Durante mucho tiempo, se pensó que las neuronas eran las únicas responsables de almacenar y estabilizar los recuerdos, especialmente aquellos con una importante carga emocional. Por ejemplo, los que están relacionados con experiencias que nos dieron mucho miedo. Sin embargo, una nueva línea de investigación está cambiando por completo esta visión.

Un estudio reciente del Centro RIKEN para la Ciencia del Cerebro (Japón), publicado en la revista Nature, reveló que otro tipo de células cerebrales, los astrocitos, desempeñan un papel decisivo en la persistencia de los recuerdos emocionales en nuestra mente. Tradicionalmente, estas células que rodean a las neuronas se consideraban simples “auxiliares” que ayudaban al cebrero, pero el trabajo dirigido por el neurocientífico Jun Nagai demuestra que su función va mucho más allá.

Metodología: una investigación con ratones

Para llegar a esta conclusión, los investigadores analizaron la actividad de los astrocitos en ratones utilizando una técnica clásica de condicionamiento del miedo. Después de recibir una descarga eléctrica, los aniamles aprendían a asociar una jaula con algo desagradable. Más adelante, cuando volvían a la misma jaula sin recibir la descarga, mostraban señales de miedo, como quedarse inmóviles, lo que indicaba que recordaban la experiencia anterior.

Las neuronas producen una proteína llamada Fos al activarse, y las experiencias también pueden desencadenar la producción de Fos en algunos astrocitos. Sabiendo esto, los investigadores diseñaron un sistema que les permitía ver en qué momento se activaba esta proteína en los astrocitos, diferenciándolos de las neuronas.

Los resultados fueron sorprendentes. Durante el aprendizaje inicial, cuando los ratones experimentaban el choque, casi no se activaban astrocitos. Sin embargo, durante el recuerdo, cuando estos animales volvían a la jaula, se observó una fuerte activación de los astrocitos marcados, especialmente en regiones asociadas con la emoción y la memoria, como la amígdala. Esto sugiere que estas células son especialmente relevantes en la recuperación de recuerdos ya consolidados.

Aplicaciones a futuro

El equipo sostiene que este descubrimiento podría ser clave en la investigación de trastornos relacionados con los recuerdos, como el estrés postraumático. “Estos hallazgos podrían conducir a nuevos enfoques terapéuticos dirigidos al interruptor de memoria astrocítico, dando lugar a terapias que amortigüen suavemente los recuerdos traumáticos y preserven otros”, señaló Nagai.

El investigador también sostuvo que estos resultados podrían inspirar el desarrollo de nuevos modelos de inteligencia artificial más parecidos al funcionamiento de la memoria humana. “Los sistemas de IA actuales consumen muchos datos y mucha energía. Al aprender de los astrocitos, que seleccionan recuerdos eficientemente en función de la relevancia emocional y la recurrencia, podríamos diseñar sistemas de IA más eficientes energéticamente y sensibles al contexto que recuerden lo justo”, explicó.

El cerebro de la madre pierde una gran cantidad de materia gris durante el embarazo, al tiempo que mejora su conectividad. Esta aparentemente contradicción forma parte de las conclusiones del estudio detallado del embarazo de una mujer primeriza de 38 años desde antes de la concepción hasta dos años después el parto. 

Los resultados se publican este lunes en la revista Nature Neurology y el sujeto del seguimiento es una de las autoras del artículo, la investigadora Elizabeth Chrastil, de la Universidad de California, Irvine, que se sometió a 26 escáneres cerebrales, además de análisis de sangre semanales, durante el proceso que llevó al nacimiento de su primer hijo en 2020. 

El equipo liderado por Laura Pritschet observó una disminución “pronunciada” del volumen de materia gris y del grosor de la corteza cerebral, además de un aumento del volumen ventricular y del líquido cefalorraquídeo. Los datos también mostraron que aumentó la sustancia blanca, que en algunas áreas mejoró la conectividad, y que solo unas pocas regiones —apenas un 20%— permanecieron intactas. Estos cambios se asociaron con el aumento de los niveles de las hormonas estradiol y progesterona y las exploraciones se compararon con los cambios cerebrales observados en ocho individuos de control.

Algunos de estos cambios persistieron hasta dos años después del parto, incluida la reducción del volumen y el grosor corticales, mientras que otros regresaron a niveles similares a los de antes de la concepción alrededor de dos meses después del nacimiento. Una transformación que los científicos aún no comprenden bien, pero con implicaciones para la salud mental femenina y la predicción de problemas como la depresión posparto o los efectos neurológicos vinculados a la preeclampsia.

