En un estudio que podría revolucionar nuestra comprensión del desarrollo del cerebro, investigadores de la Universidad de Harvard descubrieron que las complejas redes neuronales responsables de comportamientos específicos en el pez cebra pueden formarse sin necesidad de experiencias sensoriales, lo que sugiere que la programación genética por sí sola es suficiente para establecer conexiones neuronales funcionales. .
Esta investigación desafía creencias arraigadas sobre el papel de la actividad sensorial en la configuración del cableado del cerebro y abre nuevas puertas para explorar las habilidades innatas del cerebro. La investigación fue publicada recientemente Comunicaciones de la naturaleza.
Históricamente, la neurociencia ha favorecido la idea de que, si bien los mecanismos genéticos establecen el marco básico de la red cerebral, las conexiones funcionales se perfeccionan a través de experiencias sensoriales e interacciones ambientales. Experimentos fundamentales con gatos y mamíferos, en los que se manipularon estímulos sensoriales, respaldan esta opinión al mostrar cómo dichos estímulos influyen en el desarrollo del cerebro. Además, los modelos computacionales han demostrado cómo las redes neuronales pueden aprender y adaptarse, enfatizando aún más el papel de la experiencia en el desarrollo del cerebro.
Sin embargo, estos modelos y experimentos no han respondido definitivamente si las experiencias sensoriales durante el desarrollo son esenciales para el surgimiento de comportamientos complejos o hasta qué punto la genética predetermina el cableado cerebral. Observaciones recientes de la actividad neuronal espontánea en el desarrollo temprano del cerebro han resaltado su papel potencial en la configuración de los circuitos neuronales antes de que la información sensorial entre en vigor, lo que sugiere una distinción más matizada entre la programación genética y la experiencia sensorial en el desarrollo del cerebro.
«Centraré mi doctorado en una pregunta teórica aparentemente simple: ¿Qué procesos subyacen al cableado del cerebro y qué tan precisas pueden ser estas influencias para producir la conectividad neuronal sólida y reproducible que subyace a los comportamientos instintivos?» Explicó el autor del estudio, Daniel Barabasi, becario postdoctoral de la Universidad de Harvard.
«Nuestros cálculos llevaron a una predicción sorprendente: incluso en el cerebro humano hay suficiente información sobre el desarrollo neuronal para especificar las conexiones y los pesos de cada neurona. Para probar esta sorprendente afirmación, me propuse demostrar que las redes neuronales subyacentes son complejas y bien estructuradas. El comportamiento estudiado en el pez cebra puede surgir sin ningún aprendizaje».
El pez cebra se utiliza ampliamente en la investigación científica debido a sus embriones transparentes, su rápido crecimiento y su similitud genética con los humanos (comparten aproximadamente el 70 por ciento de los mismos genes), lo que los convierte en un modelo ideal para estudiar la biología del desarrollo, la genética y la neurociencia. Sus propiedades únicas permiten a los investigadores observar los procesos de desarrollo en tiempo real y manipular genes para estudiar sus efectos sobre el crecimiento, el comportamiento y las enfermedades.
Para su nuevo estudio, Barabasi y sus colegas utilizaron un nuevo método utilizando un bloqueador de los canales de sodio llamado tricaína para inhibir farmacológicamente toda la actividad neuronal durante un período crítico del desarrollo cerebral en las larvas de pez cebra. Este método permitió al equipo investigar si comportamientos complejos y los circuitos neuronales que los sustentan pueden desarrollarse en ausencia de actividad neuronal.
Sorprendentemente, incluso después de un período de cuatro días de inactivación neuronal completa, el pez cebra pudo realizar los complejos comportamientos visomotores que normalmente se observan en los peces domesticados. Esto incluye la respuesta optomotora (OMR), que requiere la integración de información visual con la salida motora para coordinar la natación en respuesta a los estímulos visuales.
Sorprendentemente, después de que se eliminó el bloqueo de la actividad neuronal, el pez cebra exhibió tipos de células neuronales completamente funcionales y apropiadamente sintonizadas cuyas propiedades de respuesta reflejaban las observadas en peces desarrollados en condiciones normales.
Los hallazgos sugieren que la arquitectura básica y la funcionalidad de los circuitos neuronales en el pez cebra pueden desarrollarse independientemente de la actividad neuronal impulsada por los sentidos. Esto sugiere que los mecanismos genéticos y moleculares por sí solos son suficientes para establecer el cableado básico y los principios operativos del cerebro, un alejamiento significativo de la creencia anterior de que la experiencia sensorial es esencial para la maduración de los circuitos neuronales funcionales.
Además, el estudio reveló que el comportamiento del pez cebra, en términos de su capacidad para realizar OMR, mejoró gradualmente después de la eliminación del bloqueo de la actividad neuronal inducido por la tricaína, alcanzando un nivel comparable al de los peces de control. Esta mejora se produjo a pesar de que la exposición inicial a estímulos visuales de estos peces se produjo más tarde en el desarrollo, lo que sugiere una rápida adaptación o calibración de sus circuitos neuronales a los estímulos ambientales después de que se eliminó el bloqueo.
«En la antigua cuestión de la naturaleza y la crianza, nos ponemos decididamente del lado de la naturaleza», dijo Barabasi a Cypost. «Desafiamos el reciente enfoque en el aprendizaje, desde la inteligencia artificial hasta la superación personal, demostrando la importante contribución del desarrollo a nuestras habilidades innatas. Esto sugiere que algunos aspectos de nuestro comportamiento y personalidad están ‘integrados’ o son parte de nuestro paquete de desarrollo. y que una mentalidad de crecimiento puede ampliar y potenciar esta capacidad innata».
Un estudio titulado «Los circuitos neuronales funcionales surgen en ausencia de actividad del desarrollo» realizado por Daniel L. Escrito por Barabasi, Gregor FP Schuhknecht y Florian Engert.
