El desarrollo del cerebro no ocurre de manera uniforme en todo el cerebro, sino que sigue una secuencia de desarrollo recientemente identificada, según un nuevo estudio de Penn Medicine. Las regiones del cerebro que respaldan las funciones cognitivas, sociales y emocionales parecen permanecer maleables (o capaces de cambiar, adaptarse y remodelarse) durante más tiempo que otras regiones del cerebro, lo que hace que los jóvenes sean sensibles a los entornos socioeconómicos durante la adolescencia. Los hallazgos fueron publicados recientemente en Neurociencia de la naturaleza.
Los investigadores registraron cómo se desarrollan los procesos de desarrollo en el cerebro humano desde las edades de 8 a 23 años a través de imágenes de resonancia magnética (IRM). Los hallazgos indican un nuevo enfoque para comprender el orden en el que las regiones cerebrales individuales muestran reducciones en la plasticidad durante el desarrollo.
La plasticidad cerebral se refiere a la capacidad de los circuitos neuronales, conexiones y vías en el cerebro para el pensamiento, la emoción y el movimiento, para cambiar o reorganizarse en respuesta a señales biológicas internas o al entorno externo. Si bien generalmente se entiende que los niños tienen una mayor plasticidad cerebral que los adultos, este estudio proporciona nuevos conocimientos sobre dónde y cuándo se producen reducciones en la plasticidad del cerebro durante la infancia y la adolescencia.
Los hallazgos revelan que las reducciones en la plasticidad cerebral ocurren primero en las regiones «sensoriales y motoras», como las regiones visuales y auditivas, y ocurren más tarde en las regiones «asociativas», como las involucradas en el pensamiento de orden superior (resolución de problemas y aprendizaje social). . Como resultado, las regiones del cerebro que respaldan las funciones ejecutivas, sociales y emocionales parecen ser particularmente maleables y receptivas al entorno durante la adolescencia temprana, ya que la plasticidad se produce más adelante en el desarrollo.
«Estudiar el desarrollo del cerebro en el cerebro humano vivo es un desafío. Gran parte de la comprensión de los neurocientíficos sobre la plasticidad del cerebro durante el desarrollo en realidad proviene de estudios realizados con roedores. Pero los cerebros de roedores no tienen muchas de las regiones de asociación de los humanos cerebro, por lo que sabemos menos acerca de cómo se desarrollan estas áreas importantes», dijo el autor correspondiente Theodore D. Satterthwaite, MD, Profesor Asociado de Psiquiatría de McLure en la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania, y director de Penn Lifespan Informatics and Centro de Neuroimagen (PennLINC).
Para abordar este desafío, los investigadores se centraron en comparar los conocimientos de estudios anteriores con roedores con los conocimientos de imágenes de resonancia magnética de jóvenes. Investigaciones anteriores que examinaron cómo se comportan los circuitos neuronales cuando son plásticos descubrieron que la plasticidad cerebral está vinculada a un patrón único de actividad cerebral «intrínseca». La actividad intrínseca es la actividad neuronal que ocurre en una parte del cerebro cuando está en reposo, o cuando no está involucrada con estímulos externos o una tarea mental. Cuando una región del cerebro está menos desarrollada y es más plástica, tiende a haber más actividad intrínseca dentro de la región, y esa actividad también tiende a estar más sincronizada. Esto se debe a que hay más neuronas activas en la región y tienden a estar activas al mismo tiempo. Como resultado, las mediciones de las ondas de actividad cerebral muestran un aumento en la amplitud (o altura).
«Imagínese que las neuronas individuales dentro de una región del cerebro son como instrumentos en una orquesta. A medida que más instrumentos comienzan a tocar juntos en sincronía, el nivel de sonido de la orquesta aumenta y la amplitud de la onda de sonido aumenta», dijo el primer autor. Valeria Sydnor,estudiante de doctorado en neurociencias. «Al igual que los medidores de decibelios pueden medir la amplitud de una onda de sonido, la amplitud de la actividad cerebral intrínseca se puede medir con una resonancia magnética funcional mientras los niños simplemente descansan en el escáner. Esto permitió a nuestro equipo estudiar un marcador funcional de la plasticidad cerebral de forma segura y no -invasivamente en la juventud».
Al analizar las resonancias magnéticas de más de 1000 personas, los autores encontraron que el marcador funcional de la plasticidad cerebral disminuyó en la primera infancia en las regiones sensoriomotoras, pero no disminuyó hasta la adolescencia media en las regiones asociativas.
«Estas regiones asociativas de desarrollo lento también son vitales para el logro cognitivo, las interacciones sociales y el bienestar emocional de los niños», añadió Satterthwaite. «Realmente estamos comenzando a comprender la singularidad del programa de desarrollo prolongado del ser humano».
«Si una región del cerebro permanece maleable durante más tiempo, también puede seguir siendo sensible a las influencias ambientales durante una ventana de desarrollo más prolongada», dijo Sydnor. «Este estudio encontró evidencia de eso».
Los autores estudiaron las relaciones entre los entornos socioeconómicos de los jóvenes y el mismo marcador funcional de plasticidad. Descubrieron que los efectos del medio ambiente en el cerebro no eran uniformes en todas las regiones ni estáticos en todo el desarrollo. Más bien, los efectos del entorno en el cerebro cambiaron a medida que avanzaba la secuencia de desarrollo identificada.
Críticamente, los entornos socioeconómicos de los jóvenes generalmente tenían un mayor impacto en el desarrollo del cerebro en las regiones cerebrales asociativas de maduración tardía, y se encontró que el impacto era mayor en la adolescencia.
«Este trabajo sienta las bases para comprender cómo el entorno da forma a las trayectorias del desarrollo neurológico incluso durante la adolescencia», dijo Bart Larsen, PhD, investigador postdoctoral y coautor de PennLINC.
Sydnor explicó: «La esperanza es que el estudio de la plasticidad del desarrollo nos ayude a comprender cuándo los programas de enriquecimiento ambiental tendrán un impacto beneficioso en la trayectoria del desarrollo neurológico de cada niño. Nuestros hallazgos respaldan que los programas diseñados para aliviar las disparidades en los entornos socioeconómicos de los jóvenes siguen siendo importantes para el desarrollo del cerebro. durante todo el período de la adolescencia».
This study was supported by the National Institute of Health (R01MH113550, R01MH120482, R01MH112847, R01MH119219, R01MH123563, R01MH119185, R01MH120174, R01NS060910, R01EB022573, RF1MH116920., RF1MH121867, R37MH125829, R34DA050297, K08MH120564, K99MH127293, T32MH014654). El estudio también fue apoyado por la Beca de Investigación para Graduados de la Fundación Nacional de Ciencias (DGE-1845298).
El Penn-CHOP Lifespan Brain Institute y el Penn Center for Biomedical Image Computing and Analytics brindaron apoyo adicional.
