La neuroplasticidad es un proceso de por vida. Algunas formas de plasticidad, como la modificación de las conexiones sinápticas, tienen lugar continuamente y son vitales para las funciones mentales cotidianas, como el aprendizaje y la memoria.
Por otra parte, la neurogénesis se limita en gran medida al desarrollo prenatal, alcanzando su punto máximo entre las 10 y 16 semanas de desarrollo fetal, durante las cuales el cerebro embrionario genera unas 250.000 neuronas por minuto. El cerebro sigue produciendo nuevas células después del nacimiento, pero la tasa de producción disminuye rápidamente en los primeros años de vida. El cerebro adulto también produce nuevas células pero, hasta donde sabemos, su capacidad para hacerlo está severamente limitada.
De la misma manera, la formación de sinapsis comienza en el útero. En el momento del nacimiento, se estima que se forman 2 millones de sinapsis cada minuto, pero la actividad de los genes implicados en la formación de sinapsis alcanza su máximo nivel alrededor de los 5 años de edad. Las primeras experiencias de la vida tienen efectos significativos en el desarrollo de los circuitos neuronales, y esos efectos aparentemente pueden persistir durante toda la vida. Por lo tanto, las experiencias que tenemos como niños pequeños pueden predisponernos a patrones particulares de comportamiento en la edad adulta.
La adolescencia está marcada de forma similar por cambios significativos en la distribución de la materia blanca, así como por la eliminación de un gran número de sinapsis, lo que reduce el número total de sinapsis en el cerebro en un 40%. Ambos procesos son vitales para una maduración cerebral adecuada, y ambos están asociados con cambios en el comportamiento. La formación de sinapsis y la poda también se producen continuamente a lo largo de la vida, y ahora se cree que ambos son vitales para el funcionamiento normal del cerebro.
Parece que el cerebro que envejece también experimenta cambios neuroplásticos estereotípicos que están asociados con cambios en la función mental; la senescencia también parece estar marcada por cambios estructurales y funcionales del cerebro que contribuyen no sólo al deterioro progresivo de la función mental, sino también a la capacidad de compensar, o trabajar en torno a los cambios asociados con el declive cognitivo relacionado con la edad.
Plasticidad prenatal
El desarrollo adecuado del cerebro depende en gran medida de la estimulación sensorial y de la actividad cerebral espontánea en la infancia y la primera infancia. Los cambios estructurales y funcionales inducidos por esta actividad son críticos para el surgimiento de circuitos neuronales saludables y funcionales. Estos procesos de desarrollo se encuentran entre los más conocidos y comprendidos de todos los cambios neuroplásticos, gracias al trabajo pionero realizado por Hubei y Wiesel en los años 60. De hecho, la neuroplasticidad comienza a dar forma a los circuitos neuronales a medida que se van depositando en el útero. A mediados del segundo trimestre (20-23 semanas) comienzan a formarse las conexiones de largo alcance de los sistemas sensoriales, lo que permite al feto detectar estímulos ambientales de diversa índole, y esos estímulos pueden afinar los circuitos mucho antes del nacimiento, al igual que lo hacen en los primeros años de vida. Sin embargo, nuestro conocimiento de la plasticidad prenatal es todavía limitado, sobre todo porque es mucho más difícil investigar estos procesos en el útero. Los primeros estudios realizados en la década de 1950 utilizaron la electroencefalografía (EEG): se colocaron electrodos en el abdomen de la madre para registrar las ondas cerebrales fetales durante el parto. Aunque bastante burdo, este método mostró que hay distintos patrones de ondas cerebrales asociados con el estrés fetal, las anormalidades neurológicas y el daño cerebral sufrido al nacer, sugiriendo que la actividad cerebral durante el período prenatal puede a veces predecir los resultados del desarrollo.
Hoy en día, un número creciente de estudios están utilizando técnicas de neuroimagen funcional para investigar la función cerebral del feto. El sistema auditivo es actualmente el mejor estudiado, ya que es fácil proporcionar estímulos sonoros al feto. Las células ciliadas de la cóclea, que convierten las ondas sonoras en impulsos eléctricos, son funcionales a mediados del segundo trimestre; por el contrario, el sistema visual tiene muy poca entrada sensorial en este momento y no se vuelve completamente funcional hasta después del nacimiento. Así pues, en el útero surgen capacidades de discriminación auditiva que permiten a los recién nacidos reconocer los sonidos que oyeron antes de nacer y distinguir la voz de su madre de la de otras personas y alcanzar la madurez plena en las tres primeras semanas de vida. Este trabajo muestra claramente que procesos cognitivos como la atención y la memoria están presentes antes del nacimiento, y los investigadores están utilizando ahora estas diversas técnicas de neuroimagen para aprender más sobre cómo y cuándo surgen. El trabajo está todavía en su infancia, pero a medida que nuestro conocimiento y tecnología se vuelven más sofisticados, seguramente aprenderemos mucho más. Una mejor comprensión de estos procesos podría proporcionar una comprensión de condiciones como el autismo, la dislexia y, posiblemente, la esquizofrenia, que algunos consideran ahora como un trastorno del desarrollo.