Una coreografía de cambios

“Nuestro resultado ofrece el primer mapa detallado del cerebro humano durante la gestación”, explica Emily Jacobs, investigadora de la Universidad de California, Santa Barbara. “El cerebro de la madre experimenta toda esta coreografía de cambios durante el embarazo y por fin somos capaces de observar el proceso en tiempo real”. Los estudios anteriores, como el del equipo de la española Susana Carmona —explica—, capturaban momentos concretos, antes y después del embarazo, pero las imágenes de alta precisión han permitido ver cambios de gran envergadura semana tras semana. “Nunca habíamos presenciado lo que hace el cerebro en la niebla de esa metamorfosis”, sostiene Jacobs.

El cerebro de la madre experimenta toda esta coreografía de cambios durante el embarazo y por fin somos capaces de observar el proceso en tiempo real

Emily Jacobs — Investigadora de la Universidad de California, Santa Barbara

Para Chrastil, sujeto de las pruebas y coautora del trabajo, uno de los hechos más impactantes que han documentado es que la sustancia blanca, que son las conexiones entre los axones y tiene que ver con la calidad de las conexiones, tuvo un incremento durante el segundo y el tercer trimestre de embarazo y volvió a la normalidad hacia el final. “Eso es algo que no habrías visto con un análisis de antes y después”, asegura. “Ser capaces de capturar esos pasos intermedios puede permitirnos entender con precisión el despliegue que ocurre en el curso del embarazo”.

Además de inspirarse en trabajos como el del equipo español que ha comparado el cerebro de 110 mujeres en el tercer trimestre de gestación con el de mujeres que nunca han estado encintas, la idea para realizar el seguimiento de una mujer embarazada surgió de un trabajo anterior de Laura Pritschet, publicado en 2020. “Ella fue el sujeto de estudio y escaneó su cerebro cada 24 horas durante el ciclo menstrual completo de 30 días”, explica Jacobs. “Se veía el flujo de hormonas y los cambios en el cerebro y eso nos hizo pensar: tenemos que hacer esto durante el embarazo”.

El embarazo “esculpe” el cerebro

Un dato impactante es que más del 80% de las regiones cerebrales que estudiaron con el escáner semana a semana experimentaron reducciones en el volumen de materia gris, lo que equivale a una media del 4% de reducción total de volumen del cerebro. Sin embargo, esto no debe considerarse equivalente a pérdida de función cognitiva. “A veces la gente se inquieta cuando escucha que el volumen de materia gris desciende durante el embarazo y piensan: uy, eso no puede ser bueno”, explica Jacobs. “Pero no tiene por qué ser algo malo. De hecho, este cambio probablemente refleja el ajuste fino de los circuitos neuronales, un proceso adaptativo que permite al cerebro ser más especializado”.

Este cambio probablemente refleja el ajuste fino de los circuitos neuronales, un proceso adaptativo que permite al cerebro ser más especializado

Emily Jacobs — Investigadora de la Universidad de California, Santa Barbara

Para explicarlo, Jacobs usa una analogía con el David de Miguel Ángel. “El artista empezó con ese gran bloque de mármol y la belleza subyacente es revelada a través del arte de retirar el material con delicadeza”, asegura. “Con el cerebro este proceso sucede en las primeras etapas del desarrollo, pasa de nuevo en la pubertad y lo que vemos en el embarazo probablemente sea un refinamiento cortical. Cuando miramos los datos por primera vez y vimos este declive en el tiempo nos quedamos asombradas, podías ver el esculpido del cerebro desarrollándose semana tras semana”.

“Esto es parte de la vida humana, ajustado evolutivamente durante miles de años, y no es necesariamente algo malo”, añade Chrastil. “Probablemente hay algún beneficio funcional que aún no sabemos cuál es. Debe de haber algunas contrapartidas, pero también algún tipo de maximización de la capacidad de la persona”. 

Un jaque a todo el sistema

Para Susana Carmona, investigadora principal del Grupo Neuromaternal del Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón, el trabajo es una aportación muy valiosa que continúa la línea de lo investigado anteriormente por ella y su equipo. “En lugar de tener muchos sujetos, ellas tienen un solo sujeto, pero en muchos puntos temporales”, explica a elDiario.es. “Eso les ha permitido dibujar de una forma mucho más fina ese descenso de la materia gris, que cuadra con todo lo que hemos ido viendo nosotras estos siete años”. Aunque se ve una pérdida de volumen, no significa que se produzca un problema. “Evolutivamente no tiene ningún sentido que haya daño y los estudios longitudinales a largo plazo demuestran lo contrario, el embarazo tiene un efecto protector”, recalca.

Evolutivamente no tiene ningún sentido que haya daño y los estudios longitudinales a largo plazo demuestran lo contrario, el embarazo tiene un efecto protector

Susana Carmona — Investigadora principal del Grupo Neuromaternal del Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón

¿Qué sentido tienen todos estos cambios desde el punto de vista biológico y evolutivo? “Lo que sabemos es que el embarazo pone en jaque a todo el sistema, modifica todo el cuerpo de la mujer a través de la creación de un nuevo órgano, que es la placenta, que libera hormonas que son mensajeros que le dicen al cuerpo que tiene que funcionar de forma completamente diferente”, relata Carmona. Aunque no hay pruebas sobre los efectos cognitivos de estos cambios, en algunos estudios se ha visto una relación con cómo puntúan las madres el vínculo con sus hijos.

