Hoy nos inspira

El córtex cerebral humano: ¿cómo influye la genética en nuestra capacidad de aprendizaje y adaptación?

Lucía Colodro Conde nos presenta un estudio en el que ha participado, publicado recientemente en la prestigiosa revista Science. En él, un equipo internacional de científicos, integrados en el consorcio ENIGMA, analiza las claves fundamentales para entender la relación entre nuestros genes y la corteza cerebral o córtex, la parte del cerebro encargada de funciones tan importantes como el pensamiento y el lenguaje. Para ello, los investigadores han reunido una inmensa base de datos con resonancias magnéticas del cerebro y muestras de ADN de más de 50.000 personas, principalmente de descendencia europea.

Lucia

Lucía Colodro Conde es investigadora postdoctoral en el Instituto de Investigación Médica QIMR Berghofer (Brisbane, Australia).

¿Por qué varía la capacidad de aprendizaje entre individuos de la misma especie?

Cuando pensamos en la palabra naturaleza, rápidamente nos vienen a la cabeza una gran variedad de paisajes, plantas o animales. Casi sin pretenderlo, estamos imaginando el concepto biodiversidad, el cual comprende la amplia variedad mostrada por los organismos vivos en sus distintos niveles de organización, desde los genes a los ecosistemas, pasando por las especies. Pero, ¿por qué la naturaleza tiende a ser tan diversa? Cada especie representa una solución única y eficiente para prosperar en un ambiente con determinadas condiciones. A mayor biodiversidad, mayor probabilidad de que ante un cambio en las condiciones siempre haya soluciones exitosas bajo el nuevo escenario. No es descabellado suponer, por poner un ejemplo simple, que en un planeta más cálido y árido, los osos polares saldrían gravemente perjudicados, mientras que los camellos podrían verse favorecidos.

Este patrón se repite en los distintos niveles de organización de la vida. Así, dentro de una especie, todas sus poblaciones o individuos no responden de igual manera ante una misma situación. Es lo que se conoce como diversidad o variedad intraespecífica –variabilidad dentro de la especie–, y está patente incluso entre individuos emparentados estrechamente. Por ejemplo, si nos fijamos en nuestros familiares, podemos encontrar personas con diferente estatura, color de ojos, desarrollo muscular, etc. Sin embargo, cuando pensamos en toda esta biodiversidad, suele pasar desapercibido el concepto de etodiversidad –variedad de comportamientos–, la cual condiciona el tipo de respuesta y la capacidad de adaptación de las especies, por ejemplo, frente a un cambio en las condiciones ambientales (estudio). Esto nos lleva a hacernos una pregunta realmente interesante: ¿qué factores podrían explicar esta variedad de respuestas entre individuos de la misma especie? La respuesta no es sencilla, pues son muchos los factores que intervienen, pero entre ellos se encuentra el desarrollo cognitivo y la capacidad de aprendizaje, lo cual está relacionado, en parte, con la estructura del cerebro. Aunque en animales es un tema poco estudiado todavía, con humanos se han dado grandes pasos en los últimos años que están arrojando luz sobre estas cuestiones, y el estudio que aquí no es ocupa es buena muestra de ello.

cerebro

Superficie (izquierda) y grosor (derecha) del córtex. Imagen cortesía de Tyler Ard, James Stanis, y Arthur Toga, del Stevens Neuroimaging and Informatics Institute, Keck School of Medicine of the University of Southern California.

El córtex, la capa exterior del cerebro

El córtex constituye la parte más externa del cerebro, una capa muy fina que se reconoce por su estructura plegada que aloja millones de neuronas (ver Figura 1). El córtex está involucrado en procesos cognitivos como el pensamiento, el lenguaje, el juicio, la percepción y la atención, y en algunos trastornos como la depresión, el trastorno bipolar, y el trastorno por déficit de atención con hiperactividad o TDAH.

Para poder estudiar el córtex, tanto en el ámbito clínico como en investigación solemos recurrir a técnicas de imagen como la resonancia magnética. Esta técnica permite medir las dimensiones que definen la anatomía de esta capa, es decir, la superficie y el grosor del córtex. Así, en este estudio hemos utilizado esta técnica de imágenes de resonancia magnética, junto con información extraída a partir del ADN, para analizar la influencia que tiene nuestro genoma en el grosor y superficie de la corteza cerebral.

