La hipermorfosis y encefalización

La hipermorfosis jugó papel importante en la evolución de órganos como la cornamenta del alce irlandés o el cerebro humano y la mente, que no tiene más de 500.000 años. AL principio el homo tiene tamaños cerebrales superiores a los 600 cc, considerablemente mayores que los grandes antropoides, los de Australopithecus y los de Paranthropus. Pero hace tres millones y medio de años, su capacidad tenía unos 300-400 cm3, una capacidad similar a la de los chimpancés actuales. Cerca de un millón y medio de años atrás tal capacidad craneal se había duplicado, y siguió creciendo posteriormente hasta alcanzar los mayores valores en dos especies del Cuaternario: El Homo neanderthalensis y nosotros: Los Homo sapiens, con valores cercanos a los 1300 cc.
El tamaño absoluto del encéfalo no es una buena medida de la inteligencia, ya que su volumen depende del tamaño del cuerpo. Los humanos tenemos un cerebro con una masa alrededor de los 1250-1350 gramos. Pero no somos los mamíferos con el mayor encéfalo, son mayores los del elefante africano (5.600 g) o las ballenas (6.800 g). El encéfalo cumple las tareas de la coordinación del funcionamiento resto del cuerpo, y por lo tanto debe ser grande en las especies de gran tamaño corporal. La encefalización es el tamaño relativo del cerebro respecto al tamaño corporal. El único método para comparar el encéfalo de especies de tamaños diferentes es el de calcular el peso encefálico que debería tener según su peso corporal (valor esperado) y comparar dicho peso con su peso encefálico real (valor encontrado). El índice entre valor esperado y el valor real se conoce como índice de encefalización (igual a 1 significa que corresponde con su tamaño corporal. Si > 1 los encéfalos son mayores de lo esperado. Los humanos tenemos un encéfalo 7 veces superior que un mamífero de su tamaño, pero comparado con un primate haplorrino1 de su tamaño tiene un cerebro 2,9 veces superior ("El hombre en el grupo de los primates". http://www.sindioses.org/cienciaorigenes/hipermorfosis.html)
Los cerebros de los chimpancés y gorilas tienen una alta tasa de crecimiento antes del nacimiento, pero está se frena ostensiblemente después del nacimiento. Sin embargo, los humanos se diferencian de sus primos porque en su evolución lograron obtener un rápido crecimiento del cerebro antes del nacimiento y dos años después de este. Los humanos retenemos la tasa de crecimiento neuronal. Nosotros añadimos cerca de 250,000 neuronas por minuto en el desarrollo postnatal temprano. Esta fue la clave.
La proporción entre el peso del cerebro y el peso del cuerpo es similar para los grandes simios y los humanos recién nacidos. Precisamente los simios y humanos se parecen más entre si cuando son bebes. Sin embargo cuando los humanos son adultos la proporción es 3.5 que la de los simios. A medida que un humano crece la relación entre el peso del cerebro y del cuerpo está literalmente por fuera de patrón (Fig.3). A nivel celular se puede notar que se forman cerca de 30,000 sinapsis por segundo por centímetro cuadrado durante los primeros pocos años de vida (las sinapsis son las conexiones entre neuronas)

