¿La cantidad de neuronas si es importante para el aprendizaje?

 

Entre los muchos neuromitos que circulan en la literatura científica, quizás el más famoso afirma que el cerebro humano tiene un número aproximado de cien mil millones de neuronas y diez veces más células gliales. Recientemente se han empleado nuevas técnicas para demostrar que esto no es del todo cierto.

La cantidad de neuronas y otras células en animales y humanos.

Las neuronas no son el único tipo de células del cerebro. Existen otras muy importantes llamadas células gliales, además de las células de los vasos sanguíneos y algunas otras, que completan la población de unidades que interactúan en el sistema nervioso. Las neuronas están especializadas en generar y propagar señales a lo largo de múltiples circuitos que forman al extender sus fibras por todo el cerebro. Las células gliales modulan la transmisión de información entre neuronas y brindan apoyo metabólico y protector a todo el sistema. Con respecto a la distribución cuantitativa de estos tipos de células, otro neuromito sostuvo que tendríamos diez veces más células gliales que neuronas en el cerebro. Equivocado. Llegamos a cantidades iguales de estos dos tipos de células principales en el cerebro humano en su conjunto (ver Figura 1), aunque la proporción varió según las regiones estudiadas. Tenga en cuenta que es el cerebelo (no la corteza cerebral), a pesar de representar solo el 10% de la masa cerebral total, el que contiene la gran mayoría de neuronas en el cerebro: alrededor del 80%, ¡o 70 mil millones de neuronas! (Ver figura 1).

Figura 1. A pesar de tener la mayor proporción de masa cerebral, la corteza cerebral incluye solo alrededor del 19% de las neuronas cerebrales. El campeón es el cerebelo, que contiene el 80% de las neuronas cerebrales dentro de solo el 10% de la masa cerebral. Modificado de Azevedo et al. (2009) ⁴ .

Estos datos cuantitativos desafiaron otro famoso dogma de las neurociencias: que la corteza cerebral sería el mayor logro de la evolución del cerebro ² . Para dar un ejemplo, vale la pena citar una oración de un artículo publicado en un artículo famoso en 2009:

"La corteza cerebral contiene dos tercios de las neuronas del cerebro y, por lo tanto, parece ser un candidato prometedor para determinar los correlatos neuroanatómicos primarios de la inteligencia" ⁶

Este concepto de gran predominio de la corteza cerebral es todavía muy frecuente en la literatura científica y entre los profanos. Tradicionalmente, el argumento de los biólogos para confirmar este dogma era el tamaño del cerebro, expresado por su volumen o peso (masa). Cuanto más sofisticada se suponía que era la relevancia funcional de una región del cerebro, mayor sería su tamaño (en relación con el tamaño total del cerebro) a lo largo de la evolución. Según esta perspectiva, la corteza cerebral sería realmente el área más compleja del sistema nervioso, ya que la mayoría de los estudios revelan que esta región se vuelve, proporcionalmente, cada vez más grande a lo largo de la escala evolutiva. Siguiendo el mismo razonamiento, el cerebelo, una región del cerebro involucrada en el control motor y el aprendizaje, permanecería relativamente constante. ¿Verdadero o falso? Falso. Aprovechando nuestro nuevo método,⁷ . Posteriormente, se hizo lo mismo con las especies de primates. Lo que encontramos en roedores, confirmado en primates, fue lo opuesto al tamaño del neuromito: al considerar el número de neuronas, la región que más creció a medida que el cerebro se expandió fue el cerebelo, no la corteza (ver Figura 2).Figura 2. El cerebro crece como un todo en los roedores, tanto como el tamaño del cuerpo. La corteza cerebral crece a ritmos similares, mientras que el cerebelo permanece proporcionalmente sin cambios. Sin embargo, si se consideran las neuronas, la cantidad de estas células en el cerebelo crece abruptamente, mientras se mantiene relativamente estable en la corteza cerebral. Modificado de Lent et al. (2010) ⁸ .

Más recientemente, ha sido posible ampliar los estudios a los subtipos de células gliales. Se ha desarrollado un marcador nuclear para los astrocitos ⁹ y otro para los oligodendrocitos ¹⁰ . Los primeros son muy importantes para modular la transmisión de información entre neuronas, controlar el flujo de sustancias entre la sangre y el cerebro y regular la cantidad de sustancias neurotransmisoras. Estos últimos son responsables de una vaina aislante que recubre las fibras nerviosas y contribuyen a acelerar la propagación de señales eléctricas de una región a otra en el cerebro. Estamos trabajando arduamente para establecer el número exacto de estos subtipos de células gliales en diferentes regiones del cerebro bajo diversas condiciones.

Cómo varía el número de neuronas y por qué es importante

Al conocer la composición exacta de los tipos de células en el cerebro de los animales, especialmente en el cerebro humano, también se puede determinar, por ejemplo, cómo varían estos números entre hombres y mujeres (dimorfismo sexual) y qué sucede con estos números en diferentes condiciones ambientales. situaciones (envejecimiento, por ejemplo). Esto puede estar relacionado con parámetros funcionales y cognitivos y, por tanto, puede ayudar a explicar los déficits y especializaciones funcionales de los propietarios de estas neuronas.

