En el marco de una colaboración internacional que reunió a no menos de 200 investigadores, cuatro de ellos brasileños, se ha obtenido la progresión hasta ahora más precisa y detallada de la evolución del cerebro humano sano en el transcurso de la vida. El equipo encabezado por los neurocientíficos Richard Bethlehem, de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, y Jakob Seidlitz, de la Universidad de Pensilvania, en Estados Unidos, utilizó 123.984 imágenes de resonancia magnética nuclear de 101.457 individuos para elaborar gráficos que muestran cómo varía de tamaño el volumen del cerebro en su conjunto –y el de algunos de sus componentes– según el sexo y la franja etaria. Estos diagramas son el primer paso para llegar, en el futuro, a una herramienta sencilla que les permita a los médicos saber si el cerebro de un niño se está desarrollando correctamente y si la disminución del volumen cerebral que presentan los adultos y los ancianos es compatible con su edad o es señal de alguna enfermedad neurodegenerativa.
Los nuevos gráficos, presentados el 6 de abril en un artículo publicado en la revista Nature, tienen un aspecto sencillo: una línea de trazado curvo –más o menos inclinado– que marca el área, el volumen o el grosor esperable para el cerebro completo (o para los distintos componentes cerebrales) a cada edad. Su aspecto es similar al de las curvas de crecimiento infantil, que indican el rango de peso y la estatura adecuada para cada período de la vida y que los pediatras utilizan para saber si el desarrollo de un niño se ajusta al ritmo considerado ideal.
Los gráficos de la evolución cerebral les permitieron a los investigadores confirmar la existencia de algunos hitos del desarrollo que antes solamente se consideraban hipotéticos, como el momento en que los componentes principales del cerebro alcanzan su volumen máximo y el momento en que determinadas áreas llegan a la madurez. “Una de las cosas que pudimos hacer, merced a un esfuerzo mundial muy concentrado, fue recopilar datos del desarrollo cerebral a lo largo de toda la vida”, dijo Bethlehem en un comunicado a la prensa. “Eso nos ha permitido medir los cambios muy tempranos y rápidos que ocurren en el cerebro y el largo y lento declive que se observa a medida que se envejece”.
El ritmo de crecimiento del cerebro durante los primeros años de vida es asombroso e incluso superior a lo que los expertos suponían. A mediados de la gestación, el órgano solo tiene un 10 % del volumen máximo que tendrá en el adulto joven, cuando alcanza su apogeo. Sin embargo, tan solo tres años después del nacimiento ya tiene el 80 % del mayor tamaño que tendrá en su vida. “Esta información es importante porque brinda un mayor sostén a la idea de que los primeros mil días de un individuo, desde su concepción hasta el segundo año posterior al nacimiento, son los que más influyen en su capacidad de alcanzar una integridad física y mental duradera”, dice el neurólogo Ricardo Nitrini, de la Universidad de São Paulo (USP), quien no participó en el estudio.
El cerebro en su conjunto aumenta de tamaño hasta alrededor de los 30 años y, posteriormente, empieza a perder volumen muy lentamente hasta los 60 años, cuando la tendencia a reducirse se acentúa. No obstante, el ritmo de crecimiento y reducción no es homogéneo sino que varía entre los tres componentes principales en que los expertos suelen dividir el cerebro: la materia o sustancia gris cortical (también llamada corteza cerebral), la materia gris subcortical y la sustancia blanca. Este esquema ya era imaginado e incluso bien conocido por los especialistas, ya que las sustancias blanca y gris poseen una naturaleza y un tiempo de evolución distintos. Lo que no se sabía con demasiada exactitud era cuándo alcanzaban su mayor volumen y grado de desarrollo cada una de ellas.
La materia gris cortical y la materia gris subcortical están compuestas básicamente por neuronas y otras células del sistema nervioso central. Su coloración rosado-grisácea se debe a la parte de las neuronas que alberga: el cuerpo celular, una región aproximadamente esférica que contiene tanto el núcleo (donde se encuentran los genes) como la maquinaria responsable de mantener a las células en funcionamiento. En la sustancia gris también se encuentran las pequeñas ramificaciones llamadas dendritas, encargadas de conectar a las neuronas con sus vecinas. En cambio, la sustancia blanca está compuesta por los axones, las prolongaciones más largas de las neuronas, que funcionan como un cable de electricidad. Estos están recubiertos por una capa de grasa que les da una tonalidad amarillo pálido –de ahí el nombre de materia blanca– y transmiten el pulso eléctrico emitido por el cuerpo celular de una neurona a otra. Los haces de axones conectan las áreas cercanas o alejadas de la corteza cerebral, la capa más superficial del cerebro, con las estructuras profundas constituidas por la materia gris subcortical.
La compilación de las imágenes de resonancia magnética reveló que el volumen de la corteza cerebral aumenta rápidamente a partir de la segunda mitad del embarazo y alcanza su pico promediando los 6 años, antes de dar paso a un lento declive (véase el gráfico). “Este máximo se produce al menos dos años antes de lo que sugerían investigaciones anteriores, realizadas con una cantidad mucho menor de participantes”, dice la neurocientífica Andrea Jackowski, de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), coautora del estudio.
