El cableado cerebral para comportamientos fundamentales puede estar escrito en el genoma, no se requiere aprendizaje
¿Nacimos así?
Puede que la experiencia no sea tan importante como pensábamos a la hora de moldear el cerebro.
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En algún lugar de la sabana nace una gacela. Una lamida de mamá y un bamboleo incierto, y ella está lista para correr. En algún lugar de una playa de arena, nace una pequeña tortuga. Se sienta con sus hermanos bajo la arena hasta que, de repente, corren como un grupo hacia la superficie y se lanzan directamente al mar. ¿Alguna vez te has preguntado cómo los animales son capaces de hacer tanto desde que nacen?
Para que un cerebro funcione plenamente, es necesario que esté conectado correctamente. Un cerebro humano tiene alrededor de 86 mil millones de neuronas, cada una de las cuales se conecta a través de miles de sinapsis con otras neuronas. Algunas neuronas están conectadas con sus vecinas, otras tienen que orientarse a lo largo de muchos centímetros (incluso hasta un metro). Durante décadas se ha debatido cómo se establecen estas conexiones: ¿cuánto de ello está integrado en el genoma y cuánto surge de la experiencia? Hasta ahora, el debate se había situado en un punto intermedio, con un poco de ambas cosas.
Sin embargo, un estudio reciente está adoptando una postura. No sólo la experiencia (de los sentidos, de los programas motores, etc.) no es necesaria, sino que, en general, la actividad neuronal (las señales eléctricas en las neuronas que les permiten comunicarse) tampoco es necesaria. El cerebro está conectado y listo para funcionar basándose únicamente en la genética. El estudio adoptó un enfoque bastante radical: para descubrir si la actividad neuronal era necesaria para el desarrollo, se deshicieron de ella por completo.
“Simplemente no se sabía cuánta actividad de desarrollo es necesaria para el montaje del circuito. [...] La inspiración fue hacerlo en una larva de pez cebra, porque actualmente es el único vertebrado [...] donde se puede bloquear toda la actividad durante todo el desarrollo de forma reversible ", autor principal, Dr. Florian Engert, profesor de biología molecular y celular en la Universidad de Harvard, dijo a IFLScience. “No fue un experimento en el que teníamos expectativas sobre el resultado. Aquí estábamos abiertos a cualquier cosa. ”
Anteriormente se había demostrado que eliminar la actividad o la experiencia neuronal afectaba el desarrollo normal, pero las perturbaciones habían sido localizadas. Esto creó desequilibrios en el cerebro que llevaron a una compensación de regiones no afectadas. El cerebro es sensible a las perturbaciones y siempre busca el equilibrio, según el Dr. Engert, explicando los efectos observados en estos experimentos.
Silenciar todo el cerebro durante varios días no es tarea fácil. Los investigadores utilizaron un fármaco llamado tricaína que bloquea la actividad eléctrica de las neuronas. Tenían que asegurarse de que los peces no se sensibilizaran a las drogas. También descubrieron que la droga se descomponía en compuestos tóxicos con la luz, por lo que tuvieron que criar a los peces en la oscuridad. Pero, después de varias rondas de pruebas, su experimento tuvo éxito. En peces adultos puede ser letal, ¡pero las larvas sobrevivieron! Eran lo suficientemente pequeños como para poder respirar a través de la piel y comer del saco vitelino. Resulta que no necesitas un cerebro para crecer.
Para probar si el silenciamiento tuvo algún efecto, probaron la respuesta optomotora (OMR) del pez, donde el pez cebra gira para alinearse con la velocidad y dirección del movimiento visual de todo el campo. Se cree que esto les permite permanecer estacionarios en una corriente en movimiento. La OMR y los circuitos neuronales subyacentes están muy bien caracterizados en el pez cebra, lo que lo hace ideal para este estudio. "El [OMR] requiere integración temporal, acumulación de evidencia y control, [...] que se vinculan con el aprendizaje, la memoria y la toma de decisiones", dice el Dr. Engert "Por lo tanto, en realidad captura muchos de los otros aspectos de orden superior, conductas de tipo cognitivo. "
Después de tres días viviendo en agua con infusión de tricaína, las larvas de pez cebra se despertaron de su inactividad inducida por las drogas con circuitos neuronales intactos listos para realizar OMR. La falta de actividad neuronal no tuvo ningún efecto, el cerebro del pez tenía todo lo que necesitaba en el genoma. “La conexión y el montaje inicial de un conectoma se produce en tres etapas. La primera es la diferenciación y la posición del soma. Colocas todas las unidades individuales en el lugar correcto y les das la firma correcta. El segundo es el crecimiento de los axones, la guía de los axones a lo largo de gradientes morfogenéticos, todo ello bajo control genético. Y la etapa final es el reconocimiento célula-célula, es encontrar socios sinápticos. "
“Básicamente en todos los animales, la mayoría de los comportamientos críticos, si no todos, ya están ahí cuando el animal se relaciona con el mundo. " dice el Dr. Engert "El conocimiento, la competencia, la habilidad, la experiencia y el poder cognitivo están todos integrados en el genoma. En ningún animal es necesario aprender algo crítico. ” Entonces, ¿está todo codificado? Según el Dr. Engert, no es totalmente determinista. En el cerebro de los vertebrados también existe un “elemento estocástico de cableado”.
Si nacemos listos para partir, ¿qué sucede después del nacimiento? Al principio, “necesitas recalibrarte constantemente porque las cosas todavía están cambiando”, porque tu cuerpo todavía está creciendo. “Si quieres observar la calibración en acción, deberías ver una película de un caballo recién nacido cuando nace. Y durante los primeros diez minutos tropiezan sin coordinación, pero realmente se puede ver en tiempo real. Puede ver [...] cómo se calibra el sistema. "
Tal vez un caballo joven sea capaz de correr poco después de nacer, pero ¿has visto un bebé humano? Según el Dr. Engert, los humanos, al igual que los monos y otros animales, nacemos prematuramente. Eso no significa que la experiencia después del nacimiento sea necesaria para el desarrollo temprano. Además de eso, como seres humanos dependemos de muchos conocimientos adquiridos porque el lenguaje es fundamental para nuestros comportamientos sociales y cognitivos. Un ser humano completamente funcional requiere más experiencia para darle forma al cerebro que la que está presente al nacer.
El problema de hasta qué punto están conectados nuestros cerebros sin experiencia también es interesante para las redes neuronales. "La investigación en inteligencia artificial y neurociencia computacional ha puesto de relieve cómo los modelos débilmente estructurados pueden aprender a realizar tareas complejas", dicen los autores. A diferencia de la mayoría de las redes neuronales, gran parte del cableado funcional del cerebro se establece sin aprendizaje.
Este estudio se publica en la revista Nature Communications.