Las funciones del cerebelo en la cognición, la emoción y más
Una vez considerado como un mero centro de coordinación motora, ahora se aprecia que el "pequeño cerebro" participa en procesos neurológicos superiores.
Aomo médico del ejército británico durante la Primera Guerra Mundial, el neurólogo Gordon Holmes se encontró con muchos soldados que habían sufrido heridas de bala en la cabeza. Mientras cuidaba a estos desafortunados individuos, Holmes observó que el daño a una pequeña estructura en la base del cerebro llamada cerebelo, que significa "pequeño cerebro" en latín, provocaba principalmente problemas en la coordinación de movimientos. Holmes describió estos casos en un artículo seminal de 1917 en la revista Brain, donde llamó al cerebelo un "órgano de refuerzo motor". 1En lugar de producir movimientos directamente, explicó que el cerebelo los "establece" o "afina" para garantizar que sean "inmediatos, efectivos y proporcionales a la intensidad del impulso cerebral". En otras palabras, el cerebelo ayudó a orquestar los comandos motores de la corteza cerebral, la estructura con forma de guante de béisbol que constituye la mayor parte del cerebro humano y el director maestro del órgano.
Los informes de Holmes corroboraron lo que otros científicos habían documentado casi un siglo antes. A principios del siglo XIX, la fisióloga francesa Marie-Jean-Pierre Flourens extrajo los cerebelos de las palomas y observó a los animales tropezando como si estuvieran intoxicados. Él, como Holmes, notó que el cerebelo era el asiento de la coordinación motora en el cerebro. “Durante los últimos 100 años, esa ha sido una especie de visión de libro de texto sobre para qué sirve el cerebelo”, dice Michael Hausser, neurocientífico del University College London en el Reino Unido. Pero ahora, agrega, “necesitamos reescribir los libros de texto”.
Alrededor de la década de 1980, los científicos comenzaron a preguntarse si las funciones del cerebelo podrían extenderse más allá de su reputación relacionada con el motor. Comenzando con un puñado de casos en los que los pacientes con daño cerebeloso exhibieron defectos no motores, como dificultades para usar señales para planificar sus acciones, esta hipótesis que alguna vez fue radical ha obtenido un amplio apoyo de la investigación durante las últimas décadas en pacientes humanos y animales. La evidencia se ha ido acumulando constantemente para el papel del cerebelo en un amplio espectro de funciones, que incluyen la cognición, el procesamiento emocional y el comportamiento social. Este trabajo también ha señalado la importancia potencial del cerebelo en una variedad de trastornos neuropsiquiátricos, como el autismo y la esquizofrenia. En años recientes,
“Esta opinión de que el cerebelo solo está involucrado en los comportamientos motores es incorrecta”, dice Hausser. "El cerebelo tiene un papel mucho más rico e interesante en el comportamiento de conducción".
Más allá del movimiento
Para Henrietta Leiner, una neurocientífica que trabajó en la década de 1980 y que inicialmente se formó en matemáticas, física e informática, fue el gran tamaño del cerebelo en los humanos en comparación con otros animales lo que le hizo cuestionar si su papel se limitaba exclusivamente a las funciones motoras. El área de la superficie del cerebelo humano, con sus pliegues fuertemente enrollados, es la friolera de 80 por ciento de la de la corteza cerebral. En 1986, antes de que se estableciera este hecho, Leiner y sus colegas publicaron un artículo en el que proponían que las partes del cerebelo que evolucionaron más recientemente contribuyeron a las funciones mentales de nivel superior, permitiendo así la "destreza mental" además de la "destreza motora", la "destreza mental". little brain” ya era conocido.
De hecho, ya en el siglo XIX surgieron indicios de que el daño al cerebelo podría tener consecuencias no motoras. En la década de 1980, Jeremy Schmahmann, entonces residente de neurología en el Boston City Hospital, estaba desenterrando informes clínicos que datan de casi 200 años que describían posibles disfunciones intelectuales, sociales y emocionales en personas con cerebelo dañado o ausente. Intrigado, Schmahmann decidió profundizar más a través de su propia investigación.
Tenemos que reescribir los libros de texto. Esta opinión de que el cerebelo solo está involucrado en los comportamientos motores es incorrecta.
