Un patrón matemático explica la forma del cerebro de monos y humanos
Este descubrimiento explica cómo se forman los pliegues de nuestro cerebro y podría ayudarnos a comprender cómo se desarrolla y las enfermedades que lo afectan
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Un equipo de investigadores ha descubierto que los característicos pliegues de nuestra corteza cerebral no son aleatorios y responden a un patrón matemático concreto que compartimos con el resto de primates. Este hallazgo nos puede ayudar a entender cómo el cerebro se desarrolla, envejece y se ve afectado por enfermedades como el Alzheimer.
La formación de los peculiares pliegues con formas fractales de la corteza cerebral de los primates —la parte más externa del cerebro de animales como lémures, monos o humanos— no se forman dependiendo exclusivamente de su tamaño, como se pensaba hasta ahora. Sino que, según asegura un reciente estudio realizado por el investigador Bruno Mota y su equipo de la Universidad Federal de Río de Janeiro, en Brasil, se rigen por un modelo matemático único.
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Los investigadores aseguran que todas las cortezas de primates analizadas pueden verse como variaciones de una única forma que solo difiere en la escala. "La cuestión parece trivial porque basta con coger una imagen de resonancia magnética [de un cerebro] y decir: ‘Esta es la forma’", explica Mota. "Pero ¿y si quisiera comparar mi descripción con la de otro [cerebro]?".
Cómo lo han hecho
El equipo partió de Imágenes de decenas de cerebros de distintas especies de primates obtenidas con resonancia magnética. Luego, los analizaron usando un algoritmo diseñado por los propios investigadores que es capaz de transformar la sinuosa estructura cerebral en una superficie lisa sin apenas rasgos distintivos.
Esta herramienta ayudó a los investigadores a analizar los cambios en la estructura de la corteza cerebral a diferentes escalas: acercándose para observar los detalles más pequeños de cada uno de los pliegues y alejándose para estudiar el contorno aproximado de la corteza cerebral.
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Luego, estudiaron el cerebro de cada especie mediante gráficos que mostraban una sucesión de formas cerebrales progresivamente más suaves. Los gráficos de las 11 especies de primates analizadas compartían el mismo tipo de línea, lo que, según los autores, indica una similitud matemática en la forma de los pliegues de la corteza cerebral.
“El plegamiento cortical a través de diversas especies de mamíferos sigue una ley de escala universal que puede derivarse de un sencillo modelo de física estadística. La misma ley se aplica también a los seres humanos sanos y a las regiones corticales”, escriben los investigadores. “A pesar de toda esta diversidad, la forma cortical puede expresarse universal y explícitamente como la composición jerárquica de estructuras plegadas de diferentes tamaños”.
Un salto evolutivo
Estos hallazgos, dicen los investigadores, implican un mecanismo único y universal que gobierna el plegamiento de la corteza en diferentes escalas. También sugieren que hay un número potencialmente limitado de factores sobre los que la evolución puede actuar para dar forma a las estructuras cerebrales.
El descubrimiento es una "añadido asombroso" a nuestra comprensión de cómo las funciones del cerebro dependen de la escala, algo que los biólogos anteriormente solo capturaban con análisis bidimensionales menos realistas, asegura Rio Muresan, investigador del Instituto Transilvano de Neurociencia en Rumania en declaraciones para New Scientist. Aunque aún faltan detalles por resolver, el hecho de que exista un patrón universal, dice el investigador, puede apuntar a un tipo de eficiencia biológica que libera a la corteza de tener que desarrollar muchos mecanismos de plegado diferentes en distintas escalas.
Este nuevo método de análisis promete ayudarnos a comprender cómo se desarrolla la corteza cerebral, cómo envejece y cómo se ve afectada por enfermedades como la microcefalia y el alzhéimer. Los autores aseguran que el siguiente paso para su algoritmo será estudiar si se observa algún tipo de patrón matemático cuando hay cambios cerebrales producidos por enfermedades o con el envejecimiento. Además, también están estudiando la mayor colección de cerebros de cetáceos en América Latina para descubrir si el buceo bajo alta presión tiene impacto en el plegamiento del cerebro.
Un equipo de investigadores ha descubierto que los característicos pliegues de nuestra corteza cerebral no son aleatorios y responden a un patrón matemático concreto que compartimos con el resto de primates. Este hallazgo nos puede ayudar a entender cómo el cerebro se desarrolla, envejece y se ve afectado por enfermedades como el Alzheimer.