La arquitectura del cerebro

Un damero de ajedrez más que un enmarañado ovillo. Así podría resumirse la forma en que las fibras nerviosas se organizan en el cerebro y así es como las podemos ver en las fotografías que un grupo de expertos del Hospital General de Massachusetts (EEUU) ha obtenido con diferentes técnicas de imagen. Su trabajo, junto con el de otro grupo de la Universidad de California que ha analizado cómo la información genética contribuye en la conformación de la corteza cerebral, nos permite conocer mejor la estructura de ese órgano que todavía sigue siendo un gran desconocido.

Aunque se conoce que en la médula espinal y en el tronco del encéfalo, las fibras nerviosas se organizan formando fascículos paralelos derivados de cómo se organiza el sistema nervioso en el desarrollo embrionario, se desconoce cómo es ese patrón de haces en el lóbulo frontal y otras regiones corticales. Hasta ahora sólo se había podido estudiar pequeñas fracciones de esas 'carreteras' neuronales en cerebros simples, pero no de humanos. A través de un nuevo escáner de imagen de resonancia magnética de difusión se puede ahora visualizar la distribución de esas fibras en todas las zonas del tejido cerebral.

"Hemos trabajado durante años en esta tecnología para establecer un mapa de la arquitectura de las fibras del cerebro [...] Cada secuencia de fibras se conforma como una rejilla tridimensional. Esas fibras, en la parte superior del cerebro, son como un grupo de cables organizados en hojas dobladas, de tal manera que las fibras sólo van en las dos direcciones de las hojas y en otra perpendicular a ellas. Por lo tanto, todas las conexiones del cerebro siguen estas tres direcciones. En la vida embriológica seguir estas direcciones es más simple, pero el cerebro adulto tiene muchos pliegues, con lo que las tres direcciones terminan haciendo curvas", explica Van Weeden, principal investigador del estudio, publicado en la revista 'Science'.

"Los libros clásicos nos dan la idea de que las fibras nerviosas carecen de orden en su recorrido, formando un aparente ovillo de fibras entremezcladas, pero en el cerebro hay tanta fibra que por fuerza tiene que haber un orden, para que no haya un caos. Es un principio esperable, si queremos que los diversos cerebros se comporten parecidamente. No vemos fibras que crucen regiones en oblícuo, igual que un coche no atraviesa los edificios, sino que sigue un orden establecido por reglas de tráfico y la estructura de las calles. Lo que pasa en el cerebro es que las calles y casas están deformadas, porque hay muchos pliegues debidos a crecimiento desigual (como en un cuadro de Dalí), pero las fibras se apañan para caminar por esas calles de manera ordenada, aunque tengan un recorrido deformado. Esto es lo que acaban de demostrar estos científicos para la zona del cerebro donde menos se esperaba que fuera así", explica Luis Puelles, del departamento de Anatomía Humana y Psicobiología de la Universidad de Murcia.

Gracias a esta tecnología, se puede conocer cómo crece el cerebro. "Las conexiones del cerebro maduro parecen reflejar los tres principales ejes establecidos en el desarrollo embrionario", afirma este investigador. Otro dato que han podido comprobar en este trabajo es que las fibras nerviosas no están aisladas sino que se relacionan entre sí. La tercera conclusión que podría extraerse de la investigación, en la que han analizado tejido cerebral de cuatro tipos de monos y de personas vivas, es que esta estructura fibrilar se mantiene entre las especies, es decir, que los cerebros más simples y los más complicados conservan una estructura similar. "En definitiva, ahora tenemos una manera de ver la conectividad del cerebro como un todo, no como áreas aisladas", señala Weeden.

Tal y como explica el investigador español Alberto Ferrús, del departamento de Neurobiología Molecular, Celular y del Desarrollo del Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), "al estudiar esas vías [de fibras] se ve una organización ortogonal [en ángulo recto], esta organización permite decir que la parte más compleja (cortical) del cerebro sigue el mismo patrón de crecimiento que cualquier otra parte  del sistema nervioso.  Hasta hace poco se pensaba que la corteza era una estructura desarrollada súbitamente en los mamíferos, siendo inicialmente de estructura homogénea. Se hacían deducciones singulares como que 'la corteza es lo que nos hace humanos' [ya que la mente emerge de su función]. Estos estudios demuestran que la estructura de la corteza en primates y el hombre no es tan homogénea sino que está organizada en módulos, cada uno con una pauta de conectividad especializada, y que es comparable no obstante con la de otras especies".