Experiencias de la vida temprana
Un estudio histórico publicado en 2004 demostró que la calidad de los cuidados que los cachorros de rata reciben de su madre influye en su comportamiento como adultos. Las madres de ratas muestran diferencias individuales en el cuidado materno, con algunas atendiendo y amamantando a sus crías más frecuentemente que otras. Los cachorros que son repetidamente lamidos y aseados durante la primera semana de vida son más capaces de hacer frente al estrés y a situaciones de miedo en la edad adulta, en comparación con aquellos que tuvieron poco o ningún contacto con sus madres. Estas diferencias se asocian con alteraciones en la actividad del gen receptor del glucocorticoide en el hipocampo. El receptor glucocorticoide desempeña un papel fundamental en la respuesta al estrés, y los cachorros que recibieron altos niveles de atención de sus polillas lo expresaron a niveles más altos que los que recibieron menos atención. Estos efectos se atribuyen a las modificaciones epigenéticas del ADN, que alteran la expresión de los genes al cambiar la estructura física de la región cromosómica que contiene los genes. El lamido y el acicalamiento frecuentes provocaron cambios epigenéticos que abrieron la región cromosómica que contenía el gen del receptor glucocorticoide y la hicieron más accesible a la maquinaria de síntesis de proteínas de la célula, mientras que la falta de atención materna causó diferentes modificaciones epigenéticas que cerraron el cromosoma y redujeron la actividad de los genes.
Un hallazgo clave de esta investigación es que las modificaciones epigenéticas -y los comportamientos asociados a ellas- son reversibles: Cuando los cachorros de rata son descuidadas por sus madres, son fomentados por otras más atentas, el lamido y el aseo que reciben elimina las marcas epigenéticas que silencian el gen receptor del glucocorticoide, de modo que su respuesta al estrés es comparable a la de los cachorros que recibieron todo el tiempo cuidados maternos de alta calidad. Las marcas también podrían revertirse tratando a los cachorros con un producto químico que bloquee este tipo específico de modificación epigenética. |  |
Un trabajo de la investigadora Silvia Fuentes y sus colaboradores publicado en Frontiers in Behavioral Neuroscience, dirigido por Roser Nadal y Antonio Armario, del Instituto de Neurociencias de la UAB, investiga algunos de los efectos a largo plazo de un tratamiento estresante en la niñez.
Un estudio de seguimiento realizado por los mismos investigadores sugiere que estos hallazgos se traducen a los humanos. Realizaron exámenes postmortem de los cerebros de los niños maltratados
que se habían suicidado de adultos, y los comparó con los cerebros de víctimas de suicidio que no habían sido abusados de niños y con los de aquellos que habían muerto por otras causas. Descubrieron que el hipocampo de las víctimas de suicidio que habían sido abusadas cuando eran niños tenía niveles significativamente más bajos de ARN mensajero del receptor de glucocorticoides que los de los otros dos grupos.
Crecer en la pobreza tiene efectos graves y persistentes en el desarrollo del cerebro que pueden afectar tanto a la salud de los hombres como a la salud física en la edad adulta.
En los últimos 15 años aproximadamente, los investigadores se han interesado cada vez más en investigar la relación entre el desarrollo del cerebro y la situación socioeconómica. Durante muchos años hemos sabido que las personas más pobres tienden a ser más insalubres, a tener menos acceso a la atención sanitaria y a morir más jóvenes que los que están en mejor situación, y la imagen que surge ahora es que crecer en la pobreza tiene efectos graves y persistentes en el desarrollo del cerebro que pueden afectar tanto a la salud mental como a la física en la edad adulta. Este trabajo muestra que, en general, el estatus socioeconómico está asociado con variaciones en la composición y función de ciertas estructuras cerebrales. Los niños de entornos más pobres tienen un menor volumen de materia gris en el hipocampo, por ejemplo, y también presentan diferencias en la actividad de la amígdala y el córtex prefrontal, en comparación con los que están en mejor situación. Estas características se asocian con deficiencias en dominios tales como la atención, la memoria y la regulación emocional.
