Científicos descubren el origen de la conexión cruzada entre cerebro y cuerpo

La conexión cruzada entre los hemisferios del cerebro y los lados opuestos del cuerpo ha intrigado a científicos durante años. Un nuevo estudio, liderado por el Dr. Martin Wessendorf, neurocientífico y profesor emérito de la Universidad de Minnesota, junto con Daniel Wang, especialista en neurociencia cognitiva y enfermedades neurodegenerativas, propuso una explicación que se remonta a más de 500 millones de años.

Publicada en Frontiers in Neuroanatomy, la investigación sugiere que estas conexiones cruzadas podrían haberse desarrollado a partir de un sistema visual antiguo en los peces. En lugar de haber evolucionado para ofrecer ventajas específicas, esta disposición inusual podría ser simplemente un legado de la evolución que construyó nuevos circuitos cerebrales sobre una base antigua.

El cerebro humano presenta múltiples vías que cruzan de un lado del sistema nervioso central al otro. Comprender la razón de estas conexiones contralaterales requiere un análisis de cómo se desarrollaron los diferentes circuitos sensoriales y de movimiento a lo largo del tiempo evolutivo.

Cómo procesa el cerebro la información visual

Una posible explicación comienza con los ojos. Cuando la luz pasa a través del lente ocular, la imagen proyectada en la retina se invierte. Los objetos a nuestra derecha se proyectan en el lado izquierdo de la retina, mientras que los objetos a la izquierda se proyectan a la derecha.

La información visual viaja a lo largo del nervio óptico hacia una estructura llamada quiasma óptico. Aquí, las fibras nerviosas se organizan para que la información del campo visual derecho llegue al lado izquierdo del cerebro, mientras que la información del campo visual izquierdo se dirige al lado derecho.

Algunos de estos señales alcanzan una estructura cerebral antigua conocida como tectum óptico (que en los mamíferos se denomina colículo superior). Este región, ubicada en el mesencéfalo, ayuda a producir reacciones rápidas a eventos visuales, como notar de repente algo que se mueve cerca.

Cada lado del tectum óptico contiene una representación del campo visual opuesto. Más profundamente dentro de esta estructura, la información sobre sensaciones físicas (información somatosensorial) también se organiza en mapas correspondientes.

Dado que el tectum óptico existe en todas las especies de vertebrados, se considera una de las estructuras más antiguas del sistema nervioso vertebrado. Su aparición temprana puede ser clave para entender por qué muchos otros caminos neuronales cruzan lados.

Por qué las señales sensoriales cruzan el cerebro y la médula espinal

Los investigadores también examinaron dos vías principales responsables de transmitir sensaciones del cuerpo al cerebro. Ambas cruzan el centro del sistema nervioso central (cerebro y médula espinal) y parecen ser comunes entre los tetrápodos (animales con cuatro extremidades, incluidos mamíferos, aves, reptiles y anfibios).

La primera, llamada vía del columna dorsal, transporta información sobre el tacto suave, la vibración y la posición de las diferentes partes del cuerpo. Las señales de las extremidades y el torso viajan hacia arriba a través de la parte dorsal de la médula espinal antes de llegar a otra neurona en el tronco encefálico, justo por encima de la médula. Desde allí, la vía cruza al lado opuesto.

Aunque los peces carecen de esta vía, se ha identificado en anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Su presencia en estos grupos de animales sugiere que la disposición emergió temprano en la evolución de los tetrápodos y se ha mantenido en gran medida conservada.

La segunda vía, conocida como tracto espinotalámico, transmite sensaciones relacionadas con el dolor, la picazón y ciertos tipos de tacto. A diferencia de la vía del columna dorsal, cruza al lado opuesto dentro de la médula espinal misma.

Después de cruzar, las señales viajan hacia arriba hasta el tálamo, una región cerebral ubicada por encima del mesencéfalo que juega un papel central en el procesamiento de información sensorial y de movimiento.

Esta disposición cruzada se encuentra en aves, mamíferos y reptiles. También ocurre en algunos peces cartilaginosos, incluidos tiburones y rayas, lo que sugiere que aspectos de esta organización tienen raíces evolutivas aún más profundas.

Cómo el cerebro controla el movimiento a través del cuerpo

La organización cruzada del sistema nervioso se extiende más allá de la sensación. Los investigadores identificaron tres vías importantes involucradas en el control de los músculos esqueléticos que también conectan un lado del cerebro con el lado opuesto de la médula espinal.

La primera es la vía tectoespinal, que ayuda al cuerpo a responder rápidamente a la información del entorno.

El tectum óptico procesa más que la visión. También recibe información sobre sonidos y sensaciones físicas, organizando estas señales en mapas que se alinean con su representación visual en el lado opuesto del cerebro.

Imagina que te preparas para cruzar una calle y de repente notas un coche que se aproxima por el rabillo del ojo. Instintivamente te giras hacia el vehículo. La vía tectoespinal es uno de los circuitos neuronales que ayuda a producir esta respuesta rápida. También puede coordinar reacciones similares a sonidos o toques inesperados.

