupamientos de células migratorias inmaduras, regados e instalados en el fondo del tejido de los lóbulos frontales del cerebro del recién nacido. Los estudios de imágenes usando MRI, y analizando la estructura en 3D de esos agrupamientos pudieron determinar que existía una especie de arco alargado donde las neuronas migratorias se habían localizado, como una tapa en frente y por encima de los ventrículos frontales y que se extendía hasta bien por enzima de la cabeza.

“Varios laboratorios habían observado que podía haber muchas neuronas inmaduras al momento del nacimiento, localizadas alrededor de los ventrículos pero nadie sabía qué hacían ahí” dice Paredes. “Tan pronto los miramos de cerca, nos asombramos al descubrir lo enorme que era esta población y que además estaba migrando de manera activa por semanas y semanas después del nacimiento”.

Estudios posteriores de una región del lóbulo frontal mostraron que las neuronas del Arco migraban desde los ventrículos hacia la corteza, básicamente en los tres primeros meses de vida, donde una vez allí, se diferenciaban en muchos subtipos de neuronas inhibidoras.

“Impresiona que estas células puedan encontrar su camino hacia posiciones precisas dentro de la corteza”, dice Alvarez. “Temprano en el desarrollo fetal el cerebro es pequeño y más bien sencillo en su estructura, pero en este estado más tardío ese viaje es más bien largo y traicionero”.

Las neuronas inhibidoras son casi el 20 por ciento del total de las células de la corteza cerebral y juegan un papel vital en el balance que el cerebro necesita para mantener la estabilidad en esa ardua tarea que significa aprender y cambiar. Un desbalance entre inhibición y excitación, en especial en los circuitos del lóbulo frontal del cerebro (ocupados del control ejecutivo) puede ser un factor determinante en el desarrollo de desordenes neurológicos como la esquizofrenia y el autismo.

Este nuevo estudio sugiere que los circuitos inhibidores en humanos se desarrollan más bien tarde. Esta migración post natal es mucho mayor de la que ocurre en ratones y otros mamíferos. Pues claro, un hecho que corrobora la condición única de nuestra capacidad cerebral por un lado, y por el otro entender que “Nuestra larga infancia” no es otra cosa que un tiempo invertido en el desarrollo de muchos procesos neurológicos, este novedoso incluido.

Los primeros meses de vida, cuando un bebé empieza a interactuar con el medio ambiente son cruciales para el desarrollo del cerebro. “El tiempo de la migración descrito se corresponde muy bien con el desarrollo de funciones cognitivas más complejas en los infantes y sugiere que la llegada de estas células juega un papel en reforzar las complejas capacidades cognitivas de los humanos”, dice Huang.

Los investigadores planean continuar explorando si esta migración de neuronas inhibidoras puede estar alterada en niños con autismo, ya que se sabe que ellos muestran un circuito inhibidor anormal en su corteza frontal.

“Entender qué es lo que hace que el desarrollo cerebral humano sea tan único fue lo que me llevó a iniciar esta investigación”, dice Paredes, quien trabaja con pacientes con epilepsia en su práctica clínica. “Si no entendemos cómo está construido el cerebro, no podremos entender qué funciona mal cuando las personas sufren de alguna enfermedad neurológica”, finaliza.

Referencia:
Paredes M. F. et al. Extensive migration of young neurons into the infant human frontal lobe. Science, 2016

Más información en el Blog de Josefina Cano: Cierta Ciencia


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