“En modelos animales sí vemos que las hormonas modifican el cerebro y hacen que la cría sea especialmente relevante para la madre”, explica Carmona. “Luego es la cría la que modula el circuito, es decir, los papás también pueden llegar por esta otra vía y las madres adoptivas —matiza—, pero la gestación te lo pone todo muy rápido”. En su opinión, estos cambios generan una especie de “efecto túnel”. “Se podría decir que, de repente, la cría tiene la capacidad de secuestrar los recursos cognitivos de la madre, aunque con muchas precauciones”, afirma.

Los hallazgos se alinean con los revelados previamente en madres primerizas, lo que sugiere que los cambios cerebrales inducidos por el embarazo pueden ser un fenómeno ubicuo

Magdalena Martínez-García — Investigadora de la Universidad de California

Otros investigadores, como Óscar Vilarroya, director de investigación en la Universidad Autónoma de Barcelona y el Hospital del Mar Research Institute, consideran que el nuevo estudio de Pritschet y su equipo es relevante, pero tiene una debilidad principal. “Hay que tener en cuenta que es solo un sujeto y eso hace muy difícil sacar conclusiones y generalizar los hallazgos a la población, y mucho menos que se puedan sacar implicaciones prácticas”, subraya.

“Los hallazgos corticales cerebrales se alinean con los revelados previamente por estudios longitudinales de cohortes más amplios en madres primerizas, lo que sugiere que los cambios cerebrales inducidos por el embarazo pueden ser un fenómeno ubicuo”, añade Magdalena Martínez-García, investigadora posdoctoral en el Departamento de Ciencias Psicológicas y del Cerebro de la Universidad de California, Santa Barbara en declaraciones al SMC.

“Nuestra ignorancia tiene consecuencias”

Las autoras inciden en que estos cambios hormonales en el cerebro humano no son exclusivos de las mujeres. “No puede estar más lejos de la realidad”, explica Jacobs. “Las hormonas son neurorreguladores clave para los dos sexos”. Por otro lado, encuadran este trabajo en un contexto más amplio, en el que los estudios sobre la salud de las mujeres no han recibido ni atención ni financiación durante décadas. “Sobre la neurobiología del embarazo hay mucho que aún no entendemos, pero no es porque las mujeres seamos demasiado complicadas, ni porque el embarazo sea un gran misterio, es el resultado del hecho de que las ciencias biomédicas han ignorado históricamente la salud de las mujeres”, subraya. 

“Estamos en 2024 y este es la primera vez que echamos un vistazo a esta fascinante transición neurobiológica”, insiste la investigadora. “Nuestra ignorancia tiene consecuencias, los científicos no tienen los datos que necesitamos para predecir la depresión posparto antes de que se manifieste, no tenemos los datos que hacen falta para entender la preeclampsia y la salud mental femenina de los últimos años de vida. Necesitamos mejores datos”.

Los placozoos son unas pequeñas criaturas marinas que se pegan a las superficies. Tan insignificantes, que fueron descubiertas por el zoólogo alemán Franz Eilhard Schulze en 1883 en las paredes de un acuario marino. Durante décadas, su existencia pasó bastante desapercibida para los biólogos, hasta que en la década de 1970 se reconoció que componen uno de los cinco linajes principales de animales —junto con Ctenophora (medusas), Porifera (esponjas), Cnidaria (corales, anémonas de mar y medusas) y Bilateria (todos los otros animales)— y se estimó que aparecieron por primera vez en la Tierra hace unos 800 millones de años.

Ahora, un equipo de investigadores del Centro de Regulación Genómica de Barcelona (CRG) estudió estos organismos con detalle y descubrió que contienen algunos de los componentes básicos de la neurona, pero mucho antes de que estas unidades básicas del sistema nervioso aparecieran en la evolución. El resultado, que se publica este martes en la revista Cell, les lleva a interpretar que algunos de estos componentes básicos del sistema nervioso se formaron en los primeros animales ancestrales, aportando nuevas pistas de cómo aparecieron. 

Un “trampolín evolutivo”

“Hace tiempo que sabemos que estos organismos tienen una posición filogenética clave en la historia de los animales y es por eso que empezamos a estudiarlos”, explica el coautor del estudio, Xavier Grau-Bové, a elDiario.es. “Lo que vemos es que, aunque no tienen neuronas, a nivel molecular presentan similitudes a las neuronas de otros animales. Es decir, al menos la mitad de los elementos necesarios para una sinapsis ya están regulados en el ancestro, y la otra mitad aparecieron más tarde”.

