Ratones: El córtex del cerebro aprende a establecer conexiones sólo cuando son necesarias

La corteza cerebral, ubicada en la superficie del cerebro, maneja las funciones complejas, las cognitivas y del lenguaje, que nos permiten representar el mundo o proyectarnos hacia el futuro. Al poder categorizar y asociar los estímulos que recibe de nuestros sentidos, la corteza enlaza y contextualiza esta información. Para hacer esto, diferentes tipos de neuronas establecen conexiones corticales durante el desarrollo embrionario y la vida posnatal temprana. ¿Cuál es el mecanismo biológico mediante el cual se crea este delicado ensamblaje?

Un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE), en Suiza, ha descifrado este proceso, al menos en ratones: aunque las neuronas son anatómicamente distintas, sus programas genéticos siguen siendo muy similares. Resulta que las diferencias surgen durante la maduración molecular de estas neuronas, que deben seguir un ritmo preciso para establecer las conexiones correctas.

Las diversas funciones gestionadas por la corteza cerebral no se distribuyen aleatoriamente, sino que se organizan según un mapa preciso. Por ejemplo, las áreas visuales están ubicadas en la parte posterior de la cabeza, mientras que el tacto se representa en el costado y el control del motor en el frente. Sin embargo, para realizar sus diferentes funciones, estas áreas deben comunicarse de manera efectiva. «Y esto se verifica continuamente: para atrapar una pelota, por ejemplo, las áreas visual y motora deben coordinarse«, explica Denis Jabaudon, profesor del Departamento de Neurociencias Básicas de la Facultad de Medicina de UNIGE, quien lideró esta investigación. Estas conexiones son fundamentales para que los seres humanos construyan una visión coherente del mundo. Sin embargo, se deben hacer elecciones para que las asociaciones no sean erróneas y se seleccionen las asociaciones más útiles.

Una partición genética común reproducida a un ritmo diferente en el cerebro

Las conexiones entre las áreas corticales las proporcionan las llamadas «neuronas de proyección cortical entre áreas» (ICPN), que envían señales eléctricas a sus objetivos corticales. «Para que las áreas corticales se comuniquen, el sistema debe conectarse con precisión«, señala Denis Jabaudon, «y para que esto suceda, se deben establecer diferentes tipos de conexiones en el lugar correcto y en el momento adecuado«.

Para comprender cómo ocurre este fenómeno, la Dra. Esther Klingler, investigadora del equipo de Denis Jabaudon, y sus compañeros de investigación, estudiaron cómo se establecen las conexiones entre las áreas responsables del tacto y las habilidades motoras en ratones después del nacimiento. «Para nuestra gran sorpresa, los programas genéticos de las dos poblaciones de ICPN no fueron diferentes en general, a pesar de sus diferencias anatómicas. Sin embargo, el ritmo que gobierna su expresión varió considerablemente«.

Por lo tanto, las neuronas que hacen conexiones de un tipo determinado se desarrollan más rápidamente, mientras que otras, que se desarrollan más lentamente, se conectan a otras áreas corticales. «Nuestro trabajo sugiere que crear diversidad en las neuronas no siempre requiere una gran diversidad genética. Parece que, en este caso, la partitura es similar, sólo cambia el ritmo de la música«.

Para confirmar su descubrimiento, los científicos modificaron la ejecución de este programa genético expresando, durante un largo período de tiempo, un gen que normalmente se expresa sólo al comienzo del proceso. Luego, los ratones mostraron una conectividad sensoriomotora anormal, así como una exploración inusual de su entorno. Este único cambio interrumpió todo el sistema.

La relación tacto-movimiento es lo primero en ratones

Los distintos tipos de neuronas tienen, por tanto, distintos ritmos de maduración, que se reflejan en el orden en que aparecen las conexiones entre las áreas del cerebro. «En los ratones, la exploración activa del entorno sólo surge de forma progresiva durante las dos primeras semanas de vida, lo que corresponde al orden de conexiones entre las áreas cerebrales correspondientes«, explica Denis Jabaudon.

«El desarrollo secuencial de estas diferentes neuronas permite que las habilidades sensoriales emerjan de acuerdo con un programa similar: el ratón recién nacido primero necesita mamar y, por lo tanto, primero desarrollará la relación táctil, y luego se moverá, desarrollará habilidades motoras que son procesado por otras áreas cerebrales«. Paso a paso, el córtex aprende a establecer conexiones sólo cuando son necesarias, para poder procesar la información correctamente. También en el cerebro hay un momento y un lugar para todo.

Fuente: Universidad de Ginebra.