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Una sinfonía celular modula la formación del cerebro

Una sinfonía celular modula la formación del cerebro

El cerebro del pez cebra se forma a través de la melodía que interpretan las células de la habénula: cantan a coro para adquirir nuevas habilidades. Lo mismo ocurriría con el cerebro humano.

Analizando el desarrollo de larvas de peces cebra, que en esa fase de su crecimiento son transparentes, investigadores noruegos han descubierto por primera vez cómo se forma un cerebro.

Todo gira en torno a la habénula, una región del cerebro de todos los vertebrados que está relacionada con los mecanismos de supervivencia de los organismos vivos y con sus procesos de toma de decisiones.

La habénula está integrada por un grupo de neuronas próximas a la glándula pineal, que regula el reloj biológico: su principal función es la producción de melatonina, la hormona que modula los patrones de vigilia y sueño.

Concentración

Lo primero que pudieron observar sobre la formación del cerebro en los peces cebra es que su madurez se desarrolla de forma muy estructurada, basada en la división de las células cerebrales.

Las células madre de ese tejido cerebral embrionario de pronto empiezan a dividirse y a convertirse en dos células hijas. Es un proceso típico de las células madre: a partir de ellas se generan todas las demás células con funciones especializadas.

Sin embargo, para la formación del cerebro estas células proceden de una manera particular: no se distribuyen aleatoriamente por toda la estructura cerebral primigenia.

Lo sorprendente es que, en el caso del cerebro, las células hijas se concentran en torno al mismo espacio donde se encontraba la célula madre: es posible saber cuándo nacieron mirando su ubicación.

Como en la escuela

Y entonces empieza la función. Tal como explica uno de los investigadores, Emre Yaksi, del Kavli Institute for Systems Neuroscience, todo ocurre como en un aula escolar.

Todas las células hijas cantan la misma canción: envían impulsos eléctricos rítmicos que se pueden medir y sirven para que las células cerebrales puedan comunicarse entre sí.

Esa melodía compartida es la que permite al cerebro en formación adquirir nuevas habilidades: el cerebro agrega mediante el ritmo musical un nuevo módulo que puede realizar una nueva tarea.

El proceso se repite una y otra vez, con canciones diferentes, que generan nuevas habilidades para el cerebro en formación.

Los investigadores han observado también que en las diferentes “aulas” donde se concentran las células hijas, no todas cantan a la vez. Algunas guardan silencio. La sinfonía está organizada.

Coro cerebral

El proceso de madurez abarca también a las células hijas: las canciones son cada vez más sofisticadas y resuenan mejor. Las longitudes de onda más cortas permiten una mayor precisión de la melodía.

Los investigadores consideran que, seguramente, esa dimensión coral de la formación cerebral permite diluir posibles desajustes en alguna célula: si no somos expertos, difícilmente podemos detectar un pequeño fallo en un instrumento orquestal durante un concierto.

Cuando muchas células hijas hacen lo mismo, no importa tampoco si algunas no funcionan correctamente. O si no todas obtienen toda la información. La melodía resultante es lo que importa, señalan los investigadores.

¿Modelo humano?

No es posible saber si el cerebro humano se forma también de esa forma tan melódica y armoniosa.

El cuerpo humano en formación no es transparente en ninguna fase de su desarrollo, y por lo tanto no se puede observar de la misma manera que el de los peces cebra.

Los fetos humanos tampoco se pueden tener en un laboratorio para observar cómo se forman sus cerebros: los de los peces cebra ni siquiera están ocultos en un útero.

Sin embargo, los investigadores creen que la forma en la que se desarrolla el cerebro humano es similar a la del pez cebra: en ambos casos sabemos por observación que se desarrolla paso a paso.

En el caso del pez cebra, el cerebro pasa de gestionar a una simple “máquina” de comer, hasta un pez social cuando llega a la madurez. El proceso humano es más largo y complejo, pero se basa en el mismo mecanismo.

Patrón cerebral

Además, la habénula, donde se inicia el desarrollo cerebral, se encuentra tanto en peces como en humanos. Estructuras neuronales similares se han encontrado también el cerebro de las ratas.

Teniendo en cuenta estos datos, los investigadores consideran que hay un patrón en la forma en la que se construyen los cerebros que se inició en los momentos iniciales de la evolución y que, probablemente, sea común a muchas especies, incluida la humana.

El efecto terapéutico de este descubrimiento puede ser significativo, ya que, en los seres humanos, la habénula participa en las respuestas conductuales al dolor, el estrés, la ansiedad, el sueño y la recompensa. Y, además, su disfunción se asocia con depresión, la esquizofrenia e incluso la psicosis.

Los peces cebra no solo nos han enseñado así que las emociones forman parte de los organismos más simples: también nos dan pistas sobre cómo se ha formado nuestro cerebro y señalado el posible origen de una serie de reacciones humanas a enfermedades y trastornos mentales.

Referencia

Functional properties of habenular neurons are determined by developmental stage and sequential neurogenesis. Stephanie Fore et al. Science Advances, 04 Sep 2020: Vol. 6, no. 36, eaaz3173. DOI: 10.1126/sciadv.aaz3173

Foto: partes del cerebro de un pez cebra, incluida una parte llamada habénula. Los puntos verdes son células madre, que pueden dividirse en nuevas células cerebrales. (Crédito: Stephanie Fore, Kavli Institute for Systems Neuroscience).

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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