Cómo se desarrollan los surcos y crestas en el cerebro humano
Una mirada a la formación de estructuras cerebrales durante el desarrollo.
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Tabla de contenidos
El cerebro humano tiene una estructura compleja con Surcos y protuberancias en su superficie. Estas características, llamadas surcos y Giros, se forman durante el desarrollo a medida que el cerebro crece y se pliega. Este plegado es crucial porque permite que el cerebro tenga una superficie más grande, lo que acerca diferentes partes del cerebro. Esta disposición cercana ayuda a mejorar la rapidez y eficacia con la que el cerebro envía y procesa información.
Cuando el cerebro no se pliega correctamente, puede llevar a problemas de por vida como discapacidades de aprendizaje o convulsiones. Por eso, entender cómo el cerebro desarrolla estos surcos y pliegues puede ayudar a diagnosticar y tratar condiciones cerebrales desde temprano.
Desarrollo Cerebral
Al final del segundo trimestre, ocurre un cambio significativo en el cerebro en desarrollo. La tasa a la que el cerebro se pliega aumenta rápidamente, llevando a la formación de todos los surcos principales que se ven en los cerebros adultos para cuando nace un bebé. Las primeras partes en desarrollarse son las más profundas de estos surcos, conocidas como fosas sulcales. Estas fosas se mantienen bastante consistentes durante el desarrollo, mientras que otros pliegues pueden cambiar más significativamente.
Investigaciones sugieren que el desarrollo temprano de estos surcos está mayormente controlado por la genética. Sin embargo, a medida que avanza el embarazo, factores ambientales empiezan a jugar un papel más importante. Aunque muchos estudios describen cómo aparecen estas características durante el embarazo, los procesos biológicos específicos que impulsan estos cambios aún no se comprenden bien.
Mecanismos Biológicos Detrás del Plegado
Se han propuesto varios modelos para explicar cómo se pliega el cerebro durante el desarrollo. Estos modelos analizan cómo diferentes procesos, como el crecimiento de la superficie del cerebro y los cambios en las células cerebrales, interactúan y contribuyen a la formación de surcos. Estos procesos incluyen:
- Expansión de la superficie del cerebro
- Cambios en capas específicas del cerebro
- Crecimiento de conexiones entre regiones cerebrales
- Aumento en el número de células cerebrales
La mayoría de estos cambios ocurren en áreas específicas del cerebro en desarrollo, y entender estos cambios podría revelar información importante sobre cómo se desarrolla la estructura superficial del cerebro.
Técnicas de Imagen Usadas en la Investigación
La ciencia ahora cuenta con tecnología de imagen avanzada que puede ayudar a analizar la estructura del cerebro, especialmente durante su desarrollo en el útero. Un método, llamado RM de difusión, permite a los investigadores observar de cerca cómo se mueve el agua dentro de las células del cerebro. Esta técnica ayuda a crear imágenes detalladas que ofrecen información sobre la microestructura del cerebro.
En estudios previos, los investigadores analizaron imágenes cerebrales de bebés en desarrollo para ver cómo se formaban los surcos con el tiempo. Midieron qué tan profundos eran estos surcos y examinaron cómo cambiaba la microestructura de las capas del cerebro a medida que el bebé crecía. El objetivo era entender cómo se vinculan estos dos aspectos del desarrollo cerebral.
Hallazgos de la Investigación
En estudios recientes, los investigadores observaron que a medida que el feto crecía, ciertas áreas del cerebro mostraban patrones consistentes relacionados con la profundidad de los surcos y la estructura del Tejido subyacente. Encontraron que a menudo había una relación inversa entre la profundidad de un surco y la madurez del tejido en esa área. Esto sugiere que a medida que se forman y profundizan los surcos, el tejido en esas regiones podría ser menos denso.
Los investigadores también notaron que patrones específicos en la estructura del cerebro variaban entre diferentes regiones y eran influenciados por cuán avanzado estaba el embarazo. Estos hallazgos sugieren una relación dinámica entre cómo se desarrolla la superficie del cerebro y la estructura del tejido subyacente.
Diferencias Regionales en el Desarrollo del Cerebro
La investigación destacó que diferentes partes del cerebro se desarrollan de maneras únicas. Por ejemplo, en fetos más jóvenes, áreas como el surco central y la corteza insular mostraron cambios en la estructura del tejido que variaban significativamente de otras regiones cerebrales. A medida que el cerebro maduraba, estos patrones cambiaron, con ciertos lóbulos mostrando mayor Densidad del tejido.