El cerebro humano alcanza alrededor del 80% de su tamaño adulto a los 2 años de edad, y su crecimiento es casi completo a los 10 años. Sin embargo, ahora sabemos que los extensos cambios plásticos siguen teniendo lugar a finales de la adolescencia y después.
La labor sobre la situación socioeconómica y la epigenética concuerda con las conclusiones de numerosos estudios sobre animales en relación con los efectos del enriquecimiento ambiental, y también con las de investigaciones anteriores sobre la privación de la maternidad. Parece confirmar que la estimulación mental y las relaciones amorosas son esenciales para el correcto desarrollo del cerebro, e inmediatamente sugiere múltiples intervenciones que podrían romper el círculo vicioso de la pobreza, revirtiendo o al menos minimizando las consecuencias de la negligencia o el abuso en la infancia. Los estudios sobre niños abandonados en orfanatos rumanos empobrecidos parecen apoyar esta idea. Las privaciones dejaron a la mayoría de esos niños con graves deficiencias cognitivas y dificultades de aprendizaje, pero éstas podrían revertirse, al menos en parte, mediante la colocación en hogares de guarda: cuanto antes se colocara a un niño en un hogar de guarda, menos graves serían sus deficiencias más adelante. Pero es muy difícil comprobar si las modificaciones epigenéticas asociadas con el estrés en los primeros años de vida también son reversibles en los seres humanos, y muchos investigadores se centran en cambio en lo que hace que algunas personas sean más resistentes que otras a los efectos del estrés y las adversidades de los primeros años de vida.
Los estudios de escaneo del cerebro revelan ciertas asociaciones, más que relaciones causales, entre la pobreza y la estructura y función del cerebro. La condición socioeconómica es una noción compleja que suele incorporar el nivel de educación, ingresos y ocupación de una persona; crecer en la pobreza causa estrés crónico, que a su vez tiene un efecto dramático en el desarrollo del cerebro, pero a menudo implica otros numerosos factores, como la malnutrición, así como factores de tipo social, cultural y ecológico.
Adolescencia
El cerebro humano alcanza alrededor del 80% de su tamaño adulto a los 2 años de edad, y su crecimiento está casi completo a los 10 años. Sin embargo, ahora sabemos que los cambios plásticos extensos continúan teniendo lugar al final de la adolescencia y más allá, y por lo tanto, el cerebro no alcanza su plena madurez hasta mediados de los años veinte, o tal vez incluso más tarde. El adolescente estereotípico tiene hormonas furiosas y emociones intensas, valora enormemente la aprobación de sus compañeros y puede correr grandes riesgos para conseguirla.
Los adolescentes y los adultos jóvenes corren un mayor riesgo de desarrollar ansiedad, estrés, depresión y esquizofrenia, y todo esto está estrechamente relacionado con los cambios continuos que se producen en el cerebro desde finales de la infancia hasta la joven edad adulta. La corteza prefrontal, en particular, no sufre cambios estructurales y funcionales prolongados a lo largo de la adolescencia, y ahora sabemos que esta región no alcanza la plena madurez hasta finales de los años veinte. Se suele decir que esta región del cerebro es la sede del intelecto: sirve para las funciones ejecutivas como la planificación, la toma de decisiones y la regulación de las emociones. El examen postmortem de muestras de tejido cerebral de personas de diferentes edades muestra que la densidad de las espinas dendríticas en la corteza prefrontal aumenta en la infancia pero luego comienza a disminuir gradualmente después de la pubertad. Los estudios longitudinales, en los que se escanean los cerebros de los voluntarios repetidamente a intervalos de dos años, muestran además que la densidad de la materia gris y el grosor del área prefrontal aumentan en la infancia tardía y en la adolescencia temprana, alcanzando su máximo a los 12 años. De forma similar, el volumen de materia blanca en la corteza prefrontal aumenta constantemente durante la infancia y la adolescencia,
Y luego las mesetas en la joven edad adulta. Los aumentos y disminuciones en la densidad de la materia gris se atribuyen generalmente a la formación de sinapsis y a la poda, respectivamente, y los cambios en el volumen de la materia blanca a la redistribución de la mielina por los oligodendrocitos. Los escáneres cerebrales no pueden confirmar que ninguno de los cambios observados ocurra debido a estos procesos; sin embargo, estos cambios refinan lentamente los circuitos prefrontales, reorganizan sus conexiones sinápticas y mejoran su conectividad con otras regiones del cerebro. En consecuencia, la corteza prefrontal se hace más eficiente, y con ello mejoran la toma de decisiones y otras funciones ejecutivas.
