El Crecimiento Único del Cerebro Humano
Descubre cómo el desarrollo del cerebro humano nos diferencia de otras especies.
Feline W. Lindhout, Hanna M. Szafranska, Ivan Imaz-Rosshandler, Luca Guglielmi, Maryam Moarefian, Kateryna Voitiuk, Natalia K. Zernicka-Glover, Daniel J. Lloyd-Davies Sánchez, John Minnick, Mircea Teodorescu, Madeline A. Lancaster
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Tabla de contenidos
El cerebro humano es especial de muchas maneras. Es más grande y complejo que los Cerebros de otros animales, como primates y roedores. Este artículo va a explorar por qué nuestros cerebros son diferentes, cómo crecen y qué significan estas diferencias para nuestras habilidades.
Tamaño y Complejidad del Cerebro
Primero, empecemos con el tamaño. El cerebro humano no solo es más grande que el de otros animales, sino que también tiene más células. Estas células son más grandes y se conectan entre sí de manera más efectiva. Este aumento en tamaño y complejidad está directamente relacionado con la rapidez con la que el cerebro se desarrolla a lo largo del tiempo.
Desarrollo
Etapas deEl desarrollo del cerebro ocurre en diferentes etapas. En los Humanos, toma mucho más tiempo para que el cerebro crezca y madure en comparación con los ratones u otros animales. Mientras que el cerebro de un ratón se desarrolla en unas pocas semanas, algunas partes del cerebro humano siguen creciendo durante muchos años-¡a veces hasta 25 años dependiendo del área del cerebro!
Durante este largo período de desarrollo, las células del cerebro forman sus estructuras únicas. Estas estructuras son importantes porque ayudan a las células cerebrales a comunicarse entre sí. Un tipo importante de estructura se llama Axón, que envía señales de una célula a otra. El crecimiento de estos axones es una parte clave de cómo nuestro cerebro se vuelve más complejo.
¿Por qué es importante?
Te preguntarás por qué este prolongado desarrollo cerebral es significativo. El tiempo más largo que toma el crecimiento del cerebro humano permite que se formen conexiones y estructuras más intrincadas. En términos más simples, esto significa que podemos pensar, aprender y adaptarnos de formas que otros animales no pueden.
Timing del Desarrollo y Evolución
Los investigadores creen que el tiempo de desarrollo más prolongado en los humanos puede estar ligado a nuestra historia evolutiva. La idea es que a medida que nuestros ancestros evolucionaron, la mayor complejidad del cerebro humano vino a costa de un desarrollo más lento. Aunque esto hace que los humanos sean más capaces, también significa que tardamos más en alcanzar la adultez en comparación con otras especies.
Perspectivas Experimentales
Los científicos han podido estudiar el desarrollo cerebral usando técnicas avanzadas de laboratorio. Por ejemplo, han creado organoides cerebrales, que son pequeños grupos de células cerebrales que imitan el desarrollo del cerebro humano. Estos organoides pueden ayudar a los investigadores a aprender más sobre cómo crecen nuestros cerebros y dónde podrían fallar en condiciones como el autismo o discapacidades intelectuales.
Un descubrimiento interesante de estos estudios es que incluso cuando se colocan células cerebrales humanas en un entorno de ratón, todavía se desarrollan a un ritmo humano. Esto muestra que el timing del desarrollo está programado en las células mismas, haciéndolas únicas.
Calcio y Desarrollo Cerebral
Un gran protagonista en el crecimiento del cerebro es el calcio. Este mineral ayuda a controlar varias funciones en las células del cerebro, como cómo se comunican y se desarrollan. Los investigadores encontraron que las células cerebrales humanas tienen diferentes dinámicas de calcio en comparación con las células de ratón. Esta diferencia en los niveles de calcio podría ser una de las razones por las que los cerebros humanos tardan más en desarrollarse.
Cuando los científicos alteraron los niveles de calcio en estas células cerebrales, notaron cambios en la rapidez con que se desarrollaban. Aumentar los niveles de calcio aceleró el desarrollo, llevando a axones más cortos. Por otro lado, disminuir el calcio permitió un mayor crecimiento de los axones. Esto sugiere que los niveles de calcio ayudan a establecer la velocidad del desarrollo cerebral, afectando cuán complejo puede volverse el cerebro.
