Los científicos de Salk descubren un requisito previamente desconocido para el desarrollo del cerebro

Los científicos de Salk descubren un requisito previamente desconocido para el desarrollo del cerebro

El cerebro requiere información talámica y genética para establecer adecuadamente áreas esenciales para la visión y otros sentidos.

LA JOLLA—Los científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos han demostrado que las regiones sensoriales del cerebro se desarrollan de una manera fundamentalmente diferente a lo que se pensaba anteriormente, un hallazgo que puede brindar nuevos conocimientos sobre los trastornos visuales y neurales.

En un artículo publicado el 7 de junio de 2013, en Ciencia:, Salk investigador dennis o'leary y sus colegas han demostrado que los genes por sí solos no determinan cómo crece la corteza cerebral en áreas funcionales separadas. En cambio, muestran que se requiere de manera crucial la entrada del tálamo, la principal estación de conmutación en el cerebro para la información sensorial.

O'Leary ha realizado estudios pioneros en "arealización", la forma en que la neocorteza, la región principal de la corteza cerebral, desarrolla áreas específicas dedicadas a funciones particulares. En un artículo histórico publicado en Ciencia: en 2000, demostró que dos genes reguladores eran los responsables fundamentales del patrón general de la neocorteza y, desde entonces, ha demostrado funciones distintas para otros genes en este proceso. En esta nueva serie de experimentos con ratones, su laboratorio se centró en el sistema visual y descubrió un giro nuevo e inesperado en la historia.

"Para que funcione correctamente, es esencial que las áreas corticales estén mapeadas correctamente, y es esta arquitectura la que se pensaba que estaba preprogramada genéticamente", dice O'Leary, titular de la Cátedra Vincent J. Coates en Neurobiología Molecular. en Salk. "Para nuestra sorpresa, descubrimos que la entrada talámica juega un papel esencial mucho antes en el desarrollo del cerebro".

Visión se transmite desde el mundo exterior a las áreas de procesamiento dentro del cerebro. El relé comienza cuando la luz llega a la retina, una delgada tira de células en la parte posterior del ojo que detecta el color y los niveles de luz y codifica la información como señales eléctricas y químicas. A través de las células ganglionares de la retina, esas señales se envían al Núcleo Geniculado Lateral (LGN), una estructura en el tálamo.

En el próximo paso importante en el relevo, el LGN dirige las señales hacia el área visual primaria (V1) en la neocorteza, una estructura de múltiples capas que se divide en áreas funcional y anatómicamente distintas. V1 comienza el proceso de extracción de información visual, que luego es llevada a cabo por áreas visuales de "orden superior" en la neocorteza que son de vital importancia para la percepción visual. Como partes de una máquina, las funciones de estas áreas son tanto individuales como integradas. El daño en un área diminuta puede provocar extraños trastornos visuales en los que una persona puede ver una pelota en movimiento y, sin embargo, no percibir que está en movimiento.

El dogma actual sostiene que esta arquitectura básica está completamente determinada genéticamente, y que los aportes ambientales solo desempeñan un papel más adelante en el desarrollo. Uno de los ejemplos más famosos de esta idea es el trabajo ganador del Premio Nobel de los neurocientíficos visuales David Hubel y Torsten Wiesel, que demostró que existe un “período crítico” de sensibilidad en la visión. Su hallazgo se interpretó comúnmente como una advertencia de que, sin exposición a estímulos visuales básicos en una etapa temprana de la vida, incluso una persona con un cerebro sano no podrá ver correctamente.

Descubrimientos posteriores en la plasticidad neuronal sugirieron de manera más optimista que la privación temprana se puede superar y que el cerebro puede incluso generar nuevas neuronas en áreas específicas. Sin embargo, esto aún reforzó la idea de que las influencias ambientales podrían modificar la arquitectura neuronal, pero solo la genética podría hacerlo. establecer cómo se distribuirían las áreas corticales.

Sin embargo, en su nuevo estudio, O'Leary y los coautores del artículo, Shen-Ju Chou y Zoila Babot, investigadores postdoctorales en el laboratorio de O'Leary, muestran que la genética solo proporciona un amplio campo en la neocorteza para áreas visuales.

Cuando crearon ratones mutantes que desconectaron el vínculo entre el tálamo y la corteza, pero solo después de que se completó el desarrollo cortical temprano, descubrieron que las áreas visuales primarias y de orden superior no se diferenciaban entre sí como deberían.

“Nuestra nueva comprensión es que los genes solo crean una disposición aproximada de las áreas corticales”, explica O'Leary. “Debe haber información talámica para desarrollar la diferenciación fina necesaria para un procesamiento sensorial adecuado”.

Esencialmente, si el cerebro fuera una casa, los genes determinarían qué áreas serían los dormitorios. La entrada talámica proporciona los detalles, distinguiendo lo que será el dormitorio principal, un dormitorio infantil, un dormitorio de invitados, etc. “El tamaño y la ubicación de las áreas dentro de la corteza en general no cambia, pero sin la entrada talámica del LGN, el proceso de diferenciación crítico que crea áreas visuales primarias y de orden superior no ocurre”, dice O'Leary.

Dado que la mayoría de las modalidades sensoriales (vista, oído, tacto) se dirigen a través del tálamo a la corteza, este experimento puede sugerir por qué, cuando alguien carece de una modalidad sensorial desde el nacimiento, ese individuo tiene más dificultades para procesar la información sensorial restaurada que alguien que perdió el sentido más tarde. en la vida. Pero además, como dice O'Leary, "los cambios más sutiles en la información talámica en los humanos probablemente también darían lugar a cambios en la neocorteza que bien podrían tener un impacto sustancial en la capacidad de procesar la visión u otros sentidos, y conducir al comportamiento anormal.”

O'Leary dice que su laboratorio planea continuar explorando los vínculos entre cómo se establecen las áreas corticales del cerebro y varios trastornos del desarrollo, como autismo.

Otros investigadores del estudio fueron Axel Leingärtner y Yasushi Nakagawa del Instituto Salk, y Michele Studer, del Instituto de Biología Valrose, INSERM en Francia.

Este trabajo fue apoyado por la Los Institutos Nacionales de Salud, la Agence National de la Recherche 2009 Programa Chaires dâ Excellence, la Ministerio de Educación y Ciencia de España y del Generalitat de Catalunya.

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.

Los logros de la facultad han sido reconocidos con numerosos honores, incluidos premios Nobel y membresías en la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el pionero de la vacuna contra la polio Jonas Salk, MD, el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.