Neurociencias

Hasta hace unos días ignorábamos que existen áreas de nuestro cerebro mucho más calientes de lo que cabría esperar. Tanto que cada día llegan a alcanzar 41 ó 42 grados de temperatura, según sacaba a la luz un artículo en la revista Brain. 

Claro que el cerebro no arde a estos niveles las 24 horas. A lo largo del día, y en función de la actividad neuronal, la temperatura fluctúa. Concretamente, entre los voluntarios sanos tomados como control para el estudio, la temperatura cerebral osciló entre los 36 y los 41 grados, con 38,5 grados de media. Por otro lado, en los pacientes que habían sufrido daños cerebrales por traumatismo la temperatura osciló aún más, entre los 32,6 y los 42,3 grados, sin alterar la media.

Parece indiscutible que la temperatura cerebral excede en más de dos grados la temperatura registrada de forma habitual en la boca o las axilas (alrededor de 36 grados). La duda es: ¿por qué?

La alta actividad metabólica de las células del cerebro como fuente de calor

Nuestra temperatura corporal depende casi exclusivamente de la actividad de los orgánulos que producen la energía en nuestras células: las mitocondrias. 

En la intensa actividad de estas centrales energéticas celulares para generar ATP –la molécula comodín, necesaria para que todo funcione– se produce mucho calor. Y es precisamente ese calor el que mantiene la temperatura corporal. Además, las mitocondrias presentan una serie de proteínas que disipan energía. Estas proteínas, conocidas como UCP (o proteínas desacoplantes), son muy abundantes en tejido graso, especialmente en el pardo. 

Las neuronas y las células que las acompañan (conocidas como glía) consumen una gran cantidad de energía y mantienen una alta actividad mitocondrial. De hecho, pese a suponer tan solo el 2 % del peso de una persona adulta, el cerebro acapara el 20 % de toda la energía que consumimos a lo largo del día. En recién nacidos puede subir hasta el 80 %. 

Por tanto, no es extraño que semejante consumo venga acompañado de una alta generación de calor. Igual que ocurre con nuestros músculos cuando los ponemos en funcionamiento con el ejercicio, a más energía consumida, más calor. 

De hecho, las células del cerebro contienen mitocondrias ricas en UCP. Estas proteínas han sido asociadas con la supervivencia celular, ya que reducen el daño celular frente a los cambios en la actividad metabólica. 

La temperatura fluctúa a lo largo del día

No es el primer estudio que sugiere que tanto la temperatura corporal como la del cerebro fluctúan a lo largo del día.

La temperatura cerebral es mayor durante la mañana, decae a lo largo de la tarde y alcanza sus mínimos durante la noche. Además, las fluctuaciones de la temperatura cerebral también dependen de las actividades que estemos realizando. Las zonas que más variación presentan son las más profundas, incluyendo aquellas donde reside la memoria, como el hipotálamo. 

En este estudio se encontró que los pacientes víctimas de traumatismos cerebrales pierden parte de esta capacidad de fluctuación en la temperatura. Esa pérdida de capacidad se ha relacionado con un aumento en el riesgo de muerte, posiblemente por disfunciones de la actividad mitocondrial. 

El cerebro de las mujeres está más caliente

Por lo general, las mujeres presentan mayor temperatura cerebral que los hombres. Sobre todo durante la fase lútea, es decir, entre la ovulación y la menstruación. Todo apunta a que el ciclo menstrual y la fluctuación de hormonas influyen en la actividad neuronal, y eso queda reflejado en la temperatura cerebral. 

Por otro lado, en personas mayores se ha detectado un aumento de temperatura en algunas zonas del cerebro, especialmente las relacionadas con la memoria. Simultáneamente, otros estudios han mostrado que se produce un descenso de temperatura en otras zonas, posiblemente debido a defectos en la circulación de sangre y de líquido cefalorraquídeo. 

