Knowing Neurons
Desarrollo CerebralAprendizaje y memoria

Un Cuento de Plasticidades

Artículo original: A Tale of Plasticities, Cameron McKay

Traducido por Isha Das

Editado por Aileen Mostajo Ley, Rabea Dauwe, Viktoria Belloth, Juan Rottenwöhrer y Marius Eubel

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Es posible que hayas escuchado en los medios de comunicación y la cultura popular que los cerebros humanos no cambian en absoluto después del nacimiento. Sin embargo, las últimas décadas de investigación en neurociencia han demostrado que esto está lejos de ser verdad.

El cerebro humano es notablemente plástico, lo que significa que tiene la capacidad de cambiar y reaccionar ante el entorno y las experiencias. Comenzando a nivel celular, las neuronas humanas se adaptan a nuevos estímulos. A través de un proceso llamado sinaptogénesis, pueden formarse nuevas conexiones entre neuronas existentes. Estas conexiones se forman cuando el axón de una neurona hace contacto con la dendrita de otra, generalmente en una protuberancia de la dendrita llamada espina dendrítica. Se ha demostrado que la estabilidad de las espinas dendríticas representa el almacenamiento de memorias a lo largo de la vida.

¿Pero qué se necesita para cambiar el cerebro? ¿Memorizar el número pi hasta cien mil dígitos? ¿Convertirse en un jugador de ajedrez de renombre mundial?

caLa sinaptogénesis es dependiente de la experiencia y ocurre a lo largo de toda la vida de una persona. Este proceso es increíblemente dinámico, ya que una mayor coactivación entre dos neuronas fortalece sus conexiones, mientras que una coactivación infrecuente conduce a una disminución gradual en la fuerza sináptica. Si una conexión se debilita lo suficiente, se produce un podado sináptico y la conexión formada entre dos neuronas se elimina. Sin embargo, esto no es del todo malo. El podado sináptico ocurre a lo largo de toda la vida y es necesario para el desarrollo normal del cerebro.

¿Pero qué se necesita para cambiar el cerebro? ¿Memorizar el número pi hasta cien mil dígitos? ¿Convertirse en un jugador de ajedrez de renombre mundial? Resulta que incluso la complejidad de tu entorno tiene una gran influencia en el cerebro.

En la década de 1960, Marian Diamond y sus colegas en la Universidad de California, Berkeley, llevaron a cabo una serie de experimentos simples para determinar si un entorno enriquecido afectaba los cerebros de las ratas en el laboratorio. Por lo general, los roedores utilizados en la investigación biomédica se mantenían solos en jaulas con pocas oportunidades de interacción. Diamond comparó los cerebros de roedores mantenidos en entornos “enriquecidos”, que incluían otro roedor, juguetes y un pequeño laberinto de madera, con aquellos mantenidos solos en entornos “empobrecidos” sin juguetes. Sus resultados indicaron que el entorno enriquecido aumentó el grosor de la corteza cerebral de las ratas, especialmente en la corteza visual. Aunque estos hallazgos no son controvertidos en absoluto en la actualidad, en aquel entonces trastocaron la suposición predominante de que el desarrollo del cerebro estaba predeterminado genéticamente.

Hoy en día, utilizando imágenes por resonancia magnética (IRM), podemos observar los efectos del entorno y la experiencia tanto en la estructura como en la función del cerebro. Estos experimentos nos han proporcionado una mejor comprensión de la plasticidad a nivel cerebral completo en los seres humanos.

Este fue uno de los primeros estudios en demostrar que la pericia, en este caso la navegación espacial, puede atribuirse a diferencias específicas y localizadas en la anatomía del cerebro humano.

Uno de los primeros ejemplos famosos de esta investigación proviene del Reino Unido, donde investigadores escanearon los cerebros de 16 taxistas de Londres para examinar los efectos de la “experiencia extensiva de navegación” en la estructura cerebral. Para ser un taxista certificado en Londres, uno debe aprobar “The Knowledge”, un exigente examen que requiere un conocimiento profundo de cientos de rutas y ubicaciones dentro de la histórica ciudad. Comparando los cerebros de estos taxistas con controles que no eran taxistas, los investigadores encontraron que los taxistas tenían más materia gris en el hipocampo posterior bilateral, un área involucrada en almacenar una representación espacial del entorno. Además, los conductores a largo plazo tendían a tener más materia gris en esta región en comparación con los conductores más nuevos. Este fue uno de los primeros estudios en demostrar que la pericia, en este caso en navegación espacial, puede atribuirse a diferencias específicas y localizadas en la anatomía del cerebro humano.

Otro estudio interesante adoptó un enfoque más intervencionista. En lugar de observar los cambios posteriores a la adquisición de experiencia, otro grupo en Alemania realizó un estudio en el que los participantes fueron escaneados antes y después de adquirir una nueva habilidad. Estos científicos escanearon los cerebros de voluntarios antes y después de 3 meses de entrenamiento en malabarismo. Convertirse en un malabarista exitoso requiere, entre otras habilidades, buena coordinación mano-ojo y concentración, pero este estudio descubrió que los participantes mostraron aumentos significativos en materia gris en el área bilateral hMT/V5, una región del cerebro asociada con el procesamiento de movimientos visuales complejos. Además, un estudio de seguimiento descubrió que cambios en la materia blanca, las conexiones entre la materia gris regional, también ocurren cerca de regiones similares después del entrenamiento de malabarismo. Estos científicos demostraron una relación causal entre la experiencia y la plasticidad neuroanatómica mediante un enfoque de intervención, que es especialmente importante en entornos clínicos para mostrar la efectividad de un medicamento o tratamiento conductual en la generación de resultados positivos en pacientes. Por lo tanto, la acumulación de evidencia sobre la neuroplasticidad proveniente de estudios científicos básicos va entre comas porque se trata de un inciso para que los marcadores neuronales o la imagen cerebral se utilicen como medidas de resultado en ensayos clínicos.