En la figura 3 se nota que los humanos se alejan del patrón cuando uno compara la encefalización humana con la de otros simios. La tasa cerebro/cuerpo humana (El índice de encefalización) es cerca de 3.5 mayor que la de otros simios. La retención de la tasa de crecimiento neuronal en nuestra evolución hace de los bebes humanos "fetos extrauterinos" por los primeros años de nuestra vida. Nuestra gestación actual sería de 21 meses si siguiéramos el patrón de madurez de los simios. Es decir, naceríamos del tamaño que tienen los niños de un año de edad. Tal parto sería imposible para una madre humana. Es de notar que el parto a las 40 semanas de gestación es de por si muy laborioso por las modificaciones de la pelvis humana a la postura bípeda (la postura bípeda evolucionó antes que la retención de la tasa de crecimiento neuronal). El nacimiento de un bebe humano es resultado de la anchura de la pelvis, la madurez de los pulmones, e indudablemente la circunferencia de la cabeza. La extraordinaria producción de neuronas en forma continua que creó la evolución tuvo importantes y radicales consecuencias para los humanos, tales como:
Generar nuevos módulos (sitios dirigidos) que pueden adquirir nuevas funciones.
Almacenar nuevas memorias para ser usadas en pensar y pronosticar nuevos escenarios
Aprender por la interconexión entre ellas mismas y con las neuronas generadas prenatalmente.
Este período de desarrollo postnatal tiene mucho que ver con la maduración de los circuitos neuronales determinados por el diámetro del axón y la mielinización
La niñez: Una nueva etapa en el ciclo de vida humano
El mantenimiento de la tasa de crecimiento rápido de neuronas trajo como consecuencia el desarrollo de la niñez. Este período va desde los tres a los siete años. El período de la niñez está caracterizado por la dentición inmadura, un pequeño sistema digestivo, y un rápido crecimiento del cerebro que demanda una alta dieta calórica. Este es un período de tiempo cuando los humanos deben ser llevados y alimentados por los adultos. Durante este tiempo, el cerebro se desarrolla más rápido que cualquier otra porción del cuerpo (Figura 4), y se desarrolla mucho más rápido que el sistema digestivo requerido para alimentarlo. Los enormes requerimientos calóricos para el desarrollo del cerebro debería demandar un prolongado período en el cual el infante debería tener que ser alimentado por adultos
El período de la niñez podría permitir que el cerebro se desarrolle en un ambiente enriquecido. Como B. Childs concluyó: "La exposición extendida de un sistema nervioso madurando gradualmente a las experiencias de un ambiente variable, junto con la resilencia mental a continuar a aprender en todos los años es la receta para la agilidad adaptativa que ha capacitado a los seres humanos para vivir en todas las latitudes y así explotar todos los recursos de la Tierra para la construcción de civilizaciones y para ser estéticamente creativo.". Otros científicos, como B. Bogin argumenta que esto es actualmente un producto colateral de la infancia y no su intención. El valor selectivo de la niñez debería ser mejorar la posibilidad de supervivencia de cada infante hasta la madurez. Esto explicaría porque los humanos tienen un prolongado desarrollo y una baja fertilidad, lo cual hizo la rama de los Homo unos simios únicos, adaptables, creativos y muy cabezones. Muchos estudiosos argumentan que nosotros llegamos a ser humanos a través de nuestras interacciones tempranas con un ambiente rico en sonidos, texturas, olores e imágenes. Esta breve reflexión sobre nuestro proceso evolutivo de hipermorfosis lleva un importante mensaje: "Cuidar de una infancia feliz, con educación y buena nutrición es la clave para el óptimo desarrollo de los individuos y de toda la sociedad."

El cerebro predice nuestra percepción del mundo exterior

El cerebro humano anticipa nuestra percepción del mundo exterior. Por ejemplo, es capaz de predecir si vamos a percibir una estimulación táctil de intensidad débil o, por el contrario, si una estimulación más intensa se percibirá como más o menos dolorosa.

La actividad medida en el córtex cingular anterior e ínsular predice con una anticipación de 3 segundos si percibiremos la estimulación láser como más o menos dolorosa. © ULg-CRC

Si la gente puede hacer estas observaciones de forma empírica, un equipo de investigadores del Grupo de Ciencia Coma de la Universidad de Lieja (Centro de Investigación Ciclotrón) y el Departamento de Neurología del Hospital Universitario de Lieja (Bélgica) está demostrándolo científicamente a través de la medida de la actividad espontánea del cerebro y la relación con las distintas regiones cerebrales involucradas.

En un estudio publicado esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), el equipo de científicos liderado por la Dra Mélanie Boly y el Dr Steven Laureys demuestra que la actividad espontánea medida en ciertas partes del cerebro tienen una influencia directa sobre nuestra percepción consciente y sobre la percepción de la intensidad del dolor. “Nuestro cerebro no está nunca en completo reposo, pero la ciencia no tiene un buen conocimiento de cómo influye la actividad continua y espontánea de nuestras neuronas en nuestra percepción del mundo. Nuestro estudio contribuye a dar un paso más en el conocimiento de estos mecanismos”, afirman los investigadores.

Usando una Imagen de Resonancia Magnética funcional(IRMf) y estimulación láser sobre las estructuras nerviosas de la piel (estimulación en una milésima de segundo), los investigadores llevaron la luz hacia las regiones más específicamente involucradas en esta actividad cerebral espontánea. Hasta aquí, la conciencia de nosotros mismos y nuestro mundo interno están mayormente conectadas a la actividad de una red que incluye el precuneus, el córtex cingular posterior y la unión tempoparietal. Sin embargo, la conciencia de nuestro mundo externo está vinculada a la actividad medida en el tálamo y en las zonas corticales laterales y frontoparietal. Respecto al córtex cingular anterior y el córtex insular, predicen si la estimulación láser será percibida como más o menos dolorosa.

Estos resultados mejoran nuestro conocimiento de los mecanismos que involucran la consciencia humana y permiten una mejor comprensión de por qué a veces estamos más “sensibles” al dolor que otras. “La conciencia tiene dos componentes: el despertar, por una parte y la conciencia del entorno (el mundo exterior) y de uno mismo (el mundo interior), en otra. Conocemos las regiones que involucran el despertar. Con este estudio, demostraremos que la conciencia de nuestros mundos externo e interno tienen distintas neuronas correlacionadas y cómo interactúan”, concluyen los investigadores de la ULg .

