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lunes, 4 de marzo de 2013

Maduración de la corteza cerebral = Reducción en la sustancia gris

En 2004 Nitin Gogtay, Jay N. Giedd, Leslie Lusk, Kiralee M. Hayashi, Deanna Greenstein, A. Catherine Vaituzis, Tom F. Nugent III, David H. Herman, Liv S. Clasen, Arthur W. Toga, Judith L. Rapoport y Paul M. Thompson publicaron un artículo sobre el desarrollo de la corteza cerebral desde la niñez hasta la adultez temprana. Este es un trabajo fundamental que ilustra la trayectoria de maduración de la corteza, la cual se da a través de un incremento y luego una reducción en la sustancia gris. Los mecanismos celulares que subyacen dicha maduración son desconocidos. Veamos un poco más de cerca el trabajo de estos investigadores.

Introducción
El desarrollo del cerebro humano, estructural y funcionalmente, es un proceso no lineal.

La densidad de sustancia gris en las imágenes por resonancia magnética (IRM) es una medida indirecta de una compleja arquitectura que incluye glía, la vasculatura y las neuronas con sus procesos dendríticos y sinápticos.

Método
En su estudio participó una muestra de 13 niños y adolescentes (4 a 21 años de edad) que fue estudiada de manera prospectiva con IRM cada dos años por 8-10 años.

Para cuantificar la sustancia gris local, Gogtay et al. usaron una medida denominada "densidad de sustancia gris", usada en estudios previos, la cual mide la proporción de sustancia gris en una región pequeña de un radio fijo (15 mm) alrededor de cada punto cortical. La densidad está altamente correlacionada con el grosor de la sustancia gris.

En cada hemisferio se seleccionaron las siguientes regiones para los análisis: giro precentral, corteza motora primaria, giro frontal superior (límite posterior cerca del surco central), giro frontal inferior (límite posterior), surco frontal inferior (límite anterior), surco frontal inferior en la corteza prefrontal dorsolateral, terminación anterior del surco frontal superior, polo frontal, corteza sensorial primaria en el giro postcentral, giro supramarginal, giro angular, polo occipital, porciones anterior, media y posterior del giro temporal superior, punto medio del giro temporal inferior, así como los límites anterior y posterior y la superficie inferior y terminaciones anterior y posterior del surco olfatorio y las terminaciones anterior y posterior del surco colateral (Ver imagen).

Resultados
En general, el volumen total de sustancia gris se encontró que incrementó hacia edades más tempranas, seguido por una pérdida sostenida que comenzó alrededor de la pubertad (Ver gráfico). El proceso de pérdida de sustancia gris (maduración) comienza primero en las cortezas parietales dorsales, particularmente las áreas sensoriomotoras primarias cercanas al margen ínter-hemisférico y luego se extiende rostralmente [hacia delante] sobre la corteza frontal, y caudal y lateralmente sobre la corteza parietal, occipital, y por último la temporal (Ver vídeos sobre este proceso).

Los polos frontal y occipital pierden temprano sustancia gris; en el lóbulo frontal la maduración de sustancia gris involucra por último a la corteza prefrontal dorsolateral -la cual pierde sustancia gris sólo al final de la adolescencia-.

[Posteriormente, Gogtay et al. exponen los patrones de maduración por subregiones individuales de la corteza (el lector interesado puede dirigirse a la página 3 del artículo donde encontrará tales detalles)].

Discusión
Estos resultados, afirman Gogtay et al., los cuales resaltan la "heterocronicidad" [diferentes tiempos] del desarrollo cortical humano, sugieren que las subregiones individuales siguen trayectorias de maduración temporalmente distintas, en las cuales las áreas de asociación superiores maduran sólo después de las regiones sensoriomotoras (de "bajo" nivel), cuyas funciones ya maduras, aquéllas integran. Adicionalmente, parece que las áreas corticales filogenéticamente más antiguas maduran más temprano que las regiones corticales más recientes. Los lóbulos temporales laterales son los últimos en madurar (área de asociación; ver dos párrafos más abajo).