—Michael Hausser, Colegio Universitario de Londres
Después de convertirse en neurólogo en el Hospital General de Massachusetts, Schmahmann realizó una serie de observaciones de personas con cerebelos dañados por el crecimiento de tumores, accidentes cerebrovasculares u otros incidentes. En 1998, él y su colega Janet Sherman publicaron la primera descripción del llamado síndrome afectivo cognitivo cerebeloso, una constelación de deficiencias cognitivas y conductuales, como problemas con el razonamiento abstracto y el control emocional. Esta condición, a la que ahora algunos se refieren como el síndrome de Schmahmann , ayudó a establecer una apreciación del papel del cerebelo más allá de la coordinación del movimiento, dice Hausser.
Otras pistas tempranas para el amplio repertorio funcional del cerebelo provienen de estudios que implican las contribuciones de la región del cerebro a los trastornos neuropsiquiátricos, en particular la esquizofrenia y el autismo . Para ambas condiciones, la investigación que se remonta a décadas ha documentado evidencia de anomalías anatómicas dentro del cerebelo. Estas observaciones clínicas coincidían con el trabajo de Schmahmann y otros en la década de 1990, cuando identificaron conexiones anatómicas en el cerebro de los monos que vinculaban el cerebelo con partes de la corteza cerebral involucradas en la memoria, la atención y otras funciones de orden superior. Años más tarde, en 2009, los neurocientíficos que utilizaron imágenes de resonancia magnética funcional en humanos encontraron que el cerebelo estabase activa durante tareas que involucran el lenguaje, la memoria y el procesamiento emocional. Este trabajo también mostró que en la mayor parte del cerebelo, la actividad neuronal estaba sincronizada con la de las regiones de la corteza cerebral responsables de estas funciones no motoras.
Juntos, estos hallazgos indicaron que el cerebelo estaba potencialmente involucrado en una multitud de funciones y que las vías vinculaban el cerebelo con la corteza cerebral, proporcionando una infraestructura neuronal putativa para esta funcionalidad. Lo que aún faltaba era el mecanismo: los detalles de cómo y cuándo necesitamos el cerebelo para procesos de orden superior como la cognición, dice Catherine Stoodley, profesora de psicología en la American University. “Hay mucho interés desde el lado experimental donde los investigadores dicen: 'Está bien, estamos comprando la idea ahora que el cerebelo está involucrado en la cognición, pero ¿qué está haciendo?'”
Mapeo de circuitos
Chris De Zeeuw del Instituto Holandés de Neurociencia y sus colegas estaban rastreando la actividad dentro de las neuronas del cerebelo cuando descubrieron que el cerebelo estaba involucrado de manera crítica en el proceso de toma de decisiones en ratones, al menos cuando se trata de comportamientos muy básicos. Los investigadores habían entrenado a los roedores para que aprendieran que la posición de un pequeño alfiler de metal indicaba cuál de los dos picos tenían que lamer para recibir una golosina azucarada. Al registrar la actividad neuronal mientras los animales realizaban esta tarea, el equipo encontró que las neuronas dentro del cerebelo estaban activas entre el inicio de la tarea y la acción de lamer, el período en el que ocurre la planificación.
Los investigadores trazaron un circuito entre el cerebelo y la corteza cerebral que se encargaba de llevar a cabo este comportamiento. Y cuando interrumpieron optogenéticamente esta actividad neuronal, vieron que los ratones cometían más errores. Desde la publicación de estos hallazgos en 2018, el grupo ha realizado experimentos similares con primates no humanos, dice De Zeeuw . “ Allí también, tenemos la impresión de que el cerebelo puede contribuir a algunos procesos cognitivos”.
Desde una perspectiva de desarrollo, [el cerebelo] es una parte particularmente interesante del cerebro.
—Catherine Stoodley, Universidad Americana
Paralelamente, varios estudios han sugerido que el cerebelo podría desempeñar un papel específico en el procesamiento de señales relacionadas con la recompensa. Hausser y sus colegas informaron en 2019 que cuando a los ratones se les da la tarea simple de mover un objeto virtual hacia un objetivo en una pantalla para obtener una recompensa de comida, las células del cerebelo mostraron la señal más grande no cuando el animal hizo el movimiento, pero cuando recibió el regalo. Casi al mismo tiempo, varios otros laboratorios informaron señales similares relacionadas con la recompensa que iluminaban los cerebelos de animales que realizaban diferentes tipos de tareas de comportamiento. "Hubo este tipo de sorprendente descubrimiento casi simultáneo, que realmente puso el campo patas arriba", dice Hausser. “Mostró que el cerebelo está recibiendo información de recompensa todo el tiempo”.
