La Habana, 14 nov.- Imaginemos dos ratones. Uno pasa sus días en una jaula convencional, con pocas posibilidades de explorar. El otro dispone de ruedas para correr, laberintos que cambian y más oportunidades de relacionarse con sus compañeros. Ambos comparten prácticamente la misma información genética, pero sus cerebros no reciben las mismas experiencias. Cuando los científicos examinan sus conexiones neuronales, encuentran diferencias que van mucho más allá de lo que cabría esperar de un simple cambio de ambiente.
La experiencia deja huellas en el cerebro. Aprender una habilidad, explorar un lugar desconocido, relacionarse con otros individuos o recibir estímulos sensoriales, modifican la actividad de las neuronas. Ahora, una investigación de la Universidad de Edimburgo, en Reino Unido, ofrece una mirada más amplia sobre ese proceso: las experiencias pueden reorganizar poblaciones específicas de conexiones neuronales en numerosas regiones cerebrales, incluso cuando el número total de esas conexiones apenas cambia.
El trabajo, publicado este mes en la revista Nature Communications, lleva por título Experience modifies the synaptome architecture in the developing and adult mouse brain (La experiencia modifica la arquitectura del sinaptoma en el cerebro de ratones en desarrollo y adultos). Hanan Woods encabeza el equipo, que también integran investigadores de las universidades de Cardiff y Strathclyde.
El estudio aporta una nueva perspectiva sobre la plasticidad cerebral, esa capacidad del sistema nervioso para modificar su funcionamiento y organización, como respuesta a las experiencias, el aprendizaje y las condiciones del entorno.
Para comprender el alcance del descubrimiento conviene detenerse en una estructura diminuta y fundamental: la sinapsis. Se trata del punto de comunicación entre una neurona y otra célula, donde se transmite información mediante señales químicas o eléctricas. Gracias a estas conexiones, podemos procesar estímulos, adquirir conocimientos, recuperar recuerdos y coordinar movimientos.
Durante mucho tiempo, buena parte de las investigaciones sobre plasticidad cerebral se concentró en estudiar cómo se fortalecen o debilitan determinadas sinapsis, o cuántas aparecen y desaparecen en regiones específicas. Sin embargo, las conexiones neuronales no constituyen una población uniforme. Difieren en su composición molecular, tamaño y características estructurales.
El profesor Seth G. N. Grant, especialista en neurociencia molecular de la Universidad de Edimburgo, ha dedicado buena parte de su trayectoria a examinar esa diversidad. Su equipo utiliza el concepto de sinaptoma para describir el conjunto de tipos de sinapsis que conforman el cerebro y su distribución en las distintas regiones.
La tecnología desarrollada por estos científicos combina microscopía de alta resolución, marcadores fluorescentes y programas informáticos capaces de identificar y clasificar millones de conexiones individuales. En el nuevo estudio emplearon dos proteínas, PSD95 y SAP102, presentes en las estructuras receptoras de las sinapsis excitadoras. Mediante etiquetas fluorescentes pudieron distinguirlas y examinar su distribución.
La combinación de ambas proteínas, junto con características como la intensidad de la señal, el tamaño y la forma de cada estructura, permitieron clasificar las conexiones en tres tipos principales y 37 subtipos.
El procedimiento posibilitó examinar, en promedio, unos 23,9 millones de señales sinápticas por anima, en los experimentos de enriquecimiento ambiental. Una escala de observación considerablemente mayor que la de investigaciones anteriores, muchas de las cuales analizaban unos pocos miles de conexiones en una región cerebral.
Los científicos compararon ratones criados, desde el nacimiento hasta aproximadamente los tres meses, en ambientes enriquecidos, con otros alojados en condiciones convencionales. También realizaron un experimento con animales adultos que pasaron un mes en entornos con mayores posibilidades de exploración y actividad.
Los resultados sorprendieron al equipo. La densidad total de sinapsis excitadoras no aumentó de forma significativa en el cerebro de los animales expuestos a mayores estímulos. De hecho, apareció una tendencia moderada a la disminución, con una reducción mediana cercana al tres por ciento en las subregiones examinadas.
Sin embargo, al observar cada población por separado, surgió otra historia. Algunos tipos de conexiones aumentaron, otros disminuyeron y otros permanecieron prácticamente estables. Los cambios tampoco aparecieron de manera uniforme: determinadas poblaciones mostraron modificaciones en regiones corticales, estructuras relacionadas con la memoria y zonas vinculadas con el movimiento y el procesamiento sensorial.
La conclusión es que la adaptación cerebral no depende necesariamente de producir más conexiones, sino también de modificar cuáles permanecen, cómo se distribuyen y qué características moleculares presentan.
El equipo quiso comprobar si una alteración sensorial también podía producir cambios más allá de las estructuras cerebrales directamente relacionadas con el sentido afectado.
