Describen el sorprendente mecanismo detrás de la formación de 170 mil millones de células en el cerebro

El cerebro humano inicia su formación como una sola célula. Cuando el proceso concluye, alberga una red de 170 mil millones de células. La pregunta que surge es cómo se organiza a través de ese desarrollo.

Investigadores del Laboratorio Cold Spring Harbor con la colaboración de la Universidad de Harvard y de la universidad ETH Zürich de Suiza plantearon una nueva explicación para el desarrollo del cerebro.

Publicaron los resultados en la revista científica Neuron, publicada por la editorial Elsevier. La sencillez de la respuesta podría influir en el estudio de la biología y la inteligencia artificial.

Cómo cada célula interpreta su posición

Stan Kerstjens, postdoc en el laboratorio del profesor Anthony Zador en Cold Spring Harbor, planteó la pregunta en términos de información posicional.

Según explicó, “lo único que una célula ‘ve’ es a sí misma y a sus vecinas. Pero su destino depende de su ubicación. Una célula en el lugar equivocado se convierte en algo erróneo, y el cerebro no se desarrolla de forma adecuada. Entonces, cada célula debe resolver dos cuestiones: ¿Dónde estoy? ¿En qué debo convertirme?”

En la investigación publicada en Neuron, Kerstjens, Zador y sus colegas postularon una nueva teoría sobre cómo el cerebro se organiza durante el desarrollo.

Durante mucho tiempo, se consideró que las células intercambiaban información posicional principalmente a través de señales químicas.

Esto resulta eficaz para pocas células, señala Kerstjens, pero el cerebro está compuesto por miles de millones, cada una con la necesidad de ubicarse correctamente.

Las señales químicas solo alcanzan cierto rango antes de disiparse. Surge entonces la pregunta: ¿cómo logran las células, ubicadas en zonas profundas de un cerebro en crecimiento, “saber” su posición?

Kerstjens ofreció una comparación familiar: “Consideremos cómo las poblaciones humanas se expanden por un país a lo largo de generaciones. Los descendientes se asientan cerca de sus padres, así que quienes comparten ascendencia terminan en regiones vecinas, al formar estructuras geográficas extensas sin necesitar comunicación a larga distancia”.

Aclaró: “Sostenemos que un principio similar opera en el cerebro en desarrollo. Las células que descienden de un mismo progenitor tienden a mantenerse próximas entre sí”.

La propuesta del modelo

El modelo basado en linaje sostiene que las células se posicionan siguiendo la proximidad a sus progenitores, formando agrupaciones sin depender únicamente de señales químicas. Esta perspectiva introduce un mecanismo adicional que explica cómo grandes cantidades de células logran ubicarse correctamente durante el desarrollo cerebral.

Para probar esta teoría, Kerstjens y sus colegas crearon lo que denominan un modelo basado en linaje de información posicional escalable.

Comenzaron con cálculos teóricos y luego evaluaron su hipótesis a gran escala. Analizaron la expresión génica individual y grupal en cerebros de ratones en etapas de desarrollo. Finalmente, comprobaron los resultados en peces cebra, al demostrar que el modelo es aplicable en cerebros de diferentes tamaños.

Además, expusieron que comprender cómo una sola célula puede dar lugar a la complejidad del cerebro ayuda para abordar interrogantes fundamentales sobre la inteligencia y el funcionamiento mental.

Sostuvieron que ese conocimiento no solo es útil para la neurobiología, sino que también puede influir en el desarrollo de modelos de inteligencia artificial autorreplicantes.

Kerstjens afirmó que el modelo respalda la idea de que las señales químicas funcionan en conjunto con un mecanismo basado en linaje para transmitir información posicional.

Implicancias y alcance de la hipótesis

Si bien el trabajo de Kerstjens se centra en el cerebro, la teoría podría aplicarse a otros tipos de tejidos en desarrollo, incluidas las neoplasias.

Incluso puede haber repercusiones para los modelos de inteligencia artificial autorreplicantes que transmiten información entre generaciones, de modo análogo a las células cerebrales humanas.

“El cerebro de alguna manera nos hace inteligentes”, sostuvo Kerstjens. “¿Cómo logró acumular esta capacidad, no solo durante su desarrollo, sino también a lo largo de la evolución? Esto representa una pieza dentro de ese gran rompecabezas”, añadió.