Diferentes mamíferos muestran patrones comunes en las conexiones cerebrales. Pero nuestra propia especie tiene algunas características propias.
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¿Qué hace especial al cerebro humano? Esa pregunta no es
fácil de responder y ocupará a los neurocientíficos durante las generaciones
venideras. Pero ya se pueden vislumbrar algunas respuestas. El órgano es
ciertamente más grande de lo esperado para nuestro tamaño corporal. Y tiene sus
propias áreas especializadas, una de las cuales está dedicada al procesamiento
del lenguaje. En los últimos años, los escáneres cerebrales han comenzado a
mostrar que la forma particular en que las neuronas se conectan entre sí
también es parte de la historia.
Una herramienta clave en estos estudios son las imágenes por
resonancia magnética (IRM), en particular, una versión conocida como imágenes
por tensor de difusión. Esta técnica puede visualizar las fibras largas que se
extienden desde y hasta otras neuronas y unen las regiones del cerebro, sin
tener que realizar cirugía invasiva. Al igual que los cables, estas conexiones
transportan información eléctrica entre neuronas. Y el conjunto de todos estos
vínculos, también conocido como conectoma, puede proporcionar pistas sobre cómo
el cerebro procesa la información.
Una pregunta persistente sobre los conectomas tiene que ver
con qué tienen que ver los patrones de cableado distintivos, si es que tienen
algo que ver, con las diferencias cognitivas evidentes en un ratón, un mono o
un humano. Una nueva metodología llamada Conectómica Comparativa ha identificado
algunas reglas generales del cableado cerebral entre especies que pueden ayudar
a proporcionar respuestas. Mientras tanto, también se han encontrado algunas
facetas únicas del conectoma humano y se han descubierto cambios en las células
encargadas del mantenimiento del cableado cerebral. Juntas, estas innovaciones
evolutivas parecen mantener la información fluyendo de manera eficiente a
través del gran cerebro humano. Y cuando
se interrumpen, pueden dar lugar a trastornos psiquiátricos.
Hipotéticamente, el conectoma más eficiente seguiría un
diseño de uno a muchos, con cada célula nerviosa conectándose con todas las
demás. Pero este enfoque es prohibitivamente inviable porque requiere mucho
espacio para albergar todas estas conexiones y energía para mantenerlas
funcionando. Alternativamente, un diseño uno a uno, en el que cada neurona se
conecta a una única neurona, sería menos desafiante, pero también menos
eficiente: la información tendría que atravesar una enorme cantidad de células
nerviosas como trampolines para llegar del punto A al punto B.
"La vida real está en el medio", según Yaniv Assaf
de la Universidad de Tel Aviv, quien ha publicado un estudio de los conectomas de 123 especies
de mamíferos en la revista científica Nature Neuroscience. Assaf abordó su
investigación de una manera un tanto indirecta: lo que comenzó como un
pasatiempo de fin de semana de escanear cerebros de murciélagos con su colega
de Tel Aviv, Yossi Yovel, se convirtió en una exploración de siete años de
tantos cerebros de mamíferos postmortem como pudieron conseguir de un instituto
veterinario cercano, así como de humanos. Los investigadores observaron una
variedad de cerebros, desde el cerebro de murciélago más pequeño, que requería
una lupa para inspeccionarlo, hasta el peso pesado que supone un cerebro
humano. Entre esos ejemplos se encontraban los cerebros de jirafas, tejones y
vacas. Entre todos ellos, el equipo encontró los mismos patrones de conexiones
en funcionamiento: la cantidad de escalones para llegar de un lugar a otro era
aproximadamente la misma en cada uno de los órganos. Los diferentes cerebros se comprobó que utilizaban un diseño de
cableado similar.
Sin embargo, hubo algunas diferencias en cómo se alcanzó
este diseño. Las especies con pocas conexiones de largo alcance, que unen los
dos hemisferios de su cerebro, tendían a tener conexiones más cortas dentro de
cada hemisferio en las que las áreas cercanas “hablaban” intensamente entre sí.
