Demasiadas conexiones sinápticas en cerebelo crean problemas

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Un nuevo estudio sobre los inconvenientes de demasiadas conexiones sinápticas en el cerebelo del ratón por los neurocientíficos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis corrobora la investigación humana anterior sobre los trastornos del espectro autista (TEA) y el cerebelo. Los investigadores encontraron que los ratones con genes asociados con el autismo que tenían demasiadas sinapsis cerebelosas también tenían tremenda dificultad para aprender nuevas habilidades motoras. ( Cerebellar es la palabra hermana para cerebral y significa "relacionado o localizado en el cerebelo").

Los científicos de la Universidad de Washington especulan que tener demasiadas conexiones cerebelares sinápticas interrumpe la comunicación dentro del cerebelo, que podría estar en la raíz del autismo. Estos hallazgos fueron publicados en línea, el 2 de noviembre, en la revista Nature Communications .

Para este estudio, los investigadores se enfocaron en un gen específico asociado al autismo llamado "ubiquitina RNF8" que regula el número de conexiones sinápticas en el cerebelo. Los ratones jóvenes sin el gen RNF8 desarrollaron demasiadas conexiones sinápticas en el cerebelo. Con el tiempo, los investigadores realizaron una serie de experimentos de aprendizaje en estos ratones en comparación con otros ratones con el gen RNF8.

El cerebelo es responsable de ajustar el control y el equilibrio del motor. Notablemente, los ratones jóvenes con y sin el gen cerebeloso RNF8 no mostraron ningún problema obvio con sus movimientos regulares: mientras corrían alrededor de sus jaulas, todos los ratones parecían estar coordinados.

Sin embargo, en un descubrimiento sorprendente, cuando los investigadores probaron específicamente la capacidad de todos los ratones para aprender nuevas habilidades motoras, como una prueba de parpadeo o realizar un acto de equilibrio en un cilindro rodante, los ratones sin el gen RNF8 y demasiados las conexiones sinápticas se volvieron descoordinadas y fallaron miserablemente. Por otro lado, los ratones con el gen RNF8 y menos conexiones sinápticas en el cerebelo dominaron rápidamente estas nuevas habilidades motoras.

En un comunicado, el autor principal Azad Bonni, que dirige el Departamento de Neurociencia en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis y es director del Laboratorio Bonni, dijo:

"Este estudio plantea la posibilidad de que haya demasiadas sinapsis en el cerebro de pacientes con autismo. Podría pensar que tener más sinapsis haría que el cerebro funcione mejor, pero ese no parece ser el caso. Un mayor número de sinapsis crea una mala comunicación entre las neuronas en el cerebro en desarrollo que se correlaciona con deficiencias en el aprendizaje, aunque no sabemos cómo ".

Aunque el vínculo causal entre el cerebelo y el autismo sigue siendo enigmático, innumerables otros estudios en humanos y animales han correlacionado la conectividad funcional atípica y las anomalías estructurales del cerebelo con autismo.

Life Sciences Database/Wikimedia Commons
Cerebelo (latín para "pequeño cerebro") en rojo.
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Hasta hace poco, la mayoría de los expertos médicos pensaban que el cerebelo solo se relacionaba con el perfeccionamiento de las habilidades motoras, el mantenimiento del equilibrio y la memoria muscular necesaria para hacer cosas como andar en bicicleta. Sin embargo, hay una creciente evidencia de que el cerebelo puede ayudar a afinar nuestros pensamientos y emociones de la misma manera que ajusta nuestros movimientos motores como lo plantea Jeremy Schmahmann de la Facultad de Medicina de Harvard en su hipótesis de "Dismetría del Pensamiento".

El darwinismo neuronal y la poda de las sinapsis son clave para la neuroplasticidad

Durante el desarrollo infantil temprano, el andamiaje se establece dentro y entre varias regiones a lo largo de todo el cerebro, que incluye los dos hemisferios del cerebelo (latín para "pequeño cerebro") y ambos hemisferios del cerebro (latín para "cerebro"). Esto crea una base estructural para redes neuronales futuras que o bien se podarán mediante el darwinismo neuronal o se fortalecerán a través de un proceso sináptico de "fuego y cable". Idealmente, el cerebro elimina las conexiones sinápticas redundantes para reducir el desorden y optimizar la función cerebral, lo que optimiza la fluidez del pensamiento y el movimiento.

