Así crece y encoge tu cerebro a lo largo de la vida: los nuevos percentiles de referencia

El órgano más complejo y desconocido del cuerpo humano todavía tiene mucho que decirnos. El alzhéimer y otras enfermedades neurológicas siguen siendo, en gran parte, un misterio. Una de las razones es que ni siquiera sabemos con exactitud cómo se desarrolla y cómo evoluciona a lo largo de la vida un cerebro sano. Para detectar anomalías hay que tener un modelo de referencia, pero estudiar la cabeza humana nunca ha sido una tarea sencilla, a pesar de que las neurociencias y la tecnología no dejan de avanzar. A partir de hoy los especialistas cuentan con una nueva herramienta.

Un proyecto liderado por la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y publicado en la revista 'Nature' ha permitido crear una base de datos sin precedentes: BrainChart agrupa casi 124.000 escáneres cerebrales pertenecientes a más de 100.000 personas de diversos países y de todas las edades, desde fetos a partir de las 15 semanas de gestación hasta ancianos de 100 años. Al analizar todas esas imágenes de resonancia magnética, obtenidas tras recopilar 100 estudios distintos, los científicos han creado unas tablas de referencia sobre el desarrollo y la evolución del cerebro humano que están disponibles para toda la comunidad científica y médica y que funcionan como los percentiles que utilizan los pediatras para monitorizar el crecimiento de los niños: gráficos que indican el estándar para cada edad y sexo.

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Los resultados muestran un desarrollo muy rápido del cerebro en los primeros años de nuestra vida y un lento y progresivo declive en las últimas décadas. El volumen de la materia gris (el conjunto de las células del cerebro) aumenta rápidamente a partir de la mitad de la gestación y llega al máximo antes de los seis años. A partir de ahí ya disminuye lentamente, aunque la materia gris en la subcorteza, que controla las funciones corporales y el comportamiento básico, alcanza su cénit en la adolescencia, a los 14 años y medio. En cambio, la materia blanca (las conexiones cerebrales) sigue aumentando hasta justo antes de los 29 años y su disminución se acelera después de los 50 años.

Algunos de estos hitos del desarrollo del cerebro ya se habían planteado como hipótesis, pero ahora quedan confirmados en los gráficos del proyecto. Richard Bethlehem, investigador del Departamento de Psiquiatría de la Universidad de Cambridge y uno de los codirectores del estudio, destaca la importancia de unir los datos que muestran la evolución a largo de toda la vida: “Nos ha permitido medir los cambios rápidos y muy tempranos que ocurren en el cerebro, y el declive largo y lento a medida que envejecemos”. En definitiva, crece rápido y va encogiendo muy despacio de forma progresiva.

“Las curvas encajan con lo que sabíamos”, explica en declaraciones a Teknautas Rafael Romero García, que formó parte del equipo de Cambridge responsable del proyecto durante ocho años y trabaja desde hace unos meses en el Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBIS). Sin embargo, reconoce que es muy complejo entender las etapas de desarrollo de todo el entramado cerebral. Por ejemplo, ¿por qué la materia gris alcanza su pico a una edad tan temprana como los seis años? “Es lo que llamamos 'poda sináptica', el cerebro elimina conexiones que no le son útiles, y es parte fundamental del desarrollo de niños y adolescentes”, comenta. De hecho, si este proceso no funciona bien, puede acarrear trastornos del neurodesarrollo. Al mismo tiempo, se produce la mielinización de las conexiones que sí utilizamos, de manera que “la materia blanca va formando una cobertura para aislarlas y hacerlas más eficientes a la hora de conducir información”.

La proeza técnica

Aunque esto ya se conocía, “por primera vez hemos podido modelar los cambios del cerebro durante toda la vida e identificar esas fases, nunca se habían cuantificado de esta manera”, apunta. Hasta ahora, muchos médicos e investigadores podían realizar estudios de forma aislada con sus propios pacientes y con los equipos de neuroimagen a los que tuvieran acceso, pero jamás se habían puesto en común tantos datos a nivel mundial ni se habían analizado de esta manera. Los autores del estudio han usado un 'software' estandarizado para extraer datos de las resonancias magnéticas, comenzando con propiedades simples como el volumen de materia gris y de materia blanca, y ampliando después el trabajo para acceder a detalles más finos, como el grosor de la corteza o el volumen de regiones específicas del cerebro. El trabajo resultó muy arduo porque la metodología empleada en los estudios que trataban de agrupar era muy variada.