DORMIR POCO Y TOMAR DECISIONES EN SITUACIONES DE EMERGENCIA

Es bien sabido que dormir poco merma las facultades mentales de las personas. En un nuevo estudio se ha analizado detalladamente hasta qué punto la privación del sueño perjudica a una habilidad crucial de la mente humana, la de tomar decisiones instantáneas y correctas en una situación de emergencia. Esta habilidad resulta crucial en bomberos, policías, soldados y otros profesionales, quienes, por las características de su trabajo, a veces tienen que afrontar grandes cargas de trabajo sin poder dormir lo que deberían. La merma de esa capacidad de decisión rápida, basada en el, así definido, proceso mental de Información-Integración, puede tener como consecuencia errores trágicos. Los psicólogos Todd Maddox y David Schnyer, de la Universidad de Texas en Austin, han comprobado que una privación moderada del sueño hace que algunas personas dejen de usar el proceso de Información-Integración y utilicen en su lugar el proceso basado en reglas, más explícito y controlado, pero de menor eficacia ante situaciones de emergencia. Los investigadores examinaron los efectos, durante dos días, de la privación del sueño sobre una clase de tareas para las que es crucial el proceso de Información-Integración, en 49 cadetes de la Academia Militar de West Point. Los participantes llevaron a cabo su actividad en dos ocasiones, separadas por un periodo de 24 horas, durmiendo o no entre ambas sesiones. De los cadetes, 21 fueron destinados al grupo al que se le privó del sueño, y los 28 restantes, que durmieron lo necesario, constituyeron el grupo de control. Se constató que una privación moderada del sueño es capaz de conducir, al cabo de poco tiempo, al citado cese del proceso de Información-Integración. La eficiencia al realizar el trabajo asignado mejoró en el grupo de control en un 4,3 por ciento desde el final del día 1 al principio del día 2. La precisión aumentó desde un 74 por ciento a un 78,3 por ciento. En el mismo intervalo, el grupo privado de sueño registró un descenso del 2,4 por ciento en la eficiencia al realizar el trabajo asignado, y la precisión disminuyó desde el 73,1 por ciento al 70,7 por ciento. Este declive fue mucho mayor para los participantes que dejaron de usar el proceso de Información-Integración y pasaron a utilizar el proceso basado en reglas. Por otra parte, Maddox y Schnyer constataron, con sorpresa, que los efectos adversos de la privación del sueño sobre el procesamiento de información varían bastante entre las personas. Schnyer cree que lo descubierto en este estudio será de utilidad en el ámbito del entrenamiento de personal para servicios de emergencia y profesiones de alto riesgo, sobre todo para los militares. Scitech News

Todo lo que hacemos en la vida puede repercutir en nuestros genes

El ser humano es espejo y creador de todo lo que le rodea, incluido él mismo, explica el neurólogo español

El ser humano es espejo y creador de todo lo que le rodea, incluido él mismo, porque podemos orientar la información de su aprendizaje y de la memoria en la dirección que, de alguna manera, nos gustaría que llevara, declara en la siguiente entrevista el neurólogo Francisco Mora. También señala que muchas cosas de las que hacemos en nuestras vidas pueden repercutir potencialmente en nuestra herencia genética, si bien de forma reversible. Asimismo declara que ee puede envejecer de manera activa, productiva, llena de emoción y saludable porque el proceso de envejecimiento se puede retrasar. Por Rafael Cordero Avilés.

Francisco Mora es doctor en Medicina por la Universidad de Granada y en Neurociencias por Universidad de Oxford, catedrático de Fisiología Humana de la Facultad de Medicina de la Universidad Complutense de Madrid, y de Fisiología Molecular y Biofísica de la Facultad de Medicina de la Universidad de Iowa, en Estados Unidos. Ha escrito más de cuatrocientos trabajos y comunicaciones científicas en el campo de la neurobiología y cincuenta libros, entre ellos, el Diccionario de Neurociencia y Neurocultura.

¿En este momento, qué sabemos del cerebro? ¿Y qué nos queda por saber?

Lo que sabemos del cerebro es lo que yo he querido expresar en el libro ¿Cómo funciona el cerebro? La gente, de alguna manera, todavía sigue hablando del cerebro como un computador. Es decir, una máquina que recibe información, la procesa, y la almacena o no, en función de la respuesta que va a emitir. La cuestión está en que los ordenadores son máquinas construidas por el hombre. Yo no quiero llamar ‘máquina’ al cerebro humano, porque el concepto de máquina es absolutamente diferente y, cuando utilizas el mismo término, inmediatamente se le une ese concepto, lo que es erróneo. El cerebro es un órgano que se ha construido a lo largo de quinientos millones de años de azar y reajustes, y no una máquina como las que el hombre ha construido a lo largo de los últimos cincuenta años. ¿Cuál es la esencia de esa distinción? La esencia es el constante dialogo que existe entre cada uno de los componentes de ese cerebro, es decir, las neuronas. Cada neurona se comunica con otras, en un proceso constante y enorme de tráfico. Se trata de un proceso complejo que no puede realizar ningún ordenador. El cerebro contiene unos cien mil millones de neuronas, sin contar otras células importantes en la comunicación, como son los astrocitos. Esos cien mil millones están en constante ‘conversación’.

