¿Cerebelum Fine-Tune Complex Cerebral Functions?

Life Science Databases/Wikimedia Commons
Cerebelo en rojo.
Fuente: Bases de datos de Ciencias de la vida / Wikimedia Commons

En 1504, Leonardo da Vinci realizó moldes de cera en el cerebro humano y acuñó el término cerebelo (latín para "pequeño cerebro"). Históricamente, la mayoría de los neurocientíficos han considerado que el cerebelo es una región del cerebro que está principalmente involucrada en actividades no pensantes, como la coordinación del tiempo y la precisión de los movimientos musculares.

A pesar de que han pasado cinco siglos desde que Da Vinci realizó sus icónicos moldes de cera del cerebelo, los neurocientíficos están empezando a descifrar el misterioso "pequeño cerebro". Este es un momento muy emocionante para investigar y escribir sobre el cerebelo. En los últimos años, una amplia gama de estudios han demostrado, por primera vez, que el cerebelo juega un papel fundamental en muchos de nuestros procesos cognitivos, emocionales y creativos.

Life Science Databases/Wikimedia Commons
Cerebro en rojo.
Fuente: Bases de datos de Ciencias de la vida / Wikimedia Commons

En marzo de 2016, Ian Fyfe, MD, publicó un artículo, "La atrofia cerebelosa tiene patrones específicos de la enfermedad", en la revista Nature Reviews Neurology . ( Cerebellar significa "del cerebelo" y es la palabra hermana para cerebral , que significa "del cerebro"). En su revisión, Fyfe destaca dos estudios recientes que han identificado patrones distintivos de atrofia cerebelosa que están relacionados con patrones más amplios del cerebro degeneración de la red Ambos estudios encontraron que la pérdida de volumen de materia gris del cerebro en regiones específicas del cerebelo está relacionada con la enfermedad de Alzheimer (EA) y la demencia frontotemporal (FTD).

Esta investigación se suma a una lista creciente de estudios innovadores sobre el cerebelo que se han publicado en el último año. Por ejemplo, un estudio de abril de 2015 informó que los adolescentes con trastornos del espectro autista (ASD) tenían una conectividad cerebelosa anormal con áreas del cerebro (latín que significa "cerebro") involucradas en funciones cognitivas de orden superior como toma de decisiones, atención e idioma . Otros estudios en el último año han relacionado el TEA con el desarrollo atípico de células de Purkinje en el cerebelo.

Santiago Ramón y Cajal/Public Domain
Dibujo de la celda Purkinje de Ramón y Cajal hacia 1899
Fuente: Santiago Ramón y Cajal / Public Domain

En enero de 2016, un estudio identificó una correlación entre el daño de las células cerebelosas de Purkinje en veteranos de combate que habían experimentado microblastos que estaban estrechamente relacionados con el trastorno de estrés postraumático (TEPT) resistente al tratamiento.

En el extremo opuesto del espectro, en mayo de 2015 un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Stanford informó que la actividad cerebelosa robusta y saludable está vinculada al pensamiento creativo y los avances innovadores.

Para leer una cobertura más detallada de todas las últimas investigaciones sobre el cerebelo, consulte los enlaces a mis publicaciones anteriores de Psychology Today en la parte inferior de esta página.

En marzo de 2015, el programa "Morning Edition" de NPR hizo una historia destacada sobre el cerebelo que destacó el trabajo de Jeremy Schmahmann, MD, del Massachusetts General Hospital.

Después de escuchar la pieza de NPR, envié un correo electrónico al Dr. Schmahmann para presentarme y hacerle algunas preguntas sobre su investigación pionera sobre el cerebelo. A través de nuestra correspondencia, nos dimos cuenta de que Schmahmann y mi padre, que pasó muchos años como jefe de neurocirugía en el Hospital Beth Israel de Boston, tenían una conexión kismet de "dos grados de separación" a través de la Facultad de Medicina de Harvard.

La primavera pasada, también aprendí sobre la fascinante teoría de Schmahmann llamada "Dysmetria of Thought", que es básicamente una hipótesis de que el cerebelo ayuda a coordinar y ajustar las funciones cognitivas en la corteza cerebral de la misma manera que afina los movimientos musculares al comunicarse con los hemisferios izquierdo y derecho del cerebro. (El hemisferio izquierdo del cerebro controla los movimientos en el lado derecho del cuerpo, el hemisferio derecho del cerebelo controla los movimientos en el lado derecho del cuerpo y viceversa).