Después, para hacer los análisis de todo el material y extraer los gráficos con los resultados, fue imprescindible recurrir a clústeres de computación de alto rendimiento y a una amplia red de colaboradores. En total, estiman que han utilizado alrededor de dos millones de horas de tiempo de computación, analizando cerca de un petabyte de información. Sin embargo, el trabajo no ha finalizado. Los datos están disponibles en un sitio web que puede ser actualizado constantemente, de modo que los gráficos estén siempre al día.

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De hecho, los investigadores reconocen que su base de datos tiene algunas limitaciones. El mayor acceso a la medicina y a la tecnología por parte de los países desarrollados hacen que las poblaciones africanas o asiáticas estén menos representadas en los estudios de neuroimagen en general y en este proyecto en particular. Por lo tanto, ¿el cerebro de referencia que han construido es verdaderamente representativo y vale para toda la humanidad? Ante la duda, la única solución es mantener esta iniciativa como un proyecto de ciencia abierta y colaborativa que se pueda seguir enriqueciendo con nuevas aportaciones.

Aplicaciones médicas inmediatas

Sin embargo, el objetivo es que BrainChart tenga una aplicación médica directa. Más allá de que los científicos puedan subir nuevos escáneres para enriquecer la base de datos y consultarla para trabajos de investigación, los neurólogos van a empezar a contar con un modelo de referencia que contrastar con sus pacientes. Simplemente, “deben introducir sus datos para calcular el percentil automáticamente”, señala Romero. En ese sentido, “el primer paso para detectar que hay algún tipo de trastorno a nivel cerebral es conocer si los valores de una persona concreta se alejan de lo esperado”.

El problema es que hasta ahora no existía ninguna referencia sobre qué era “lo esperado”. Sin embargo, con este proyecto ya existe un modelo de cerebro sano asociado a cada edad y, además, el conjunto de datos incluye hasta “165 etiquetas de diagnóstico diferentes”. Eso significa que “hemos calculado percentiles para distintos trastornos, como la esquizofrenia, el déficit de atención, el autismo y el alzhéimer”, comenta el investigador del IBIS. De esta manera, si los datos de materia gris y blanca de una persona de edad avanzada están por debajo de lo que se esperaría para su edad y su sexo, se podría detectar algún problema, por ejemplo, de demencia.

“A lo largo de la adultez tardía se incrementa la muerte celular por el proceso de envejecimiento, que es normal y está relacionada con procesos de envejecimiento, pero cuando es demasiado acelerada es posible que la persona tenga trastornos como la enfermedad de alzhéimer”, explica el investigador español. No obstante, a día de hoy esto no es suficiente para realizar un diagnóstico. “En promedio, el riesgo es más alto, pero de momento no estamos en condiciones de decir que una persona tiene alzhéimer porque su volumen cerebral sea menor”, advierte.

Lo cierto es que puede existir cierta variabilidad en este órgano y ni siquiera la cantidad de materia blanca o de materia gris es definitiva para detectar un trastorno patológico, ya que “aún no conocemos los mecanismos por los cuales se produce el deterioro” característico de muchas enfermedades neurodegenerativas. De hecho, una de las cosas que ha llamado la atención de los expertos a raíz de este trabajo es que “a partir de los 40, 50 o 60 años se dispara el tamaño de los ventrículos cerebrales”. Estas cavidades no son patológicas y contienen líquido cefalorraquídeo, pero ya no sirven para procesar información.

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Después de ser uno de los autores del estudio publicado en 'Nature' y de estar de vuelta a España, Romero pretende seguir con esta línea de investigación, pero ya con un enfoque médico. El plan es utilizar la misma metodología para recoger nuevos datos con pacientes españoles y centrarse en mejorar la comprensión de síntomas psicóticos relacionados con la esquizofrenia. “Es un trastorno del neurodesarrollo que se produce a edades tempranas, pero no se sabe muy bien cómo, así que quiero usar estas nuevas herramientas para entender cuáles son las desviaciones asociadas a la esquizofrenia y a la psicosis; es decir, ver si las personas que las sufren tienen percentiles diferentes”, comenta.

Los hitos del desarrollo del cerebro que muestra el proyecto recién publicado son clave para el estudio de este tipo de patologías. Así, “llegar al pico de materia blanca o de materia gris es más que una curiosidad científica, porque estas etapas están relacionadas con el neurodesarrollo”, explica el investigador. Por ejemplo, el trastorno del espectro autista podría estar relacionado con la maduración de la materia gris, que sucede muy temprano, desde las primeras semanas de gestación hasta los primeros años de vida. En cambio, la esquizofrenia está más relacionada con la adolescencia y, por lo tanto, parece más relacionada con la materia blanca. En definitiva, “lo que cambia en un momento de la vida es más susceptible de sufrir alteraciones que conlleven un trastorno psiquiátrico o neurológico”, resume Romero.