Este trabajo sobre la actividad asociada a la recompensa en el cerebelo es "muy emocionante", dice Abigail Person, neurocientífica de la Universidad de Colorado que no participó en estos estudios. Si bien señala que la línea entre la actividad motora y no motora no es exactamente clara, especialmente en los roedores, la demora entre el estímulo y la acción "nos aleja del movimiento controlado en tiempo real hacia una planificación del movimiento a más largo plazo".
Otro estudio de 2019 sobre el papel del cerebelo en los procesos relacionados con la recompensa provino del neurocientífico Kamran Khodakhah y su grupo del Colegio de Medicina Albert Einstein en la ciudad de Nueva York. En su estudio, los investigadores descubrieron evidencia de una posible conexión entre el cerebelo y el autismo. Descubrieron una vía que conectaba directamente el cerebelo murino con el área tegmental ventral, un centro de procesamiento de recompensas en el mesencéfalo, y descubrieron que la desactivación de esta vía hacía que los ratones fueran menos propensos a socializar con otros animales. Esto respaldó los hallazgos de años anteriores, cuando el neurólogo del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas Peter Tsai y sus colegas generaron un modelo de ratón .del autismo al interrumpir un gen clave en las células de Purkinje, un tipo de célula importante en el cerebelo. Los animales con esta alteración exhibían características que reflejaban las observadas en algunos humanos con autismo, como falta de interés en las interacciones sociales con animales nuevos, pensamiento inflexible y comportamientos repetitivos. En un estudio de seguimiento , Tsai, Stoodley y sus colegas demostraron que los déficits sociales en modelos de autismo en ratones podrían mejorarse mediante la estimulación química del cerebelo.
Estos vínculos con el autismo resaltan otra cualidad única del cerebelo: su sensibilidad durante el desarrollo. A diferencia de la corteza cerebral, que parece ser capaz de adaptarse bastante bien a las lesiones, en particular las que se producen en las primeras etapas del desarrollo, hay indicios de la literatura clínica de que el cerebelo podría no ser tan adaptable, dice Stoodley. Además, las alteraciones del cerebelo en los primeros años de vida se han relacionado con el autismo. Los investigadores han informado , por ejemplo, que el daño al cerebelo al nacer aumenta en gran medida las posibilidades de que un niño desarrolle la afección. Y en 2018, el neurocientífico Sam Wang de la Universidad de Princeton y sus colegas informaronque manipular circuitos neuronales en el cerebelo posterior dentro de las primeras semanas de vida en ratones jóvenes condujo a rasgos similares al autismo, pero no se observaron los mismos efectos en ratones que se sometieron al procedimiento como adultos.
“Desde una perspectiva de desarrollo, [el cerebelo] es una parte particularmente interesante del cerebro”, dice Stoodley.
LAS MÚLTIPLES FUNCIONES DEL CEREBELOEl cerebelo es una estructura del tamaño de un puño ubicada debajo de la corteza cerebral, la parte del cerebro que normalmente atribuimos a los procesos cognitivos de orden superior, incluida la conciencia, el lenguaje y la memoria. Aunque el cerebelo se consideraba tradicionalmente como un centro dedicado únicamente a la coordinación motora, un creciente cuerpo de investigación indica que la estructura también está involucrada en la cognición, la emoción y otras funciones.  Aunque el cerebelo parece pequeño desde el exterior, las muchas ramas similares a corales de la estructura le dan un área de superficie que es el 80 por ciento del área de superficie de la corteza cerebral más grande. | |
 | Los estudios de resonancia magnética funcional sugieren que el cerebelo se puede dividir en regiones específicas vinculadas específicamente a funciones motoras, cognitivas y relacionadas con las emociones. |
 | Los mecanismos específicos detrás de la multitud de funciones del cerebelo siguen siendo un misterio, pero la disposición ordenada de las neuronas dentro de la estructura indica que puede llevar a cabo un cálculo único, o un conjunto de cálculos, que aplica a sus múltiples funciones. |
Una máquina de predicción
Enfocar un microscopio de alta potencia en una porción del cerebelo revelará células de Purkinje grandes y densamente agrupadas dispuestas en un patrón ordenado similar a una cuadrícula. Esta arquitectura única, que es mucho más simple y uniforme que la del resto del cerebro, llevó a algunos investigadores a proponer que el cerebelo lleva a cabo un solo cálculo, lo que Schmahmann llama la transformación cerebelosa universal , que generalmente se aplica a todas sus funciones. , tanto motores como no motores. Jennifer Raymond, neurocientífica de la Universidad de Stanford, es una de las muchas investigadoras que están de acuerdo con esta idea. Dado lo estereotipada que es la arquitectura, dice, debe haber algún cálculo específico o conjunto de cálculos para los que esta anatomía sea buena.