Las especies con conexiones de más largo alcance, como los humanos y otros
primates, mostraban una reducción de estas redes locales.
Este enfoque de la conectividad puede reflejar las
limitaciones geométricas al empaquetar un sistema nervioso en un cráneo. Pero
las variaciones en estos vínculos dentro de una especie también pueden correlacionarse
con diferentes habilidades. Si se tiene
una conectividad más densa en una región, es posible que se tenga una cierta
capacidad sobreexpresada, que otros individuos no muestren."
Aunque los cerebros humanos siguen las mismas reglas para
generar conexiones entre las neuronas que el resto de los mamíferos, también muestran algunas
innovaciones sorprendentes. En una comparación directa de conectomas humanos
con los de los chimpancés, nuestros parientes vivos más cercanos, Martijn van
den Heuvel de la Universidad de Vrije de Ámsterdam y el antropólogo James
Rilling de la Universidad de Emory revelaron 33 conexiones humanas específicas.
Estos enlaces únicos eran más largos y más importantes para la eficiencia de la
red que las 255 conexiones que si se compartían en las dos especies. Las
conexiones que se extienden a distancia también unieron áreas "asociativas"
de alto nivel en la corteza cerebral que están involucradas en el lenguaje, el
uso de herramientas y la imitación.
“El cerebro humano tiende a invertir más en mantener
conectadas esas áreas asociativas”, según Van den Heuvel. Esta configuración
podría permitir la integración eficiente de información de diferentes partes
del cerebro, particularmente aquellas encargadas del procesamiento conceptual.
"Creo que esta inversión es la que nos ha traído nuestras funciones
cerebrales más complicadas".
Cuando Van den Heuvel y sus colegas analizaron las áreas del
lenguaje, apareció una "huella digital de conectividad". Los
chimpancés tienen sus propias versiones limitadas de las áreas de Broca y
Wernicke, las regiones responsables de la producción y comprensión del lenguaje
humano, respectivamente. Pero en los humanos, las conexiones entre los dos son
más fuertes. Y las conexiones del área de Broca a otras regiones del cerebro
son en realidad más débiles. Es como si las dos regiones se hubieran dedicado
su poder de procesamiento entre sí y hubieran preparado el escenario para el
lenguaje.
Sin embargo, las conexiones humanas específicas pueden
formar un talón de Aquiles para los humanos. En un estudio publicado por Van
den Heuvel, Rilling y sus colegas encontraron que las conexiones humanas
específicas estaban más interrumpidas en la esquizofrenia. "Esto plantea
la posibilidad de que la evolución de estas nuevas conexiones humanas haya
tenido un costo"
Si bien estos estudios defienden la importancia evolutiva de
las conexiones cerebrales, los métodos de obtención de imágenes no están
exentos de errores. Tienen una resolución limitada, por lo que pueden perder
una conexión que finaliza o que toma un giro. Este problema significa que el
campo debe basarse en otras áreas de evidencia para confirmar los hallazgos.
La genómica puede llenar algunos vacíos. Un estudio
publicado recientemente se centró en segmentos de ADN llamados potenciadores,
que controlan si los genes están activados o desactivados. Menno Creyghton, del
Centro Médico de la Universidad Erasmus en los Países Bajos, y sus colegas
encontraron que ciertos potenciadores en humanos y chimpancés diferían
significativamente de los de macacos y monos tití más distantes. Esta
remodelación genómica tuvo lugar en células llamadas oligodendrocitos, que
envuelven conexiones con vainas aislantes de mielina. Hacerlo asegura que las
señales eléctricas lleguen rápidamente a su destino.
Creyghton sugiere que las neuronas están tratando de ponerse
al día con la expansión del cerebro. “Estos oligodendrocitos necesitan
reinventarse para facilitar este cerebro más grande”, “Así que tienes este
cambio espectacular que te da un cerebro más grande. Y luego se necesitan
muchas adaptaciones en el cerebro para lidiar con eso".
Basado en:
https://www.nature.com/articles/s41593-020-0641-7
https://www.pnas.org/content/116/14/7101.long