Un exceso de temperatura corporal puede dañar las neuronas

La circulación sanguínea sirve para regular la temperatura corporal, especialmente del cerebro. Por eso nos quedamos pálidos cuando el ambiente es frío: porque la circulación se retrae de la piel, evitando así que el calor se pierda. Por el contrario, la circulación en la piel aumenta cuando hace calor, para poder disipar la temperatura corporal mediante la sudoración.

Una de las mayores preocupaciones cuando sube la fiebre es controlarla para evitar, entre otras cosas, que se produzca daño cerebral. Ahora ya sabemos que ciertas zonas del cerebro están más calientes que el resto del cuerpo. Por ello, un aumento de la temperatura corporal debido a la fiebre puede hacer que ciertas partes del cerebro, las más calientes, no puedan disipar bien el calor y se produzca daño celular. 

Aunque este es un aspecto controvertido, algunos estudios ya han presentado evidencias que demuestran daño neuronal tras fenómenos de hipertermia.

Los estudios sobre la temperatura del cerebro abren la posibilidad de abordar de una manera más apropiada los fenómenos asociados con la disfunción mitocondrial, la acumulación de proteínas dañadas y las enfermedades neurodegenerativas (párkinson, alzhéimer, etc.), permitiendo así un mejor y más rápido diagnóstico de estas enfermedades.

Por Ari Berkowitz, Profesor de Biología; Director, Programa de Posgrado en Neurobiología Celular y Conductual, Universidad de Oklahoma.

La gente ha investigado sobre diferencias sexuales en el cerebro humano desde al menos el siglo XIX, cuando el científico Samuel George Morton vertió semillas y plomo en cráneos humanos para medir sus volúmenes. Gustave Le Bon encontró que los cerebros de los hombres son generalmente más grandes que los de las mujeres, lo que llevó a Alexander Bains y George Romanes a discutir que esta diferencia de tamaño hacía a los hombres más inteligentes. Pero John Stuart Mill señaló, sobre este criterio, que entonces los elefantes y las ballenas deberían ser más inteligentes que las personas.

Así que el foco de la investigación cambió a los tamaños relativos de las regiones cerebrales. Los frenólogos (teóricos que estudiaban el carácter y la personalidad a partir de la forma del cráneo) sugirieron que la parte del cerebro sobre los ojos, llamada lóbulo frontal, es más importante para la inteligencia y es proporcionalmente más grande en los hombres, mientras que el lóbulo parietal, justo detrás del lóbulo frontal, es proporcionalmente más grande en las mujeres. Más tarde, los neuroanatomistas argumentaron que el lóbulo parietal es más importante para la inteligencia y los de los hombres son en realidad más grandes.

En los siglos XX y XXI, los investigadores buscaron características distintivas femeninas o masculinas en subdivisiones cerebrales más pequeñas. Como neurobiólogo conductual y autor, creo que esta búsqueda está mal guiada porque los cerebros humanos son muy variados.

Diferencias anatómicas del cerebro

La mayor y más consistente diferencia de sexo en el cerebro se ha encontrado en el hipotálamo, una pequeña estructura que regula la fisiología reproductiva y el comportamiento. Al menos una subdivisión hipotalámica es más grande en roedores y humanos.

Pero el objetivo de muchos investigadores era identificar las causas cerebrales de supuestas diferencias de sexo en el pensamiento – no sólo la fisiología reproductiva – y así la atención se dirigió al gran cerebro humano, que es responsable de la inteligencia.

Dentro del cerebro, ninguna región ha recibido más atención en la investigación de las diferencias de raza y sexo que el cuerpo calloso, una banda gruesa de fibras nerviosas que transporta señales entre los dos hemisferios cerebrales.

En los siglos XX y XXI, algunos investigadores encontraron que todo el cuerpo calloso es proporcionalmente más grande en las mujeres en promedio, mientras que otros encontraron sólo ciertas partes son más grandes. Esta diferencia llamó la atención popular y se sugirió que causaba diferencias de sexo cognitivo.