Paternidad
Convertirse en padre es otra experiencia natural que induce a la neuroplasticidad. Sin embargo, apenas estamos empezando a entender cómo la paternidad cambia el cerebro. La mayor parte del trabajo realizado hasta la fecha se ha llevado a cabo en roedores, pero ahora los investigadores han empezado a utilizar técnicas de neuroimagen funcional para visualizar cómo cambia el cerebro humano durante el embarazo y más allá. Los ratones recién nacidos hacen llamadas de "serpenteo" de baja frecuencia cuando tienen hambre, y vocalizaciones ultrasónicas de alta frecuencia cuando se sienten aislados. La madre aprende a responder apropiadamente a cada una de ellas, pero cuando se expone a ellas por primera vez, los neuronas de su corteza auditiva primaria comienzan a alterar sus respuestas a los sonidos para poder procesarlos e interpretarlos adecuadamente. Los experimentos en los que se registra la actividad de estas células con microelectrodos muestran que las vocalizaciones de alta frecuencia de los cachorros aumentan la proporción de intemetirones de rápido movimiento en el córtex auditivo primario de la madre que están sintonizados con su frecuencia. Esto puede alterar el equilibrio de la neurotransmisión excitadora e inhibidora, que desempeña un papel importante en la determinación del grado de sincronización de la actividad de las poblaciones de neuronas auditivas con la de las células de otras regiones del cerebro. La mera exposición a los olores de los cachorros mejora las respuestas de las neuronas de la corteza auditiva primaria de la madre a las vocalizaciones de los cachorros, así como la actividad espontánea de las células. También parece disminuir la actividad de los intemeurones de rápido movimiento, lo que también puede alterar el equilibrio entre la excitación y la inhibición.
Otros experimentos con animales muestran que la maternidad precoz se asocia tanto a la reorganización estructural como al aumento del volumen de materia gris en diversas regiones del cerebro, entre ellas la corteza prefrontal, el tálamo (que transmite información sensorial a las regiones apropiadas de la corteza), el hipotálamo (que sintetiza las hormonas maternas), la amígdala (que procesa la información emocional) y el estriado (que participa en la recompensa y la motivación). Algunos de estos cambios parecen estar estrechamente relacionados con la actitud de la madre hacia sus cachorros; las mayores diferencias se observan en los cerebros de los animales que interactúan más con sus cachorros, en comparación con los que interactúan menos. Todos los cambios subyacen en el comportamiento matemático, preparando el cerebro para la maternidad y aumentando la motivación de la madre para criar a su descendencia. (De acuerdo con estos hallazgos, las nuevas madres que sufren de depresión postnatal son menos sensibles al llanto de sus bebés, y también exhiben una menor conectividad entre las regiones cerebrales clave, y una alteración de la neurotransmisión del glutamato en el córtex prefrontal, en comparación con las que no lo hacen).
Los estudios de neuroimagen longitudinal confirman que se producen cambios estructurales similares en las madres humanas poco después de dar a luz. Y así como la actitud de la madre de un ratón hacia sus cachorros influye en el alcance de los cambios del cerebro materno, las actitudes de las madres humanas hacia sus bebés en el primer mes de nacimiento predicen el grado de que los volúmenes de materia gris aumentan en los siguientes meses. Tradicionalmente, las madres han sido las principales cuidadoras de sus hijos, y los padres se consideraban importantes sólo en su papel de sostén de la familia. Los hombres, sin embargo, se están involucrando cada vez más en la crianza de sus hijos.
Actualmente se reconoce la importancia de la relación entre padre e hijo, y las investigaciones están empezando a revelar que la paternidad también induce cambios plásticos en el cerebro. El primer estudio longitudinal de neuroimágenes para investigar los cambios anatómicos cerebrales asociados con la paternidad se publicó en 2014. Este estudio reveló que algunos de los cambios que tienen lugar son similares a los que ocurren en los cerebros de las nuevas madres. Los primeros cuatro meses después del nacimiento es un período esencial para que el vínculo entre padre e hijo crezca, y durante este tiempo se observan incrementos en el volumen del mate gris en el hipotálamo, la amígdala, el estriado y la corteza prefrontal. Por el contrario, el volumen de otras regiones del cerebro, en la corteza orbitofrontal, el giro cingulado y la ínsula, se observa una disminución. Se cree que estos cambios están relacionados con los cambios en el comportamiento y la actitud del padre, haciendo que el apego se revalorice y se fortalezca el vínculo entre el padre y el hijo; sin embargo, la forma en que estos factores se relacionan entre sí aún está lejos de ser clara.
