Los investigadores identifican cómo se desarrollan las conexiones anatómicas en el cerebro durante la adolescencia

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Revisado por Kate Anderton, B.Sc. (Editor)El cerebro humano está organizado en circuitos que se desarrollan desde la infancia hasta la edad adulta para apoyar comportamientos críticos de la función ejecutiva como el autocontrol, la toma de decisiones y el pensamiento complejo.

Estos circuitos están anclados por vías de materia blanca que coordinan la actividad cerebral necesaria para la cognición. Sin embargo, existe poca investigación para explicar cómo la materia blanca madura para apoyar la actividad que permite una mejor función ejecutiva durante la adolescencia, un período de rápido desarrollo cerebral.

Investigadores del Lifespan Brain Institute de la Perelman School of Medicine de la Universidad de Pensilvania y del Children’s Hospital of Philadelphia aplicaron herramientas de la ciencia de redes para identificar cómo se desarrollan las conexiones anatómicas en el cerebro para apoyar la actividad neuronal subyacente en estas áreas clave. Los hallazgos fueron publicados en The Proceedings of the National Academy of Sciences .

“Al registrar el desarrollo del cerebro en la infancia y la adolescencia, podemos comprender mejor cómo el cerebro apoya la función ejecutiva y el autocontrol tanto en niños sanos como en aquellos con diferentes experiencias de salud mental. Dado que las anormalidades en el desarrollo de la conectividad cerebral y los déficits en la función ejecutiva a menudo están relacionados con la aparición de enfermedades mentales durante la juventud, nuestros hallazgos pueden ayudar a identificar biomarcadores del desarrollo cerebral que predicen resultados cognitivos y clínicos más adelante en la vida “. – Theodore Satterthwaite, MD, autor principal del estudio, profesor asistente de psiquiatría en Penn –

En este estudio, los investigadores mapearon el acoplamiento estructura-función; el grado en que el patrón de conexiones anatómicas de una región cerebral apoya la actividad neuronal sincronizada. Esto podría considerarse como una carretera, donde las conexiones anatómicas son el camino y las conexiones funcionales son el tráfico que fluye a lo largo de esos caminos. Los investigadores mapearon y analizaron datos de neuroimagen multimodales de 727 participantes de 8 a 23 años, y surgieron tres hallazgos importantes.

Primero, el equipo descubrió que la variabilidad regional en el acoplamiento estructura-función estaba inversamente relacionada con la complejidad de la función de la que es responsable un área cerebral determinada. Se encontró un acoplamiento estructura-función más alto en partes del cerebro que están especializadas para procesar información sensorial simple, como el sistema visual. Por el contrario, hubo un menor acoplamiento de estructura-función en partes complejas del cerebro que son responsables de la función ejecutiva y el autocontrol, que requieren un procesamiento más abstracto y flexible.

Los resultados mostraron que el acoplamiento estructura-función también se alineó con los patrones conocidos de expansión cerebral en el transcurso de la evolución de los primates. Trabajos previos comparando cerebros humanos, simios y monos han demostrado que áreas sensoriales como el sistema visual están altamente conservadas en especies de primates y no se han expandido mucho durante la evolución reciente.

En contraste, las áreas de asociación del cerebro, como la corteza prefrontal, se han expandido dramáticamente en el transcurso de la evolución de los primates. Esta expansión puede haber permitido la aparición de habilidades cognitivas humanas singularmente complejas. El equipo descubrió que las áreas del cerebro que se expandieron rápidamente durante la evolución tenían un acoplamiento de estructura-función más bajo, mientras que las áreas sensoriales simples que se han conservado en la evolución reciente tenían un acoplamiento de función-estructura más alto.

Los investigadores también encontraron que el acoplamiento estructura-función aumentó durante la infancia y la adolescencia en regiones cerebrales frontales complejas. Estas son las mismas regiones que tienden a tener un acoplamiento de base estructura-función más bajo, se expanden en comparación con los monos y son responsables del autocontrol. El desarrollo prolongado del acoplamiento estructura-función en estas regiones puede permitir una mejor función ejecutiva y autocontrol que se desarrolla en la edad adulta.

De hecho, el equipo descubrió que un mayor acoplamiento estructura-función en la corteza prefrontal lateral (un área compleja del cerebro que desempeña papeles importantes en el autocontrol) se asociaba con una mejor función ejecutiva. se expanden en comparación con los monos y son responsables del autocontrol. El desarrollo prolongado del acoplamiento estructura-función en estas regiones puede permitir una mejor función ejecutiva y autocontrol que se desarrolla en la edad adulta.

De hecho, el equipo descubrió que un mayor acoplamiento de la estructura y la función en la corteza prefrontal lateral (un área compleja del cerebro que desempeña funciones importantes en el autocontrol) se asociaba con una mejor función ejecutiva. se expanden en comparación con los monos y son responsables del autocontrol. El desarrollo prolongado del acoplamiento estructura-función en estas regiones puede permitir una mejor función ejecutiva y autocontrol que se desarrolla en la edad adulta. De hecho, el equipo descubrió que un mayor acoplamiento de la estructura y la función en la corteza prefrontal lateral (un área compleja del cerebro que desempeña funciones importantes en el autocontrol) se asociaba con una mejor función ejecutiva.

“Estos resultados sugieren que las funciones ejecutivas como el control de impulsos (que puede ser particularmente desafiante para niños y adolescentes) se basan en parte en el desarrollo prolongado del acoplamiento estructura-función en áreas complejas del cerebro como la corteza prefrontal”, explicó el autor principal, Graham Baum. , PhD, becario postdoctoral en la Universidad de Harvard, que fue estudiante de doctorado en neurociencia de Penn durante el tiempo de la investigación. “Esto tiene implicaciones importantes para comprender cómo los circuitos cerebrales se especializan durante el desarrollo para respaldar un comportamiento orientado a objetivos flexible y apropiado”.

Fuente: Sistema de salud de la Universidad de Pennsylvania

Referencia del diario: Baum, GL, y col. (2019) Desarrollo del acoplamiento estructura-función en redes cerebrales humanas durante la juventud. Las Actas de la Academia Nacional de Ciencias . doi.org/10.1073/pnas.1912034117.

Vía: News-medical


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