Los ejes evolutivos y hereditarios dan forma a nuestro cerebro

28 de septiembre de 2020 

Resumen: Los investigadores han descifrado dos ejes a lo largo de los cuales se organiza el cerebro humano. Los ejes están determinados principalmente por factores genéticos.

Fuente: Instituto Max Planck

La ubicación de un país en la tierra dice mucho sobre su clima, sus países vecinos y los recursos que podrían encontrarse allí. Por lo tanto, la ubicación determina qué tipo de país esperaría encontrar en ese punto.

Lo mismo parece aplicarse al cerebro. Cada red está ubicada en un lugar determinado, lo que determina su función y sus vecinos, pero también el tipo de función que ocurre allí.

Sin embargo, las reglas que describen las relaciones que las diferentes regiones del cerebro tienen entre sí no se entendían bien hasta ahora. Científicos del Instituto Max Planck de Ciencias Cognitivas y Cerebrales Humanas en Leipzig, Alemania, y el Forschungszentrum Juelich, junto con un equipo internacional de colaboradores, han descifrado dos ejes a lo largo de los cuales se organiza el cerebro humano. Se encontró que estos ejes están determinados principalmente por factores genéticos.

Un eje se extiende desde la parte posterior (espalda) hasta la parte frontal de la corteza. Esto refleja una jerarquía funcional desde capacidades básicas como la visión y el movimiento hasta habilidades abstractas y altamente complejas como la cognición, la memoria y las habilidades sociales. Un segundo eje va desde la parte dorsal (superior) a la ventral (inferior) de la corteza. Mientras que el sistema ventral se ha asociado con funciones que asignan significado y motivación, el sistema dorsal puede relacionarse con el espacio, el tiempo y el movimiento.

“Curiosamente, esta disposición vertical se alinea con la hipótesis de origen dual sostenida durante mucho tiempo”, dice Sofie Valk, líder del grupo de investigación del MPI CBS y Forschungszentrum Juelich y primera autora del estudio, publicado en Science Advances .

Según esta hipótesis, la corteza cerebral se desarrolló a partir de dos orígenes diferentes, la amígdala y la corteza olfativa por un lado y el hipocampo por otro. De estos orígenes surgieron dos líneas diferentes de desarrollo cortical, que reflejan ondas de áreas menos a más diferenciadas que comienzan en cada origen. Tales distinciones entre las áreas ventral y dorsal se han encontrado en varios mamíferos, como primates, gatos y ratas no humanos.

Los científicos que rodean a Valk, sin embargo, ahora han proporcionado evidencia de ello para toda la corteza humana, y han demostrado que este puede ser un segundo principio organizativo importante junto al eje posterior-frontal.

Esta organización de dos ejes, a su vez, está determinada en gran medida por la relación genética entre las regiones del cerebro. Esto significa que la asociación entre la estructura de dos regiones del cerebro está impulsada por efectos genéticos compartidos. Además, se han encontrado ejes similares en los cerebros de los monos macacos, lo que indica que estos ejes se conservan a través de la evolución de los primates.

“Al mismo tiempo, incluso si los genes y la evolución dan forma a la organización de la estructura del cerebro, no debemos olvidar que el medio ambiente también juega un papel crucial en la configuración de nuestros cerebros y mentes”, dice Valk.

"Aunque nos centramos específicamente en estos efectos genéticos en el estudio actual, otro trabajo de nuestro equipo ha demostrado que el entrenamiento conductual también puede alterar la estructura del cerebro". Se planean más estudios para comprender cómo interactúan estos dos factores que dan forma a la estructura del cerebro.

Comprender los ejes principales de la organización del cerebro es como tener una brújula y puede ayudar a navegar mejor en el cerebro. “Podemos comprender mejor la evolución y función de regiones específicas y evaluar mejor el impacto de los trastornos cerebrales”, agrega Valk. Por ejemplo, trabajos anteriores de los autores han demostrado que los ejes organizativos difieren entre individuos con trastorno del espectro autista y controles sanos. 

Los científicos han investigado la organización de la estructura del cerebro utilizando un enfoque de varios niveles. Primero, utilizaron gemelos monocigóticos y dicigóticos, así como personas no relacionadas, para modelar qué parte de la organización del cerebro está determinada genéticamente.

Midieron cómo el grosor de la corteza se correlacionó en un grupo de individuos, lo que proporcionó información sobre la relación estructural y de desarrollo entre diferentes regiones del cerebro. Si, por ejemplo, ciertas relaciones fueran más fuertes en gemelos monocigóticos que en otros hermanos, esto probablemente se deba a factores genéticos.

Usando la información genética de las relaciones entre diferentes regiones del cerebro, calcularon los ejes principales a lo largo de los cuales se organizan estructuras cerebrales genéticamente similares. También compararon la organización del cerebro en humanos con la de monos macacos. Al encontrar ejes similares en estos animales, concluyeron que esta organización se conserva a lo largo de la evolución de los primates.

Acerca de este artículo de investigación en neurociencia evolutiva

Source:
Garvan Institute of Medical Research
Contacts:
Verena Müller – Max Planck Institute
Image Source:
The image is credited to Valk/ MPI CBS.

Original Research: Open access
“Shaping brain structure: Genetic and phylogenetic axes of macroscale organization of cortical thickness” by Sofie L. Valk et al. Science Advances.

Resumen

Dar forma a la estructura del cerebro: ejes genéticos y filogenéticos de la organización a macroescala del espesor cortical

Se ha propuesto que la topología de la corteza cerebral proporciona una fuente importante de limitación para la organización de la cognición. En una muestra de gemelos (n = 1113), determinamos que la covarianza estructural del grosor se organizaría a lo largo de un eje posterior a anterior e inferior a superior. Ambos ejes organizativos estuvieron presentes al investigar la correlación genética del grosor cortical, sugiriendo un fuerte componente genético en humanos, y tenían una organización comparable en macacos, demostrando que están filogenéticamente conservados en primates. En ambas especies, la dimensión inferior-superior de la organización cortical se alineó con las predicciones de la teoría del origen dual, y en los humanos, descubrimos que el eje posterior a anterior se relacionaba con una topografía funcional que describe un continuo de funciones desde los procesos básicos involucrados en la percepción y la acción hasta características más abstractas de la cognición humana. Juntos, nuestro estudio proporciona información importante sobre cómo los patrones funcionales y evolutivos convergen a nivel de organización estructural cortical a macroescala.

Traducido de Neuroscience News