El cerebelo, la corteza cerebral y el autismo están entrelazados

SDSU Marketing and Communications
La sobreconectividad o subconectividad entre regiones específicas del cerebelo y la corteza cerebral están relacionadas con los niños con trastornos del espectro autista.
Fuente: SDSU Marketing y Comunicaciones

Los neurocientíficos han identificado un nuevo marcador de autismo basado en la conectividad anormal entre el cerebelo y la corteza cerebral. Este estudio es el primero en examinar las conexiones entre toda la corteza cerebral y el cerebelo usando la imagen cerebral fMRI.

Los neurocientíficos cognitivos de la Universidad Estatal de San Diego (SDSU) descubrieron recientemente que en los niños y adolescentes con trastorno del espectro autista (TEA) las conexiones entre el cerebelo y la corteza cerebral estaban excesivamente desarrolladas en las regiones sensoriomotoras de sus cerebros.

Por otro lado, los participantes del estudio con autismo tenían una conectividad subdesarrollada entre las regiones del cerebro involucradas en funciones cognitivas de orden superior, como la toma de decisiones, la atención y el lenguaje.

El estudio de abril de 2015, "Conectividad cerebro-cerebelosa en estado de reposo funcional en niños y adolescentes con trastorno del espectro autista", se publicó en la revista Biological Psychiatry .

La primera autora del estudio, Amanda Khan, fue alumna de maestría en SDSU y actualmente es candidata a doctorado en la Universidad de Suffolk en Boston. Ralph-Axel Müller, un psicólogo de SDSU, es el autor correspondiente del estudio.

Para este estudio, los investigadores pidieron a 56 niños y adolescentes (28 con autismo y 28 sin el trastorno) que se concentraran en un punto focal sin pensar en nada en particular mientras usaban la tecnología de imágenes cerebrales fMRI para escanear los cerebros de los niños. La captura de esta actividad espontánea permitió a los investigadores afinar los patrones neuronales básicos de referencia de cada participante.

Wikimedia Commons/Life Sciences Database
Cerebelo en rojo.
Fuente: Wikimedia Commons / Base de Datos de Ciencias de la Vida

Típicamente, las conexiones sensoriomotoras entre la corteza cerebral y el cerebelo se desarrollan durante los primeros años de vida. En un comunicado de prensa, Müller dijo:

Nuestros hallazgos sugieren que las conexiones sensoriomotoras en desarrollo temprano están altamente representadas en el cerebelo a expensas de las funciones cognitivas superiores en niños con autismo.

Para cuando las funciones cognitivas superiores comienzan a conectarse, muchas de las conexiones ya están especializadas. Si una parte particular del cerebro ya está funcionalmente activa en un dominio, puede no haber ninguna razón para que el cerebro la cambie a otro dominio más adelante en la vida.

Durante la primera infancia, el andamiaje se establece entre varias regiones cerebrales que crean la base para futuras redes neuronales que serán podadas o fortalecidas a través de la neuroplasticidad. La clave del aprendizaje y la memoria se basa en el principio de "fuego y cable" que crea conectividad cerebral entre las regiones cerebrales que funcionan juntas de manera más eficiente.

El cerebro quiere ser racionalizado. A través de la plasticidad, su cerebro corta las conexiones entre redes aparentemente innecesarias y fortalece las conexiones entre regiones cerebrales que requieren líneas de comunicación más robustas.

Public Domain
Las redes neuronales son como las redes de telecomunicaciones.
Fuente: dominio público

Puede imaginar los miles de millones de conexiones neuronales dentro y entre el cerebelo y la corteza cerebral, como los viejos cables telefónicos de una red pública similar a los que se ven en esta ilustración de la ciudad de Nueva York desde 1890.

Parece que en el autismo el desarrollo excesivo de la conectividad entre las regiones sensoriomotoras del cerebro monopoliza las redes neuronales e inhibe el cableado conectivo que típicamente se designa para servir a un funcionamiento cognitivo superior.

Es como si todas las líneas de comunicación en los niños con TEA se engullen por conexiones sensoriomotoras antes de que las conexiones de función cognitiva de orden superior tengan la oportunidad de formar parte de otras redes de comunicación del cerebro.

"Lo que el Cerebelo está haciendo, lo está haciendo mucho"

Tradicionalmente, la mayoría de los neurocientíficos han considerado que el cerebelo (en latín "Pequeño cerebro") tiene el trabajo relativamente simple de supervisar la coordinación y el equilibrio muscular. Convencionalmente, los neurocientíficos no otorgan al cerebelo mucho crédito por funciones ejecutivas superiores, cognición, trastornos psiquiátricos o regulación emocional. Afortunadamente, estas nociones desactualizadas del cerebelo evolucionan rápidamente.

