Los canales y crestas distintivos del cerebro humano no están presentes en la mayoría de los animales; los cerebros altamente plegados se ven solo en un puñado de especies, incluidos algunos primates, delfines, elefantes y cerdos. En los humanos, el plegamiento comienza en los cerebros fetales alrededor delVigésima semana de gestación y se completa solo cuando el niño tiene aproximadamente un año y medio.
La razón por la cual el cerebro está plegado se puede racionalizar fácilmente desde una perspectiva evolutiva; los cerebros plegados probablemente evolucionaron para adaptarse a una corteza grande en un volumen pequeño con el beneficio de reducir la longitud del cableado neuronal y mejorar la función cognitiva.
Menos comprendido es cómo se pliega el cerebro. Se han propuesto varias hipótesis, pero ninguna se ha utilizado directamente para hacer predicciones comprobables. Ahora, los investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard que colaboran con científicos en Finlandia y Francia tienendemostró que si bien muchos procesos moleculares son importantes para determinar los eventos celulares, lo que finalmente hace que el cerebro se doble es una inestabilidad mecánica simple asociada con el pandeo.
La investigación se publica en Física de la naturaleza .
Comprender cómo se pliega el cerebro podría ayudar a desbloquear el funcionamiento interno del cerebro y desentrañar los trastornos relacionados con el cerebro, ya que la función a menudo sigue su forma.
"Descubrimos que podíamos imitar el plegamiento cortical usando un principio físico muy simple y obtener resultados cualitativamente similares a los que vemos en los cerebros fetales reales", dijo L. Mahadevan, profesor de Matemática Aplicada, Organismo y Evolutivo de Lola England de Valpine.Biología y Física.
El número, el tamaño, la forma y la posición de las células neuronales durante el crecimiento cerebral conducen a la expansión de la materia gris, conocida como la corteza, en relación con la sustancia blanca subyacente. Esto pone a la corteza bajo compresión, lo que lleva a una inestabilidad mecánicaeso hace que se arrugue localmente.
"Esta innovación evolutiva simple, con iteraciones y variaciones, permite que una corteza grande se empaque en un volumen pequeño, y es probable que sea la causa dominante detrás del plegamiento del cerebro, conocida como gyrification", dijo Mahadevan, quien también es una facultad centralmiembro del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada, y miembro del Instituto Kavli de Ciencia y Tecnología Bionano, en la Universidad de Harvard.
La investigación previa de Mahadevan encontró que el diferencial de crecimiento entre la corteza externa del cerebro y el tejido blando debajo explica las variaciones en los patrones de plegamiento entre los organismos en términos de solo dos parámetros, el tamaño relativo del cerebro y la expansión relativa de la corteza.
Partiendo de esto, el equipo colaboró con neuroanatomistas y radiólogos en Francia y probó directamente esta teoría utilizando datos de fetos humanos. El equipo hizo un modelo tridimensional en gel de un cerebro fetal liso basado en imágenes de resonancia magnética. La superficie del modelo erarecubierto con una capa delgada de gel de elastómero, como un análogo de la corteza Para imitar la expansión cortical, el cerebro de gel se sumergió en un solvente que es absorbido por la capa externa causando que se hinche en relación con las regiones más profundas.inmerso en un disolvente líquido, la compresión resultante condujo a la formación de pliegues similares en tamaño y forma a los cerebros reales.
El alcance de las similitudes sorprendió incluso a los investigadores. "Cuando puse el modelo en el solvente, supe que debería haber pliegues, pero nunca esperé ese tipo de patrón cercano en comparación con el cerebro humano", dijo Jun Young Chung, postdoctoralcompañero y coautor del artículo "Parece un cerebro real".
La clave de esas similitudes radica en la forma única del cerebro humano.
"La geometría del cerebro es realmente importante porque sirve para orientar los pliegues en ciertas direcciones", dijo Chung. "Nuestro modelo, que tiene la misma geometría y curvatura a gran escala que un cerebro humano, conduce a la formación de plieguesque coincide bastante bien con los que se ven en cerebros fetales reales "
Los pliegues más grandes que se ven en el modelo de cerebro de gel son similares en forma, tamaño y orientación a lo que se ve en el cerebro fetal, y se pueden replicar en múltiples experimentos de gel. Los pliegues más pequeños no se conservan, lo que refleja variaciones similares en los cerebros humanos.
"Los cerebros no son exactamente iguales de un humano a otro, pero todos deberíamos tener los mismos pliegues principales para estar sanos", dijo Chung. "Nuestra investigación muestra que si una parte del cerebro no crece adecuadamente,o si se interrumpe la geometría global, es posible que no tengamos los pliegues principales en el lugar correcto, lo que puede causar disfunción en el cerebro ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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