Plasticidad cerebral, qué es, tipos y evolución

En palabras de Santiago Ramón y Cajal «Todo ser humano, si se lo propone, puede ser escultor de su propio cerebro«. A través de este artículo, abordamos el concepto de plasticidad cerebral, neuronal o sináptica, desde un enfoque evolutivo e histórico, con el objetivo de obtener una aproximación contextualizada sobre uno de los fenómenos más apasionantes del campo de estudio de las neurociencias.

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Relevancia evolutiva de la plasticidad cerebral

La plasticidad cerebral se define como la capacidad biológica que poseen las neuronas para modificar sus estructuras y conexiones; tanto en el desarrollo ontogenético de un organismo, o por efecto de la experiencia y el aprendizaje (Mateos-Aparicio & Rodríguez-Moreno, 2019). Los cambios estructurales se registran en forma de nuevas conexiones sinápticas, al nivel de neuronas individuales. Los cambos funcionales se configuran mediante reorganización cortical, en personas con daño cerebral adquirido que son sometidas a terapias de rehabilitación (Wittenburg, 2010).

Esta propiedad biológica se encuentra ampliamente distribuida en la naturaleza. Desde especies de invertebrados hasta vertebrados superiores. Ya que ha evolucionado por selección natural, los mecanismos celulares y epigenéticos de la plasticidad se encuentran conservados a través de la filogenia, pues otorga ventajas adaptativas esenciales para la supervivencia (Glanzman, 2010). A través del moldeamiento del comportamiento por aprendizaje social, la plasticidad cerebral ha jugado un papel central en la evolución de la cultura nuestra especie. Este mecanismo es tan ancestral, que existe evidencia de plasticidad en registros fósiles de ADN en otras especies de homínidos (Sherwood & Gómez-Robles, 2017).

Antecedentes históricos de la plasticidad cerebral

La idea de plasticidad cerebral no es nueva en la literatura. Ya en 1793, Michele Malacarne realizó experimentos donde sometió a roedores a una serie de entrenamientos por periodos largos de tiempo. Al diseccionar los cerebros y compararlos con los de ratones sin entrenamiento, notó que los primeros eran significativamente más pesados. Por lo que atribuyó esta diferencia a efectos del entrenamiento (Berlucchi & Buchtel, 2009).

William James, en su obra de 1890 ‘Principios de Psicología’, propuso la idea de que la plasticidad cerebral se mantenía hasta la edad adulta; sin embargo, la idea pasó desapercibida (Bernacer et al. 2015). A finales del siglo XIX, Eugênio Tanzi argumentó que la plasticidad ocurría en lo que él creía, eran los puntos de contacto entre neuronas. Posteriormente, Santiago Ramón y Cajal confirmaría esta hipótesis al descubrir que la plasticidad resulta de nuevas conexiones sinápticas (Stahnisch & Nitsch, 2002).

La teoría moderna de la plasticidad se consolidó en la década del 1940, cuando Jerzy Konorski y Donald Hebb propusieron que la capacidad de modificación estructural del cerebro a través de la experiencia y la práctica se debía al reforzamiento de las conexiones sinápticas preexistentes y próximas (Berlucchi & Buchtel, 2009). Posteriormente, el surgimiento de técnicas modernas en biología molecular y ciencias genómicas posibilitaron el descubrimiento de los mecanismos moleculares y epigenéticos de la plasticidad cerebral a través de la experimentación en organismos modelos como Aplysia califórnica (Bailey et al. 2015).

Tipos de plasticidad cerebral

Por un tiempo existió la noción de que la plasticidad cerebral era exclusiva de la infancia, hasta que se demostró que la plasticidad neuronal se mantenía durante la edad adulta. Sin embargo, por cuestiones evolutivas, el sistema nervioso exhibe mayores niveles de plasticidad durante las etapas más tempranas del desarrollo, en comparación con la etapa adulta (Sailor et al. 2017). Esta propiedad adaptativa se divide en dos tipos: estructural y funcional.

Plasticidad cerebral estructural

La plasticidad estructural se define como la capacidad que poseen las neuronas para modificar sus componentes estructurales, a través de mecanismos epigenéticos y por efecto de la experiencia. El aprendizaje constante produce la formación de nuevas conexiones sinápticas y en consecuencia, los circuitos neuronales se ven fortalecidos. Esto es observable mediante diversas técnicas como son la resonancia magnética, tomografía computarizada o tinción de células individuales en organismos modelo (Leuner & Gould, 2010).

Plasticidad cerebral funcional

La plasticidad funcional refiere a la capacidad de regiones cerebrales para modificar sus propiedades funcionales; fundamentalmente regiones corticales. Estos cambios pueden ocurrir por efecto de procesos de aprendizaje o ante un mal funcionamiento causado por un daño cerebral. Para este último caso, se transfiere la función que cumple una determinada región cortical a otra región, en función de los procesos conductuales o fisiológicos afectados (Caroni et al. 2012).