He estado dedicado a descifrar los misterios del cerebelo durante más de una década. Mi padre, Richard Bergland, era neurocientífico, neurocirujano y autor de The Fabric of Mind (Viking). Estaba obsesionado con el cerebelo y me pasó esta obsesión.

Viking Adult
Fuente: Viking Adult

El cerebelo es solo el 10 por ciento del volumen del cerebro, pero contiene más del 50 por ciento de las neuronas totales del cerebro.

En base a esta desproporción, mi padre siempre decía: "No sabemos exactamente qué está haciendo el cerebelo, pero sea lo que sea lo que está haciendo, está haciendo mucho".

Mi papá tenía la corazonada de que el cerebelo podría desempeñar un papel en la función cognitiva, pero no pudo demostrarlo en su laboratorio. Se sintió frustrado por las limitaciones de la tecnología de imágenes cerebrales del siglo XX, pero, trágicamente, no vivió para ver el advenimiento de la tecnología que se usa hoy en día.

Cuando mi padre falleció en 2007, hice una promesa de que me quedaría con las antenas para cualquier nueva investigación sobre el cerebelo y haría todo lo posible para reivindicar sus creencias sobre el cerebelo póstumamente en memoria de él.

Tengo "Google Alerts" en mi teléfono inteligente configurado para emitir un sonido especial cada vez que se publica en Internet una actualización sobre el "cerebelo" o "cerebelo". Soy como un perro pavloviano que saliva cuando escucho mi teléfono con una alerta de Google que dice que hay noticias sobre el cerebelo.

Huelga decir que ayer estuve en la luna cuando recibí la alerta sobre este nuevo estudio y estaba babeando por todas partes. Una vez más, este revolucionario SDSU es el primero en examinar sistemáticamente las conexiones entre toda la corteza cerebral y el cerebelo utilizando imágenes fMRI del cerebro.

Disminución de la actividad neuronal vinculada a un aprendizaje más rápido

Curiosamente, un estudio diferente de abril de 2015 encontró que los estudiantes más rápidos en un experimento sensoriomotor en realidad mostraron una disminución de la actividad neuronal entre las regiones específicas del cerebro en la corteza frontal y la corteza cingulada anterior.

Este estudio fue una colaboración que incluyó a Scott Grafton, MD, de la Universidad de California en Santa Barbara, y sus colegas de la Universidad de Pennsylvania y la Universidad Johns Hopkins. Su estudio, "Autonomía Inducida por el Aprendizaje de Sistemas Sensoriomotores", fue publicado en la revista Nature Neuroscience .

En un comunicado de prensa, Grafton describió la investigación diciendo:

Es útil pensar que tu cerebro contiene un gran conjunto de herramientas. Cuando comienzas a aprender una nueva habilidad desafiante, como tocar un instrumento musical, tu cerebro usa muchas herramientas diferentes en un intento desesperado de producir algo remotamente cercano a la música.

Con el tiempo y la práctica, se necesitan menos herramientas y las áreas motoras centrales son capaces de soportar la mayor parte del comportamiento. Lo que muestra nuestro estudio de laboratorio es que, más allá de una cierta cantidad de práctica, algunas de estas herramientas cognitivas podrían interferir en el aprendizaje.

Grafton y sus colegas descubrieron que los bloques visuales y motrices tenían mucha conectividad durante las primeras pruebas, pero a medida que avanzaba el experimento se volvieron esencialmente autónomos. Grafton explicó, "la parte del cerebro que controla el movimiento de los dedos y la parte que procesa el estímulo visual realmente no interactuaron para el final del experimento".

"La investigación previa de imágenes cerebrales se ha centrado principalmente en el aprendizaje de habilidades a lo sumo, unos pocos días de práctica, lo cual es una tontería", dijo Grafton. Agregando, "¿Quién aprendió a tocar el violín en una tarde? Al estudiar los efectos de la práctica dedicada durante muchas semanas, obtenemos información sobre cambios nunca antes observados en el cerebro. Estos revelan conocimientos fundamentales sobre el aprendizaje de habilidades que son similares a los tipos de aprendizaje que debemos lograr en el mundo real ".

El mes pasado, escribí una publicación de blog de Psychology Today titulada "El cerebelo influye profundamente en nuestros pensamientos y emociones", basada en la investigación que Jeremy D. Schmahmann, MD, está haciendo en la Escuela de Medicina de Harvard.

Schmahmann tiene una teoría que él llama "Dismetría del Pensamiento", que es básicamente una hipótesis de que el cerebelo ajusta y coordina nuestro aprendizaje y pensamiento al igual que afina y coordina los movimientos musculares.

Con la idea de "dismetria de pensamiento" fresca en mi mente, le envié un correo electrónico al Dr. Scott Grafton para preguntarle si pensaba que el cerebelo podría estar desempeñando algún papel en por qué los estudiantes más rápidos mostraron menos actividad neuronal. Él respondió: "Christopher, no creo que el cerebelo pueda explicar los complejos cambios de las comunidades de redes que estamos observando. Está listo para el viaje, pero no hay pruebas claras de que esté impulsando estos cambios ".

