El tamaño y la complejidad superiores del cerebro humano en comparación con otros mamíferos en realidad pueden originarse a partir de menos materiales iniciales iniciales, según sugiere una nueva investigación.
Un equipo de la Universidad de Oxford y la Universidad de Cardiff ha utilizado modelos matemáticos para recrear el complejo proceso del desarrollo del cerebro que ocurre cuando las células inicializadoras, también conocidas como células progenitoras, comienzan a crecer y comienzan a diferenciarse en células más especializadas envarios puntos en el tiempo
Al aplicar este modelo experimentalmente realista a ratones, monos y humanos, todos los cuales utilizan aproximadamente el mismo tipo de materias primas para desarrollar un cerebro, el equipo identificó las diferentes estrategias de desarrollo cerebral que separan a cada uno de los tres mamíferos.
En particular, las ecuaciones analizaron la capacidad de las células progenitoras para dividirse en más células progenitoras o en neuronas. Las ecuaciones se vincularon a datos experimentales de la vida real de ratones, monos y humanos y se utilizaron para predecir la población original decélulas progenitoras antes de que los cerebros comenzaran a desarrollarse.
Los resultados mostraron que el cerebro humano puede desarrollarse a partir de menos materias primas en comparación con ratones y monos, lo cual es sorprendente dado que un cerebro humano es mucho más complejo que el de un ratón.
De hecho, la corteza cerebral en el cerebro humano, que es responsable de las altas funciones cognitivas como el lenguaje, la memoria y el movimiento, contiene aproximadamente 16 mil millones de neuronas; la corteza cerebral de un ratón contiene alrededor de 14 millones de neuronas.
Del mismo modo, el cerebro de un ratón pesa alrededor de 400 mg, mientras que el cerebro humano pesa aproximadamente 1,500,000 mg.
Curiosamente, al comparar el cerebro de un mono con un ratón, los resultados mostraron que el cerebro del mono se desarrolla a partir de más células iniciales, lo que lleva a la creación de un cerebro más grande.
El equipo propuso que a medida que el cerebro humano se formó y esculpió a través de más de 500 millones de años de evolución, pudo desarrollar formas más estratégicas de crear estructuras complejas con menos células.
En estudios posteriores, el equipo espera usar sus modelos matemáticos para arrojar más luz sobre cómo estas estrategias pueden haber avanzado a través de la evolución y, lo que es más importante, comprender las enfermedades donde es posible que se realicen diferentes estrategias cerebrales, como la esquizofrenia,epilepsia y microcefalia inducida por el virus del Zika.
El Dr. Thomas E. Woolley de la Facultad de Matemáticas de la Universidad de Cardiff dijo: "Este proyecto realmente ha reunido las fortalezas complementarias de los matemáticos y los biólogos. En particular, las matemáticas han resaltado los siguientes pasos experimentales más importantes".
El Dr. Noemi Picco, de la Universidad de Oxford, dijo: "Para producir un cerebro más grande, podemos estirar el desarrollo durante un período de tiempo más largo o adoptar un programa de desarrollo completamente diferente para producir neuronas de manera más eficiente dentro del tiempo disponible".
"Parece plausible que los humanos adopten la primera solución ya que nuestro período de gestación es mucho más largo que el de un ratón, en lugar de comenzar con más materia prima".
"Si bien este argumento es solo especulativo, esta investigación produjo una hipótesis alternativa comprobable, estableciendo la base para futuros estudios experimentales".
El profesor Zoltán Molnár del Departamento de Fisiología, Anatomía y Genética de Oxford dijo: "El modelado nos ayudó a darnos cuenta de lo poco que sabemos actualmente sobre los aspectos comparativos del desarrollo cortical cerebral".
Algunos de los datos que tenemos no son suficientes para comenzar a modelar problemas más complejos del desarrollo y la evolución del cerebro. Estamos planeando reunir un equipo de colaboración internacional para alimentar los números para futuros modelos "
Los resultados han sido publicados en la revista corteza cerebral por un equipo de matemáticos y neurobiólogos de la Universidad de Oxford, la Universidad de Cardiff y el Centro Vasco de Neurociencia de Achucarro.
La investigación fue apoyada por una subvención del St John's College Research Center.
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Materiales proporcionado por Universidad de Cardiff . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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