A continuación, se incluye un clip de YouTube de la conferencia del Dr. Schmahmann, "El síndrome cognitivo afectivo cerebeloso: implicaciones para la neuropsiquiatría", en la que explica su revolucionaria teoría de la "dismetria del pensamiento" en relación con el cerebelo y las funciones cerebrales.

Uno de los puntos clave de este video es el hecho de que, durante eones, los científicos del cerebro han identificado funciones específicas de varias regiones cerebrales solo después de un accidente cerebrovascular, accidente o alguna otra enfermedad que dañó un área específica que desencadenó déficits o cambios en la personalidad. Por ejemplo, el área de Broca (que es un área del cerebro asociada con el habla) se descubrió cuando Pierre Paul Broca identificó deficiencias en dos pacientes que habían perdido su capacidad de hablar después de una lesión en el área de la circunvolución frontal inferior posterior.

Por lo tanto, para identificar intervenciones que optimicen la función cerebral, los neurocientíficos se basan primero en establecer asociaciones con diversas funciones cognitivas identificando cuándo y cómo van las cosas mal. Por ejemplo, cualquier descubrimiento sobre el cerebelo que señale cómo la pérdida de volumen cerebral (o conectividad funcional) lleva a alguien "al sur de cero" se puede aplicar a la inversa para llevar a alguien "al norte de cero" mediante la identificación de opciones de estilo de vida o productos farmacéuticos que pueden fortalecer el estructura y conectividad funcional del cerebelo en la dirección opuesta.

La investigación futura sobre el cerebelo podría conducir a avances que ayuden a las personas con demencia, enfermedad de Alzheimer, autismo o trastorno de estrés postraumático a llevar una vida mejor. Esta investigación de cambio de juego en el cerebelo también puede ser útil para identificar formas accionables para optimizar el poder cerebral y las funciones cerebrales para personas de todos los ámbitos de la vida.

"Lo que el Cerebelo está haciendo, lo está haciendo mucho"

Fuente: Cortesía de Viking

Si te preguntas cómo me interesé en el cerebelo, aquí está la historia de fondo. Mi padre, Richard Bergland, era neurocirujano, neurocientífico y autor de The Fabric of Mind (Viking). Mi papá estaba obsesionado con el cerebelo y me pasó esta obsesión.

Aunque el cerebelo es solo el 10% del volumen total del cerebro, los hemisferios cerebelares contienen más del 50% de las neuronas totales del cerebro. Basado en la cantidad desproporcionada de neuronas en el cerebelo, mi padre solía decir: " No sabemos exactamente qué está haciendo el cerebelo, pero sea lo que sea que esté haciendo, está haciendo mucho de eso. "

En 2005, mi padre y yo creamos un modelo de cerebro dividido que etiquetó el cerebro como el "cerebro superior" y el cerebelo como el "cerebro descendente". Esta fue una respuesta directa y convincente al modelo del cerebro izquierdo derecho que mi cerebro padre había ayudado a llamar la atención durante la década de 1970.

Además de sus propios escritos para una audiencia general, mi padre también era un experto médico para libros como Dibujo del lado derecho del cerebro de Betty Edwards. Aunque mi padre abogó inicialmente por el modelo del cerebro izquierdo derecho, más adelante en su vida se convenció de que la división más saliente en el cerebro no era entre el cuerpo calloso y los hemisferios cerebrales, sino más bien entre el mesencéfalo que une el cerebro y cerebelo, y el vermis.

Cuando mi padre falleció repentinamente de un ataque al corazón en 2007, hice una promesa de que haría todo lo posible para terminar el trabajo de su vida manteniendo mis antenas para nuevas investigaciones sobre el cerebelo. Mi objetivo es conectar los puntos de la última neurociencia en formas nuevas y útiles para una audiencia general de lectura. Este compromiso diario es la razón por la que escribo esta publicación en el blog … Todos los días me levanto esperando que haya nuevos avances que mejoren nuestra comprensión del misterioso y poderoso cerebelo.