El cerebro envejecido
A medida que envejecemos, la mayoría de nosotros experimentamos un declive relacionado con la edad en las funciones mentales como la atención, el aprendizaje, la memoria y el cambio de tareas, pero otros aspectos de la cognición, como la memoria de hechos y cifras y la capacidad de regular las emociones, a menudo pueden mejorar. Todos estos cambios pueden explicarse, al menos en parte, por los cambios graduales de la estructura y la función del cerebro.
A medida que envejecemos, la mayoría de nosotros experimentamos un declive relacionado con la edad en las funciones mentales como la atención, el aprendizaje, la memoria y el cambio de tareas, pero otros aspectos de la cognición -como la memoria de hechos y cifras, y la capacidad de regular las emociones- pueden a menudo mejorar.
Las investigaciones realizadas en roedores muestran que los ratones de edad avanzada tienen menos sinapsis en el hipocampo que los animales más jóvenes, y esto está asociado con los problemas de memoria. Las ratas de edad también muestran déficits en la potenciación a largo plazo, y son más susceptibles a la reversión de la LTP y también a la LTD. La dinámica de la red neuronal en el hipocampo también se ve comprometida en las ratas de edad, y esto se ha relacionado con déficits en el aprendizaje espacial.
Los estudios de escaneo cerebral realizados en humanos también revelan diferencias significativas relacionadas con la edad en la actividad cerebral, pero algunos de estos hallazgos son difíciles de interpretar. Por ejemplo, los adultos mayores a veces muestran una mayor activación de ciertas regiones del cerebro, incluso cuando se desempeñan tan bien como los adultos más jóvenes en la tarea experimental que se les ha encomendado. Esto podría significar que sus cerebros están compensando los cambios perjudiciales relacionados con la edad mediante el reclutamiento de recursos neuronales adicionales, pero también podría reflejar un procesamiento menos eficiente de la información.
Por lo tanto, aunque hemos aprendido mucho sobre el cerebro envejecido en los últimos años, todavía no está claro exactamente cómo los cambios funcionales y estructurales observados se relacionan con los cambios en la función mental y el comportamiento. Parece muy poco probable que un solo cambio en el cerebro sea responsable del declive cognitivo relacionado con la edad, sin embargo, y en el futuro, los estudios de neuroimágenes longitudinales que escanean repetidamente a los mismos individuos a medida que envejecen conducirán casi con toda certeza a nuevos e importantes descubrimientos en esta área. Puede haber, por supuesto, importantes diferencias entre los individuos. La mayoría de nosotros experimentará eventualmente un declive cognitivo relacionado con la edad, que es una parte normal del envejecimiento. En la mayoría de las personas, también hay una acumulación gradual en el cerebro de placas de senile, uno de los sellos patológicos de la enfermedad de Alzheimer. Las placas están formadas por depósitos insolubles de una pequeña proteína llamada amiloide-beta que se acumulan en los espacios alrededor de las células nerviosas.
Muchos investigadores del Alzheimer creen que las placas son tóxicas para las células cerebrales y que su depósito es la causa principal del Alzheimer, pero todavía no está claro si esto es así. Las placas pueden ser simplemente una consecuencia de la enfermedad, más que su causa, y algunos investigadores ahora creen que son los pequeños fragmentos de la proteína beta amioide los que son tóxicos, y que la formación de placas en realidad protege el tejido cerebral al secuestrar estos fragmentos tóxicos.
Para la mayoría de las personas, la deposición de placa que ocurre con la edad parece ser relativamente inofensiva, pero en un pequeño subconjunto, el envejecimiento del cerebro parece acelerarse, lo que conduce al desarrollo de la enfermedad. Sin embargo, otros parecen ser completamente impermeables a los efectos del envejecimiento. A pesar de ser octogenarios, estos "superenvejecientes" superan a los adultos más jóvenes en las pruebas de memoria, y se ha comprobado que al morir tienen una baja densidad de placas y una corteza más gruesa en algunas regiones del cerebro, en comparación con los controles sanos de la misma edad.
 | Esas diferencias probablemente se deben a una combinación de genética, medio ambiente y experiencias de vida. Por ejemplo, las personas de edad avanzada tienen una menor frecuencia de variantes genéticas que aumentan el riesgo de desarrollar la enfermedad de Alzheimer, y hay una creciente evidencia de que ciertas actividades y opciones de estilo de vida como el ejercicio físico, la dieta y el aprendizaje de un segundo idioma o un instrumento musical también pueden ofrecer protección contra el Alzheimer y otras formas de demencia. |