Pero los cerebros más pequeños tienen un cuerpo calloso proporcionalmente más grande independientemente del sexo del propietario, y los estudios de las diferencias de tamaño de esta estructura han sido inconsistentes. La historia es similar para otras medidas cerebrales, por lo que intentar explicar supuestas diferencias sexuales cognitivas a través de la anatomía cerebral no ha sido muy fructífero.

Rasgos femeninos y masculinos superpuestos considerables

Incluso cuando una región cerebral muestra una diferencia de sexo en promedio, hay típicamente una superposición considerable entre las distribuciones masculina y femenina. Si la medición de un rasgo está en la región de superposición, uno no puede predecir el sexo de la persona con confianza. 

Por ejemplo, piensa en la estatura. Mido un metro 70 centímetros. ¿Eso te dice mi sexo? Y las regiones cerebrales típicamente muestran diferencias de sexo promedio mucho más pequeñas que la altura.

La neurocientífica Daphna Joel y sus colegas examinaron resonancias magnéticas de más de 1.400 cerebros, midiendo las 10 regiones cerebrales humanas con las mayores diferencias de sexo promedio. Evaluaron si cada medición en cada persona era hacia el extremo femenino del espectro, hacia el extremo masculino o intermedio. Encontraron que sólo del 3% al 6% de las personas eran consistentemente “femeninas” o “masculinas” para todas las estructuras. Todos los demás eran una especie de mosaico.

Hormonas prenatales

Cuando se dan diferencias de sexo en el cerebro, ¿qué las causa?

Un estudio de 1959 primero demostró que una inyección de testosterona en un roedor que esperaba crías hacía que su descendencia femenina mostrara comportamientos sexuales masculinos cuando se convertían en adultos. Los autores infirieron que la testosterona prenatal (normalmente secretada por los testículos fetales) “organiza” permanentemente el cerebro. Muchos estudios posteriores mostraron que esto era esencialmente correcto, aunque demasiado simplificado para los no humanos.

Los investigadores no pueden alterar éticamente los niveles hormonales prenatales, por lo que se basan en “experimentos accidentales” en los que los niveles hormonales prenatales o las respuestas a ellos eran inusuales, como en las personas intersexuales. Pero los efectos hormonales y ambientales están enredados en estos estudios, y los hallazgos de las diferencias de sexo en el cerebro han sido inconsistentes, dejando a los científicos sin conclusiones claras para los humanos.

Los genes causan algunas diferencias de sexo en el cerebro

Mientras que las hormonas prenatales probablemente causan la mayoría de las diferencias de sexo en el cerebro en los no humanos, hay algunos casos donde la causa es directamente genética.

Esto fue dramáticamente mostrado por un pinzón cebra con una extraña anomalía – era macho en su lado derecho y hembra en su lado izquierdo. Una estructura cerebral relacionada con el canto se agrandó (como en los varones típicos) sólo a la derecha, aunque los dos lados experimentaron el mismo entorno hormonal. 

Por lo tanto, su asimetría cerebral no fue causada por hormonas, sino por genes directamente. Desde entonces, los efectos directos de los genes sobre las diferencias de sexo en el cerebro también se han encontrado en ratones.

Aprendiendo sobre sobre los cambios del cerebro

Muchas personas asumen que las diferencias sexuales del cerebro humano son innatas. Esta suposición es errónea.

Los seres humanos aprenden rápidamente en la infancia y continúan aprendiendo – por desgracia, más lentamente – como adultos. Desde recordar hechos o conversaciones hasta mejorar las habilidades musicales o atléticas, el aprendizaje altera las conexiones entre las células nerviosas llamadas sinapsis. Estos cambios son numerosos y frecuentes, pero típicamente microscópicos – menos de una centésima parte del ancho de un cabello humano.