A continuación se muestra un boceto simple que dibujé, que mapea cómo los diversos hemisferios cerebrales pueden estar interconectados de forma que se refinan nuestros movimientos y pensamientos musculares.

Illustration and photo by Christopher Bergland.
Este bosquejo rudimentario ilustra cómo la materia gris y blanca en ambos hemisferios del cerebelo y el cerebro podrían estar interconectadas como parte de un marco intrínseco.
Fuente: Ilustración y foto de Christopher Bergland.

La atrofia del cerebelo está relacionada con la enfermedad de Alzheimer y la demencia

El mes pasado ha producido una gran cantidad de nuevas investigaciones fructíferas sobre la conexión entre el cerebelo y las funciones cerebrales complejas. Como mencioné anteriormente, Ian Fyfe recientemente destacó dos estudios diferentes como nuevos terrenos al vincular una pérdida de volumen cerebral en el cerebelo como asociada con el deterioro cognitivo observado tanto en la enfermedad de Alzheimer como en la demencia del lóbulo frontal.

Históricamente, los científicos se han centrado exclusivamente en la atrofia de la corteza cerebral como asociada a enfermedades neurodegenerativas como la demencia. Hasta hace poco, el cerebelo normalmente ha pasado desapercibido. Sin embargo, las últimas investigaciones sugieren que los patrones de atrofia observados en el cerebelo pueden ser una parte intrínseca de un marco de degeneración basado en la red en el que la neuropatología se propaga a través de las redes de conectividad entre los cuatro hemisferios cerebrales.

El primer estudio, "Vulnerabilidad selectiva de red del cerebelo humano a la enfermedad de Alzheimer y la demencia frontotemporal", fue realizado por investigadores en Australia y publicado en febrero de 2016 en la revista Brain . Los investigadores identificaron que las redes neuronales específicas entre los circuitos cerebelosos, que comparten conexiones extensas con la corteza cerebral, podrían ser selectivamente dirigidas por ciertas enfermedades neurodegenerativas.

Para este estudio, los neurocientíficos examinaron la atrofia estructural en el cerebelo a través de tipos comunes de enfermedades neurodegenerativas y caracterizaron los patrones de conectividad funcional de estas regiones de atrofia cerebelosa.

Los investigadores australianos concluyeron que la enfermedad de Alzheimer y la demencia frontotemporal se asocian con una atrofia distinta y circunscrita en el cerebelo. Esta es la primera vez que los investigadores demuestran la vulnerabilidad selectiva del cerebelo a las enfermedades neurodegenerativas comunes. Los investigadores del estudio concluyeron,

"Nuestro trabajo también tiene implicaciones directas en la contribución del cerebelo a los procesos cognitivos y afectivos que están comprometidos en la neurodegeneración, así como en la práctica de usar el cerebelo como región de referencia para estudios de neuroimágenes de ligandos".

El segundo estudio, "Patrones de la atrofia cerebelosa regional en la demencia frontotemporal genética", fue realizado por investigadores del University College London (UCL) y publicado en la edición de febrero de 2016 de Neuroimage: Clinical .

La demencia frontotemporal (FTD) es un trastorno neurodegenerativo heterogéneo con un fuerte componente genético. Tradicionalmente, no se ha considerado que el cerebelo participe en la FTD, pero investigaciones recientes sugieren un posible vínculo con la atrofia cerebelosa porque el cerebelo está ampliamente conectado a diferentes regiones cerebrales del cerebro, incluidas las áreas clave involucradas en la FTD.

Los investigadores señalan que aunque se conoce desde hace mucho tiempo que el vermis (que conecta el hemisferio izquierdo y derecho del cerebelo) está involucrado en la integración de la información sensorial con respecto a los comandos motores, "también se considera el 'cerebelo límbico', involucrado en la modulación de las emociones y los comportamientos sociales, en función de sus conexiones con las estructuras cerebrales límbicas ".

¿La integridad de la materia gris y blanca entre el cerebro y el cerebelo está interconectada?

Ayer, escribí una publicación de blog de Psychology Today , "¿Quieres aumentar tu cerebro? Grabar algunas calorías a través del ejercicio ", basado en un nuevo estudio que encontró que la quema de calorías a través de la actividad física se relacionó con el aumento del volumen de materia gris en el cerebro. Otros estudios recientes han encontrado que la falta de ejercicio está relacionada con la reducción de los volúmenes cerebrales de la materia gris en el cerebro.