Parece que cuantos más lugares miramos, más funciones encontramos.
—Sam Wang, Universidad de Princeton
La naturaleza de este cálculo o conjunto de cálculos sigue siendo una pregunta abierta. Una de las principales hipótesis de cuál podría ser el trabajo general del cerebelo es actuar como una máquina de predicción. “El nivel más simple de eso es que predice las consecuencias sensoriales de un comando motor”, dice Hausser, lo que permite que el cerebro ignore las señales esperadas que resultan de los movimientos del cuerpo. Tales predicciones también podrían aplicarse a procesos más complejos, incluida la predicción de las consecuencias de su comportamiento durante las interacciones sociales, agrega. Aquí puede ser donde entra en juego el procesamiento de recompensas, especula Stoodley: el cerebelo podría estar usando esta información para hacer y actualizar predicciones. Podría ser a través de este proceso, agrega,
Sin embargo, sigue habiendo debate sobre si realmente hay un solo cálculo en todo el cerebelo. Stoodley sospecha que los cálculos son similares tanto en los roles motores como no motores, pero que la escala de tiempo en la que ocurren esos cálculos difiere.
Además de comprender mejor cómo funciona nuestro cerebro, resolver los misterios del cerebelo también puede beneficiar a los pacientes, dicen los investigadores que hablaron con The Scientist . Varios laboratorios ya están realizando ensayos clínicos en etapa inicial para probar si el uso de métodos como la estimulación magnética transcraneal (TMS) para estimular el cerebelo de manera no invasiva podría ayudar a abordar los síntomas de afecciones como la esquizofrenia o el autismo. Debido a que la arquitectura del circuito en el cerebelo es relativamente simple, brinda "la mejor oportunidad de poder realizar manipulaciones de nivel de circuito muy específicas para tratar de abordar los trastornos neurológicos o psiquiátricos", dice Raymond.
En el caso de la esquizofrenia, los investigadores han demostrado que estimular un circuito cerebeloso específico con TMS puede aliviar los síntomas “negativos” del trastorno, como la falta de motivación o la incapacidad para sentir placer, en una pequeña muestra de pacientes. Esos hallazgos ahora se están explorando en un ensayo clínico más grande . Roscoe Brady, un psiquiatra del Centro Médico Beth Israel Deaconess en Boston que participó en esa investigación, dice que él y sus colegas ahora tienen evidencia de que estimular otro circuito cerebeloso distinto también puede reducir las alucinaciones. Además, el equipo ha identificado un tercer circuito relacionado específicamente con los déficits cognitivos, agrega Brady. “Nuestro plan para el futuro es tratar de determinar si ese circuito también puede ser modulado por TMS”.
Con estos avances, el cerebelo, que alguna vez ocupó un lugar secundario frente a la corteza cerebral, está atrayendo más el interés de una amplia gama de científicos, dice Stoodley. “Creo que es emocionante. Las personas fuera del pequeño mundo del cerebelo están comenzando a interesarse más en el cerebelo”. Como resultado, cada vez se revelan más y más secretos de la estructura. A fines del año pasado, por ejemplo, los científicos descubrieron que el cerebelo contribuía al control del apetito . “Eso me dejó alucinado”, dice Wang. “Parece que cuantos más lugares miramos, más funciones encontramos”.
Diana Kwon
15 de agosto de 2022
Diana Kwon es una periodista científica independiente con sede en Berlín, Alemania.
Comentarios