Con este objetivo, los investigadores querían saber si el número de neuronas en algunas regiones clave del cerebro mostraría diferencias al comparar mujeres con hombres. Primero se estudió el bulbo olfatorio ¹¹ , una pequeña masa de tejido situada por encima de la nariz en el interior del cráneo, que recibe el flujo de información olfativa procedente de la mucosa nasal. Los recuentos revelaron que las mujeres tienen casi un 50% más de neuronas que los hombres en esta región y casi un 40% más de células gliales. Es difícil estar seguro de qué significan exactamente estas diferencias en términos funcionales, aunque uno puede tener la tentación de relacionarlas con algunas habilidades olfativas de las mujeres que son bien conocidas por ser superiores a las de los hombres ^12.. La segunda región que se apuntó fue el lóbulo temporal medial, donde se encuentra el hipocampo, una región del cerebro involucrada en la consolidación de la memoria y la memoria espacial ¹³ . Los resultados eran ahora opuestos a los del bulbo olfatorio: los hombres mostraban un 34% más de neuronas en esta región, en comparación con las mujeres. Nuevamente, en la actualidad es muy difícil llegar a correlaciones funcionales consistentes. Pero la moraleja en este caso es que la cantidad de neuronas puede variar de manera diferente según el género, en los diferentes sectores del cerebro, y esto puede revelar especializaciones funcionales.

La celularidad cerebral también cambia con el envejecimiento, con una ligera reducción de aproximadamente un 10% entre los 50 y los 90 años. Pero la diferencia es mucho mayor, especialmente en el hipocampo y en la corteza cerebral, cuando la persona presenta síntomas de demencia por enfermedad de Alzheimer avanzada ¹⁴. Los hallazgos aquí son importantes porque algunas personas muestran signos de la enfermedad de Alzheimer en sus cerebros, pero sin pérdida de memoria o demencia: en este caso, sus números neuronales eran típicos para su edad en comparación con otras personas sin Alzheimer. Sin embargo, cuando se producen pérdidas de memoria y demencia, el número de neuronas desciende significativamente en el lóbulo temporal donde se encuentra el hipocampo, acompañado de un aumento del número de células gliales. Este hallazgo contribuyó a eliminar otro neuromito, prevalente entre los médicos: que las placas proteicas y los ovillos que se depositan en el cerebro de las personas mayores son la causa de la demencia. Equivocado. Según los hallazgos, es la pérdida de neuronas, independientemente de las placas y los ovillos, lo que se correlaciona con los síntomas del Alzheimer.

Influencias en el número de neuronas a lo largo del desarrollo

Si su lectura ha sobrevivido hasta este punto de mi texto, debería preguntarse qué tiene que ver este tema de los números de celular con la educación.

Está bien establecido que algunas regiones del cerebro de animales adultos conservan una característica muy importante del desarrollo: la neurogénesis. Esto ha sido fuertemente demostrado en roedores y otras especies en el bulbo olfatorio ¹⁵ y el hipocampo ¹⁶ : se continúan generando nuevas neuronas durante la edad adulta en esas regiones. Investigaciones realizadas utilizando el fraccionador isotrópico para el cerebro de ratas en desarrollo ha contribuido a comprender la controvertida existencia de la neurogénesis en la corteza cerebral adulta ¹⁷ : Los hallazgos fueron positivos, pero contrarios a otros autores que han informado resultados negativos (ver Figura 3).

     Figura 3. Neurogénesis posnatal en el cerebro de la rata, detectada contando el número absoluto de neuronas.

El tema de la neurogénesis adulta se ha vuelto aún más controvertido para el cerebro humano. Un estudio de un grupo sueco de investigadores utilizó el inteligente método de medir la radiactividad ¹⁴ C en el cerebro de los seres humanos nacidos durante los años de la Guerra Fría, cuando diferentes países realizaron pruebas de bombas atómicas. Confirmaron la existencia de neurogénesis adulta en el hipocampo humano y el cuerpo estriado (una región profunda en estrecha conexión con la corteza), pero no en la propia corteza ni en el bulbo olfatorio ¹⁸ . La controversia se ha calentado en los últimos años, con resultados a favor y en contra de la existencia de neurogénesis adulta en humanos.

La cuestión más importante derivada de la existencia de neurogénesis adulta en el hipocampo es que diversos estudios han establecido que, cuando se estimulan neuronas recién generadas tras distintas intervenciones, se produce una mejor memoria y aprendizaje. Un buen ejemplo es el del ejercicio físico. La neurogénesis hipocampal (y cortical) aumenta en gran medida en ratas después de un período de ejercicio aeróbico moderado. Se evaluaron nuevas neuronas tanto mediante el uso del fraccionador isotrópico como mediante la medición de la concentración de factores químicos que indican la presencia de precursores neuronales y división celular ¹⁹ . También se realizaron pruebas de comportamiento para la memoria, detectando que los animales ejercitados se desempeñaban mejor que los sedentarios.

