Redes que atesoran los secretos del cerebro

Los viejos estudios modulares de neuroimagen, que asocian regiones cerebrales con funciones concretas, han dado paso a un nuevo paradigma basado en redes neuronales que tiene en el Proyecto Conectoma Humano su máximo exponente. La conexión e interacción de dos o más regiones explica de forma mucho más satisfactoria los mecanismos implicados en la percepción, la memoria o los trastornos psiquiátricos. La investigación en este ámbito está en sus albores, pero ya ha logrado que el cerebro revele algunos de sus secretos mejor guardados.

María Sánchez-Monge | 03/09/2012 00:00

El Proyecto Conectoma Humano, iniciado en 2009, utiliza técnicas de neuroimagen para desvelar cómo funcionan las redes neuronales. (Photos.com)

"Somos nuestro conectoma". Así lo aseguran quienes centran sus esfuerzos en lograr el mapa de la conectividad espacial punto a punto de las vías neuronales del cerebro. Se trata de una empresa tan ambiciosa como imposible de alcanzar a corto o medio plazo. Por suerte, no es imprescindible obtener una panorámica completa para empezar a desentrañar cómo afectan al comportamiento y la cognición las redes neurales funcionales que conforman las interconexiones de los aproximadamente cien mil millones de neuronas del sistema nervioso humano.

Los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos financian desde 2009 el denominado Proyecto Conectoma Humano, en el que participan diversas universidades de ese país con la colaboración de científicos de otras naciones. La iniciativa Blue Brain, en la que España interviene de forma destacada, también se adentra en los secretos del cerebro humano y explora el conectoma y el sinaptoma. La investigación en este campo se apoya en las técnicas más avanzadas de neuroimagen.

Estudios con gemelos ponen de manifiesto que la integridad de las conexiones cerebrales está sometida a un fuerte control genético

Uno de los impulsores del programa estadounidense, Arthur Toga, director del Laboratorio de Neuroimagen de la Universidad de California en Los Ángeles, explica que el funcionamiento del cerebro "depende de la comunicación entre neuronas organizada tanto de forma local como en circuitos ampliamente distribuidos, lo que da lugar a un vasto y extraordinariamente complicado conjunto de sistemas cerebrales interconectados".

Hallazgos sorprendentes

De este complejo entramado ya están empezando a emerger descubrimientos relevantes, algunos de los cuales resultan especialmente llamativos. Por ejemplo, se han observado diferencias en la conectividad cerebral de los hemisferios izquierdo y derecho.

Por otro lado, el grupo de Toga ha realizado estudios con imágenes con tensor de difusión (DTI) en más de 700 gemelos que ponen de manifiesto que la integridad de las conexiones cerebrales se encuentra sometida a un fuerte control genético.

Los portadores sanos de ciertos genes relacionados con el autismo, como una variante en 'CNTNAP2', presentan una conectividad alterada

Genoma y conectoma
De hecho, los primeros análisis de genoma completo basados en el conectoma han permitido descubrir variantes específicas en el genoma humano que afectan a la conectividad.

Entre otros hallazgos, se ha comprobado que los portadores sanos de ciertos genes relacionados con el autismo, como una variante muy prevalente en CNTNAP2, presentan una conectividad alterada que podría aportar información de gran interés sobre las disfunciones cerebrales características del autismo.

Cociente intelectual

También se han publicado estudios que demuestran que un mayor cociente intelectual está asociado a la existencia de una red cortical más eficiente.

Todos estos hallazgos no son más que la punta del iceberg de lo que está por llegar. En palabras de Toga, "las similitudes y divergencias que marcan la diversidad normal nos ayudarán a entender las variaciones entre personas y a caracterizar las influencias genéticas en el desarrollo cerebral y en el declive propio del envejecimiento". Pero, sobre todo, cree que ayudarán a entender qué es lo que pasa en un cerebro afectado por trastornos como el autismo, la esquizofrenia o el Alzheimer.

EL PODER DE 302 NEURONAS

El conectoma del nematodo Caenorhabditis elegans, cuyo sistema nervioso sólo tiene 302 neuronas, se publicó en 1986, después de más de una década de intensa investigación. Este organismo modelo en disciplinas como la genética ha sido también el punto de partida para el estudio de las conexiones neuronales en el ser humano. Un estudio publicado recientemente en Science, realizado por investigadores de la Escuela de Medicina Albert Einstein, de Nueva York, ha revelado las redes neuronales que controlan el apareamiento en el macho de C. elegans. Este avance ha sido posible gracias al desarrollo de un programa informático específico que ha analizado una serie de 5.000 micrografías electrónicas del nematodo.
Al parecer, el apareamiento requiere la actividad de 144 neuronas, es decir, casi la mitad de las que posee este ser vivo. El estudio describe los circuitos neuronales asociados al comportamiento sexual, en los que están involucradas unas 8.000 sinapsis.Este conectoma, en el que intervienen varias clases de neuronas -sensoriales, motoras e interneuronas-, muestra la forma en la que las neuronas sensoriales interpretan las señales del entorno y las traducen en el comportamiento propio del apareamiento: locomoción, postura e inseminación.
Los científicos creen que estos principios fundamentales que determinan el comportamiento sexual de C. elegans podrían ayudar a comprender las conexiones neuronales que rigen el apareamiento en los mamíferos.

CONEXIONES ABERRANTES Y SALUD MENTAL

Los miles de millones de posibles conexiones neuronales permiten aventurar que quienes han elegido este campo de estudio tienen tarea suficiente para las próximas décadas. Uno de los terrenos en los que se trabaja más intensamente es el de la psicopatología, ya que se ha constatado que en todos los trastornos mentales graves existen patrones de conectividad aberrante. Una revisión publicada en Neuron por Joshua Buckholtz y Andreas Meyer-Lindenberg, de la Universidad de Cambridge (Boston, Estados Unidos) y la Universidad de Heidelberg (Manheim, Alemania), analiza el conocimiento adquirido con los métodos de imagen cerebral funcional y llega a la conclusión de que las alteraciones de los circuitos neuronales están relacionadas sobre todo con la susceptibilidad a padecer disfunciones en alguna de las grandes áreas de la psicopatología, en vez de con trastornos concretos.Los autores consideran que los análisis de conectividad pueden aportar claves interesantes en el debate sobre la clasificación de las enfermedades mentales. En este sentido, afirman que los patrones de conectividad anómala avalan el enfoque transdiagnóstico, que explicaría la gran comorbilidad que se observa en las distintas categorías diagnósticas.