22 de junio de 2016

Hallan diferencias notables entre el cerebro de ratones adultos y recién nacidos

Hallan diferencias notables entre el cerebro de ratones adultos y recién nacidos
WIKIMEDIA/RAMA/CC BY-SA 2.0 FR

MADRID, 22 Jun. (EUROPA PRESS) -

Científicos de la Universidad de Columbia, en Estados Unidos, han encontrado que los picos en la actividad de las neuronas en ratones jóvenes no estimulan aumentos correspondientes en el flujo de sangre, un descubrimiento que está en marcado contraste con el cerebro del ratón adulto.

Este estudio plantea preguntas acerca de cómo el crecimiento del cerebro humano responde a sus necesidades de energía, así como la mejor manera de rastrear el desarrollo del cerebro con imágenes funcionales de resonancia magnética, o fMRI, que se basa en los cambios de flujo sanguíneo para mapear la actividad neuronal en el cerebro. La investigación, que se publica este martes en 'Journal of Neuroscience, podría aportar conocimientos críticos para mejorar el cuidado de los bebés.

"En el cerebro adulto, la actividad neuronal desencadena un impulso localizado en el flujo sanguíneo. Esta relación entre la actividad neuronal y el flujo sanguíneo hace tiempo que se supone que está presente desde el nacimiento, pero nuestros hallazgos en ratones sugieren lo contrario: que se desarrolla con el tiempo", detaca la autora principal, Elizabeth Hillman, investigadora del Instituto de Comportamiento Cerebral Mortimer Zuckerman de la Universidad de Columbia.

"Nuestro estudio sugiere además que este proceso es una parte esencial de la construcción de un cerebro sano y podría representar un factor inexplorado en los trastornos cerebrales que surgen en la primera infancia", añade esta experta, también profesora asociada de Ingeniería Biomédica y Radiología de la Escuela de Ingeniería y Ciencia Aplicada de la Fundación Fu de Columbia.

El estudio hecho público este martes fue motivado por trabajos previos de resonancia magnética funcional en los seres humanos que informaron ampliamente de respuestas diferentes en los cerebros de los bebés en comparación con los cerebros de los adultos.

"Nadie sabía cómo interpretar las respuestas del flujo sanguíneo en el cerebro en desarrollo", reconoce Mariel Kozberg, recién graduada en Neurobiología de Columbia en el laboratorio de Hillman y también autora del artículo. "En esta investigación, teníamos que averiguar qué era diferente entre los cerebros de adultos y recién nacidos: si eran las diferencias en la actividad neuronal en sí o la relación entre esta actividad y los cambios de flujo sanguíneo local", agrega.

Para responder a esta pregunta, Hillman y Kozberg desarrollaron una nueva técnica de imagen que simultáneamente registra la actividad neuronal y el flujo sanguíneo en el cerebro de ratones de diferentes edades (desde recién nacidos hasta adultos), analizando cómo el cerebro responde cuando se estimuló la pata trasera de cada animal. "Cuando empezamos a obtener datos, nos sorprendió lo que pudimos ver", destaca Kozberg.

DE RESPUESTA NEURONAL LOCAL A GENERAL CON LA EDAD

En primer lugar, los innovadores métodos de imagen del equipo revelaron que, para los ratones más jóvenes, la estimulación de la pata trasera provocó una fuerte respuesta neuronal, pero esta respuesta se localizó en una región. Luego, a medida que los animales crecían, la respuesta neuronal comenzó a extenderse.

A los diez días de edad, la estimulación de la pata derecha primero provocó la actividad en el lado izquierdo del cerebro antes de dirigirse al área derecha, lo que corresponde al desarrollo de las conexiones entre los dos hemisferios. "Nos dimos cuenta de que en realidad estábamos viendo células formando conexiones entre sí a través del cerebro: el desarrollo de las redes neuronales", resalta Hillman, quien también es miembro del Instituto Kavli para la Ciencia del Cerebro en Columbia.

