Desarrollo Cerebral: Nueva Teoría sobre la Organización Neuronal

Nuestro cerebro comienza como una única célula. Al final, alberga una red increíblemente compleja y poderosa de aproximadamente 170 mil millones de células. ¿Cómo se organiza durante su desarrollo? Neurocientíficos del Laboratorio Cold Spring Harbor han propuesto una respuesta sorprendentemente simple que podría tener implicaciones de gran alcance para la biología y la inteligencia artificial.

Stan Kerstjens, investigador postdoctoral en el laboratorio del profesor Anthony Zador, plantea la pregunta en términos de información posicional. “Lo único que ‘ve’ una célula es ella misma y sus vecinas”, explica. “Pero su destino depende de dónde se encuentre. Una célula en el lugar equivocado se convierte en algo incorrecto y el cerebro no se desarrolla correctamente. Por lo tanto, cada célula debe resolver dos preguntas: ¿Dónde estoy? ¿Y en qué debo convertirme?”.

En un estudio publicado en Neuron, Kerstjens, Zador y sus colegas de la Universidad de Harvard y ETH Zúrich presentan una nueva teoría sobre cómo se organiza el cerebro durante el desarrollo.

Durante mucho tiempo, los investigadores pensaron que las células intercambiaban información posicional principalmente a través de señales químicas. Esto funciona bien cuando se trata de solo unas pocas células, explica Kerstjens. Pero el cerebro no está formado por unas pocas células. Se trata de miles de millones de neuronas, cada una de las cuales necesita aterrizar exactamente en el lugar correcto. Las señales químicas solo pueden viajar hasta cierto punto antes de desvanecerse. Entonces, ¿cómo saben automáticamente las células en lo profundo de un cerebro en crecimiento dónde se encuentran?

La respuesta, propone Kerstjens, está más cerca de lo que pensamos. “Consideremos cómo las poblaciones humanas se extienden por un país a lo largo de generaciones”, dice. “Los descendientes se establecen cerca de sus padres, por lo que las personas que comparten ascendencia terminan en regiones vecinas, produciendo grandes estructuras geográficas sin comunicación a larga distancia. Argumentamos que un principio similar opera en el cerebro en desarrollo. Las células que descienden del mismo progenitor tienden a permanecer cerca unas de otras”.

Para probar esta teoría, Kerstjens y sus colegas construyeron lo que ellos llaman un “modelo basado en el linaje de información posicional escalable”. Comenzaron con cálculos teóricos. Luego, probaron su hipótesis a gran escala analizando la expresión génica individual y grupal en cerebros de ratón en desarrollo. Finalmente, confirmaron sus resultados en peces cebra, demostrando que el modelo se puede utilizar en cerebros de diferentes tamaños.

Kerstjens afirma que el modelo apoya la noción de que la señalización química funciona en conjunto con un mecanismo basado en el linaje para transmitir información posicional. Y aunque su trabajo se centra en el cerebro, la teoría podría aplicarse a muchos otros tipos de tejidos en desarrollo, incluidos los tumores. Incluso podría haber implicaciones para los modelos de IA autorreplicantes que transmiten información de una generación a otra, al igual que nuestras propias células cerebrales.

Quizás lo más importante, mostrar cómo una sola célula crece hasta convertirse en un órgano complejo podría ayudar a los científicos a resolver misterios fundamentales de la mente.

El cerebro de alguna manera nos hace inteligentes. ¿Cómo logró acumular esta capacidad, no solo a lo largo de su tiempo de desarrollo, sino también a lo largo del tiempo evolutivo? Esta es una pieza de ese gran rompecabezas”.

Stan Kerstjens, investigador postdoctoral en el laboratorio del profesor Anthony Zador