El segundo trabajo que publica la revista 'Science' va en la misma línea de intentar conocer mejor la estructura del cerebro humano. En este caso, investigadores de la Universidad de California, utilizando un mapeo masivo de la información genética característica de distintas partes de la corteza cerebral, con datos obtenidos mediante una poderosa técnica de resonancia magnética en 406 pares de gemelos adultos (para reducir la variabilidad), han completado un novedoso atlas génico de la corteza cerebral, la capa más superficial del cerebro.

Al comparar gemelos monocigotos con gemelos dicigotos, los autores observaron cómo la influencia genética se comparte separadamente en grupos de áreas que conforman 12 regiones de la corteza. Estas 12 regiones coinciden a grandes rasgos con sectores con una función ya definida en estudios previos.

Comprobaron, por tanto, que la estructura regional funcionalmente especializada de la corteza cerebral está genéticamente controlada y se organiza de una manera jerárquica (varias subáreas forman un área, y varias áreas forman una región).

"Si podemos comprender la base genética del cerebro, podemos tener una mejor idea de como se desarrolla y funciona, información que, a la larga, podemos utilizar para mejorar tratamientos de múltiples enfermedades", concluye Chi-Hua Chen, principal autor de la investigación.

Puelles aclara que este trabajo es "la primera evidencia, de una forma fidedigna, de que también para construir la parte más compleja del cerebro se toma información del genoma. Probablemente estarán implicados miles de genes. Es interesante que haya un orden genético, y, aunque es hermoso verlo confirmado, no nos sorprende, porque sería difícil que fuera de otra manera. El cerebro es lo más ordenado que conocemos. Lo más sorprendente es hasta qué punto encaja bien este análisis con lo que ya se iba sabiendo de funciones diferenciadas en la corteza. Los grupos de áreas cerebrales determinadas en este estudio se agrupan por funciones que resultan predeterminadas por la estructura génica. Los estudios anatómicos y funcionales previos ya habían adelantado particiones similares, pero este nuevo enfoque ha llegado a parecidos resultados desde un ángulo totalmente nuevo. Esto indica quediversos enfoques científicos están llegando a un consenso, lo cual es todo un hito histórico".

Los dos trabajos que publica 'Science' indican, según Puelles, que "estamos empezando a comprender el cerebro, a ver 'las piezas de la máquina' que dependen de los genes, hemos llegado a un dintel de conocimiento a partir del cual podemos empezar a profundizar. Evidentemente, los genes no lo controlan todo al detalle (no hay suficientes, teniendo en cuenta que se calculan 10.000.000.000.000.000 sinapsis –o contactos entre neuronas- y sólo hay unos 20.000 genes), por lo cual, más allá de las 'piezas' en cuestión, hasta llegar a la mente, se intercala la microestructura que creamos individualmente al ir viviendo (a este nivel esperaremos diferencias entre los individuos) Por otra parte, sabiendo qué genes son los que predominan en las diversas áreas cerebrales podemos estudiar algunas enfermedades cerebrales de causa genética con mayor detalle".

Sin embargo, no opina lo mismo Javier de Felipe Oroquieta, del Laboratorio Caja de Circuitos Corticales del Centro de Tecnología Biomédica de la Universidad Politécnica de Madrid, quien recuerda que ha habido mucha disparidad en los mapas citoarquitectónicos que han sido elaborados por diferentes investigadores. "Me parecen interesantes estos trabajos pero es difícil de entender el significado de esas diferencias. Cuando uno estudia el cerebro hay muchos niveles de análisis, éste es un nivel macroscópico, pero yo propongo el ultramicroscópico, con el que se pretende conocer el mapa de las sinapsis o sinaptoma", señala este experto.

No obstante, este investigador reconoce que el trabajo de Weeden, aun siendo grosero, es al mismo tiempo maravilloso. De momento lo que se ha podido mostrar es la disposición conjunta de muchas fibras nerviosas, como si viéramos la carretera que une Barcelona con Madrid junto a otras que se cruzan con ella, pero nada más. Necesitamos saber más de lo que pasa entre medias, de las neuronas, de los circuitos, de la sinapsis...".

En la misma línea se expresa Ferrús: "Incluso cuando queremos colocar una función en una estructura todavía no sabemos cuáles son las unidades de esa función. Necesitamos un código para codificar, pero no sabemos ni con qué, ni cómo hacerlo. Estamos muy por detrás de los bioquímicos de los años 50 tras el descubrimiento de la estructura del ADN".

Más optimista se muestra Puelles quien señala que, a pesar de que "estos dos estudios no son rompedores, sí son aclaradores y confirmadores de que se estaba pensando en la dirección adecuada. Ahora podemos plantear nuevas ideas y experimentos más productivos. Es como cubrir una etapa".