Un patrón de formación del cerebro muestra por qué el trauma temprano puede no dejar ninguna pista

Algunas de las primeras células nerviosas que se desarrollan en el útero dan forma a circuitos cerebrales que procesan imágenes y sonidos, pero luego dan paso a redes maduras que transforman la información sensorial en pensamientos, según concluye un estudio dirigido por investigadores del 'NYU Langone Medical Center', en Estados Unidos, y publicado en la edición del miércoles de la revista 'Neuron'.

En concreto, el estudio en ratones encontró que los patrones del circuito nervioso en parte de la corteza del cerebro --la capa que regula el pensamiento y la memoria-- se establecen primero y durante el desarrollo de los mamíferos por las células nerviosas que secretan el químico de señalización somatostatina (SST). Más adelante en el proceso, una segunda ola de células nerviosas relacionadas, neuronas parvalbúmina (PV), construyen más rápido los circuitos más precisos necesarios para las funciones cerebrales superiores.

Los resultados de este trabajo podrían avanzar en la comprensión de trastornos neurológicos y psiquiátricos, como la epilepsia, la esquizofrenia, y otros que han sido vinculados por estudios anteriores a problemas inexplicables en las redes nerviosas de PV adultas. Según los investigadores, muchos defectos en PV podrían tener su origen, no durante la vida adulta, sino en los patrones de SST que establecen los parámetros del circuito en primer lugar.

La exposición de estos primeros circuitos a un trauma, toxinas o escasez de oxígeno puede interrumpir las redes PV futuras que se basan en ellos, pero las causas son difícil de rastrear cuando los patrones originales de SST son reutilizados temprano en la vida.

"Encontramos un patrón de formación sorprendente de redes nerviosas que puede explicar cómo el trauma precoz puede cambiar la función cerebral en formas que no emergen hasta la edad adulta y sin saber bien cuándo lo hacen", dice Gord Fishell, profesor de Neurociencia y Fisiología del Departamento de Neurociencia y Fisiología de 'NYU Langone'.

"Nuestros resultados contradicen la noción de hace mucho tiempo de que la formación del cerebro comienza con las células de embriones que se mueven a sus destinos dentro de los circuitos nerviosos en un proceso suave ininterrumpido. Algunas de sus partes pueden ocurrir en ondas, donde células relacionadas se mueven a lo largo de rutas similares en distintas etapas", añade.

Se desconoce por qué nuestros antepasados podrían haber necesitado redes nerviosas pioneras, dice Fishell. Algunos teorizan que la evolución conserva las plantillas transitorias porque se prestan a versatilidad para un programa de desarrollo complejo, permitiendo que formen estructuras en diferentes momentos y se integren al final.

Los resultados del estudio giran en torno a la función de las células nerviosas que transmiten señales y coordinan pensamientos y acciones. Sobre la base de cuáles secretan químicos, cada una de las células nerviosas en una vía nerviosa "decide" si un mensaje se desplaza hacia adelante. Por ejemplo, células nerviosas que le dicen a la siguiente célula en la fila que transmita y amplifique un mensaje son excitatorias; las que detienen los mensajes son inhibidoras.

Combinaciones de las dos producen un contra-equilibrio en sistemas críticos de retroalimentación para el funcionamiento del sistema nervioso central. El exceso de excitación o una falta de inhibición provoca el apoderamiento de circuitos y, en última instancia, la muerte de las redes nerviosas, como parte de los trastornos neurológicos.

Desde 2002, el laboratorio de Fishell se ha centrado en las células nerviosas inhibitorias llamadas interneuronas. Aunque menos comunes que sus contrapartes excitatorias, las interneuronas esculpen el "ruido" de entrada a partir de células excitadoras en disposiciones útiles detrás del pensamiento, la memoria y la conciencia. Las interneuronas también permiten la conectividad cortical precisa mediante la realización de un número "sorprendente" de funciones en base a su capacidad para enviar vástagos que se conecten a cualquier célula nerviosa cercana.

En el presente estudio, realizado en colaboración con el Instituto Salk para Estudios Biológicos, en La Jolla, California, Estados Unidos, los investigadores descubrieron el primer caso conocido en el que un conjunto de interneuronas inhibitorias va a una región del cerebro en el desarrollo temprano para establecer un patrón para una red más tardía.

EL PAPEL DEL TÁLAMO 

En concreto, el trabajo descubrió que durante el desarrollo del ratón, las interneuronas de la somatostatina en las capas más profundas formadas temprano en la corteza reciben densas entradas temporales de la región cerebral llamada tálamo. Entonces, interneuronas SST conectan estrechamente las células excitadoras en las que influyen (neuronas piramidales) y las interneuronas PV que eventualmente las sustituirán. De esta manera, el tálamo, que se forma temprano para procesar la información sensorial, guía la formación de la corteza.

Los investigadores encontraron que si los circuitos nerviosos SST no están en su lugar al comienzo, nunca se forman posteriormente redes de interneuronas PV. La interrupción de las primeras redes SST detiene la maduración de las entradas nerviosas desde el tálamo a las interneuronas PV, causando defectos de cableado evidentes en el flujo más bajo y disparando la velocidad de los circuitos afectados.

"En el futuro, es posible que podamos usar la terapia génica --virus despojados de su capacidad de causar enfermedad, pero capaces de penetrar en las células y el ADN editado_para fijar en unos errores interneuronales específicos establecidos en los patrones de SST defectuosos", dice Fishell, director del Programa de Neurociencia Smillow y director asociado del Instituto de Neurociencia Druckenmiller en 'NYU Langone'.