¿Se puede inferir que la capacidad que tiene el cerebro es ilimitada?

No, porque si decimos eso, vamos a acabar con el tópico de que el aprender no ocupa lugar. Eso es un neuromito, y hay que acabar con ellos. El aprender ocupa lugar y tiempo. El aprendizaje es un proceso que ocurre en el cerebro. Intervienen muchas áreas pero, finalmente, se deposita en una región que denominamos hipocampo, al menos para las memorias que llamamos conscientes o explícitas. Y el aprendizaje y la memoria significan, en última instancia, cambiar el cerebro. Y hablo de física y química, de conexiones. Las sinapsis cambian con el proceso de aprendizaje. ¿Qué quiere decir que he aprendido algo? En esencia, que he cambiado mi cerebro. Y de ahí se llega a lo que muchas veces se ha pensado que eran expresiones filosóficas. Y es que no podemos conocernos a nosotros mismos, porque nuestro cerebro está constantemente cambiando. Somos alguien nuevo cada día. Nosotros no somos, y lo sabemos, el niño que fuimos cuando teníamos quince años. No somos el mismo que hace diez años, ni tan siquiera que hace tres años. Hemos cambiado. Como el río de Heráclito. Jamás es el mismo río. Y eso es importante saberlo. Lo que sin embargo, sí podemos hacer -y fíjese usted, también es filosofía-, es llegar, de alguna manera, a construirnos a nosotros mismos. El ser humano es espejo y creador de todo lo que le rodea, incluido él mismo. ¿Por qué? Porque podemos orientar la información de ese aprendizaje y de la memoria, en la dirección que, de alguna manera, nos gustaría que llevara.

Y todo esto forma parte de lo que yo entiendo por neuroeducación. El día en que lleguemos a conocer de verdad cómo hay que enseñar, la perspectiva de la docencia en las guarderías, en los colegios y en la Universidad, e incluso en la misma sociedad, cambiará de una manera radical. En definitiva, el ser humano es espejo y creador de todo lo que le rodea, incluido él mismo.

Parece que la tradicional y artificial división entre ciencias y humanidades no va con la evolución de los actuales conocimientos. ¿Cuál es su opinión sobre ello?

Mi opinión es que conocer cómo funciona el cerebro nos llevará a una convergencia de esas dos grandes áreas del saber. De ahí nace la neurocultura. Precisamente yo defino la neurocultura como un reencuentro entre la neurociencia, que es el conjunto de conocimientos sobre cómo funciona el cerebro, y los productos de ese funcionamiento que es el pensamiento, los sentimientos y la conducta humana. Esto, en esencia, también quiere decir una reevaluación lenta de las humanidades. O también, si se quiere, un reencuentro, esta vez real y crítico, entre ciencias y humanidades.

Usted se basa mucho, en sus escritos y libros, en la teoría de la evolución. Sin embargo, ha habido un cierto revisionismo de esa teoría.

Revisionismo sí, pero la esencia de la teoría no es discutida. Azar y necesidad. Por un lado, mutación genética no programada, sino azarosa. Por otro lado, ese determinante poderoso, que es el medio ambiente, donde se produce esa mutación. Y este último es el que determina si las mutaciones ocurridas tienen un valor de supervivencia o no. Ésa es la esencia. Hoy, además, hay un actor nuevo en esta película: la epigenética. ¿Cómo no discutir sobre ella, si nos está hablando de una evolución casi lamarckiana? Lo cierto es que mucho de lo que usted haga en su vida, como es fumar o tomar drogas, o llevar una vida estresante, así como los estilos de vida en general que lleven los individuos, pueden cambiar el genoma a nivel “funcional”, y esto ser transmisible a sus hijos, o nietos, o incluso biznietos.

Entonces, ¿muchas cosas de las que hagamos en nuestras vidas pueden repercutir potencialmente en nuestra herencia genética?

Sin duda, aun cuando de modo reversible. La epigenética es un área de conocimiento relativamente nueva. ¿Qué significa “reversible”? Desde luego, con nuevos fármacos se puede desmetilar lo que se ha metilado. Pero son aspectos que chocan en esa dimensión, que antes creíamos imposible, de que ciertos caracteres pueden ser heredables.

Usted es especialista en envejecimiento cerebral y éste, claramente, consiste en un deterioro de las funciones. ¿Se podría retrasar el envejecimiento y, si es así, ¿estamos abocados, de alguna manera, a un mundo de ancianos?

