A medida que los niños envejecen hasta la adolescencia y hasta la edad adulta, muestran mejoras dramáticas en su capacidad para controlar los impulsos, mantenerse organizados y tomar decisiones. Esas "funciones ejecutivas" del cerebro son factores clave para determinar los resultados, incluido el éxito educativo,uso de drogas y enfermedades psiquiátricas. Ahora, los investigadores informan Biología actual el 25 de mayo ha mapeado los cambios en la organización de la red del cerebro que subyacen a esas mejoras en la función ejecutiva.
El estudio revela que el cerebro en maduración se segrega cada vez más en módulos de red distintos para una mayor eficiencia. De hecho, la nueva evidencia muestra que el grado en que la función ejecutiva mejora en una persona con edad depende del grado en que ese modular bien definidoemerge la estructura de red.
"Nos sorprendió descubrir que el refinamiento del desarrollo de las redes cerebrales estructurales implicaba una mayor segregación modular e integración global, ya que los sistemas altamente modulares tienen el potencial de fragmentarse", dice Ted Satterthwaite, profesor asistente de Psiquiatría en la Escuela Perelman deMedicina en la Universidad de Pensilvania. "Esta topología de red cada vez más modular pero integrada a nivel mundial puede maximizar la eficiencia de la comunicación y minimizar los costos de cableado en el cerebro".
Los hallazgos sugieren que la arquitectura modular del cerebro es crítica para el desarrollo de cognición y comportamiento complejos. También podrían conducir a la identificación de biomarcadores de desarrollo cerebral anormal que podrían predecir el riesgo de una persona de psicosis y trastornos del estado de ánimo importantes, dicen los investigadores.
Satterthwaite y sus colegas se propusieron definir el desarrollo normal de los módulos de red estructural y su relación con el funcionamiento ejecutivo. Capitalizaron una gran muestra de 882 jóvenes entre las edades de 8 y 22 años que completaron imágenes de difusión como parte del Desarrollo Neurodesarrollo de FiladelfiaCohort, un estudio basado en la comunidad sobre el desarrollo del cerebro que incluye datos ricos en neuroimagen y cognitivos.
Como era de esperar, la función ejecutiva mejoró notablemente en los participantes del estudio con la edad. Un análisis de las imágenes del cerebro reveló una estructura cada vez más especializada y modular que, sin embargo, estaba completamente integrada.
"El desarrollo de la arquitectura de red modular no resultó en la fragmentación del cerebro", explica el primer autor del estudio, Graham Baum @graham_baum, candidato a doctorado en la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania ". De hecho,la capacidad general de comunicación de la red en realidad aumentó, debido al fortalecimiento de las conexiones 'hub' específicas entre los módulos. Estos resultados muestran que a medida que los niños crecen, su cerebro se segrega más en unidades especializadas, pero también se integra más como un todo ".
Los investigadores sugieren que una arquitectura de red integrada globalmente puede ser crítica para apoyar el procesamiento especializado y reducir la interferencia entre los sistemas cerebrales. Al mismo tiempo, el aumento de la integración global puede permitir que esas partes especializadas trabajen juntas de manera coordinada. Los investigadoresTambién encontró una relación entre la aparición de esa estructura modular y el desempeño de una persona en las pruebas de la función ejecutiva.
Los investigadores dicen que ahora están combinando técnicas de imagen estructural y funcional para examinar cómo las redes cerebrales estructurales limitan y dan forma a las redes cerebrales funcionales y los patrones de activación. También investigarán si la información sobre las redes cerebrales puede predecir la aparición de trastornos psiquiátricos en niños años después.
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