En otras palabras, según Gogtay et al., las partes del cerebro asociadas con funciones más básicas maduran temprano: las áreas cerebrales sensoriales y motoras maduran primero, seguidas por las áreas involucradas en la orientación espacial, el habla y el desarrollo del lenguaje y la atención (lóbulos parietales superiores e inferiores). Las áreas implicadas en la función ejecutiva, la atención y la coordinación motora son las que maduran más tarde (lóbulos frontales).

La corteza temporal en humanos, en particular el aspecto posterior del surco temporal superior, el giro temporal superior y el giro temporal medio es pensada como un sitio de asociación heteromodal [de distintas modalidades sensoriales] (junto con las cortezas prefrontal y parietal inferior) y está implicada con las funciones de integración de la memoria, la asociación audiovisual y el reconocimiento de objetos.

A pesar de los resultados, aclaran Gogtay et al., el proceso exacto que subyace a la pérdida de sustancia gris es desconocido. El incremento de sustancia blanca cerebral durante las primeras cuatro décadas debido a la mielinización axonal podría explicar, aunque parcialmente, la pérdida observada de sustancia gris. Los autores especulan que podría ser también, al menos parcialmente, por un proceso de "poda sináptica" o, incluso, una combinación de procesos de mielinización, poda dendrítica y cambios en la densidad neuronal, glial, vascular y de neuritas en las diferentes láminas corticales.

Limitaciones 
- Sólo 13 niños
- Una población no representativa con una capacidad intelectual promedio superior (de 125).
- No se pudieron explorar diferencias de género en la maduración cerebral (debido al tamaño de la muestra). 

Conclusión
Los resultados de Gogtay et al., además de resaltar una heterogeneidad cortical importante, muestran que el desarrollo de la sustancia gris cortical parece seguir una secuencia de maduración funcional: las cortezas sensoriomotoras primarias junto con los polos frontales y occipitales maduran primero y el resto de la corteza se desarrolla en una dirección parietal a frontal (de atrás hacia delante). La corteza temporal superior, la cual contiene áreas de asociación que integran la información de varias modalidades sensoriales, maduran de último. La maduración de la corteza también parece seguir la secuencia evolutiva en la cual estas regiones se crearon.

Gogtay, N., Giedd, J.N., Lusk, L., Hayashi, K.M., Greenstein, D., Vaituzis, A.C., Nugent III, T.F., Herman, D.H., Clasen, L.S., Toga, A.W., Rapoport, J.L., & Thompson, P.M. (2004). Dynamic mapping of human cortical development during childhood through early adulthood. PNAS, 101 (21), pp. 8174-8179.

Comentario
Bueno, este fue nuestro artículo de hoy. ¿Les recuerda algo? ¡A mí sí! (algo relacionado con la inteligencia). Este trabajo, con casi 2000 citaciones desde su publicación, aporta la idea de que la maduración cortical desde la niñez hasta la adolescencia tardía se caracteriza por una "pérdida" desconocida de la sustancia gris de la corteza cerebral. Dicha pérdida se da en una secuencia que sigue los pasos evolutivos, ya que maduran primero áreas sensoriales y motoras básicas y, posteriormente, aquellas de los procesos cognitivos "superiores". Por alguna razón -aún no conocida-, la sustancia gris comienza a reducirse en la pubertad. 

En síntesis, los cambios corticales en la sustancia gris que se dan entre los 4 y los 21 años no siguen una secuencia lineal, sino "cuadrática", podríamos decir: la sustancia gris aumentaría hasta la pubertad y, desde ese momento, comenzaría a "decaer" hasta la adolescencia tardía.

Como mensaje final -y teniendo en cuenta la posibilidad de interpretar este estudio más allá de la cuenta ("neuro-mito")-, estos resultados no implican ni permiten inferir que "debamos hacer algo" para evitar la pérdida de sustancia gris en la adolescencia. Como Gogtay et al. bien lo establecen, hasta ese momento -y creo que aun ahora- se desconoce por qué o para qué se da dicha reducción en la sustancia gris, relacionada con el desarrollo. Probablemente parte de la respuesta esté en la inteligencia superior de los participantes de este estudio, pero eso habrá que probarlo con más evidencia.


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