Ejemplos de plasticidad cerebral o neuronal

La reorganización cortical posterior a una lesión es un mecanismo de plasticidad en gran medida adaptativo, pero en ocasiones puede tener consecuencias desadaptativas. En este sentido, la neurogénesis es fundamental para la reorganización cortical (Wittenburg, 2010). Aún no se conocen con exactitud los mecanismos que permiten que circuitos neuronales formados durante el desarrollo logren integrar neuronas nacidas en la adultez (Sailor et al. 2017). Sin embargo, la plasticidad cerebral es el fundamento empírico por el cual funcionan tratamientos terapéuticos para el daño cerebral, dolor crónico, pérdida de audición o ceguera. Además, se ha reportado evidencia de que actividades como el ejercicio, la meditación y el aprendizaje de lenguas también promueven la plasticidad estructural y funcional.

Daño cerebral adquirido -DCA-

Una propiedad adaptativa de la plasticidad ocurre cuando la función fisiológica de una región cortical se transfiere a una región diferente. Esto sucede, por ejemplo, durante el proceso de rehabilitación en personas que sufrieron una lesión cerebral. Existen diversos programas terapéuticos dirigidos a atender estos daños funcionales, como son la terapia de movimiento inducido, estimulación eléctrica funcional, entrenamiento en cinta rodante y recientemente terapias asistidas por robots (Lotze et al. 2019). Un ejemplo de las consecuencias desadaptativas que puede tener la plasticidad, ocurre cuando las lesiones en áreas cerebrales corticales producen alteraciones sensoriales, al combinar los estímulos ambientales. Esto produce experiencias sensoriales atípicas o ilusorias a causa de la misma reorganización cortical (Bolognini et al. 2013).

Miembro fantasma

Se conoce como miembro fantasma cuando una persona experimenta dolor en una parte del cuerpo que ha sido amputada. La plasticidad cerebral es fundamental para entender este fenómeno. La evidencia indica que los mapas corticales de las extremidades amputadas se vinculan con áreas corticales próximas, ocasionando que la actividad de dichas áreas corticales sea malinterpretada por las áreas que inervan la extremidad amputada (Andoh et al. 2018). En la década de 1990, V.S. Ramachandran halló que esto era resultado de la reorganización cortical. Y en la misma década, Herta Flor demostró que la reorganización cortical solamente ocurría en pacientes que experimentaban dolor en el miembro fantasma (Flor et al. 2013).

Meditación

Evidencia experimental reciente apunta a que la meditación profunda tiene efectos positivos sobre el grosor cortical y la densidad de materia gris. Como mecanismos posibilitadores, se sugiere la acción de la actividad electrofisiológica que producen las ondas alfa y theta en el cerebro y que cumplen el papel de facilitar los estados meditativos profundos. Particularmente, la actividad de las ondas theta (5-7 Hz) en las regiones medias frontales de la corteza, contribuyen a la formación de plasticidad cerebral durante la meditación de atención plena (Tang et al. 2019). Específicamente, se ha descubierto que las ondas theta contribuyen al mantenimiento del estado meditativo, mientras que las ondas alfa contribuyen a la etapa inicial de la meditación. Al igual, trabajos experimentales han proporcionado evidencia que apoya la hipótesis de que la estimulación eléctrica con ondas alfa y theta induce procesos de plasticidad cerebral en organismos modelos (Tang et al. 2020).

Ejercicio físico

El ejercicio constante también tendría efectos sobre la plasticidad. Estudios recientes muestran que la actividad física promueve la expresión de genes implicados en la formación y fortalecimiento de nuevas conexiones sinápticas y en el nacimiento de nuevas neuronas. Esta forma de neurogénesis produce mejoras en la memoria espacial, funciones ejecutivas, cognitivas y en comportamiento (Zigmond & Smeyne, 2014). Evidencia experimental en organismos modelo demuestra que las estructuras cerebrales con mayores índices de plasticidad en respuesta al ejercicio son la corteza prefrontal y el hipocampo. Otras estructuras que reportan mejoras son la corteza cingulada anterior, corteza parietal, cerebelo, núcleo caudado y el núcleo accumbens (Fernandes et al. 2017).

Psicodélicos

Una característica patofisiológica de la depresión es la atrofia neuronal en áreas frontales de la corteza cerebral. La plasticidad cerebral inducida por la ingesta de sustancias psicodélicas podría llegar a emplearse como tratamiento para los trastornos del ánimo como la depresión. Sustancias psicodélicas como el LSD, MDMA y DMT han demostrado inducir procesos de plasticidad estructural y funcional en organismos modelo. Gracias a mecanismos moleculares de señalización, que se han conservado a través de la evolución, estas sustancias promueven la neurogénesis, la formación de espinas dendríticas y conexiones sinápticas, así como la arborescencia dendrítica, tanto en estudios in vitro como in vivo (Ly et al. 2018).

Conclusión

La evolución por selección natural ha favorecido las propiedades plásticas del sistema nervioso, a través de los cientos de millones de años que lleva evolucionando. Nuestra especie es deudora de todas aquellas otras especies que nos antecedieron y de las cuales hemos heredado el material genético para poder construir un sistema nervioso tan complejo como el nuestro. Sin la cultura y sus instituciones, como la ciencia y la medicina, sería imposible desvelar los mecanismos celulares y epigenéticos de la plasticidad cerebral. Y sin este conocimiento es imposible desarrollar terapias de rehabilitación que puedan mejor la calidad de vida de las personas que lo necesiten. Sin empatía, compromiso, dedicación y cooperación, nada de la anterior sería posible.

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