Mientras trato de conectar los puntos entre todas las investigaciones cerebelosas más recientes, me pregunto si los hallazgos de SDSU podrían relacionarse de alguna manera con la investigación de Grafton y ayudar a explicar cómo el cerebelo está "listo para el viaje".

El cerebelo sigue siendo muy misterioso. Soy optimista de que toda esta investigación y descubrimiento es parte de la solución de un rompecabezas que algún día podría permitir a los investigadores crear tratamientos revolucionarios para trastornos como el autismo.

Conclusión: superfluidez y la psicología positiva del cerebelo

Como ocurre con la mayoría de los trastornos neurológicos, cualquier cosa que lleve a alguien "al sur de cero" en la escala de -5 a +5 tiene la capacidad de llevar a alguien "al norte de cero" cuando, en lugar de ser disfuncional, se optimizan la conectividad cerebral y la plasticidad.

Tengo la hipótesis de que la maximización de la función cerebral y el potencial humano se puede lograr optimizando la interconectividad entre cada uno de los cuatro hemisferios del cerebro y encontrando formas de mitigar la plasticidad perjudicial de la sobreconectividad y la subconexión.

A continuación se muestra un boceto rudimentario que hice hace unos años que ilustra mi teoría de la "superfluidez" que es un término que uso para describir la sincronicidad de la conectividad entre la materia gris y blanca de cada región cerebral dentro de los dos hemisferios del cerebro y el cerebelo .

Illustration and Photograph by Christopher Bergland c. 2009
La "superfluidez" se crea cuando se optimiza la conectividad entre todas las regiones del cerebro.
Fuente: Ilustración y fotografía de Christopher Bergland c. 2009

Como una suposición educada, sospecho que la función cerebral óptima se obtiene cuando los cuatro hemisferios cerebrales están trabajando juntos en perfecta armonía a nivel eléctrico, químico y arquitectónico.

Creo que un estado de conciencia máximo ocurre cuando cada rincón de cada uno de los cuatro hemisferios de su cerebro trabaja en sincronía. Llamo a esto un estado de "superfluidez" porque representa una fricción absolutamente nula, cero entropía y cero viscosidad entre el pensamiento, la acción y la emoción.

Si desea leer más sobre el cerebelo, consulte mis publicaciones anteriores del blog de Psychology Today :

  • "¿Cómo se relaciona el cerebelo con los trastornos del espectro autista?"
  • "La investigación vincula la severidad del autismo con las deficiencias de las habilidades motoras"
  • "¿Cómo se relacionan las células de Purkinje en el cerebelo con el autismo?"
  • "El autismo, las células de Purkinje y el cerebelo están entrelazados"
  • "El cerebelo influye profundamente en nuestros pensamientos y emociones"
  • "¿Cómo afecta la postura corporal el aprendizaje temprano y la memoria?"
  • "El cerebelo tiene muchas pistas para crear robots humanoides"
  • "Mejores habilidades motrices vinculadas a puntajes académicos más altos"
  • "La coordinación mano-ojo mejora las habilidades cognitivas y sociales"
  • "Demasiado pensamiento cristalizado reduce la inteligencia fluida"
  • "¿Cómo se relaciona el cerebelo con el trastorno bipolar?"
  • "¿Está relacionado el tamaño del cerebelo con la inteligencia humana?"
  • "La neurociencia de saber sin saber"
  • "Área cerebral primitiva vinculada a la inteligencia humana"
  • "La misteriosa neurociencia del aprendizaje de habilidades automáticas"
  • "La neurobiología de la gracia bajo presión"
  • "¿Cómo el nervio vago transmite instintos intestinales al cerebro?"
  • "¿Por qué el pensamiento excesivo hace que los atletas se ahoguen?"
  • "Hacia un nuevo modelo de cerebro dividido: Up Brain-Down Brain"
  • "Los neurocientíficos descubren cómo la práctica hace al maestro"
  • "Los problemas familiares infantiles pueden obstaculizar el desarrollo cerebral"
  • "La neurociencia de calmar a un bebé"
  • "¿Por qué el baile es tan bueno para tu cerebro?"
  • "La Neurociencia del éxito perdurable de Madonna"
  • "Gesticular involucra a los cuatro hemisferios cerebrales"
  • "La neurociencia de la superfluidez"
  • "Una razón más para desconectar tu televisión"
  • "La Neurociencia de la Imaginación"
  • "¿Puede practicar solo crear maestría?"
  • "No. 1 razón por la cual la práctica es perfecta "
  • "¿Cómo funciona la práctica de la memoria muscular a largo plazo?"

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