Lo más sorprendente es que el ejercicio aeróbico es beneficioso, tanto en términos de neurogénesis como de rendimiento conductual, para las crías de madres de ratones que se sometieron a sesiones diarias de ejercicio aeróbico durante el embarazo ²⁰ . La neurogénesis adulta, por tanto, puede verse como un mecanismo que favorece el aprendizaje y la memoria. Entonces, una consecuencia obvia de estos hallazgos para la educación es que el ejercicio físico ya no debe considerarse solo como un procedimiento en beneficio de la salud corporal de los alumnos, sino también como una actividad que contribuye al aprendizaje.

Referencias

1. Lent, R., Cien mil millones de neuronas. Conceptos fundamentales de neurociencia (en portugués), 1ª ed. Río de Janeiro, Ed. Atheneu, 688 págs. (2000).
2. Cuaresma, R .; Azevedo, FC; Andrade-Moraes, CH; Oliveira-Pinto, AV, ¿Cuántas neuronas tienes? Algunos dogmas de la neurociencia cuantitativa en revisión. EUR. J. Neurosci. 35 : 1 a 9 (2012).
3. Herculano-Houzel, S .; Lent, R., fraccionador isotrópico: un método simple y rápido para la cuantificación del número total de células y neuronas en el cerebro. J. Neurosci . 25 : 2518 - 2521 (2005).
4. Azevedo, FAC  et al. El mismo número de células neuronales y no neuronales hacen del cerebro humano un cerebro de primates isométricamente escalado. J. Comp. Neurol. 513 : 532-541 (2009).
5. Lent, R., ¿ Cien mil millones de neuronas? Conceptos fundamentales de neurociencia (en portugués), 2ª ed. Río de Janeiro, Ed. Atheneu, 763 págs. (2010).
6. Luders, E .; Narr, KL; Thompson, PM; Toga, AW, correlatos neuroanatómicos de la inteligencia. Intelligence 37 : 156-163 (2009).
7. Herculano-Houzel, S .; Mota, B .; Lent, R., Reglas de escala celular para cerebros de roedores. Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos 103 : 12138-12143 (2006).
8. Cuaresma, R .; Azevedo, FA; Neves, WA, ¿Cuántas neuronas tiene el cerebro? (en portugues). Ciencia Hoje 274 : 40-47 (2010).
9. Sun, W. y col. SOX9 es un marcador nuclear específico de astrocitos en el cerebro adulto fuera de las regiones neurogénicas. J. Neurosci. 37 : 4493-4507 (2017).
10. Valerio-Gomes, B .; Guimarães, DM; Szczupak, D .; Lent, R., El número absoluto de oligodendrocitos en el cerebro de un ratón adulto. Parte delantera. Neuroanat . 12 : 90 (2018).
11. Oliveira-Pinto, AV et al.  Dimorfismo sexual en el bulbo olfatorio humano: las hembras tienen más neuronas y células gliales que los machos. PLoS ONE 9 (11) : e111733 (2014).
12. Doty, RL; Cameron, EL, Diferencias sexuales e influencias de las hormonas reproductivas en la percepción del olor humano. Physiol. Behav. 97 : 213 - 228 (2009).
13. Oliveira-Pinto, AV et al . ¿Influyen la edad y el sexo en el número absoluto de células de las regiones del cerebro humano?  Función de estructura cerebral 221 : 3547-3559 (2016).
14. Andrade-Moraes, CH y col. Los cambios en el número de células en la enfermedad de Alzheimer se relacionan con la demencia, no con placas y ovillos. Brain 136 : 3738-3752 (2013).
15. Lim, DA; Alvarez-Buylla, A., La neurogénesis de la zona ventricular-subventricular del adulto (V-SVZ) y del bulbo olfatorio (OB). Arb de resorte frío. Perspect. Biol. 8 (5) : pii: a018820 (2016).
16. Toda, T .; Gage, FH, Revisión: La neurogénesis adulta contribuye a la plasticidad del hipocampo. Cell Tissue Res . 373 : 693-709 (2018).
17. Bandeira, FC; Cuaresma, R .; Herculano-Houzel, S., El número cambiante de células neuronales y no neuronales subyace al crecimiento cerebral posnatal en la rata. Proc.Natl. Acad. Sci. Estados Unidos , 106 : 14108-14113 (2009).
18. Bergmann, O .; Spalding, KL; Frisén, J., Neurogénesis adulta en humanos. Arb de resorte frío. Perspect. Biol. 7 (7) : a018994 (2015).
19. Victorino, AB y col . El ejercicio aeróbico en la adolescencia produce un aumento de células neuronales y no neuronales y una sobreexpresión de mTOR en la corteza cerebral de ratas. Neuroscience 361 : 108-115 (2017).
20. Gomes da Silva, S. et al. El ejercicio materno durante el embarazo aumenta los niveles de BDNF y el número de células en la formación del hipocampo, pero no en la corteza cerebral de las crías de ratas adultas. PLoS ONE 11 (1) : e0147200 (2016).