Las señales de movimiento se originan en las capas más profundas del tectum óptico y viajan a través de fibras nerviosas hacia el lado opuesto de la médula espinal. Esta vía está presente en la mayoría de los tetrápodos y ciertos peces cartilaginosos.

Otro circuito importante es la vía rubroespinal, que se cree que ayuda a los animales a controlar sus extremidades. Comienza en una estructura del mesencéfalo llamada núcleo rojo y se extiende al lado opuesto de la médula espinal. La vía es especialmente prominente en la mayoría de los mamíferos, aunque también se ha identificado en otros tetrápodos y algunos peces cartilaginosos.

La evolución del control motor fino en los humanos

La tercera vía, llamada tracto corticospinal, tiene un papel particularmente importante en los humanos porque apoya movimientos precisos, incluyendo el control fino de nuestros dedos.

Su historia evolutiva es más complicada que la de las otras vías.

Todos los vertebrados poseen un telencéfalo, la parte frontal del cerebro que representa gran parte del tamaño total del cerebro en los humanos. Sin embargo, solo los mamíferos tienen una corteza cerebral organizada en seis capas distintas.

Esta corteza de seis capas apoya funciones sofisticadas como la combinación de información sensorial con recuerdos, la coordinación del movimiento y el procesamiento del lenguaje.

La vía corticospinal se extiende desde la corteza cerebral hacia la médula espinal, pero su función varía entre los animales.

En la mayoría de los mamíferos, influye principalmente en el procesamiento sensorial. Las fibras nerviosas alcanzan regiones de la médula espinal que reciben información del cuerpo, permitiendo que el cerebro regule las sensaciones entrantes.

En primates (incluidos los humanos) y ciertos otros animales capaces de movimientos altamente precisos, la vía también llega a las regiones de la médula espinal responsables de controlar los músculos. Estas conexiones hacen posibles acciones intrincadas, incluyendo los movimientos coordinados de los dedos necesarios para tareas delicadas.

Dependiendo de la especie, el tracto corticospinal puede regular información sensorial o contribuir directamente al movimiento. En cualquier caso, sus fibras cruzan la línea media del sistema nervioso.

Los investigadores sugieren que los humanos pudieron haber desarrollado habilidades motoras finas avanzadas al adaptar un circuito neural antiguo originalmente involucrado en el control de la entrada sensorial. En lugar de crear un sistema completamente nuevo, la evolución pudo haber otorgado a una vía existente un propósito adicional.

Una explicación de 500 millones de años para la conexión cruzada del cerebro

En conjunto, estas vías neuronales apuntan a una explicación potencialmente sorprendente para la inusual organización del cerebro.

Los investigadores proponen que los circuitos visuales más antiguos ayudaron a establecer un patrón en el que las vías sensoriales y de movimiento se organizaron a través de lados opuestos del sistema nervioso. Los circuitos posteriores pudieron haber heredado esta disposición a medida que evolucionaron, particularmente en tetrápodos.

Dado que cada vertebrado vivo posee un quiasma óptico y un tectum óptico organizados en torno a la información del campo visual opuesto, los investigadores sospechan que estas estructuras ya estaban presentes en peces primitivos sin mandíbula durante el Período Cámbrico, aproximadamente hace entre 538 y 486 millones de años.

Si esta hipótesis es correcta, significaría que la organización básica que subyace a las conexiones cruzadas del cerebro comenzó a desarrollarse más de medio milenio antes de que aparecieran los humanos modernos.

La hipótesis podría incluso ser comprobable. Los científicos podrían examinar cráneos fosilizados de peces antiguos sin mandíbula en busca de evidencia anatómica que ayude a establecer si estos primeros animales poseían un quiasma óptico y un tectum óptico.

¿Una herencia evolutiva en lugar de una ventaja?

La idea más amplia desafía la suposición de que cada característica biológica inusual debe haber evolucionado porque proporcionó un beneficio directo para la supervivencia.

La evolución a menudo modifica estructuras que ya existen en lugar de desarrollar sistemas completamente nuevos. Una vez que las antiguas vías visuales establecieron una organización cruzada, esa disposición pudo haber influido en cómo se desarrollaron otros circuitos sensoriales y motores.

En particular, la organización del sistema visual (y en particular, el tectum óptico) pudo haber proporcionado una base estructural que siguieron las vías posteriores.

Bajo esta hipótesis, las conexiones cruzadas del cerebro no surgieron necesariamente porque controlar el lado opuesto del cuerpo fuera inherentemente más efectivo. En cambio, pueden reflejar la influencia duradera de una disposición antigua que la evolución reutilizó repetidamente.

El resultado podría ser uno de los ejemplos más perdurables de cómo el sistema nervioso preserva su historia evolutiva. La extraña relación entre los dos hemisferios del cerebro y los lados opuestos del cuerpo puede, en última instancia, rastrearse hasta los sistemas visuales de animales que vivieron hace más de 500 millones de años.

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