La corteza cerebral, o córtex, como también se la denomina, se considera que es la responsable principal de las funciones cognitivas, tales como la atención, la memoria, el lenguaje y la planificación, aparte de contribuir con el control de los movimientos y el reconocimiento del ambiente. Su ritmo de desarrollo tampoco es uniforme: algunas regiones alcanzan su mayor volumen antes que otras. Durante la fase de expansión acelerada, la corteza cerebral es más vulnerable a las interferencias externas, ya sean químicas o emocionales. “Esto significa que es más susceptible a los efectos perjudiciales, pero también que puede ser más maleable a las intervenciones terapéuticas”, explica el psiquiatra Pedro Pan, también de la Unifesp, otro coautor del trabajo. El estudio también contó con la participación de los psiquiatras André Zugman, de la Unifesp, y Giovanni Salum, de la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS).
Eduardo Cesar / Revista Pesquisa FAPESPEn la investigación se emplearon los estudios de resonancia magnética de casi 700 niños y adolescentes realizados en la USP y en la UFRGSEduardo Cesar / Revista Pesquisa FAPESP
La sustancia gris subcortical es el segundo componente que crece más rápidamente. Esta alcanza su volumen culminante a alrededor de los 14 años, poco después del comienzo de la adolescencia. Está formada por agrupamientos de neuronas situadas en regiones más internas del cerebro e interviene en el control de las emociones, además de desempeñar una serie de funciones esenciales para el mantenimiento del organismo, como la regulación de la temperatura, del hambre, de la motivación y de los ciclos de sueño y vigilia. Por su parte, la sustancia blanca cobra volumen algo más lentamente. Alcanza su pico máximo cerca de los 29 años y comienza a decaer con más intensidad a partir de los 50. El espacio que estos componentes dejan libre en el interior del cráneo pasa a ser ocupado por el líquido cefalorraquídeo, que recubre el cerebro y otras estructuras del sistema nervioso, protegiéndolos de los impactos y de las infecciones.
“Todos estos componentes empiezan a disminuir de volumen a partir del pico máximo. Los gráficos indican, sin embargo, que esta reducción se hace más evidente a partir de los 40 años. En cuanto al volumen total del cerebro y de la sustancia gris subcortical, esto se acentúa a partir de los 60 años”, comenta Nitrini, de la USP.
En el estudio, los investigadores también analizaron el ritmo de disminución de volumen de los diferentes componentes del cerebro en los casos de trastornos psiquiátricos y algunas enfermedades neurológicas. Con los datos disponibles hasta ahora, pudo observarse que el encogimiento es mayor en los casos de deterioro cognitivo leve, que causa una pérdida discreta de la memoria y, como era de esperarse, en la enfermedad de Alzheimer. “En los trastornos mentales, la diferencia en el ritmo de reducción también existe, pero resultó ser muy pequeña en comparación con la de las enfermedades neurodegenerativas”, informa Pan.
Las curvas de desarrollo del cerebro publicadas en la revista Nature se elaboraron a partir de la evaluación de casi 1 petabyte de datos (1 millón de gigabytes). Representan el rango de volúmenes esperados para el cerebro en cada año de vida –es lo que se denomina normativa de la evolución del desarrollo cerebral– que reflejan la variabilidad hallada en la población. Con todo, estos gráficos aún no han permitido establecer hitos lo suficientemente claros como para que los médicos puedan comprobar, con base en los volúmenes registrados en esos diagramas, si el cerebro de un paciente está siguiendo el patrón evolutivo esperado para un órgano sano, así como las curvas de desarrollo infantil lo establecen para los parámetros del peso y la estatura. Hoy en día, la evidencia de que algo puede andar mal en el cerebro a partir de los estudios de resonancia magnética depende de la capacidad de los neurólogos y radiólogos para interpretar la información, de ser posible, comparándola con las de exámenes anteriores.
Para que el uso individualizado sea una realidad, será necesario aumentar la cantidad de información utilizada en la elaboración de las curvas, incluyendo datos de una cantidad mayor de personas de diferentes etnias, niveles culturales y socioeconómicos y regiones del planeta. El estudio actual se basó principalmente en información procedente de poblaciones europeas y norteamericanas. De América del Sur, solamente se incluyeron datos de Chile y de unos 700 niños y adolescentes de São Paulo y Porto Alegre monitoreados desde 2009 por los investigadores del Instituto Nacional de Psiquiatría del Desarrollo del Niño y del Adolescente (INPD), del cual forman parte Jackowskiu, Pan y Salum. “La creación de estas curvas fue el primer paso”, dice Pan. “Estamos cada vez más cerca de poder evaluarlas en la práctica clínica”.
Proyecto
Instituto Nacional de Psiquiatría del Desarrollo: un nuevo enfoque de la psiquiatría centrado en nuestros niños y en su futuro (nº 2008/57896-8); Modalidad Proyecto Temático – INCT; Investigador responsable Euripedes Constantino Miguel Filho (FM-USP); Inversión R$6.018.389,69 (FAPESP y CNPq)
Artículo científico
BETHLEHEM, R. A. I.; et al. Brain charts for the human lifespan. Nature. 6 abr. 2022.
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