Resonancia magnética de los cerebros de 130 especies de mamíferos, incluidos humanos, indica la misma conectividad en todos ellos

Investigadores de la Universidad de Tel Aviv, dirigidos por el profesor Yaniv Assaf de la Escuela de Neurobiología, Bioquímica y Biofísica y la Escuela de Neurociencia de Sagol y el Profesor Yossi Yovel de la Escuela de Zoología, la Escuela de Neurociencia de Sagol y el Museo Steinhardt de Historia Natural, realizaron un estudio pionero, el primero de su tipo en el mundo: escáneres de resonancia magnética de difusión avanzada de los cerebros de mamíferos que representan alrededor de 130 especies, diseñados para investigar la conectividad cerebral. Los resultados intrigantes, que contradicen las conjeturas generalizadas, revelaron que los niveles de conectividad cerebral son iguales en todos los mamíferos, incluidos los humanos.

Prof. Assaf: “Descubrimos que la conectividad cerebral (es decir, la eficiencia de la transferencia de información a través de la red neuronal) no depende ni del tamaño ni de la estructura de ningún cerebro específico. En otras palabras, el cerebro de todos los mamíferos, desde pequeños ratones hasta humanos a grandes toros y delfines: exhiben una conectividad igual y la información viaja con la misma eficiencia dentro de ellos. También descubrimos que el cerebro preserva este equilibrio a través de un mecanismo de compensación especial: cuando la conectividad entre los hemisferios es alta, la conectividad dentro de cada hemisferio es relativamente bajo, y viceversa “.

Los participantes incluyeron investigadores del Instituto Veterinario Kimron en Beit Dagan, la Escuela de Ciencias de la Computación Blavatnik en TAU y la Facultad de Medicina de Technion. El artículo fue publicado en Nature Neuroscience en junio de 2020.

El profesor Assaf explica: “La conectividad cerebral es una característica central, crítica para el funcionamiento del cerebro. Muchos científicos han asumido que la conectividad en el cerebro humano es significativamente mayor en comparación con otros animales, como una posible explicación para el funcionamiento superior del “humano animal”. Por otro lado, según el

profesor Yovel, “Sabemos que las características clave se conservan durante todo el proceso evolutivo. Así, por ejemplo, todos los mamíferos dieron cuatro extremidades. En este proyecto deseamos explorar la posibilidad de que la conectividad cerebral sea característica clave de este tipo: mantenida en todos los mamíferos, independientemente de su tamaño o estructura cerebral. Para este fin utilizamos herramientas de investigación avanzadas”.

El tamaño no cuenta
El proyecto comenzó con escáneres de resonancia magnética de difusión avanzada de los cerebros de unos 130 mamíferos, cada uno de los cuales representa una especie diferente (debe tenerse en cuenta que todos los cerebros se eliminaron de los animales muertos y no se sacrificaron animales para los fines de este estudio). Los cerebros, obtenidos del Instituto Veterinario Kimron, representaban una amplia gama de mamíferos, desde pequeños murciélagos que pesaban 10 gramos hasta delfines cuyo peso puede alcanzar cientos de kilogramos. Dado que los cerebros de aproximadamente 100 de estos mamíferos nunca habían sido escaneados por MRI antes, el proyecto generó una base de datos novedosa y globalmente única. También se escanearon los cerebros de 32 humanos vivos de la misma manera. La tecnología única, que detecta la sustancia blanca en el cerebro, permitió a los investigadores reconstruir la red neuronal: las neuronas y sus axones (fibras nerviosas) a través de las cuales se transfiere la información, y las sinapsis (uniones) donde se encuentran.

El siguiente desafío fue comparar los escaneos de diferentes tipos de animales, cuyos cerebros varían mucho en tamaño y / o estructura. Para este propósito, los investigadores emplearon herramientas de Network Theory, una rama de las matemáticas que les permitió crear y aplicar un indicador uniforme de conductividad cerebral: la cantidad de sinopsis que un mensaje debe cruzar para llegar de un lugar a otro en la red neuronal.

El profesor Assaf explica: “El cerebro de un mamífero consiste en dos hemisferios conectados entre sí por un conjunto de fibras neurales (axones) que transfieren información. Por cada cerebro que escaneamos medimos cuatro medidores de conectividad: conectividad en cada hemisferio (conexiones intrahemisféricas), conectividad entre los dos hemisferios (interhemisférico) y la conectividad general. Descubrimos que la conectividad cerebral general sigue siendo la misma para todos los mamíferos, grandes o pequeños, incluidos los humanos. En otras palabras: la información viaja de un lugar a otro a través del mismo número de sinopsis.
Sin embargo, debe aclararse que diferentes cerebros usan diferentes estrategias para preservar esta medida igual de conectividad general: algunos exhiben conectividad interhemisférica fuerte y conectividad más débil dentro de los hemisferios, mientras que otros muestran lo contrario”.

El profesor Yovel describe otro descubrimiento interesante: “Encontramos que las variaciones en la compensación de conectividad caracterizan no solo diferentes especies sino también diferentes individuos dentro de la misma especie. En otras palabras, los cerebros de algunas ratas, murciélagos o humanos exhiben una mayor conectividad interhemisférica a expensas de conectividad dentro de los hemisferios, y viceversa, en comparación con otros de la misma especie. Sería fascinante plantear la hipótesis de cómo los diferentes tipos de conectividad

cerebral pueden afectar diversas funciones cognitivas o capacidades humanas como los deportes, la música o las matemáticas. Será abordado en nuestra futura investigación”.

Una nueva ley universal
El profesor Assaf concluye: “Nuestro estudio reveló una Ley universal: Conservación de la conectividad cerebral. Esta Ley denota que la eficiencia de la transferencia de información en la red neuronal del cerebro es igual en todos los mamíferos, incluidos los humanos. También descubrimos un mecanismo de compensación que equilibra la conectividad en todos los cerebros de mamíferos. Este mecanismo asegura que la alta conectividad en un área específica del cerebro, posiblemente manifestada a través de algún talento especial (p. ej., deportes o música), siempre sea contrarrestada por una conectividad relativamente baja en otra parte del cerebro. investigará cómo el cerebro compensa la conectividad mejorada asociada con capacidades y procesos de aprendizaje específicos “.

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