Descubren nuevos focos de sinapsis en el cerebro adolescente

La adolescencia es una etapa crucial no solo para el crecimiento social y físico, sino también para el desarrollo cerebral. Durante este período, las habilidades mentales avanzadas como la planificación, el razonamiento y la toma de decisiones continúan madurando. Sin embargo, los científicos aún no comprenden completamente cómo se forman las complejas redes del cerebro en esta fase crítica.

En el corazón del desarrollo cerebral se encuentran las sinapsis, que son las conexiones funcionales entre neuronas que permiten el flujo de información. Durante décadas, se creyó que el número de sinapsis aumentaba durante la infancia y luego disminuía en la adolescencia. Esta idea llevó a la teoría ampliamente aceptada de que un exceso de "poda sináptica", el proceso de eliminar conexiones débiles o no utilizadas, podría contribuir a condiciones neuropsiquiátricas. La esquizofrenia, que puede involucrar alucinaciones, delirios y pensamientos desorganizados, a menudo se ha vinculado a este mecanismo.

Nueva investigación desafía una teoría establecida

Un equipo de científicos de la Universidad de Kyushu ha descubierto evidencia que cuestiona esta visión tradicional. En un estudio publicado en Science Advances el 14 de enero, los investigadores encontraron que el cerebro adolescente no solo elimina conexiones, sino que también crea nuevos y densos grupos de sinapsis en partes específicas de las neuronas durante esta etapa de desarrollo.

El profesor Takeshi Imai, de la Facultad de Ciencias Médicas de la Universidad de Kyushu, comentó: "No nos propusimos estudiar trastornos cerebrales. Después de desarrollar una herramienta de alta resolución para el análisis sináptico en 2016, observamos la corteza cerebral de ratones por curiosidad. Más allá de apreciar la belleza de la estructura neuronal, nos sorprendió descubrir un hotspot de alta densidad de espinas dendríticas, las pequeñas protrusiones en las dendritas donde se forman las sinapsis excitatorias."

Enfocándose en una capa clave del cerebro

La corteza cerebral consta de seis capas que trabajan juntas para formar circuitos neuronales altamente intrincados. Imai y sus colegas se centraron en las neuronas de la Capa 5, que recopilan información de múltiples fuentes y envían señales hacia afuera como la salida final de la corteza. Debido a este papel, estas neuronas actúan como un punto de control central para cómo el cerebro procesa la información.

Para estudiar estas células en detalle, el equipo utilizó SeeDB2, un agente de aclarado de tejidos desarrollado por el equipo de Imai, junto con microscopía de superresolución. Esta combinación permitió a los investigadores examinar tejido cerebral transparente y mapear espinas dendríticas a través de neuronas de la Capa 5 por primera vez.

Un hotspot sináptico que aparece en la adolescencia

El mapeo detallado reveló un patrón inesperado. Una sección específica de la dendrita contenía una concentración inusualmente densa de espinas dendríticas, formando lo que los investigadores llaman un "hotspot". Un análisis adicional mostró que este hotspot no existía en la primera infancia y surgió durante la adolescencia.

Para determinar cuándo ocurre este cambio, el equipo rastreó la distribución de espinas en múltiples etapas de desarrollo. En ratones de dos semanas, antes del destete, las espinas dendríticas estaban distribuidas de manera relativamente uniforme a través de la neurona. Entre las tres y ocho semanas de edad, un período que abarca desde la primera infancia hasta la adolescencia, la densidad de espinas aumentó drásticamente en una sola región de la dendrita apical. Con el tiempo, este crecimiento localizado resultó en la formación de un denso hotspot sináptico.

"Estos hallazgos sugieren que la bien establecida hipótesis de la 'poda sináptica adolescente' necesita ser reconsiderada", afirmó Imai.

Vínculos con la esquizofrenia y trastornos cerebrales

El descubrimiento también podría ayudar a explicar cómo se desarrollan ciertos trastornos cerebrales. "Mientras que la poda sináptica ocurre de manera amplia en las dendritas, la formación de sinapsis también tiene lugar en compartimentos dendríticos específicos durante el desarrollo cortical adolescente. La interrupción de este proceso puede ser el factor clave en al menos algunos tipos de esquizofrenia", dijo Ryo Egashira, primer autor del estudio y estudiante de posgrado en la Escuela de Ciencias Médicas de la Universidad de Kyushu durante la investigación.

Para explorar esta idea, los investigadores examinaron ratones con mutaciones en genes asociados con la esquizofrenia, incluidos Setd1a, Hivep2 y Grin1. El desarrollo temprano parecía típico, con una densidad de espinas normal hasta dos o tres semanas después del nacimiento. Sin embargo, durante la adolescencia, la formación de sinapsis se redujo significativamente, impidiendo el desarrollo adecuado del hotspot.

Durante muchos años, la esquizofrenia se ha visto principalmente como una condición causada por la pérdida excesiva de sinapsis. Estos hallazgos sugieren una posibilidad diferente: que los problemas para construir nuevas sinapsis durante la adolescencia pueden desempeñar un papel crítico. Aún así, los investigadores enfatizan que su estudio se centró únicamente en ratones, y sigue siendo incierto si los mismos procesos ocurren en primates o humanos.

Mirando hacia adelante en la investigación del desarrollo cerebral

"En el futuro, esperamos identificar qué regiones del cerebro están formando estas nuevas conexiones sinápticas durante la adolescencia", concluyó Imai. "Eso nos dirá qué circuitos se están construyendo realmente durante esta ventana de desarrollo. Comprender cómo y cuándo se forman estas conexiones puede avanzar nuestro conocimiento tanto del desarrollo cerebral como de los mecanismos subyacentes a los trastornos neuropsiquiátricos."