Para ello, trabajó con ratones jóvenes a los que cerró uno de los ojos durante una semana. La intervención permitió evaluar cómo respondía el cerebro ante una reducción de la información visual procedente de uno de sus lados.
Los científicos esperaban encontrar modificaciones principalmente en la corteza visual, encargada de procesar la información que llega desde los ojos. Sin embargo, el análisis reveló cambios en distintas poblaciones de sinapsis distribuidas por otras regiones, incluidas áreas relacionadas con otros sentidos y la memoria.
El resultado refuerza una idea importante de la neurociencia: el cerebro funciona como una red interconectada. La información visual no permanece aislada en una región, pues participa en circuitos que mantienen relaciones con otras funciones cerebrales.
La experiencia sensorial, por tanto, puede provocar respuestas que alcanzan territorios mucho más amplios de lo que sugeriría el sentido involucrado.
Los investigadores también encontraron que los cambios relacionados con la privación visual no se limitaban al hemisferio cerebral que recibe mayor información del ojo cerrado. Algunas modificaciones aparecieron en ambos lados del cerebro.
Conviene precisar que el experimento se realizó durante una etapa temprana del desarrollo de los ratones y que los autores reconocen limitaciones en el diseño de los controles quirúrgicos. En consecuencia, los resultados no permiten atribuir de manera definitiva todos los cambios observados exclusivamente a la privación visual.
Otro dato significativo surgió al comparar animales jóvenes y adultos. Los ratones adultos, expuestos durante un mes a ambientes enriquecidos, también mostraron modificaciones en sus poblaciones sinápticas. Aunque la distribución regional de los cambios no fue idéntica a la observada durante el desarrollo, los datos recogidos indican que el cerebro conserva capacidad de reorganización más allá de sus primeras etapas de maduración.
Esta observación amplía los conocimientos sobre la plasticidad cerebral. Durante décadas, la investigación ha identificado períodos críticos del desarrollo en los que determinadas experiencias sensoriales influyen con especial intensidad sobre la organización de los circuitos neuronales. Sin embargo, la capacidad de adaptación no desaparece al alcanzar la madurez.
En una revisión publicada en Nature Reviews Neuroscience, Henriette van Praag, Gerd Kempermann y Fred Gage ya habían reunido evidencias sobre los efectos de la estimulación ambiental, el ejercicio y el aprendizaje en la estructura y el funcionamiento del cerebro. El nuevo trabajo añade una perspectiva molecular de mayor alcance a ese conocimiento.
Los resultados abren interrogantes sobre la relación entre las experiencias cotidianas y la salud cerebral. La infancia, la educación, las relaciones sociales, la actividad física y el acceso a estímulos variados, podrían influir en la organización de las conexiones neuronales. Pero todavía falta determinar cómo se traducen los cambios moleculares observados en modificaciones concretas de la memoria, el aprendizaje o la conducta.
Seth Grant señaló, en declaraciones difundidas por la Universidad de Edimburgo, que estos hallazgos plantean preguntas sobre la manera en que las experiencias sensoriales, físicas, sociales y educativas moldean el cerebro. También mencionó el uso prolongado de teléfonos y tabletas como una cuestión que merece futuras investigaciones.
Esta observación no significa que el estudio haya demostrado que las pantallas dañan el cerebro o que su utilización provoque alteraciones perjudiciales. Los científicos no estudiaron directamente esos dispositivos ni sus efectos sobre seres humanos. La referencia apunta a una pregunta que está por responder: cómo determinadas formas de estimulación cotidiana pueden modificar la organización de nuestras conexiones neuronales.
La investigación también guarda relación con otros campos. Las alteraciones sinápticas aparecen asociadas a procesos de envejecimiento, privación del sueño, lesiones cerebrales y determinadas variantes genéticas vinculadas con trastornos neurológicos y del desarrollo. Comprender por qué algunas poblaciones de conexiones resultan más sensibles que otras podría ayudar a explicar tanto la capacidad de recuperación del cerebro como algunas de sus vulnerabilidades.
El equipo propone un modelo de adaptación basado en la selección de poblaciones sinápticas. En lugar de considerar todas las conexiones como elementos equivalentes, esta perspectiva plantea que las experiencias favorecen modificaciones en determinados grupos moleculares, mientras otros permanecen relativamente estables.
Todavía queda mucho por constatar antes de trasladar estos resultados a posibles tratamientos o recomendaciones para la población. No obstante, el estudio ofrece una herramienta para explorar con mayor precisión cómo interactúan los factores genéticos y ambientales en la organización cerebral.
Cada experiencia modifica nuestra relación con el mundo. Ahora sabemos que algunas de sus huellas pueden encontrarse en la arquitectura molecular de las conexiones neuronales. El cerebro no permanece inmóvil mientras vivimos: conserva una organización propia, y también una capacidad extraordinaria para reajustar sus componentes ante las condiciones que lo rodean. (Texto y Foto: Juventud Rebelde)
