Investigadores de Basque Center on Cognition, Brain and Language (BCBL) han conseguido reconstruir las conexiones de un área cerebral clave y en la memoria y las emociones, empleando técnicas avanzadas de imagen y análisis de datos para rastrear los circuitos de una región esencial en tareas como recordar dónde aparcamos o decidir qué vamos a cenar.
«Los resultados, publicados en la prestigiosa revista científica The Journal of Neuroscience, podrían conducir a futuras aplicaciones clínicas, de neurorrehabilitación o educativas», señalan desde el BCBL.
El estudio se centraba en la corteza prefrontal del cerebro humano, que juega un rol clave en nuestro día a día en diferentes situaciones relacionadas con la toma de decisiones, la memoria o la regulación emocional, gestionando sentimientos como la frustración.
«Comprender cómo esta región se comunica con el tálamo y desentrañar las conexiones entre ambas áreas es esencial para profundizar en las bases neuronales de estos procesos y arrojar luz sobre los mecanismos subyacentes en trastornos del estado de ánimo como la depresión o la ansiedad, o en enfermedades neurológicas como el alzhéimer o la esquizofrenia», explican desde el centro.
Con el objetivo de aumentar el conocimiento y la comprensión sobre esta conectividad crítica y determinante en las redes neuronales del cerebro humano, el centro de investigación Basque Center on Cognition, Brain and Language (BCBL) ha liderado este un novedoso estudio, que ha consistido en una detallada reconstrucción de los circuitos que conectan 39 subregiones de la corteza prefrontal con el núcleo mediodorsal del tálamo.
«La disfunción en este circuito puede alterar el procesamiento y la integración de la información dentro del cerebro, lo que genera una variedad de problemas cognitivos y de comportamiento. Por ejemplo, se ha asociado con trastornos como la esquizofrenia, el trastorno por déficit de atención e hiperactividad y los trastornos del espectro autista«, explica Mengxing Liu, investigador del BCBL.
Nuevo protocolo de reconstrucción
Para llevar a cabo la reconstrucción de estas conexiones cerebrales con alta precisión, los investigadores de BCBL diseñaron y emplearon un nuevo protocolo basado en técnicas de neuroimagen y de análisis de datos de última generación, como la resonancia magnética de difusión in vivo, que proporciona información detallada sobre la orientación y conectividad de la estructura cerebral.
«Mapear conexiones específicas entre regiones, como hemos hecho en este estudio, puede resultar una tarea desafiante y desalentadora por la complejidad del cerebro humano y debido también a la resolución espacial limitada de las técnicas de imagen actuales. Gracias a las herramientas que hemos empleado, hemos alcanzado un notable nivel de detalle en una gama muy amplia de áreas de la corteza», añade el experto del BCBL y director de esta investigación, Kepa Paz-Alonso.
El protocolo se probó en 113 personas para reconstruir los 39 tractos entre la corteza y el tálamo, y se evaluó su validez y eficacia en diferentes sesiones con excelentes resultados.
«La excelente fiabilidad de este nuevo protocolo permite que el mismo pueda ser utilizado por laboratorios nacionales e internacionales para estudiar la función, el desarrollo y la plasticidad de la corteza prefrontal y sus circuitos con áreas subcorticales, tanto en la salud como en la enfermedad», destaca Mengxing Liu.
Aplicaciones clínicas o educativas
«El conocimiento generado por BCBL proporciona una base fundamental que podría servir en diferentes aplicaciones clínicas, terapéuticas o educativas en un futuro», explican desde el BCBL. Por ejemplo, «puede ayudar a identificar biomarcadores de enfermedades como la esquizofrenia, la depresión y el TDAH y desarrollar tratamientos más específicos y eficaces; poner en marcha intervenciones terapéuticas que modulen el circuito tálamo-prefrontal para mejorar la función cognitiva, la regulación emocional y la memoria en personas con trastornos relacionados con el cerebro; y también contribuir a estrategias de neurorrehabilitación para personas que se recuperan de lesiones cerebrales o accidentes cerebrovasculares que afectan esta región cerebral».
«Las intervenciones personalizadas basadas en una mejor comprensión de esta conectividad pueden mejorar los resultados de la rehabilitación», precisa Kepa Paz-Alonso.
Por otro lado, el conocimiento sobre los circuitos neuronales involucrados en la memoria, la atención y la toma de decisiones podría dar a educadores y educadoras un nuevo enfoque para diseñar métodos e intervenciones de enseñanza más eficaces para los estudiantes.
Sin embargo, tal y como señala Gari Lerma-Usabiaga, investigador de BCBL implicado también en este estudio, es importante subrayar que, si bien la investigación en esta área es prometedora, «traducir estos hallazgos en aplicaciones clínicas puede llevar tiempo y más estudios».
Al respecto, señalan que el hecho de que el protocolo de reconstrucción se haya puesto a disposición del resto de la comunidad científica «es clave para traducir los avances en nuevas investigaciones y fomenta la colaboración, la transparencia y la replicación de los hallazgos, principios esenciales de la investigación».
De esta manera, otros neurocientíficos e investigadores pueden adoptar los desarrollos y realizar estudios similares para mapear estas conexiones tálamo-prefrontales en diferentes poblaciones y facilitar el estudio de diferentes funciones y trastornos cognitivos relacionados.
El trabajo de BCBL, en el que ha colaborado activamente el profesor Francisco Clascá de la Facultad de Medicina de la Universidad Autónoma de Madrid, ha contado con financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea, bajo el marco de Marie Sklodowska-Curie, y de la Fundación La Caixa, del Ministerio de Ciencia e Innovación de España y del Gobierno Vasco, así como de la Red guipuzcoana de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Diputación Foral de Gipuzkoa y la Agencia Estatal de Investigación de España a través de la acreditación de excelencia BCBL Severo Ochoa.
Basque Center on Cognition, Brain and Language es un centro internacional de investigación interdisciplinar con sede en San Sebastián para el estudio de la cognición, el cerebro y el lenguaje. Está impulsado por el Gobierno vasco con el objetivo de fomentar la ciencia y la investigación en Euskadi. Además, cuenta entre sus socios con Ikerbasque, Innobasque, la Diputación de Gipuzkoa y la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU).
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