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Fuente: Wikimedia Commons

En este sentido, en un estudio de agosto de 2015, investigadores del Instituto Beckman de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign informaron que el ejercicio aeróbico y la condición física mejoran la integridad de los tractos de materia blanca que conectan la materia gris en varias regiones cerebrales. Esta mejora en la integridad de la sustancia blanca se asoció con una mayor flexibilidad cognitiva y actividad cerebral espontánea en los adultos mayores.

En The Athlete's Way , discuto que la atrofia del cerebelo está vinculada al sedentarismo. Las personas que están postradas en cama por más de seis meses pueden perder hasta el 23 por ciento del volumen de células de Purkinje en el cerebelo.

Con base en los últimos hallazgos, uno podría adivinar que la actividad física podría estimular el crecimiento de la sustancia gris a través de la neurogénesis en ambos hemisferios del cerebro y el cerebelo. Por el contrario, sentarse todo el día podría hacer que el volumen de materia gris en los cuatro hemisferios cerebrales se reduzca al mismo tiempo que reduce la conectividad funcional de la sustancia blanca entre las regiones del cerebro.

E.O. Hoppe/Public Domain
Fuente: EO Hoppe / Public Domain

Albert Einstein dijo sobre E = mc2, "lo pensé mientras iba en mi bicicleta". Einstein era famoso por dar largos paseos por el campus de Princeton, andar en bicicleta regularmente y ser un virtuoso violinista a la edad de siete años. Curiosamente, en 2013, un estudio póstumo de los hemisferios cerebrales cerebrales de Albert Einstein reveló que tenía una conectividad extraordinariamente robusta entre los hemisferios izquierdo y derecho de su cerebro que puede haber provocado su brillantez.

Aunque es pura especulación de mi parte, no me sorprendería saber que Einstein también tenía una sólida estructura y conectividad funcional entre sus hemisferios cerebelosos en función de su actividad física y musicalidad.

Una de las principales razones por las que estoy en una cruzada para poner el cerebelo en el punto de mira (y convertir el cerebelo en una palabra familiar) es mi creencia de que la clave para maximizar el potencial humano de cada individuo radica en optimizar la estructura y conectividad funcional de todos cuatro hemisferios cerebrales a lo largo de su vida.

Como padre de un niño de 8 años, soy afortunado de que las rutinas diarias y la educación de mi hija representen una mezcla igual de aprendizaje cerebral cristalizado de conocimiento "explícito" y aprendizaje cerebeloso "implícito". Además de las actividades cerebrales que flexibilizan su "inteligencia de libros", la rutina semanal de mi hija incluye actividades cerebelosas como tenis, natación, ballet, taekwondo, piano y violín, hacer arte, etc. En conjunto, estos "cerebros con la cabeza hacia abajo" las actividades fortalecen el desarrollo y la conectividad de su cerebelo y cerebro.

Sentarse quieto y memorizar hechos todo el día estanca el cerebelo

Desafortunadamente, con el énfasis excesivo en los puntajes de las pruebas estandarizadas, hay una reacción instintiva para recortar los fondos para los programas de arte y deportes en las escuelas públicas porque la mayoría de las personas no consideran que estos programas estén relacionados con el rendimiento académico. Creo que esto es miope por muchas razones.

Tengo el privilegio de graduarme en Hampshire College, que es una de las pocas universidades del país sin exámenes ni calificaciones. En Hampshire, nunca tienes que memorizar hechos o sentirte presionado para obtener un A + en un examen. Creo que quitar el énfasis de la inteligencia cristalizada y los puntajes de las pruebas conduce a un pensamiento más fluido.

La pedagogía de Hampshire College nutre la conectividad entre el cerebelo y el cerebro. Cuando a alguien se le da la libertad de "liberar" su corteza prefrontal y su pensamiento cerebral, fomenta la creatividad al permitir que el cerebelo integre y ajuste ideas complejas entre los cuatro hemisferios cerebrales de maneras nuevas e inesperadas. ¡Este tipo de pensamiento lleva a Eureka! momentos, patentes, marcas registradas, etc.