El envejecimiento del cerebro es un proceso fisiológico que se puede cursar sin enfermedades. Se puede envejecer “con éxito”, como decimos los especialistas, es decir, de manera activa, productiva, llena de emoción y saludable. Y eso tiene que ver con la pregunta sobre si se puede retrasar el proceso de envejecimiento. La respuesta es sí. Nuestro envejecimiento, el envejecimiento humano, es dependiente en relativa medida de los genes que heredamos (en un 25 por ciento, es decir, los padres longevos pueden tener hijos longevos), y mucho más de los estilos de vida que desarrollamos (en un 75 por ciento). Ya hablamos en otra ocasión sobre las doce claves que he propuesto como camino para ralentizar el envejecimiento del cerebro. A ellas me remito.

Y con respecto a la última cuestión, sí creo que estamos abocados, en el futuro, a vivir con gentes mayores y longevas. Pero también espero y confío en que sean gentes activas y sanas, capaces de alcanzar edades provectas sirviendo a la sociedad. Digo bien lo de “ayudar a la sociedad”, aun cuando no me refiero con ello a que cumplan en puestos ejecutivos de ningún tipo, sino ayudando activamente a los demás en las muchas y múltiples tareas que podrían cumplir, en una sociedad tan necesitada de gentes que devuelvan en tiempo y agradecimiento lo que tal vez hayan recibido antes de esa misma sociedad. Todas estas ideas las he desarrollado lenta y reposadamente en el libro El sueño de la inmortalidad. Envejecimiento cerebral, dogmas y esperanzas, que quizá interese a algunos de los lectores.


Esta entrevista se publicó originalmente en la OTRI de la UCM. Se reproduce con autorización

Nuevo hallazgo sobre el cerebro humano

Investigadores en Europa han llegado a la conclusión que dar los primeros pasos va conectado con el desarrollo del cerebro.

Es por eso que por lo menos un humano necesita un año para poder comenzar a caminar.

El cerebro es el conductor de las extremidades del ser humano; y el desarrollo motor del hombre depende de este.

Además, según los especialistas, es difícil aprender a caminar en dos extremidades.

Científicos de la Universidad de Lund en Suecia han demostrado que el desarrollo del cerebro en un bebé es equivalente a la capacidad para caminar; que ambos van de la mano y que, a veces, es similar a como ocurre en otros mamíferos como los pequeños roedores y los elefantes.

Sin embargo, antes se pensaba algo diferente:
que los humanos no estaban relacionados con otros mamíferos en cuanto al cerebro se refiere.

El estudio fue publicado por la revista PNAS y demuestra que, contrariamente a lo convencional, utiliza la concepción y no el nacimiento como el punto de partida del desarrollo motor, en su comparación entre diferentes mamíferos.Los humanos tienen más células en el cerebro y el tamaño de éste es más grande que otras especies de mamíferos.

Pero, con respecto a caminar, el desarrollo del cerebro aparece ser similar."Nuestro estudio demuestra que la diferencia es cuantitativa y no cualitativa", dijo Martín Garwicz, uno de los investigadores.

Uno de los hallazgos más importantes de este estudio es que es realmente es posible predecir con gran precisión cuando los bebés humanos empiezan a caminar."Nuestro estudio arroja nueva luz sobre las teorías de, por ejemplo, la biología evolutiva y del desarrollo", dijo Garwicz.

"Por otra parte, nuestros resultados demuestran similitudes entre los genomas de diferentes mamíferos.

Estas similitudes quizás no sorprenden tanto, lo que sí es el producto final -humanos y ratas- puede ser muy diferente, pero nuestro estudio sugiere que los bloques de construcción y los principios de cómo estos elementos interactúan entre sí durante el desarrollo podría ser el mismo".

El estudio se originó en un intento de desmitificar las concepciones del desarrollo motor de comportamientos entre dos especies lejanamente relacionadas.

Las similitudes en términos relativos, los cursos de tiempo de desarrollo entre las dos especies, fueron tan sorprendentes, que los científicos empezaron a preguntarse si la regularidad aplica a otros mamíferos y, en última instancia, también a los seres humanos.

El grupo comparó 24 especies que, en conjunto, representan la mayoría de los mamíferos existentes a pie.

Algunos, como los grandes simios, están estrechamente relacionados con los humanos; mientras que otros, como los roedores, los animales con pezuñas, y los elefantes, se apartaban del camino evolutivo unos 90-100 millones de años.

Aunque hay diferencias en el cerebro entre varias especies y el tamaño del cuerpo, el tiempo de gestación, y la madurez del cerebro al nacer, la comparación muestra que los bebes de casi todas las especies comienzan a caminar al punto que se consigue un desarrollo cerebral.

Quizás los seres humanos puedan ser únicos, pero no en cuanto a comenzar a caminar se refiere. Esto ocurre cuando el sistema nervioso ha alcanzado un determinado nivel de madurez, sin importar si se trata de un elefante, un potro, o un bebé humano.

