Científicos del Instituto Zuckerman de Columbia y la Universidad de Texas en Dallas han descubierto, mediante el escaneo de cerebros de ratones a lo largo de su vida, que el cerebro humano no es único en la forma en que cambia con la edad. Estos hallazgos podrían ayudar en el futuro a los investigadores a identificar los mecanismos en humanos que confieren vulnerabilidad o resistencia al declive cerebral relacionado con la edad, así como a enfermedades y trastornos.
Su investigación fue publicada hoy en línea en Proceedings of the National Academy of Sciences.
El descubrimiento de que los cerebros de humanos y ratones envejecen de manera similar podría ayudar a los científicos a comprender los factores subyacentes a los cambios cerebrales durante el envejecimiento. Este conocimiento podría, a su vez, ayudar a los investigadores a encontrar estrategias para ralentizar, detener o incluso revertir estos declives.
«Al observar a los ratones, podemos ver si, por ejemplo, un cambio en su dieta en su juventud tiene un efecto en su vejez, y no tenemos que esperar 80 años para obtener resultados, como sí tendríamos que hacerlo con los humanos», afirmó el coautor principal del estudio, Itamar Kahn, PhD, investigador principal del Instituto Zuckerman de Columbia y profesor asociado de neurociencia en la Facultad de Medicina y Cirugía de Columbia.
El cerebro humano, el órgano más complejo, funciona como una red de módulos interconectados especializados para tareas como percibir colores o reconocer rostros. Investigaciones previas han demostrado que estos módulos se vuelven menos especializados a medida que las personas envejecen, un proceso asociado con un empeoramiento de la memoria y otras formas de deterioro cognitivo.
Aún se desconoce mucho sobre la maquinaria química y celular que subyace a este declive cerebral relacionado con la edad, así como sobre las formas en que los genes, el estilo de vida, el entorno o la medicina podrían alterar su trayectoria. Para arrojar luz sobre este misterio, en el nuevo estudio, los investigadores utilizaron una tecnología no invasiva llamada resonancia magnética funcional (fMRI) para escanear los cerebros de 82 ratones en varios intervalos entre los 3 y los 20 meses de edad, lo que corresponde aproximadamente a entre los 18 y los 70 años en humanos.
La fMRI es un método de imagen que detecta los cambios en el flujo sanguíneo al cerebro. Sin embargo, los cerebros de los ratones son aproximadamente 3.000 veces más pequeños en volumen que los de los humanos, por lo que los investigadores necesitaron estrategias especiales para la obtención de imágenes. Por ejemplo, los científicos utilizaron escáneres de fMRI con campos magnéticos más de tres veces más fuertes que los que se utilizan habitualmente en humanos, lo que les permitió obtener imágenes de detalles más pequeños.
Al igual que la mayoría de las personas se mantienen despiertas durante las resonancias magnéticas, el laboratorio del Dr. Kahn es uno de los pocos en el mundo que es capaz de capturar imágenes de los cerebros de los ratones mientras están despiertos.
Los científicos descubrieron que los ratones envejecidos, al igual que las personas, experimentaron un declive en la forma en que interactuaban sus diferentes módulos cerebrales especializados.
«La forma en que los módulos del cerebro se relacionan entre sí como un todo es una medida de la salud cerebral que parece aplicarse de manera similar tanto en humanos como en ratones», dijo Ezra Winter-Nelson, estudiante de doctorado en el laboratorio del coautor principal del estudio, Gagan Wig, PhD, profesor asociado de psicología en la Universidad de Texas en Dallas.
Los científicos también encontraron diferencias significativas entre los cerebros humanos y los de los ratones. Por ejemplo, los módulos cerebrales de los ratones se comunicaban menos entre sí que los de los humanos.
«Creemos que la mayor integración que tienen los humanos a través de sus redes cerebrales puede contribuir a aspectos de la cognición que están especialmente desarrollados en los humanos», dijo el Dr. Wig.
Además, el declive en la especialización de los módulos cerebrales fue más rápido en los humanos que en los ratones. «Por lo tanto, si bien nosotros, los humanos, tenemos esta capacidad de integrar información a través de partes más ampliamente distribuidas del cerebro, esto puede hacernos más vulnerables al declive cerebral y cognitivo en comparación con los ratones», añadió el Dr. Wig.
Los investigadores señalaron que solo investigaron un tipo de ratón de laboratorio. «Sabemos que existen otros tipos de ratones que muestran variabilidad en la forma en que responden al envejecimiento», dijo el Dr. Kahn. «Por lo tanto, queremos observar otros tipos de ratones para comprender cómo la genética afecta las trayectorias del envejecimiento».
El Dr. Kahn afirma que estos hallazgos abren nuevas vías para estudiar el envejecimiento cerebral que no serían posibles en humanos. Los científicos pueden investigar los efectos que la genética, el entorno y otros factores podrían tener en el declive relacionado con la edad en los ratones, y con las herramientas de investigación avanzadas ahora disponibles.
La investigación previa sobre la neurociencia de los ratones ha sido criticada a menudo por no tener relevancia clínica en los humanos. Gran parte de ese trabajo anterior se centró en los cambios observados a nivel celular.
«Lo que estamos haciendo es observar el cerebro a nivel de red», señaló el Dr. Kahn. «Creemos que observar tanto el nivel celular como el de la red en los ratones puede ser mejor para desarrollar enfoques terapéuticos que realmente funcionen en los humanos».
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