El segundo hallazgo de los investigadores fue aún más sorprendente. En los ratones más jóvenes, la actividad neuronal no provocó un aumento en el flujo de sangre, como ocurre en el cerebro de ratón adulto, pero a medida que maduraban los animales y sus redes neuronales se volvieron más conectadas, la respuesta de flujo de sangre al cerebro poco a poco se hizo más fuerte con el tiempo hasta que el animal llegó a la edad adulta.

"Fue como si el cerebro estuviera aprendiendo poco a poco a alimentarse a sí mismo --detalla Hillman, quien señala que este hallazgo tiene mucho sentido--. No es de extrañar que los vasos sanguíneos, y la maquinaria de su vinculación a la actividad cerebral, maduraría de manera acompasada con el desarrollo de la actividad neuronal en sí".

Sin embargo, estos resultados plantean una pregunta preocupante. Si el trabajo de los vasos sanguíneos es llevar sangre rica en oxígeno al cerebro, ¿puede el cerebro del recién nacido verdaderamente funcionar y crecer sin posteriores aumentos del flujo sanguíneo? Para averiguarlo, Kozberg y Hillman emplearon otra técnica de imagen óptica para medir cómo el cerebro del recién nacido emplea el oxígeno.

"En los animales más jóvenes, confirmamos que las neuronas estaban, de hecho, consumiendo oxígeno, pero sin un impulso de sangre fresca, parecía que se quedaban sin combustible --relata Kozberg--. Encontramos además que la actividad neuronal causó realmente caídas localizadas en los niveles de oxígeno, conocidas como hipoxias".

PRIMERAS HORAS DE VIDA CON FLUCTUACIONES DE OXÍGENO

Los investigadores proponen varias explicaciones para este sorprendente resultado. "Los recién nacidos hacen una increíble transición desde estar dentro del útero a respirar aire en la sala de partos --señala Hillman--. Para sobrevivir esas primeras horas, el cerebro del recién nacido debe estar bien preparado para soportar enormes fluctuaciones en la disponibilidad de oxígeno".

Debido a que las hipoxias observadas en los ratones jóvenes parecen ser parte del proceso de desarrollo normal, los autores proponen que en realidad puede servir para un propósito importante. "Sabemos que la falta de oxígeno puede desencadenar el crecimiento de los vasos sanguíneos --afirma Kozberg--. Así que en este caso, la actividad neuronal en el cerebro del recién nacido en realidad podría estar guiando los vasos sanguíneos para crecer en los lugares correctos".

En el futuro, el equipo de investigadores se está preparando para comparar sus resultados en ratones con el cerebro humano. Hillman está trabajando con investigadores del Departamento de Psiquiatría de la Columbia para analizar cientos de escáneres de fMRI previamente tomados de recién nacidos, así como de niños de diferentes edades.

"Si podemos encontrar las mismas firmas de desarrollo neurovascular en los bebés humanos, podríamos convertir fMRI en una herramienta aún más potente. Por ejemplo, usarla para comprender, detectar y rastrear los orígenes de los trastornos del desarrollo en los cerebros de los recién nacidos", adelanta esta experta.

Estos expertos también seguirán estudiando el metabolismo del oxígeno en los recién nacidos. Los recién nacidos prematuros expuestos a altos niveles de oxígeno pueden sufrir de retinopatía, una enfermedad en la cual los vasos sanguíneos de los ojos crecen de forma incorrecta. Se plantea la hipótesis de que el exceso de oxígeno podría dar lugar a los mismos trastornos en el crecimiento de los vasos sanguíneos en el cerebro mismo.

"Si podemos aprender más sobre el estado metabólico único del cerebro en desarrollo, podríamos ser capaces de mejorar las estrategias de tratamiento para los bebés prematuros y al mismo tiempo entender de manera más profunda el desarrollo normal y anormal del cerebro en general", concluye Hillman.