Cerebellar development and the physiology of adaptive motor control

Principal investigator: Garwicz, Martin, Professor, PhD

Department: Department of Experimental Medical Science

E-mail: Martin.Garwicz@med.lu.se

Phone: +4646-2227755

Integrative neuroscience is concerned with relationships between activity in biological neuronal networks and perceptions, thoughts and feelings, intentions and behaviour of an organism. The present project is concerned with postnatal motor development, with the ultimate goal to understand how movement skills are learnt and expressed by the cerebellum. By virtue of its capacity to coordinate muscle activity the cerebellum is crucial for our ability to move harmoniously. It has established adaptive capacity and plastic neuronal mechanisms that implement this adaptivity in well−documented ways.

In our previous studies neuronal networks of the paravermal cerebellum have been dissected physiologically and anatomically at a high level of resolution. Equally importantly, the functional relationships between these cerebellar networks and fundamental spinal reflex pathways have been characterised. The latter analysis has provided essential clues to what kind of information the cerebellum receives from the motor apparatus and the spinal cord. These two factors combined make the intermediate cerebellum a unique model system for the study of general central nervous mechanisms, such as adaptation and synaptic plasticity. These phenomena can now be studied in a global context, with well−defined relationships to the behavioural level of analysis. Our aim is to clarify relationships between adaptive motor behaviour and the neural plasticity underlying it and thus to pinpoint cerebellar correlates of the dramatic postnatal development of motor competence. Behavioural analysis will be combined with morphological and physiological mapping. The functional connectivity of the climbing fibre system and influences of afferent signals from the motor apparatus on the functional interplay between climbing fibre and mossy fibre − parallel fibre systems will be analysed.

Besides providing new insights into cerebellar development, general principles concerning how the central nervous system makes use of sensory signals in developmental programming and re−programming of motor functions may prove instrumental for a rational design of motor (re)habilitation programs, especially for children.

Publications

Martin Garwicz, Maria Christensson, and Elia Psouni
A unifying model for timing of walking onset in humans and other mammals
PNAS 2009; doi:10.1073/pnas.0905777106:
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Christensson M, Broman J, Garwicz M
Time course of cerebellar morphological development in postnatal ferrets: ontogenetic and comparative perspectives
Journal of Comparative Neurology 2007; 501(6):916−930
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Christensson M, Garwicz M
Ontogenesis of within−session locomotor habituation in the open field
Neuroreport 2005; 16(12):1319−23
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Christensson M, Garwicz M
Time course of postnatal development in ferrets: ontogenetic and comparative perspectives
Behavioural Brain Research 2005; 158:231−42
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Apps R, Garwicz M
Anatomical and physiological foundations of cerebellar information processing
Nature Reviews Neuroscience 2005; 6:297−311
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Identifican circuitos de la habilidad lógica y social

Resulta una verdad de Perogrullo que el ajedrecista genial, pero incapaz de enamorarse, y el "rey de las fiestas" que reprueba todos los exámenes exhiben dos "fórmulas" diferentes de inteligencia. Pero aunque desde hace tiempo los neurocientíficos imaginan esta función del cerebro más como un caleidoscopio de habilidades que como una capacidad única, lo cierto es que todavía carece de una definición precisa.

Ahora, un trabajo de investigadores argentinos y británicos al que la revista Brain le dedica nada menos que 14 páginas permite hacer una disección más fina de esta capacidad y ofrece respuestas para dos preguntas que apasionan a los investigadores: ¿cuál es el alcance de la inteligencia general (o "fluida", en la jerga científica)? y ¿dónde residen ésta y otras habilidades cognitivas?

"Este estudio confirma resultados previos que indican que la inteligencia general residiría en el lóbulo frontal, pero demuestra además que otras funciones, como la cognición social, se asocian particularmente con el área más anterior de esta área del cerebro y exceden el rol de la inteligencia general", explica la doctora María Roca, del Instituto de Neurociencias Cognitivas (Ineco) y del Instituto de Neurociencias de la Fundación Favaloro. Roca es la primera autora del trabajo que también firman Teresa Torralva y Facundo Manes, de Ineco y Favaloro, y Alice Parr, Russell Thompson, Alexandra Woolgar, Nagui Antoun y John Duncan, de la Unidad de Cognición y Neurociencias, de la Universidad de Cambridge.

La inteligencia general o fluida podría explicarse como "la capacidad de resolver problemas independientemente de la experiencia vital de cada individuo", explica Manes. Diferentes estudios vinculan esta capacidad con el lóbulo frontal del cerebro, una de las regiones de mayor desarrollo evolutivo en el ser humano.

Sin embargo también hay otras habilidades cognitivas de las que se pensaba que dependían de los mismos circuitos neuronales, tales como la capacidad de inferir sentimientos de otras personas, de inhibir nuestros impulsos o de mantener en mente nuestros objetivos a largo plazo con el fin de lograr una meta.

Para trazar una cartografía precisa de cada una de estas funciones, los investigadores decidieron estudiar a 44 individuos con lesiones focales precisamente en esa área del cerebro y comparar su rendimiento en diversas pruebas cognitivas con el de 33 sujetos de control.