Además, los investigadores encontraron que aunque muchas áreas mostraron una disminución en la densidad del tejido a medida que se formaban los surcos, la corteza insular se comportó de manera diferente. En esta región, los investigadores notaron una relación positiva, indicando que podría seguir una trayectoria de desarrollo distinta en comparación con otras áreas.
Implicaciones de la Investigación
Entender la relación entre la estructura y función del cerebro es crucial. Los hallazgos sugieren que la forma en que el cerebro se pliega puede estar vinculada a qué tan bien se comunican entre sí sus diferentes partes. Si ciertas partes del cerebro no se desarrollan correctamente, puede llevar a problemas más tarde en la vida.
La investigación también indica que factores como la genética y el ambiente juegan roles esenciales en el desarrollo cerebral. Este conocimiento puede ser invaluable para desarrollar nuevas formas de diagnosticar y tratar condiciones que surgen de anomalías en la estructura cerebral.
Direcciones Futuras de Investigación
Aunque se ha avanzado significativamente, muchas preguntas siguen sin respuesta sobre cómo el cerebro humano desarrolla su estructura compleja. Los estudios futuros podrían beneficiarse de:
- Investigación longitudinal que siga el desarrollo cerebral en múltiples puntos de tiempo
- Investigar cómo los factores ambientales influyen en el desarrollo de los surcos
- Explorar cómo estos hallazgos pueden llevar a enfoques mejorados de diagnóstico y tratamiento para condiciones neurodesarrollacionales
Al seguir investigando estas áreas, los científicos pueden obtener una comprensión más clara de cómo la estructura del cerebro se relaciona con su función y cómo las interrupciones en el desarrollo pueden llevar a varios trastornos.
Conclusión
La formación de surcos y protuberancias en el cerebro humano es un proceso fascinante que aún se está estudiando. Al entender cómo se pliega el cerebro durante el desarrollo y cómo esto se relaciona con la estructura del tejido subyacente, los investigadores pueden ayudar a mejorar el diagnóstico temprano y el tratamiento para diversas anomalías cerebrales. La aventura de estudiar el cerebro humano continúa, y con ella viene la promesa de mejores resultados de salud para las generaciones futuras.
Título: Dynamic changes in subplate and cortical plate microstructure precede the onset of cortical folding in vivo
Resumen: Cortical gyrification takes place predominantly during the second to third trimester, alongside other fundamental developmental processes, such as the development of white matter connections, lamination of the cortex and formation of neural circuits. The mechanistic biology that drives the formation cortical folding patterns remains an open question in neuroscience. In our previous work, we modelled the in utero diffusion signal to quantify the maturation of microstructure in transient fetal compartments, identifying patterns of change in diffusion metrics that reflect critical neurobiological transitions occurring in the second to third trimester. In this work, we apply the same modelling approach to explore whether microstructural maturation of these compartments is correlated with the process of gyrification. We quantify the relationship between sulcal depth and tissue anisotropy within the cortical plate (CP) and underlying subplate (SP), key transient fetal compartments often implicated in mechanistic hypotheses about the onset of gyrification. Using in utero high angular resolution multi-shell diffusion-weighted imaging (HARDI) from the Developing Human Connectome Project (dHCP), our analysis reveals that the anisotropic, tissue component of the diffusion signal in the SP and CP decreases immediately prior to the formation of sulcal pits in the fetal brain. By back-projecting a map of folded brain regions onto the unfolded brain, we find evidence for cytoarchitectural differences between gyral and sulcal areas in the late second trimester, suggesting that regional variation in the microstructure of transient fetal compartments precedes, and thus may have a mechanistic function, in the onset of cortical folding in the developing human brain.
Autores: Tomoki Arichi Dr, S. Wilson, D. Christiaens, H. Yun, A. Uus, L. Cordero-Grande, V. Karolis, A. Price, M. Deprez, J.-D. Tournier, M. Rutherford, E. Grant, J. V. Hajnal, A. D. Edwards, T. Arichi, J. O'Muircheartaigh, K. Im
Última actualización: 2024-06-28 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.10.16.562524
Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.10.16.562524.full.pdf
Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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