Nuestra genética y las diferencias individuales en el córtex

Todos los seres humanos compartimos la mayor parte del código genético, pero hay una pequeña proporción del genoma que puede variar entre personas. Esto contribuye a hacernos únicos y es la base de la anteriormente explicada variedad intraespecífica. Estas partes del genoma son lo que llamamos “variantes genéticas”, y hay millones de ellas.

A lo largo de los últimos años se han identificado muchas variantes genéticas que contribuyen a explicar las diferencias que observamos en rasgos como nuestra altura, color de pelo, personalidad, o riesgo de padecer enfermedades. El estudio que hoy nos ocupa ha identificado por primera vez 306 variantes genéticas que presentan una asociación significativa con la estructura del córtex. Además, proporciona evidencia de que la estructura del córtex es clave para entender la relación entre variación genética y diferencias en nuestra capacidad cognitiva e intelectual.

enigma

Grupos que forman parte del consorcio ENGIMA. 

El desarrollo del córtex y su relación con rasgos psicológicos, neurológicos, y psiquiátricos

Uno de los resultados principales del estudio muestra que las variantes genéticas que influyen en la superficie del córtex están involucradas en procesos que tienden a ocurrir durante el desarrollo fetal, mientras que el grosor está más influido por variantes genéticas activas en la etapa adulta. Estos resultados vienen a apoyar una hipótesis muy conocida en neurobiología, la “hipótesis de la unidad radial” (Rakic, 1988), que propuso, hace ya tres décadas, la existencia de diferencias en los mecanismos que regulan la expansión de la superficie del córtex y el aumento de su grosor.

Otra de las conclusiones más interesantes es que las variantes genéticas que influyen en la estructura anatómica del córtex también influyen en su función, condicionando las capacidades cognitivas o el desarrollo de ciertos trastornos. Por ejemplo, parte de las variantes genéticas que se relacionan con una mayor superficie de la corteza cerebral, van asociadas a una mayor capacidad para aprender y adaptarse, un menor riesgo de insomnio, TDHA o depresión, pero también –no todo va a ser bueno–, con las que aumentan el riesgo de padecer Parkinson. Algo a destacar de este nuevo estudio es que apoya las observaciones previas, pero sugiriendo una relación causa-efecto: a mayor desarrollo de la corteza cerebral, mayor capacidad de aprendizaje y adaptación y, viceversa. Así pues, este estudio constituye un paso muy importante para entender la complejísima relación entre genes y anatomía y funciones del córtex que, a la postre, acaban influyendo en nuestro comportamiento y, por tanto, contribuyen a la variedad de comportamientos que se da entre humanos.

Una colaboración a gran escala

El estudio ha sido realizado por un grupo de trabajo del consorcio ENIGMA (por sus siglas en inglés, Enhancing NeuroImaging Genetics through Meta Analysis). El artículo está firmado por más de 360 investigadores e investigadoras de 184 instituciones de todo el mundo, entre ellas, algunas españolas como la Universidad de Murcia, el Hospital Universitario Virgen del Rocío en Sevilla, así como sus afiliados: el Instituto de Investigación Biosanitaria Valdecilla, CIBERSAM en Santander y la Universidad de Cantabria.

ENIGMA es un ejemplo de cómo la colaboración y la diversidad, también en ciencia, son vitales para avanzar, tal y como nos muestra la naturaleza día a día. Este consorcio fue fundado en 2009 con el objetivo inicial de realizar un estudio genético de neuroimagen a gran escala. A día de hoy, está compuesto por un equipo interdisciplinar de más de 1.400 especialistas en neurociencia, psicología, psiquiatría, neurología y genética de 43 países. Coordinados en 50 grupos de trabajo, este consorcio reúne valiosos datos, genera nuevo conocimiento y aglutina la experiencia necesaria para poder responder a cuestiones fundamentales relacionadas con nuestro cerebro.

Artículo completo:

Grasby et al. (2020). The genetic architecture of the human cerebral cortex. Science, 367. DOI: 10.1126/science.aay6690.

Referencias:

Rakic (1988). Specification of cerebral cortical areas. Science 241, 170–176. DOI: 10.1126/science.3291116.