Los investigadores han desarrollado una réplica 3D de un cerebro en un laboratorio y reproducido con éxito su forma arrugada y plegada. El nuevo estudio publicado en Nature Physics puede haber respondido finalmente a la pregunta de larga data de cómo se forman los pliegues en nuestros cerebros, con el proceso aparentemente determinado más por las leyes de la física que por las fuerzas impulsoras de la biología.

La razón por la que nuestros cerebros tienen una estructura arrugada es clara desde una perspectiva evolutiva: Los cerebros plegados acortan la distancia que las diferentes secciones tienen que comunicar. Además, el plegado permite que más de la corteza, la capa externa del cerebro, quepa en un cráneo humano. A medida que nos convertimos en adultos, el volumen del cerebro aumenta 20 veces, pero el área de superficie, gracias a estos pliegues, aumenta 30 veces.

Sin estos pliegues, nuestras capacidades cognitivas sería dramáticamente limitada. Si bien sabemos que el origami orgánico de nuestro cerebro tiene un «propósito» distinto, en primer lugar, cómo surgen estos pliegues ha sido mucho menos claro. Pero un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard sospechó que en realidad podría haber un mecanismo bastante simple y no biológico detrás del desarrollo de los pliegues, surcos (surcos) y crestas (giros), un proceso conocido como giro.

Para probar esta teoría, se produjo una réplica de un cerebro impresa en gel en 3D, basada en imágenes de resonancia magnética (RM) de un cerebro fetal real. Aún liso y desplegado, este modelo se cubrió con una segunda capa de gel de elastómero de un milímetro de espesor (0,04 pulgadas), un material análogo para la corteza, y se colocó en un disolvente en particular.

El desarrollo de la «corteza» de la réplica del cerebro fetal. Los resultados del estudio son obvios, en realidad. Mahadevan Lab / Harvard SEAS

A los pocos minutos de ser sumergido, el gel de elastómero absorbió rápidamente el disolvente, haciéndolo crecer desde el gel subyacente. Para que permaneciera unido al gel subyacente, el gel expansivo comenzó a contraerse mecánicamente y abrocharse, plegándose sobre sí mismo. El resultado final se veía notablemente similar al patrón de surcos observado en un cerebro fetal real.

Las teorías anteriores sobre los procesos impulsores detrás de la girificación se han centrado más en la biología, con una idea prominente que es que los pliegues son inducidos por señales bioquímicas desde el interior del cerebro, lo que posteriormente causa la expansión y contracción de la corteza. Esto permitiría que ciertas regiones del cerebro de alta prioridad estén mejor conectadas que otras.

Sin embargo, este estudio implica que los procesos físicos, en lugar de biológicos, determinan en gran medida el patrón de plegamiento de nuestro cerebro. Comprender las primeras etapas del desarrollo cerebral es fundamental para que los investigadores descubran la génesis de una serie de trastornos cerebrales del neurodesarrollo, incluida la anencefalia, en la que los cimientos tempranos del cerebro de un feto comienzan a formarse incorrectamente.

«Los cerebros no son exactamente los mismos de un ser humano a otro, pero todos deberíamos tener los mismos pliegues principales para estar sanos», dijo Jun Young Chung, miembro postdoctoral de la Universidad de Harvard y coautor del estudio, a la Gaceta de Harvard. «Nuestra investigación muestra que si una parte del cerebro no crece correctamente, o si la geometría global se interrumpe, es posible que no tengamos los pliegues principales en el lugar correcto, lo que puede causar disfunción en el cerebro.»