"Primero les tomamos tests de inteligencia general, como los de matrices (en los que se les presentan, por ejemplo, un punto, dos puntos, tres puntos y se les pide que completen la secuencia) y otros que miden funciones ejecutivas, como la flexibilidad de pensamiento (la capacidad de adaptar la conducta a cambios ambientales), y de fluencia verbal (por ejemplo, decir todas las palabras que comiencen con una letra determinada) -detalla Roca-. Lo que vimos es que, si bien hubo diferencias entre los individuos con lesión y los controles, éstas podían explicarse por los cambios que tenían en la inteligencia fluida."

Los científicos, entonces, decidieron avanzar otro casillero: se preguntaron si ocurriría lo mismo con otras funciones asociadas con el lóbulo frontal, como la capacidad de detectar estados emocionales.

"Les tomamos a seis personas una segunda batería de tests que mide el rendimiento en la capacidades vinculadas con lo que se denomina «inteligencia social» -cuenta Roca-. Así pudimos probar que el lóbulo frontal tiene un área que sirve para manejarse en tareas de razonamiento lógico (la dorsolateral), pero que las funciones más relacionadas con la posibilidad de tener un plan de situación o de cambiar de perspectiva exceden la inteligencia general y dependen de otros circuitos ubicados en la parte anterior del lóbulo frontal."

Concluye Manes: "Antes se pensaba que los elementos básicos eran tierra, agua, fuego y aire. La tabla periódica moderna define los elementos de manera diferente y ahora sabemos que es más adecuada. Lo mismo pasa con conceptos como «memoria», «atención», e «inteligencia». En el uso diario estos términos no están bien definidos, y por eso resulta difícil medirlos. Este trabajo es el primero en demostrar que la inteligencia general no explica la social y, además, abre nuevas vías para la rehabilitación cognitiva".

Comprueban plasticidad del cerebro en la memoria

Un equipo de investigadores identificó los cambios morfológicos que ocurren en el cerebro de las abejas a medida que van formando su memoria olfativa de largo plazo. Los resultados obtenidos abren nuevas perspectivas para la comprensión de los mecanismos generales de la memoria de los humanos y de otras especies. Imagen: estracto de la portada de la revista Learning & Memory. (Agencia CyTA-Instituto Leloir. Por Bruno Geller).- Fueron identificados los cambios estructurales que se generan en el cerebro de las abejas a medida que se va formando su memoria olfativa de largo plazo. Así lo revela un estudio publicado en la edición de diciembre de 2009 de la revista científica Learning & Memory. El trabajo consistió en analizar cambios en la morfología del lóbulo antenal, región cerebral especializada en el procesamiento de los olores en los insectos. Teniendo en cuenta las semejanzas de forma y función entre el lóbulo antenal y el bulbo olfatorio de los vertebrados, los resultados del estudio abren nuevas perspectivas para la comprensión de los mecanismos generales de la memoria. ¿Qué cambios estructurales se producen a nivel neurológico a medida que se forma la memoria en un cerebro que es capaz de aprender y recordar? Para responder esta pregunta, Benoît Hourcade y Emmanuel Perisse, tesistas en el Centro de Investigaciones sobre la Cognición Animal de Toulouse, Francia, que dirige el doctor Martín Giurfa, estudiaron la formación de la memoria olfativa de largo plazo de las abejas y, en forma paralela, analizaron los cambios morfológicos en el lóbulo antenal. Memoria olfativa En el laboratorio, una abeja inmovilizada en un soporte individual es capaz de aprender que un olor es seguido por una recompensa de solución azucarada que remplaza al néctar de las flores. Así, la abeja aprende a estirar la proboscis (o trompa) al olor dado ya que éste anticipa la llegada de la recompensa. Los autores del trabajo -publicado en Learning & Memory- entrenaron dos grupos de abejas: uno en el cual la asociación entre olor y recompensa fue posible, y otro, en el que olor y recompensa fueron ofrecidos pero separado en el tiempo a fin de evitar toda asociación. “Las abejas del primer grupo formaron una memoria de largo plazo ya que tres días después del entrenamiento recordaban el olor aprendido. Las abejas del segundo grupo, en cambio, no poseían memoria alguna”, explicó a la Agencia CyTA el doctor Giurfa que también se desempeña como presidente del Área de Neurociencias del Consejo Nacional de Investigaciones de Francia (CNRS según sus siglas en francés). Y agregó: “El entrenamiento en sí sólo duró 50 minutos. Se las dejó tranquilas y luego de tres días fueron capaces de recordar el olor aprendido, mostrando así la formación de memoria a largo plazo.” Los autores compararon los cerebros de las abejas de los dos grupos y centraron su atención en las estructuras que constituyen el lóbulo antenal denominadas glomérulos. En los insectos, como en los vertebrados, estos glomérulos se activan en combinaciones específicas propias a cada olor, señaló Giurfa quien se doctoró en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires. Los resultados del trabajo demostraron que paralelamente a la formación de la memoria de largo plazo, algunos glomérulos aumentaron de tamaño, cada uno de los cuales tiene una relación específica con determinados olores. Resultado sorprendente Dado que cada olor activa una combinación especifica de glomerulos (hay 160 glomérulos por lóbulo antenal en las abejas), se hubiese podido esperar que los glomérulos que aumentan su tamaño son aquellos que fueron activados por el olor aprendido, sin embargo no fue así, indicó Giurfa. “Otros glomérulos, distintos para cada olor entrenado, fueron aquellos que mostraron un aumento importante de tamaño. Pensamos que la explicación esta en el ‘cableado’ (o conexiones laterales) existente entre los glomérulos del lóbulo antenal: estas son inhibitorias y excitatorias. Esto significa que activar un glomérulo podría desinhibir un glomérulo adyacente provocando en éste un crecimiento mayor que en el activado por el olor”, destacó el científico que recibió en 2007 la medalla de plata del Consejo Nacional de Investigaciones de Francia por la calidad de su trabajo, reconocido a nivel nacional e internacional. Para Giurfa lo notable de este estudio es que “los insectos forman memorias a largo término como nosotros y que su cerebro se modifica en virtud de ello. Por otra parte, las estructuras involucradas, en este caso el lóbulo antenal, presentan paralelos notables en forma y función con nuestras propias estructuras cerebrales especializadas en el tratamiento de olores (el bulbo olfativo). Desde ya, se podría pensar que estos aumentos de tamaño son un mecanismo general presente en vertebrados, y que podría estar asociado ya sea a la generación de nuevas neuronas, o al aumento de contactos sinápticos (comunicación entre neuronas), fruto de la memorización. Estamos estudiando justamente esto”, señaló. Como en toda investigación, todavía quedan varios interrogantes sin respuesta. “Si los glomérulos aumentan, debería haber un mecanismo que los retrotraiga a su talla de origen: ¿cómo y por qué? Un cerebro no puede estar creciendo continuamente. ¿Cómo se regulan estos cambios plásticos? ¿Desaprendiendo? La historia continua”, aseguró el doctor Giurfa. Crédito: revista Learning & Memory. El trabajo fue portada de la revista Learning & Memory. En la imagen se visualizan glomérulos (estructuras del lóbulo antenal de las abejas), algunos de los cuales han aumentado de tamaño como resultado de la formación de la memoria olfativa de largo plazo.

