Un estudio revela que el cerebro se autoorganiza espontáneamente en etapas tempranas del desarrollo

El cerebro humano parece estar diseñado para crear patrones de actividad eléctrica incluso antes de experimentar el mundo exterior. Un estudio internacional liderado por la Universidad de California, Santa Cruz revela que, previo a recibir cualquier estímulo sensorial, las células cerebrales ya se comunican y organizan en complejos circuitos eléctricos.

Esta investigación, publicada en Nature Neuroscience, podría modificar la comprensión sobre el desarrollo cerebral, el origen de diversas patologías y la influencia del entorno en la salud mental.

Cerebros en miniatura: el modelo de los organoides

Para llegar a estos hallazgos, el equipo científico recurrió a organoides cerebrales: diminutos modelos tridimensionales de tejido cerebral obtenidos a partir de células madre humanas. Estos “mini cerebros” se cultivan en laboratorio y permiten observar etapas del desarrollo que normalmente ocurren durante la gestación y que serían imposibles de estudiar directamente en un feto humano.

La Universidad de California, Santa Cruz destaca que estos organoides son capaces de autoorganizarse, conectando sus células y formando circuitos eléctricos complejos de manera espontánea.

Tal Sharf, investigador principal de la Escuela de Ingeniería Baskin, explicó: “Estas células claramente interactúan entre sí y forman circuitos que se autoensamblan antes de que podamos experimentar algo del mundo exterior”.

El equipo indujo a las células madre a formar tejido cerebral y luego registró la actividad eléctrica usando microchips especializados, similares a los empleados en computadoras modernas. Así, pudieron captar cómo el tejido cerebral recién creado emitía señales eléctricas que, según décadas de investigación previa, reflejan patrones característicos del cerebro adulto.

Un sistema operativo cerebral: actividad predeterminada antes de los sentidos

Sorprendentemente, estos modelos ya generan secuencias eléctricas complejas antes de procesar información sensorial como la visión o el sonido. Se trata de un repertorio organizado de señales neuronales, no aparecidas al azar, que constituye una especie de “modo predeterminado” del cerebro. Esta estructura elemental prepara a las neuronas para interpretar los futuros estímulos externos.

La comparación con una computadora resulta ilustrativa: así como un equipo trae consigo un sistema operativo antes de instalar programas, el cerebro parece disponer de una arquitectura funcional elemental incluso antes del contacto sensorial.

Sharf y sus colegas advirtieron que los patrones eléctricos identificados en los organoides recuerdan a la llamada red por defecto, una base fundamental sobre la que se construyen la mente y la percepción en el adulto.

Sharf destacó: “Hay un sistema operativo que emerge en un estado primordial. En mi laboratorio, cultivamos organoides cerebrales para observar esta versión inicial del sistema operativo del cerebro y estudiar cómo se construye a sí mismo antes de ser moldeado por la experiencia sensorial”.

Este descubrimiento respalda la hipótesis de que el cerebro está genéticamente programado para establecer una infraestructura eléctrica y funcional aún antes del nacimiento. Así, la evolución habría dado lugar a una estrategia que deja al cerebro parcialmente listo para captar, procesar y dar significado al entorno desde los primeros momentos de la vida.

Implicancias: neurodesarrollo, enfermedades y ambiente

Identificar que los organoides cerebrales pueden reproducir esta arquitectura esencial abre nuevas posibilidades para la investigación neurocientífica. Según la Universidad de California, Santa Cruz, comprender estos circuitos precoces permitirá profundizar en el origen de trastornos del neurodesarrollo, como el autismo, o de enfermedades neurológicas como la epilepsia, además de evaluar el verdadero impacto de toxinas ambientales, entre ellas pesticidas o microplásticos, en la formación del cerebro.

Sharf subrayó que estas estructuras autoorganizativas conforman la base de una representación interna del entorno. Señaló: “El hecho de que podamos verlos en estas etapas tempranas sugiere que la evolución ha encontrado una forma para que el sistema nervioso central construya un mapa que nos permita orientarnos y relacionarnos con el mundo”.

La posibilidad de estudiar este “sistema operativo” cerebral antes del nacimiento permite explorar cómo el cerebro se prepara para la experiencia sensorial y cómo factores internos o externos pueden modificar ese proceso, abriendo nuevas perspectivas para la prevención y el tratamiento de enfermedades neurológicas.