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1 de Noviembre de 2016
Biofísica

Desplegar el cerebro

Nuevos experimentos con geles expansivos han reavivado la idea de que la formación de circunvoluciones en el cerebro humano está modulada por fuerzas físicas, y no solo por procesos genéticos, biológicos o químicos.

Una ingeniosa combinación de experimentos y simulaciones ha permitido poner a prueba un modelo físico concebido hace cuarenta años para explicar la formación de pliegues corticales. Se muestran dos secciones de la simulación (arriba), y la imagen de resonancia magnética (abajodel cerebro de un feto humano, de 29 y 34 semanas de gestación. [De: «On the growth and form of cortical convolutions», T. Tallinen et al. en Nature Physics, vol. 12, págs. 588-593, junio de 2016.]

Hace cuatro décadas, un grupo de Harvard propuso un modelo físico de crecimiento diferencial para explicar la formación de pliegues durante el desarrollo del cerebro humano. Aquel modelo desató controversia, pues ponía en entredicho la creencia generalizada de que la morfogénesis superficial, la emergencia de patrones y la evolución de la forma del cerebro eran procesos puramente biológicos. Ahora, en un artículo publicado en Nature Physics, Tuomas Tallinen y sus colaboradores, también de Harvard, han aportado la primera prueba empírica sobre la teoría del crecimiento diferencial y han demostrado que las fuerzas físicas, y no solo los procesos bioquímicos, desempeñan un papel clave en el desarrollo del sistema nervioso. El hallazgo reviste un gran potencial para el diagnóstico, tratamiento y prevención de una amplia variedad de trastornos neurológicos.

En promedio, un cerebro humano adulto presenta un volumen de 1200 centímetros cúbicos, una superficie de 2000 centímetros cuadrados y un grosor cortical de 2,5 milímetros. Se calcula que nuestro órgano contiene unos 100.000 millones de neuronas, 20.000 millones de las cuales se hallan en su capa más externa, la corteza cerebral. Cada neurona cortical está conectada a otras 7000 neuronas, lo que da lugar a 150 billones de conexiones y a más de 150.000 kilómetros de fibras nerviosas.

La girificación, el proceso por el que se produce el plegamiento cortical, parece ser un mecanismo clave que maximiza el número de neuronas de la corteza y minimiza la distancia entre ellas. En los humanos, comienza hacia la semana 23 de gestación. El cerebro continúa después creciendo hasta la edad adulta (unas 20 veces en volumen y 30 en superficie), pero el grosor de la corteza apenas varía. Sin embargo, el plegamiento puede ir mal: una disminución o un aumento apreciables en el número de circunvoluciones (anomalías conocidas como lisencefalia y polimicrogiria, respectivamente) suelen ir asociados a trastornos graves, como convulsiones, disfunciones motoras, retraso mental o del desarrollo. Con el fin de abordar los secretos biológicos del desarrollo cerebral, los expertos han considerado teorías filogenéticas, neurogenéticas y bioquímicas. Hasta la fecha, sin embargo, los mecanismos responsables del plegamiento cortical han permanecido ocultos.

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