MADRID, 3 Feb. (EUROPA PRESS) -
Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de la Universidad de Harvard, Estados Unidos, han trabajado en colaboración con científicos en Finlandia y Francia demostrando que aunque muchos de los procesos moleculares son importantes para determinar eventos celulares, lo que finalmente hace que el cerebro se pliegue es una inestabilidad mecánica sencilla asociada con el proceso.
Los valles y crestas distintivas del cerebro humano no están presentes en la mayoría de los animales; sino que los cerebros altamente plegados se ven sólo en un puñado de especies, incluyendo algunos primates, delfines, elefantes y cerdos. En los seres humanos, el plegado comienza en el cerebro fetal alrededor de la semana 20 de gestación y se completa sólo cuando el niño tiene alrededor de un año y medio.
Probablemente, los cerebros con pliegues son el resultado de la evolución para adaptarse a una gran corteza en un pequeño volumen con el beneficio de reducir la longitud del cableado neuronal y mejorar la función cognitiva. Pero se entiende menos cómo se pliega el cerebro, para lo cual se han propuesto varias hipótesis sin que se haya utilizado ninguna directamente para hacer predicciones comprobables.
Entender cómo se pliega el cerebro podría ayudar a desbloquear su funcionamiento interno y desentrañar los trastornos relacionados con el cerebro, ya que la función a menudo sigue a la forma. "Hemos visto que podríamos imitar el plegamiento cortical utilizando un principio físico muy simple y obtener resultados cualitativamente similares a lo que vemos en los cerebros fetales reales", relata L. Mahadevan, profesor de Matemática Aplicada, Organísmica y Biología Evolutiva, y Física.
El número, el tamaño, la forma y la posición de las células neuronales durante el crecimiento del cerebro llevan a la expansión de la materia gris, conocida como la corteza, en relación con la sustancia blanca subyacente, lo que pone a la corteza bajo compresión, generando una inestabilidad mecánica que hace que se pliegue a nivel local, según detallan los investigadores en un artículo sobre su trabajo que se publica este lunes en 'Nature Physics'.
"Esta innovación evolutiva simple, con repeticiones y variaciones, permite que una gran corteza se envase en un pequeño volumen, y es probablemente la causa dominante detrás de este plegado del cerebro, conocida como girificación", dice Mahadevan, quien también es miembro de la Facultad Central del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente y miembro del Instituto Kavli para BioNano Ciencia y Tecnología de la Universidad de Harvard.
Investigaciones anteriores de Mahadevan descubrieron que el diferencial de crecimiento entre la corteza externa del cerebro y el tejido blando explica las variaciones en los patrones de plegado subyacentes a través de organismos en términos de sólo dos parámetros, el tamaño relativo del cerebro y la expansión relativa de la corteza.
Basándose en esto, el equipo colaboró con neuroanatomistas y radiólogos en Francia y directamente puso a prueba esta teoría a partir de datos de fetos humanos. El equipo hizo un modelo en tres dimensiones de gel suave de un cerebro fetal basándose en imágenes de resonancia magnética y recubrió la superficie del modelo con una capa fina de gel de elastómero, como un análogo de la corteza.
Para imitar la expansión cortical, el cerebro de gel se sumergió en un disolvente que es absorbido por la capa exterior provocando que se hinche en relación con las regiones más profundas. A los pocos minutos de ser sumergido en el disolvente líquido, la compresión resultante condujo a la formación de pliegues similares en tamaño y forma a los cerebros reales.
EL CEREBRO HUMANO TIENE UNA FORMA ÚNICA
La amplitud de las similitudes sorprendió incluso a los investigadores. "Cuando pusimos el modelo en el disolvente, sabíamos que debía plegarse, pero no me esperaba ese tipo de patrón tan cercano en comparación con el cerebro humano --señala Jun Young Chung, miembro post doctoral y primer co-autor del trabajo--. Parece que un cerebro real". La clave de estas similitudes se encuentra en la forma única del cerebro humano.
"La geometría del cerebro es realmente importante, ya que sirve para orientar los pliegues en ciertas direcciones --añade Chung--. Nuestro modelo, que tiene la misma geometría a gran escala y la curvatura que un cerebro humano, conduce a la formación de pliegues que coinciden con los observados en los cerebros fetales reales bastante bien".
Los pliegues más grandes vistos en el cerebro modelo de gel son similares en forma, tamaño y orientación a lo que se ven en el cerebro fetal y se pueden replicar en múltiples experimentos con gel. Los pliegues más pequeños no se han conservado, lo que refleja variaciones similares en los cerebros humanos.
"Los cerebros no son exactamente igual de un humano a otro, pero todos deben tener los mismos pliegues principales con el fin de ser saludables", resalta Chung. "Nuestra investigación muestra que si una parte del cerebro no crece correctamente, o si la geometría global se interrumpe, puede no tener los grandes pliegues en el lugar correcto, lo que puede causar disfunción en el cerebro", concluye.