Tengo la misión de recopilar la mayor cantidad de datos científicos que confirman la importancia de las actividades diarias que fortalecen la arquitectura y la conectividad de los cuatro hemisferios cerebrales desde una edad temprana, en un intento de persuadir a los legisladores estadounidenses de financiar programas artísticos y deportivos. A largo plazo, nuestra fuerza de trabajo y nuestra economía se beneficiarán asignando fondos para programas de arte, música y deportes en las escuelas públicas estadounidenses.

Como nación, si queremos que la próxima generación de jóvenes estadounidenses tenga niveles de potencia cerebral de V12, debemos desviar el énfasis de las pruebas estandarizadas y centrarnos por igual en desarrollar simultáneamente el cerebelo y el cerebro de cada niño. Centrarse estrictamente en el conocimiento cristalizado contenido en el cerebro -y obligar a los niños a sentarse quietos todo el día en la escuela abarrotando sus cabezas de hechos y cifras- será contraproducente a largo plazo si descuidamos el cerebelo y dejamos que se atrofie.

Para facilitar la inteligencia fluida y el pensamiento creativo, creo que es imprescindible que los padres, educadores y entrenadores tengan los recursos que les permitan a nuestros niños mantenerse físicamente activos durante el recreo, practicar deportes y expresarse a través del arte y la música. Esto no solo beneficiará la salud de sus cuerpos, sino que también beneficiará la estructura y la conectividad funcional de los cuatro hemisferios dentro de sus cerebros.

Conclusión: la nueva tecnología ayudará a decodificar el misterioso cerebelo

Para cerrar, hubo otro avance neurocientífico esta semana que podría abrir más puertas en términos de nuestra comprensión del cerebelo. Investigadores del Instituto de Neurociencia Max Planck de la Florida anunciaron que han perfeccionado nuevas técnicas revolucionarias para evaluar la actividad de aprendizaje motor de las neuronas de Purkinje durante días, semanas o incluso meses en ratones mientras están despiertos.

El estudio de marzo de 2016, "Imágenes crónicas de la actividad del calcio celular de Purkinje relacionado con el movimiento en ratones con comportamiento despierto" fue publicado en el Journal of Neurophysiology.

Estas técnicas de última generación permitirán a los neurocientíficos identificar caracterizaciones específicas de las células de Purkinje en tiempo real a medida que el ratón se involucra en la actividad motora y otros comportamientos. En un comunicado de prensa, el coautor Jason M. Christie, Ph.D., dijo: "Nuestro trabajo aporta una comprensión significativa de la comprensión de los circuitos neuronales dentro del cerebelo, que será esencial para comprender cómo estos circuitos se alteran en condiciones patológicas "

Este es un momento muy emocionante para investigar y reportar sobre el cerebelo. Apuesto a que si Leonardo da Vinci estuviera vivo hoy, estaría gratamente sorprendido de saber que el "pequeño cerebro", que ha estado en la sombra por tanto tiempo, está recibiendo la mejor facturación en el siglo XXI. Sé con certeza que a mi padre le encantaría ver que los avances en la tecnología de imágenes cerebrales están ayudando a resolver el enigmático acertijo de lo que realmente están haciendo todas esas neuronas en el cerebelo … Estén atentos para más investigaciones de vanguardia sobre el cerebelo.

Para leer más sobre este tema, revisa mis publicaciones del blog de Psychology Today ,

  • "El genio de Einstein vinculado a hemisferios cerebrales bien conectados"
  • "Demasiado pensamiento cristalizado reduce la inteligencia fluida"
  • "El 'cerebro derecho' no es la única fuente de creatividad"
  • "La Neurociencia del éxito perdurable de Madonna"
  • "¿Pueden las actividades físicas mejorar la inteligencia de fluidos?"
  • "Entrenamiento musical optimiza la función cerebral"
  • "La Neurociencia de la Imaginación"
  • "El cerebelo puede ser el asiento de la creatividad"
  • "Niños y aulas: por qué el medio ambiente es importante"
  • "La creatividad infantil conduce a la innovación en la edad adulta"
  • "¿Por qué Overthinking sabotea el proceso creativo?"
  • "Superfluidez: descifrando el enigma de la flexibilidad cognitiva"
  • "¿Cómo se relacionan las células de Purkinje en el cerebelo con el autismo?"
  • "Daño al cerebelo puede ser el efecto del TEPT en los veteranos de combate"

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