Sacarle Más Partido al Electroencefalograma

El electroencefalograma (EEG) es usado ampliamente por médicos y científicos para estudiar el funcionamiento del cerebro y diagnosticar trastornos neurológicos. Sin embargo, no ha habido un conocimiento claro sobre si los electrodos en la cabeza dan una información exacta sobre lo que ocurre dentro del cerebro. Un equipo de científicos en el Instituto Max Planck para la Cibernética Biológica en Tubinga, Alemania, ha encontrado ahora un vínculo crucial entre la actividad generada dentro del cerebro y la que mide el EEG.

El electroencefalograma (EEG) ha sido usado extensamente en la investigación y la medicina durante más de 80 años. La capacidad de medir la actividad eléctrica en el cerebro mediante electrodos en la cabeza resulta muy útil para estudiar su funcionamiento debido a que la técnica no es invasiva y resulta fácil de aplicar.

Este hallazgo proporcionará un mayor conocimiento de las formas de onda medidas con el EEG, y podrá así posibilitar un mejor diagnóstico y un tratamiento también mejor de los pacientes.

El electroencefalograma (EEG) ha sido usado extensamente en la investigación y la medicina durante más de 80 años. La capacidad de medir la actividad eléctrica en el cerebro mediante electrodos en la cabeza resulta muy útil para estudiar su funcionamiento debido a que la técnica no es invasiva y resulta fácil de aplicar.
Sin embargo, sigue resultando difícil la interpretación de las señales de EEG. La razón principal de esto es que no está clara la relación exacta entre la actividad generada en el cerebro y la medida en el cuero cabelludo. Por lo tanto, una gran pregunta de importancia práctica es cómo puede ser usado el EEG para deducir la actividad neural en el cerebro. Recientemente, Kevin Whittingstall y Nikos Logothetis del Instituto Max Planck para la Cibernética Biológica en Tubinga han trabajado en esta pregunta por primera vez.

Combinando registros de EEG y de neuronas individuales en monos entrenados, Whittingstall y Logothetis han constatado que una combinación de ondas específicas en el EEG puede predecir de manera fiable la actividad de células en el cerebro.

Ellos identificaron con éxito qué aspectos del EEG representan mejor los cambios en la actividad de una población de neuronas cerebrales. Con esta información, ahora quizá sea posible conocer mejor la causa de las formas de onda de EEG anómalas en pacientes con ciertos trastornos neurológicos.

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