La suposición común de que tener más disparos de sinapsis siempre implica una mejor función cerebral es un neuromio. De hecho, como se mencionó anteriormente, tener demasiadas conexiones neuronales y formaciones sinápticas parece impedir el aprendizaje motor, mientras que la disminución de la actividad neuronal al dominar una nueva habilidad se correlaciona con un aprendizaje más rápido.

Santiago Ramón y Cajal/Public Domain
Dibujo de neuronas de Purkinje en el cerebelo de Santiago Ramón y Cajal alrededor de 1899.
Fuente: Santiago Ramón y Cajal / Public Domain

En 2014, un estudio del Centro Médico de la Universidad de Chicago identificó que un mal funcionamiento en el proceso de poda de células de Purkinje dentro del cerebelo se correlacionaba con una capacidad reducida para el aprendizaje motor en ratones jóvenes. Usando un modelo de ratón autista, los investigadores identificaron que la capacidad de las células de Purkinje para deprimir la conectividad sináptica se redujo en gran medida en los trastornos de tipo autista. Las células de Purkinje fortalecen o disminuyen la eficacia de sus sinapsis. La inhibición de las células de Purkinje es clave para dominar las habilidades motoras complejas y perfeccionadas, como tocar un instrumento musical, servir una pelota de tenis, tocar el teclado sin mirar el teclado, etc.

Curiosamente, la hiperactividad de las células de Purkinje tanto en ratones como en humanos está relacionada con la poda sináptica dañada en el cerebelo. Los investigadores de UChicago también concluyeron que demasiada conectividad sináptica dificultaba la capacidad del cerebelo para ajustar de forma automática los movimientos musculares necesarios para el aprendizaje motor fluido y coordinado.

En una declaración, el autor principal del estudio, Christian Hansel, profesor de neurobiología en la Universidad de Chicago y fundador de Hansel Lab, dijo:

"Hemos identificado anomalías sinápticas que pueden desempeñar un papel en los problemas motores que generalmente se observan en los niños con autismo. El autismo a veces se describe como un síndrome del mundo intenso: demasiadas conexiones de excitación demasiado fuertes que conducen a un aporte sensorial mejorado. Los resultados de nuestro estudio pueden arrojar luz sobre este fenómeno. La poda sináptica ineficiente parece ser un motivo común en el autismo ".

En esta misma línea, en un estudio de 2015, los neurocientíficos cognitivos de la Universidad Estatal de San Diego (SDSU) identificaron que la conectividad funcional entre el cerebelo y la corteza cerebral cerebral estaba "sobreconectada" en niños y adolescentes con trastornos del espectro autista.

SDSU Marketing and Communications
La sobreconectividad o subconectividad entre regiones específicas del cerebelo y la corteza cerebral se asocia con trastornos del espectro autista en niños y adolescentes.
Fuente: SDSU Marketing y Comunicaciones

Los investigadores de SDSU también encontraron que la conectividad excesiva entre las regiones sensoriomotoras del cerebelo y el cerebro interrumpía el aprendizaje y la cognición. Parece que las líneas de comunicación neuronal en niños con TEA podrían monopolizarse mediante conexiones sensoriomotoras antes de que la conectividad funcional cognitiva de orden superior tenga la oportunidad de integrarse con otras redes de comunicación en todo el cerebro.

Estos son tiempos emocionantes para la investigación del cerebelo. La tecnología de vanguardia está comenzando a ayudar a los neurocientíficos a descifrar el papel misterioso que juega el cerebelo en la función cerebral general, el aprendizaje motor y la cognición. Dicho esto, se necesita mucha más investigación antes de comprender verdaderamente cómo las conexiones cerebelares sinápticas influyen en los trastornos del espectro autista y facilitan el aprendizaje. Por favor estén atentos para más investigación empírica de vanguardia sobre el cerebelo.

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