El cerebro humano está organizado en circuitos que se desarrollan desde la niñez hasta la edad adulta para apoyar la función ejecutiva: comportamientos críticos como el autocontrol, la toma de decisiones y el pensamiento complejo. Estos circuitos están anclados por vías de materia blanca que coordinan la actividad cerebral necesaria paraSin embargo, existen pocas investigaciones para explicar cómo madura la materia blanca para apoyar la actividad que permite mejorar la función ejecutiva durante la adolescencia, un período de rápido desarrollo cerebral.
Investigadores del Lifespan Brain Institute de la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania y el Hospital Infantil de Filadelfia aplicaron herramientas de la ciencia de redes para identificar cómo se desarrollan las conexiones anatómicas en el cerebro para respaldar la actividad neuronal subyacente a estas áreas clave. Los hallazgos fueronpublicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Al registrar el desarrollo del cerebro durante la niñez y la adolescencia, podemos comprender mejor cómo el cerebro apoya la función ejecutiva y el autocontrol tanto en niños sanos como en aquellos con diferentes experiencias de salud mental", dijo el autor principal del estudio, Theodore Satterthwaite, MD, unprofesor asistente de psiquiatría en Penn. "Dado que las anomalías en el desarrollo de la conectividad cerebral y los déficits en la función ejecutiva a menudo están relacionados con la aparición de enfermedades mentales durante la juventud, nuestros hallazgos pueden ayudar a identificar biomarcadores del desarrollo cerebral que predicen resultados cognitivos y clínicos más adelante en la vida."
En este estudio, los investigadores mapearon el acoplamiento estructura-función, el grado en el que el patrón de conexiones anatómicas de una región del cerebro apoya la actividad neuronal sincronizada. Esto podría pensarse como una autopista, donde las conexiones anatómicas son la carretera y las conexiones funcionales.conexiones son el tráfico que fluye a lo largo de esas carreteras. Los investigadores mapearon y analizaron datos de neuroimágenes multimodales de 727 participantes de entre 8 y 23 años, y surgieron tres hallazgos importantes.
Primero, el equipo descubrió que la variabilidad regional en el acoplamiento estructura-función estaba inversamente relacionada con la complejidad de la función de la que es responsable un área determinada del cerebro. Se encontró un mayor acoplamiento estructura-función en partes del cerebro que están especializadas para procesar simplesinformación sensorial, como el sistema visual. En contraste, hubo un menor acoplamiento estructura-función en partes complejas del cerebro que son responsables de la función ejecutiva y el autocontrol, que requieren un procesamiento más abstracto y flexible.
Los resultados mostraron que el acoplamiento estructura-función también se alineó con los patrones conocidos de expansión del cerebro a lo largo de la evolución de los primates. Trabajos anteriores que compararon los cerebros de humanos, simios y monos mostraron que áreas sensoriales como el sistema visual están altamente conservadas en las especies de primates yno se han expandido mucho durante la evolución reciente. Por el contrario, las áreas de asociación del cerebro, como la corteza prefrontal, se han expandido drásticamente a lo largo de la evolución de los primates. Esta expansión puede haber permitido el surgimiento de capacidades cognitivas humanas excepcionalmente complejas. El equipoencontraron que las áreas del cerebro que se expandieron rápidamente durante la evolución tenían un menor acoplamiento estructura-función, mientras que las áreas sensoriales simples que se han conservado en la evolución reciente tenían un mayor acoplamiento estructura-función.
Los investigadores también encontraron que el acoplamiento estructura-función aumentó durante la infancia y la adolescencia en regiones cerebrales frontales complejas. Estas son las mismas regiones que tienden a tener un acoplamiento estructura-función de referencia más bajo, se expanden en comparación con los monos y son responsables del autocontrol. El desarrollo prolongado del acoplamiento estructura-función en estas regiones puede permitir una mejor función ejecutiva y autocontrol que se desarrolla hasta la edad adulta. De hecho, el equipo encontró que un mayor acoplamiento estructura-función en la corteza prefrontal lateral, un área cerebral compleja quedesempeña un papel importante en el autocontrol, se asoció con una mejor función ejecutiva.
"Estos resultados sugieren que las funciones ejecutivas como el control de los impulsos, que pueden ser particularmente desafiantes para niños y adolescentes, dependen en parte del desarrollo prolongado del acoplamiento estructura-función en áreas complejas del cerebro como la corteza prefrontal", explicó el autor principalGraham Baum, PhD, becario postdoctoral en la Universidad de Harvard, que fue estudiante de doctorado en neurociencia en Penn durante el tiempo de la investigación. "Esto tiene implicaciones importantes para comprender cómo los circuitos cerebrales se especializan durante el desarrollo para apoyar un comportamiento flexible y apropiado orientado a objetivos."
Otros coautores de Penn incluyen a Zaixu Cui, David R. Roalf, Bart Larsen, Matthew Cieslak, Philip A. Cook, Cedric H. Xia, Tyler M. Moore, Kosha Ruparel. Desmond Oathes, Russell T. Shinohara, Raquel E. Gur, Ruben C. Gur y Danielle S. Bassett.
Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional de Salud Mental F31MH115709, R01MH113550, MH089983, MH089924, R01MH107703, R01MH112847, R01MH107235, P50MH096891, K01MH102609, Cerebro, R01MH085269 fue proporcionado por el Instituto Lifespan11.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Medicina de la Universidad de Pennsylvania . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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