Lo que observaron los investigadores es que, aunque no tienen tienen sistema nervioso, los placozoos coordinan su comportamiento gracias a células llamadas “peptidérgicas” porque liberan pequeños péptidos y pueden dirigir el movimiento o la alimentación del animal. Para estudiar el origen de estas células emplearon una serie de técnicas moleculares y modelos computacionales para comprender cómo evolucionaron los tipos de células placozoarias y reconstruir cómo podrían haber sido y funcionado nuestros ancestros antiguos. 

Para su sorpresa, las células que liberan péptidos compartían muchas similitudes con las neuronas, un tipo de célula que no apareció hasta muchos millones de años después en animales más avanzados como la bilateria. Los análisis entre especies revelaron que estas similitudes son exclusivas de los placozoos y no aparecen en otros animales de ramificación temprana, como las esponjas o las medusas peine (ctenóforos). 

Esto nos permite responder cuestiones tan interesantes como si se ha inventado el sistema nervioso más de una vez o se ha inventado por partes

Xavier Grau — Investigador del Centro de Regulación Genómica de Barcelona (CRG)

“Nos sorprendieron los paralelismos”, añade el primer coautor del artículo, Sebastián R. Najle. “Las células peptidérgicas placozoarias tienen muchas similitudes con las células neuronales primitivas, incluso si aún no hemos llegado a ese punto. Es como mirar un trampolín evolutivo”. “Estamos observando una parte esencial de lo que constituye una neurona en los organismos modernos y esto nos permite ver en qué punto de la evolución apareció”, asegura Grau. “Esto nos permite responder cuestiones tan interesantes como si se ha inventado el sistema nervioso más de una vez o se ha inventado por partes”.

Completando el puzzle

“Que se encuentren genes ancestrales de células actuales (neuronas o cualquier otra) no es ninguna sorpresa”, asegura el neurocientífico y divulgador Xurxo Mariño. “A mi entender lo interesante es, además de poner una fecha para esos genes ancentrales, que la batería de genes que encuentran sirve para definir un poco mejor el puzzle evolutivo de relaciones entre ctenóforos, cnidarios, placozoos y bilaterales (nosotros y muchos más)”. 

A falta de estudiar los detalles, el catedrático de Medicina Luis Puelles considera que la conclusión de este nuevo estudio es interesante y da “importantes precisiones evolutivas dentro de lo que en el campo se suponía previamente, acerca de que las neuronas individuales son de origen muy antiguo en invertebrados”. En cualquier caso, recuerda, “aunque la familia de las neuronas peptidérgicas es importante, hay otros tipos de neuronas supuestamente no peptidérgicas (aunque nunca se sabe si cualquier neurona puede secretar péptidos aún no descubiertos)”.

Salvador Martínez, catedrático e investigador del Instituto de Neurociencias UMH-CSIC, también cree que es un artículo muy bien argumentado metodológica y conceptualmente. “Puede ayudar a entender el proceso por el cual un grupo de células de organismos multicelulares, que se regula con fenómenos paracrinos es predecesor de un sistema de células conectadas neurales con propiedades selectivas de conectividad selectiva”, señala. “Un aspecto relevante para entender cómo surgieron en las células de un organismo simple las propiedades funcionales de neuronas”.

El “amanecer” de la neurona

Los autores recalcan que las células peptidérgicas están lejos de ser una verdadera neurona, ya que carecen de los componentes para el extremo receptor de un mensaje neuronal (postsináptico) o de los componentes necesarios para conducir señales eléctricas. El resultado indica que estas células se comunicaban mediante neuropéptidos, pero con el tiempo obtuvieron nuevos módulos genéticos que les permitieron crear estructuras postsinápticas, formar axones y dendritas y crear canales iónicos que generan señales eléctricas rápidas: innovaciones que fueron fundamentales para el surgimiento de las neuronas hace alrededor de cien millones de años años después de que los antepasados de los placozoos aparecieran por primera vez en la Tierra. 

En sentido metafórico, de confirmarse estos resultados, podríamos estar asistiendo a un amanecer los componentes de la neurona en los mares poco profundos de la antigua Tierra, y de manera muy remota e indirecta, a los pasos que condujeron a la aparición de nuestro cerebro (se cree que la primera neurona moderna se originó en el ancestro común de los cnidarios y bilaterales hace unos 650 millones de años). Eso sí, aún falta por conocer con detalle la historia evolutiva de los sistemas nerviosos y estudiar a fondo otros grupos animales para comparar la expresión de sus genes. “No es como si hubiéramos encontrado al tatarabuelo de las neuronas, sino más bien como haber hallado una pieza clave y suelta en estas criaturas”, precisa Grau. “La primera pieza básica del sistema nervioso y un primer paso en su evolución”.