Un estudio conecta los puntos entre los genes y el comportamiento humano

Un estudio conecta los puntos entre los genes y el comportamiento humano

Una colaboración internacional mapea marcadores genéticos del desarrollo cerebral en personas con síndrome de Williams

LA JOLLA, CA—Establecer vínculos entre los genes, el cerebro y el comportamiento humano es un tema central en la investigación de la neurociencia cognitiva, pero ha resultado difícil estudiar cómo los genes influyen en las habilidades cognitivas y el comportamiento a medida que el cerebro se desarrolla desde la niñez hasta la edad adulta.

Ahora, un equipo internacional de científicos ha hecho avances para comprender cómo los genes influyen en la estructura del cerebro y las capacidades cognitivas y cómo los circuitos neuronales producen el lenguaje.

El equipo estudió a individuos con un raro trastorno conocido como Síndrome de Williams. Al medir la actividad neuronal en el cerebro asociada con las distintas habilidades del lenguaje y las habilidades de reconocimiento facial que son típicas del síndrome, demostraron que Williams no se debe a un solo gen sino a distintos subconjuntos de genes, lo que sugiere que el síndrome es más complejo que pensó originalmente.

"Las soluciones para comprender las conexiones entre los genes, los circuitos neuronales y el comportamiento ahora están surgiendo de una unión única de genética y neurociencia", dice Julie Korenberg, profesora de la Universidad de Utah y profesora adjunta en el Instituto Salk, quien dirigió los aspectos genéticos en el nuevo estudio.

El estudio fue dirigido por Debra Mills, profesora de neurociencia cognitiva en la Universidad de Bangor en Gales. Úrsula Bellugi, profesor del Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, también participó integralmente en la investigación.

Korenberg estaba convencido de que con el enfoque de Mills de medir directamente la activación eléctrica del cerebro, podrían resolver el enigma de qué genes eran precisamente los responsables de construir el cableado cerebral que subyace a las diferentes reacciones a los rostros humanos en el síndrome de Williams.

“También descubrimos”, dice Mills, “que en las personas con síndrome de Williams, el cerebro procesa el lenguaje y las caras de manera anormal desde la primera infancia hasta la mediana edad. Esto fue una sorpresa porque estudios previos habían sugerido que parte del cerebro de Williams funciona normalmente en la edad adulta, con poca comprensión de cómo se desarrolló”.

Los resultados del estudio se publicaron el 12 de noviembre de 2013 en Neuropsicología del desarrollo.

El síndrome de Williams es causado por la eliminación de una de las dos copias habituales de aproximadamente 25 genes del cromosoma 7, lo que provoca un deterioro mental. Casi todas las personas con la afección carecen de estos mismos genes, aunque algunas personas raras conservan uno o más genes que la mayoría de las personas con Williams han perdido. Korenberg fue el pionero en el estudio de estos individuos con deleciones parciales de genes como una forma de recopilar pistas sobre la función específica de esos genes y redes de genes. El síndrome afecta aproximadamente a 1 de cada 10,000 20,000 personas en todo el mundo, incluidas entre 30,000 XNUMX y XNUMX XNUMX personas en los Estados Unidos.

Aunque las personas con Williams experimentan retrasos en el desarrollo y problemas de aprendizaje, son excepcionalmente sociables y poseen notables habilidades verbales y habilidades de reconocimiento facial en relación con su coeficiente intelectual más bajo. Bellugi ha observado durante mucho tiempo que la sociabilidad también parece impulsar el lenguaje y ha pasado gran parte de su carrera estudiando a las personas con síndrome de Williams.

“Williams nos ofrece una ventana a cómo funciona el cerebro en muchos niveles diferentes”, dice Bellugi. “Tenemos las herramientas para medir las diferentes habilidades cognitivas asociadas con el síndrome y, gracias a Julie y Debbie, ahora podemos combinar esto con estudios de los aspectos genéticos y neurológicos subyacentes”.