Un Estudio sobre Axones
Para entender mejor el crecimiento de los axones, los científicos compararon organoides cerebrales humanos y de ratón. Encontraron que los axones humanos crecían más lento pero se volvían mucho más largos que los axones de ratón. Esto indica que, aunque las neuronas humanas se toman su tiempo para crecer, al final construyen conexiones más largas.
Conclusión
En resumen, el cerebro humano muestra un crecimiento y complejidad notables que son bastante diferentes de otros animales. El tiempo prolongado que toma el desarrollo de nuestros cerebros nos permite formar estructuras únicas que contribuyen a nuestras habilidades avanzadas. El papel del calcio en el desarrollo cerebral añade otra capa de comprensión sobre por qué los cerebros humanos son tan extraordinarios. A medida que la investigación avanza, esperamos descubrir aún más sobre este órgano complejo que define lo que significa ser humano.
Datos Curiosos sobre el Cerebro Humano
- El cerebro humano es del tamaño de un pomelo grande.
- Contiene alrededor de 86 mil millones de neuronas-¡sí, son muchas células cerebrales!
- Tu cerebro genera alrededor de 20 vatios de energía mientras estás despierto-¡eso es suficiente para encender una pequeña bombilla!
- El hemisferio izquierdo del cerebro normalmente controla el lado derecho del cuerpo y viceversa; ¡es un poco como una situación de cableado cruzado!
Así que, la próxima vez que pienses en el cerebro humano, recuerda que no es solo un órgano grande y blando; ¡es una central de complejidad, creatividad y quizás un poco de caos!
Título: Calcium dynamics tune developmental tempo to generate evolutionarily divergent axon tract lengths
Resumen: The considerably slow pace of human brain development correlates with an evolutionary increase in brain size, cell numbers, and expansion of neuronal structures, with axon tracts undergoing an even greater evolutionary increase than other neuronal domains. However, whether tempo is responsible for these differences in magnitude, and how, remains to be determined. Here, we used brain organoids to investigate this and observed that human axon tracts spend more time growing and extend farther compared to those of mice, independent of their tissue environment. Single cell RNA sequencing analysis pointed to a subset of calcium-permeable ion channels expressed throughout neuron development, including during axon tract outgrowth. Calcium imaging during early neuron development consistently revealed a reduced calcium influx in human neurons compared to mouse neurons. Stimulating calcium influx and increasing cAMP levels resulted in premature halting of axon tract outgrowth and shorter axon tracts, mimicking the mouse phenotype, while abrogating calcium influx led to an even longer phase of axon tract outgrowth and longer axon tracts in humans. Thus, evolutionary differences in calcium regulation set the tempo of neuronal development, by extending the time window to foster the more elaborated human neuron morphology.
Autores: Feline W. Lindhout, Hanna M. Szafranska, Ivan Imaz-Rosshandler, Luca Guglielmi, Maryam Moarefian, Kateryna Voitiuk, Natalia K. Zernicka-Glover, Daniel J. Lloyd-Davies Sánchez, John Minnick, Mircea Teodorescu, Madeline A. Lancaster
Última actualización: 2024-12-28 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.28.630576
Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.28.630576.full.pdf
Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Cambios: Este resumen se ha elaborado con la ayuda de AI y puede contener imprecisiones. Para obtener información precisa, consulte los documentos originales enlazados aquí.
Gracias a biorxiv por el uso de su interoperabilidad de acceso abierto.
Enlaces de referencia
- https://github.com/fiji/Stitching/blob/Stitching_-3.1.9/src/main/java/plugin/Stitching_Pairwise.java
- https://github.com/MRC-LMB-Light-Microscopy-Facility/imagej-macro-calcium-imaging
- https://github.com/imagej/ImageJ/blob/v1.54f/ij/plugin/filter/EDM.java
- https://github.com/imagej/ImageJ/blob/v1.54f/ij/plugin/filter/ParticleAnalyzer.java
- https://github.com/MRC-LMB-Light-Microscopy-Facility/imagej-macro-cytoplasmic-3d-spot-overlap