Científicos revelan cómo una sola célula construye un cerebro de 170 mil millones de células

El desarrollo del cerebro humano comienza a partir de una única célula, que luego se multiplica para formar un órgano extraordinariamente complejo que contiene aproximadamente 170 mil millones de células. Una de las preguntas más intrigantes en la neurociencia del desarrollo es cómo todas estas células logran ubicarse correctamente para formar un cerebro funcional.

Investigadores del Cold Spring Harbor Laboratory propusieron que la respuesta a esta complejidad podría ser más simple de lo que se pensaba. Su trabajo reciente ofrece nuevas perspectivas sobre cómo el cerebro se organiza durante su desarrollo y podría influir en investigaciones en campos que van desde la biología hasta la inteligencia artificial.

Cómo determinan su identidad las células cerebrales

Stan Kerstjens, investigador postdoctoral en el laboratorio del profesor Anthony Zador, explicó el desafío en términos de información posicional. "Lo único que una célula 've' es a sí misma y a sus vecinas", comentó. "Pero su destino depende de su ubicación. Una célula en el lugar incorrecto se convierte en algo inadecuado, y el cerebro no se desarrolla correctamente. Por lo tanto, cada célula debe resolver dos preguntas: ¿Dónde estoy? ¿Y en qué debo convertirme?".

En un estudio publicado en la revista Neuron, Kerstjens, Zador y colaboradores de Harvard University y ETH Zürich presentaron una nueva teoría que describe cómo el cerebro en desarrollo logra este notable nivel de organización.

Más allá de las señales químicas

Durante décadas, se creyó que las células comunicaban información posicional a través de señales químicas. Según Kerstjens, esta explicación resulta adecuada en sistemas relativamente pequeños con un número limitado de células.

Sin embargo, el cerebro en desarrollo contiene miles de millones de neuronas que deben ubicarse correctamente. Dado que las señales químicas se debilitan a medida que viajan, los investigadores se preguntaron cómo las células situadas en el interior de un cerebro en crecimiento pueden determinar con precisión su ubicación.

Kerstjens sugirió que parte de la respuesta podría provenir de un proceso que se asemeja a la forma en que las poblaciones humanas se dispersan a lo largo de las generaciones. "Considera cómo las poblaciones humanas se distribuyen a través de un país a lo largo de generaciones", indicó. "Los descendientes se establecen cerca de sus padres, por lo que las personas que comparten ascendencia terminan en regiones vecinas, produciendo estructuras geográficas a gran escala sin necesidad de comunicación a larga distancia. Argumentamos que un principio similar opera en el cerebro en desarrollo. Las células que descienden de un mismo progenitor tienden a permanecer cerca unas de otras".

Poniendo a prueba un modelo basado en linajes

Para investigar esta idea, los investigadores desarrollaron lo que describieron como un "modelo basado en linajes de información posicional escalable". Primero utilizaron cálculos teóricos para explorar si el concepto podría funcionar. Luego, examinaron patrones de expresión génica en cerebros en desarrollo de ratones, analizando tanto células individuales como grupos celulares más grandes. Finalmente, probaron el modelo en peces cebra y encontraron resultados similares, lo que sugiere que el mecanismo podría operar en cerebros de diferentes tamaños.

Los hallazgos indican que la señalización química y el linaje celular pueden trabajar juntos para proporcionar información posicional durante el desarrollo.

Implicaciones para la biología y la inteligencia artificial

Aunque la investigación se centra en el cerebro, Kerstjens comentó que el principio subyacente podría aplicarse a muchos otros tejidos en desarrollo, incluidos los tumores.

La teoría también podría tener relevancia para futuros sistemas de inteligencia artificial autoconstruidos. Al igual que las células cerebrales pueden heredar información a través de generaciones, los futuros modelos de IA que transmitan información de una generación a la siguiente podrían depender de principios organizativos similares.

Quizás la implicación más significativa es lo que este trabajo podría revelar sobre la inteligencia misma. Comprender cómo una sola célula se desarrolla en un cerebro altamente organizado podría ayudar a los científicos a responder algunas de las preguntas más profundas sobre la mente.

"El cerebro de alguna manera nos hace inteligentes", afirmó Kerstjens. "¿Cómo logró acumular esta capacidad, no solo a lo largo de su tiempo de desarrollo, sino también a lo largo del tiempo evolutivo? Esta es una pieza de ese gran rompecabezas".

Temas