Los estudios de una profesión inusual, sin embargo, muestran que el aprendizaje puede cambiar los cerebros adultos dramáticamente. Los taxistas de Londres deben memorizar “el Conocimiento” – las rutas complejas, caminos y puntos de referencia de su ciudad. Los investigadores descubrieron que este aprendizaje alteraba físicamente el hipocampo de un conductor, una región cerebral crítica para la navegación. El hipocampo posterior de los taxistas de Londres era más grande que los no conductores en milímetros – más de mil veces el tamaño de las sinapsis.

Así que no es realista asumir que las diferencias de sexo en el cerebro humano son innatas. También pueden resultar del aprendizaje. Las personas viven en una cultura fundamentalmente de género, en la que la crianza, la educación, las expectativas y las oportunidades difieren en función del sexo, desde el nacimiento hasta la edad adulta, lo que inevitablemente cambia el cerebro.

En última instancia, cualquier diferencia de sexo en las estructuras cerebrales se debe probablemente a una combinación compleja e interactiva de genes, hormonas y aprendizaje.

Artículo publicado en The Conversation y traducido y adaptado para Psyciencia.com

En 2019, se le pidió al neurocientífico Scott Marek que contribuyera con un artículo a una revista que se enfoca en el desarrollo infantil. Estudios anteriores habían demostrado que las diferencias en la función cerebral entre los niños estaban relacionadas con el desempeño en las pruebas de inteligencia. Así que Marek decidió examinar esta tendencia en 2000 niños.

Los conjuntos de datos de imágenes cerebrales habían aumentado de tamaño. Para demostrar que este crecimiento estaba haciendo que los estudios fueran más confiables, Marek, con sede en la Universidad de Washington en St. Louis, Missouri (WashU), y sus colegas dividieron los datos en dos y realizaron el mismo análisis en cada subconjunto, esperando que los resultados coincidieran. En cambio, encontraron lo contrario. “Quedé impactado. Pensé que se vería exactamente igual en ambos conjuntos”, dice Marek. “Miré por la ventana de mi apartamento deprimido, intentando asimilar lo que significaba para el campo”.

Ahora, en un nuevo estudio de Nature del 16 de marzo, Marek y sus colegas muestran que incluso los grandes estudios de imágenes cerebrales, como el suyo, todavía son demasiado pequeños para detectar de manera confiable la mayoría de los vínculos entre la función cerebral y el comportamiento.

Como resultado, las conclusiones de la mayoría de los «estudios de asociación de todo el cerebro» publicados, que generalmente involucran de docenas a cientos de participantes, pueden estar equivocadas. Dichos estudios vinculan las variaciones en la estructura y la actividad del cerebro con las diferencias en la capacidad cognitiva, la salud mental y otros rasgos de comportamiento. Por ejemplo, numerosos estudios han identificado la anatomía del cerebro o los patrones de actividad que, según los estudios, pueden distinguir a las personas a las que se les ha diagnosticado depresión de las que no. Los estudios también suelen buscar biomarcadores para los rasgos de comportamiento.

“Hay muchos investigadores que han comprometido sus carreras para hacer el tipo de ciencia que este artículo dice que es básicamente basura”, dice Russell Poldrack, neurocientífico cognitivo de la Universidad de Stanford en California, quien fue uno de los revisores del artículo. “Realmente nos obliga a repensar”.

Los autores enfatizan que su crítica se aplica solo al subconjunto de la investigación que busca explicar las diferencias en el comportamiento de las personas a través de imágenes cerebrales. Pero algunos científicos piensan que la crítica cubre este campo con una brocha demasiado amplia. Los estudios más pequeños y detallados de los vínculos entre el cerebro y el comportamiento pueden producir hallazgos sólidos, dicen.

Correlaciones débiles

Después de su replicación fallida, Marek se dispuso a comprender las razones del fracaso junto con Nico Dosenbach, un neurocientífico de WashU, y sus colegas. Ese trabajo dio como resultado el último estudio, en el que analizaron imágenes de resonancia magnética (IRM) cerebrales y datos de comportamiento de 50.000 participantes en varios grandes esfuerzos de imágenes cerebrales, como la colección de escáneres cerebrales del Biobanco del Reino Unido.