A pesar de la novedad de estos hallazgos provenientes de la investigación de resonancia magnética (MRI), el mecanismo exacto para estos cambios en la estructura del cerebro humano adulto sigue siendo desconocido, en parte porque los métodos para examinar esto son demasiado invasivos para llevarse a cabo en humanos vivos. Sin embargo, estudios que utilizan tejido humano post mortem han demostrado que la neurogénesis, es decir, la producción de nuevas neuronas, ocurre en el hipocampo a lo largo de la edad adulta. Aunque un estudio reciente no ha encontrado evidencia de la neurogénesis en adultos, se cree que hay varios otros procesos que dan lugar a los cambios observados en la materia gris. Entre estos procesos que respaldan la neuroplasticidad se encuentran la angiogénesis, que es el desarrollo de nuevos vasos sanguíneos, y la sinaptogénesis.

Para comprender mejor cómo estos y otros procesos resultan en cambios neuroanatómicos, los investigadores están trabajando en el desarrollo de métodos de neuroimagen más sofisticados y en aumentar la colaboración entre los neurocientíficos que estudian el cerebro a niveles cognitivos y moleculares.

Como puedes ver, diversos factores que van desde la memoria hasta la experiencia pueden afectar al cerebro. A pesar de los numerosos descubrimientos recientes en este campo, todavía quedan innumerables preguntas para los investigadores que estudian la neuroplasticidad. En particular, una línea de investigación ha utilizado la neuroplasticidad como enfoque para comprender y promover la recuperación funcional después de lesiones debido a un accidente cerebrovascular o una lesión cerebral traumática (TBI). ¡Pero una cosa está claramente demostrada: tu cerebro ha cambiado, al menos un poco, desde que empezaste a leer esto!

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Escrito por Cameron McKay
Ilustrado por Kayleen Schreiber
Traducido por Isha Das
Editado por Aileen Mostajo Ley, Rabea Dauwe, Viktoria Belloth, Juan Rottenwöhrer y Marius Eubel

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Plasticity

Referencias

Yang, G., Pan, F., & Gan, W. B. (2009). Stably maintained dendritic spines are associated with lifelong memories. Nature462(7275), 920.

Paolicelli, R. C., Bolasco, G., Pagani, F., Maggi, L., Scianni, M., Panzanelli, P., … & Ragozzino, D. (2011). Synaptic pruning by microglia is necessary for normal brain development. Science333(6048), 1456-1458.

Diamond, M. C., Krech, D., & Rosenzweig, M. R. (1964). The effects of an enriched environment on the histology of the rat cerebral cortex. Journal of Comparative Neurology123(1), 111-119.

Maguire, E. A., Gadian, D. G., Johnsrude, I. S., Good, C. D., Ashburner, J., Frackowiak, R. S., & Frith, C. D. (2000). Navigation-related structural change in the hippocampi of taxi drivers. Proceedings of the National Academy of Sciences97(8), 4398-4403.

Draganski, B., Gaser, C., Busch, V., Schuierer, G., Bogdahn, U., & May, A. (2004). Neuroplasticity: changes in grey matter induced by training. Nature427(6972), 311.

Scholz, J., Klein, M. C., Behrens, T. E. J., & Johansen-Berg, H. (2009). Training induces changes in white matter architecture. Nature Neuroscience12(11), 1370–1371.

Eriksson, P. S., Perfilieva, E., Björk-Eriksson, T., Alborn, A. M., Nordborg, C., Peterson, D. A., & Gage, F. H. (1998). Neurogenesis in the adult human hippocampusNature Medicine4(11), 1313.

Sorrells, S. F., Paredes, M. F., Cebrian-Silla, A., Sandoval, K., Qi, D., Kelley, K. W., … & Chang, E. F. (2018). Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults. Nature555(7696), 377.

Zatorre, R. J., Fields, R. D., & Johansen-Berg, H. (2012). Plasticity in gray and white: neuroimaging changes in brain structure during learning. Nature Neuroscience15(4), 528.

Pascual-Leone, A., Amedi, A., Fregni, F., & Merabet, L. B. (2005). The plastic human brain cortex. Annu. Rev. Neurosci.28, 377-401.

Author

  • Cameron McKay

    Cameron is a Ph.D. candidate in Neuroscience at Georgetown University, where he studies the structural and functional brain bases of reading and arithmetic, with a particular focus on how these change over the course of training and in the presence of learning disorders. He received his B.S. in Neuroscience at Duke University, where he conducted research with Dr. Marty Waldorff.

Cameron McKay

Cameron is a Ph.D. candidate in Neuroscience at Georgetown University, where he studies the structural and functional brain bases of reading and arithmetic, with a particular focus on how these change over the course of training and in the presence of learning disorders. He received his B.S. in Neuroscience at Duke University, where he conducted research with Dr. Marty Waldorff.