Sospechando que genes específicos podrían estar en los orígenes de la plasticidad cerebral, cambios funcionales en el cerebro que ocurren con nuevos conocimientos o experiencias, y que estos genes podrían estar relacionados con las habilidades inusuales de aquellos con Williams, el equipo inscribió a personas de varias edades en su estudio. Se basaron en niños, adolescentes y adultos que tenían la deleción genética completa del síndrome de Williams y los compararon con sus compañeros no afectados. Su estudio también es significativo por ser uno de los primeros en examinar la estructura del cerebro y su funcionamiento en niños con Williams. Y, como predijo Korenberg, una pieza crítica del rompecabezas provino de incluir en su estudio a dos adultos con deleciones genéticas parciales de Williams.

Usando sensores altamente sensibles para medir la actividad cerebral, los investigadores, dirigidos por Mills, presentaron a los participantes del estudio estímulos visuales y auditivos en forma de rostros desconocidos y oraciones habladas. Registraron los pequeños cambios en el voltaje generado por las áreas del cerebro que responden a estos estímulos, un proceso conocido como potenciales relacionados con eventos (ERP). Mills fue el primero en publicar estudios sobre el síndrome de Williams usando ERP, desarrolló los marcadores ERP para este estudio y supervisó su diseño y análisis.

Mills identificó marcadores ERP de plasticidad cerebral en el síndrome de Williams en niños y adultos de diferentes edades y etapas de desarrollo. Estos hallazgos son importantes porque los cerebros de las personas con Williams están estructurados de manera diferente a los de las personas sin el síndrome. En el cerebro de Williams, las áreas dorsales (a lo largo de la espalda y la parte superior), que ayudan a controlar la visión y la comprensión espacial, son demasiado pequeñas. Las áreas ventrales (en la parte delantera e inferior), que influyen en el lenguaje, el reconocimiento facial, la emoción y el impulso social, son de tamaño relativamente normal.

Anteriormente se creía que en las personas con Williams, la parte ventral del cerebro funcionaba con normalidad. Lo que el equipo descubrió, sin embargo, fue que esta área del cerebro también procesaba la información de manera diferente a las que no tenían el síndrome, y lo hacía a lo largo del desarrollo, desde la niñez hasta la edad adulta. Esto sugiere que el cerebro estaba compensando para analizar la información; en otras palabras, estaba exhibiendo plasticidad. De importancia adicional, los distintos marcadores ERP identificados por Mills son tan característicos de la diferente organización cerebral en Williams que esta información por sí sola es aproximadamente un 90 por ciento precisa cuando se analiza la actividad cerebral para identificar a alguien con síndrome de Williams.

Otros hallazgos clave del estudio resultaron de la comparación de los ERP de los participantes con deleción completa de Williams con aquellos con deleciones genéticas parciales. Si bien las pruebas psicológicas centradas en el reconocimiento facial no muestran diferencias entre estos grupos, los científicos encontraron diferencias en estas capacidades de reconocimiento en las mediciones de ERP, que analizan directamente la actividad neuronal. Por lo tanto, los científicos pudieron ver cómo diferencias genéticas muy leves afectaban la actividad cerebral, lo que les permitirá identificar los roles de los subconjuntos de genes Williams en el desarrollo del cerebro y en las habilidades de reconocimiento facial de los adultos.

Al combinar a estas personas únicas en un millón con herramientas capaces de medir directamente la actividad cerebral, los científicos ahora tienen la oportunidad sin precedentes de estudiar los fundamentos genéticos de los trastornos mentales. Los resultados de este estudio no solo avanzan en la comprensión científica de los vínculos entre los genes, el cerebro y el comportamiento, sino que también pueden conducir a nuevos conocimientos sobre trastornos como el autismo, el síndrome de Down y la esquizofrenia.

“Al reducir en gran medida los genes específicos involucrados en los trastornos sociales, nuestros hallazgos ayudarán a descubrir objetivos para el tratamiento y proporcionarán medidas mediante las cuales estos y otros tratamientos tienen éxito para aliviar la desesperación del autismo, la ansiedad y otros trastornos”, dice Korenberg.

La investigación fue apoyada por subvenciones de la Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano.; El Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidente Cerebrovascular; y el Iniciativa de ciencia, tecnología e investigación de Utah.

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:
El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la orientación de futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

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