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La experiencia provoca la reorganización global del cerebro

Estudios experimentales demuestran que pequeñas modificaciones en las redes neurales pueden ocasionar grandes cambios en el cerebro maduro, según analizan en el blog Neurophilosophy.

Uno de los dogmas centrales de la neurociencia, que persistió en gran parte de la historia de la disciplina, consideraba que el cerebro humano adulto es inmaleable, y no podría cambiarse a sí mismo una vez plenamente desarrollado. Sin embargo, ahora sabemos que no es el caso: más que establecerse como un trozo de arcilla en un molde, el cerebro es más bien como un trozo de masilla, en el que cada nueva experiencia produce una impresión duradera.

Este fenómeno conocido como plasticidad sináptica (o neural) requiere reorganización de las conexiones entre las células nerviosas, y es posiblemente el descubrimiento más importante de la neurociencia moderna. A partir de las investigaciones de los últimos 20 años, está bien establecido que el cerebro puede adaptarse él mismo a cualquier circunstancia, lo que despliega la posibilidad de terapias para una gran variedad de condiciones neurológicas.

Hasta ahora, se creía que tal reorganización se restringía a un pequeño número de conexiones dentro de áreas discretas del cerebro. Pero nuevas investigaciones publicadas ayer en la revista Current Biology proporcionan hoy la primera evidencia de que las modificaciones locales en pequeño número pueden ocasionar cambios globales en la conectividad del cerebro.

En su libro seminal de 1949, La organización del comportamiento, el neuropsicólogo canadiense Donald Hebb postuló un mecanismo por el que la experiencia puede convertirse en aprendizaje, afectando a las conexiones entre células nerviosas del cerebro:

Supongamos que la persistencia o repetición de una actividad reverberante (o “traza”) tiende a inducir cambios celulares duraderos y estables…Cuando un axón de la célula A está lo suficientemente cerca como para excitar una célula B y toma parte repetida o persistentemente en su activación, tienen lugar algunos procesos de crecimiento o cambios metabólicos en una o ambas célculas tales que la eficacia de A, en cuanto una de las células que activa a B, se incrementa.

Hebb poseía una importante capacidad de anticipación. Décadas más tarde, los investigadores hallan evidencias para el mecanismo que propuso. Conocida ahora como potenciación de larga duración (Long-term potentiation, LTP) este mecanismo se ha convertido desde entonces en el más intensimente estudiado por la neurociencia moderna, y en general se cree que constituye la base celular del aprendizaje y la memoria, aunque aún es preciso probarlo de modo inequívoco.

La LTP puede ser inducida experimentalmente, frecuentemente en trozos de tejido del hipocampo, una parte del cerebro que se sabe crucial en la formación de la memoria. Se hace empleando un microelectrodo que aplique estimulación de alta frecuencia a axones en el camimo perforante, los cuales se proyectan desde la corteza entorrinal y constituyen la entrada sináptica principal dentro de la formación del hipocampo. Al mismo tiempo,  también se estimulan las células en el hipocampo que reciben estas entradas. Posteriormente, la estimulación en el camino perforante provoca una respuesta reforzada (o “potenciada”) en las células inferiores. Esto se puede medir empleando un grabador de electrodos, y puede durar incluso varios meses.

La LTP se define en consecuencia como el reforzamiento persistente de una conexión entre dos células merviosas que sigue a la estimulación simultánea de ambas células. Esta definición es esencialmente la misma que fué anticipada por Hebb, pero las técnicas modernas han permitido a los investigadores analizar la LTP con mayor detalle, y elucidar los mecanismos moleculares por los cuales se refuerza la comunicación entre neuronas dentro de una sinapsis potenciada. Algunos estudios han apuntado a un incremento en la cantidad de moléculas neurotransmisoras producidas por la señal de generación celular, mientras que otros sugieren que existe un incremento en la concentración de receptores en la membrana de la célula que recibe la señal.

Aún es objeto de debate la medida en que cada uno de estos procesos contribuye al reforzamiento sináptico, pero es probable que ambos estén involucrados, y que estas formas diferentes de LTP sean dependientes en distinta medida de estos mecanismos. Se sabe que el receptor NMDA es una molécula esencial para la inducción de LTP. En su estado de reposo, este receptor es bloqueado por un ion de magensio situado en el poro, y que sólo es eliminado mediante un cambio en el voltaje de la membrana. Estas propiedades únicas hacen del receptor NMDA un candidato ideal para inducir los estadios iniciales de LTP, puesto que lo hará solamente cuando la célula reciba dos entradas simultáneas.

En el nuevo estudio, Santiago Canals y sus colegas del Instituto Max Planck para Cibernética Biológica de Tübingen, emplean el mismo protocolo para inducir LTP. Pero mientras que la mayoría de los investigadores han investigado LTP en trozos de tejido del hipocampo, este estudio implica la observación de LTP en animales vivos. Para llevarlo a  cabo, los investigadores anestesiaron primero a 14 ratas y realizaron pequeñas aperturas en los cráneos de los animales para implantar electrodos dentro del hipocampo. Se fijaron los electrodos a los lados de la apertura en el craneo con pasta dental y tornillos de plástico. Entonces encajaron a las ratas dentro de fMRI especialmente construídos para evitar que movieran sus cabezas, y las situaron en el escáner. De este modo, los investigadores pudieron inducir LTP en sus animales experimentales y controlar simultáneamente los cambios inducidos en la actividad cerebral.

Estudios anteriores muestran que la LTP induce una serie de cambios bioquímicos dentro de nueronas individuales. Esto puede llevar eventualmente a cambios estructurales en la organización microscópica de neuronas que permiten que las conexiones potenciadas persistan durante largos periodos de tiempo. Las células no sólo pueden reforzar sinapsis existentes, sino que pueden formar conexiones de novo, haciendo que broten nuevas  espinas dendríticas, las finas proyecciones similares a dedos donde se localizan las sinapsis. Sin embargo, hasta ahora se había creído que estos cambios ocurrían solo al nivel de las sinapsis singulares potenciadas.

Esta nueva investigación proporciona la primera evidencia de que las modificaciones locales en las conexiones sinápticas inducidas mediante LTP conducen a cambios duraderos en la actividad de una red difusa de regiones cerebrales, e incluso a facilitar la comunicación entre los dos hemisferios. Los datos del fMRI muestran que la LTP del hipocampo implica áreas de asociación de orden superior, así como regiones involucradas en emociones y diferentes modalidades sensitivias favorecidas, todas las cuales se sabe que están involucradas en la formación de la memoria.

Mo (Neurophilosophy)

Traducción: Tercera Cultura

5 Comentarios

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  2. sushi lover says

    suena incómodo para las ratas, pero bueno, a la larga se alegrarán de esa mejora en sus pequeños cerebros.

  3. Ya decía Lamarck que una de las causas de la transformación de los seres vivos era la “circulación de los fluidos corporales” de formas repetidas y habituales, por comportamientos repetidos. Bueno, si contamos la electricidad como un fluido corporal…

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