Mapeo del "centro de comunicaciones" del cerebro

Nuevos conocimientos sobre el tálamo pueden mejorar la comprensión de los trastornos cerebrales y la intervención

16. Noviembre 2022

El tálamo actúa como un centro de comunicaciones central para el cerebro, transmitiendo información de los sentidos y otras partes del cerebro. Investigadores del Instituto Max Planck de Cibernética Biológica en Tübingen han explorado las correlaciones del tálamo con otras partes del cerebro. Sus análisis estadísticos les permiten inferir qué tareas mentales están asociadas con las diferentes partes del tálamo. Los hallazgos,publicados en la revista Communications Biology, pueden ayudar a desarrollar tratamientos más específicos para afecciones como la enfermedad de Parkinson o la epilepsia.
a)Vistas renderizadas en 3D de 29 núcleos talámicos del atlas histológico de Morel con abreviaturas. b) Representación de núcleos talámicos y grupos de núcleos de las seis vistas axiales y coronales del atlas de Morel  Aumentar imagen
a)Vistas renderizadas en 3D de 29 núcleos talámicos del atlas histológico de Morel con abreviaturas. 
b) Representación de núcleos talámicos y grupos de núcleos de las seis vistas axiales y coronales del atlas de Morel 
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Hay una región en el cerebro humano que funciona como un aeropuerto central: el tálamo, ubicado en lo profundo de nuestros cerebros. Recibe y distribuye señales de los sentidos y de todo el cerebro. Toda la entrada visual y auditiva, por ejemplo, llega primero al tálamo, que luego lo envía a las áreas del cerebro que los procesan, similar a los pasajeros que viajan hacia y desde diferentes ciudades que pueden tener una escala en el mismo aeropuerto grande. Sin embargo, nuestra comprensión de qué parte del tálamo es responsable de qué función del cerebro ha sido hasta ahora muy deficiente.

El tálamo – una región versátil del cerebro

Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Cibernética Biológica mapeó el tálamo, determinando para cada una de sus subunidades a qué propósitos puede servir. Quizás sorprendentemente, resultó que muchas de las subunidades del tálamo comparten sus tareas. "Llamamos a este fenómeno multiplicidad funcional, y se puede comparar con cómo funciona una CPU", explica Vinod Kumar, autor principal del artículo. "Ya sea que ejecute un juego o una aplicación de oficina en su computadora, todo debe procesarse en la CPU, y a la CPU no le importa qué tipo de programa ejecute, permite cálculos de cualquier aplicación que lo necesite en este momento".
Pero hay más en la flexibilidad del tálamo: también está involucrado en funciones cerebrales superiores. El ancho de banda de estas funciones superiores es bastante grande: desde la memoria de trabajo hasta la toma de decisiones y el control de impulsos. Estas funciones superiores se asocian típicamente con la corteza, la gran capa de tejido neural que se desarrolló bastante tarde en humanos y otros mamíferos. "Lo que encontramos sobre los núcleos de retransmisión del tálamo visual se alinea con observaciones recientes en la literatura animal", dice Kumar. "Sin embargo, fue notable observarlo en humanos".

Análisis estadísticos de 3,5 millones de escáneres cerebrales

Para obtener los resultados, los científicos analizaron estadísticamente un total de 3,5 millones de escáneres cerebrales de 730 sujetos de la base de datos de investigación Human Connectome Project. Estas imágenes cerebrales se generaron con imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI), un método no invasivo que visualiza indirectamente la actividad neuronal midiendo los niveles de sangre oxigenada y desoxigenada. Dado que las neuronas activas necesitan suministro de oxígeno, este método permite generar una imagen en la que las regiones cerebrales activas se iluminan mientras que las relativamente inactivas permanecen oscuras. Incluso cuando el sujeto escaneado está en reposo, estas imágenes permiten discernir conexiones importantes en el espectáculo cerebral. Los investigadores complementaron su análisis con datos de 14.371 estudios de resonancia magnética funcional en los que se pidió a los sujetos que realizaran una tarea mientras se escaneaba sus cerebros.
Afortunadamente, la pregunta que el equipo hizo sobre el tálamo: ¿qué parte está asociada con qué tareas? – ya está contestado en detalle para la corteza. Esta es la razón por la cual las conexiones entre las regiones del tálamo y la corteza que eran visibles en las exploraciones fMRI permitieron sacar conclusiones sobre el propósito de las regiones talámicas. Encontrar, por ejemplo, fuertes asociaciones entre una red de procesamiento del dolor en la corteza y una cierta región del tálamo permitiría inferir que esta región talámica está asociada con el dolor.

Una amplia gama de posibles aplicaciones clínicas

Esta nueva comprensión de cómo funciona el tálamo puede ser relevante en el futuro para muchas aplicaciones clínicas. Después de todo, el daño al tálamo puede resultar en una variedad de trastornos como déficits sensoriales, deterioro de la memoria, enfermedad de Parkinson, epilepsia y temblor de manos. Incluso hoy en día, los neurocirujanos ya utilizan un método llamado estimulación cerebral profunda para tratar tales afecciones: estimulan eléctricamente ciertas partes del tálamo para aliviar, por ejemplo, la enfermedad de Parkinson o la epilepsia resistente a los medicamentos. Otras aplicaciones clínicas potenciales incluyen la estimulación transcraneal de corriente continua y la estimulación magnética transcraneal, procedimientos no invasivos utilizados en el tratamiento de una variedad de trastornos neurológicos y de salud mental.
"Nuestro nuevo conocimiento de la multiplicidad funcional en los núcleos del tálamo da una interpretación a tales trastornos clínicos", dice Kumar. "Podríamos entender mejor, por ejemplo, por qué un paciente con enfermedad de Parkinson que está siendo tratado con estimulación cerebral profunda en el tálamo experimenta ciertos efectos secundarios". Espera que este conocimiento ayude a desarrollar un enfoque más específico para estas intervenciones, haciéndolas más efectivas y reduciendo sus efectos secundarios.

 
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