Algunas de estas exploraciones midieron aspectos de la estructura del cerebro, por ejemplo, el tamaño de una región en particular. Otros utilizaron un método llamado MRI funcional (fMRI), la medición de la actividad cerebral mientras las personas realizan una tarea, como recuperar la memoria o descansar, para revelar cómo se comunican las regiones del cerebro.

Luego, los investigadores utilizaron subconjuntos extraídos de estas grandes bases de datos para simular miles de millones de estudios más pequeños. Estos análisis buscaron asociaciones entre las resonancias magnéticas y varios rasgos cognitivos, conductuales y demográficos, en muestras que iban desde 25 personas hasta más de 32,000.

En estudios simulados que involucraron a miles de personas, los investigadores identificaron correlaciones confiables entre la estructura y la actividad del cerebro en regiones particulares y diferentes rasgos de comportamiento, asociaciones que podrían replicar en diferentes subconjuntos de datos. Sin embargo, estos vínculos tendían a ser mucho más débiles que los informados típicamente por la mayoría de los otros estudios.

Los investigadores miden la fuerza de la correlación usando una métrica llamada r, para la cual un valor de 1 significa una correlación perfecta y 0 ninguna. Las correlaciones fiables más sólidas que encontró el equipo de Marek y Dosenbach tenían una r de 0,16 y la mediana era de 0,01. En los estudios publicados, los valores de r superiores a 0,2 no son infrecuentes.

Para comprender esta desconexión, los investigadores simularon estudios más pequeños y encontraron que estos identificaron asociaciones mucho más fuertes, con valores altos de r, pero también que estos hallazgos no se replicaron en otras muestras, grandes o pequeñas. Incluso las asociaciones identificadas en un estudio de 2000 participantes (grandes según los estándares actuales) tenían solo un 25 % de posibilidades de ser replicadas. Los estudios más típicos, con 500 participantes o menos, produjeron asociaciones confiables alrededor de solo el 5 % de las veces.

Incluso estudios más grandes

El estudio no intentó replicar otros estudios de asociación de todo el cerebro publicados. Pero sugiere que los valores altos de r comunes en la literatura son casi con certeza una casualidad y no es probable que se repitan. Los factores que dificultan la reproducibilidad en otros campos, como la tendencia a publicar solo resultados estadísticamente significativos con grandes tamaños de efecto, significan que estas asociaciones falsas entre el cerebro y el comportamiento llenan la literatura, dice Dosenbach. “La gente solo publica cosas que tienen un tamaño de efecto lo suficientemente fuerte. Puedes encontrarlos, pero esos son los que están más equivocados”.

Para que tales estudios sean más confiables, los estudios de imágenes cerebrales deben ser mucho más grandes, argumentan Marek, Dosenbach y sus colegas. Señalan que la investigación genética estuvo plagada de falsos positivos hasta que los investigadores y sus patrocinadores comenzaron a buscar asociaciones en un gran número de personas. Los mayores estudios de asociación del genoma completo (GWAS) ahora involucran a millones de participantes. El equipo acuñó el término estudio de asociación de todo el cerebro, o BWAS, para establecer paralelismos con la genética.

Para las imágenes del cerebro, Marek dice: “No sé si necesitamos cientos de miles o millones. Pero miles es una apuesta segura”.

«Lo que sugiere el artículo de Marek es que muchas veces, si no tienes estas muestras realmente grandes, lo más probable es que te equivoques o tengas suerte al encontrar una buena correlación entre el cerebro y el comportamiento», dice Caterina Gratton, neurocientífica cognitiva en Universidad del Noroeste en Evanston, Illinois. El artículo apareció como preimpresión en 2020, y Gratton dice que se ha sentado en paneles de revisión de subvenciones que lo han citado al generar escepticismo sobre estudios BWAS relativamente pequeños. “Este es un documento importante para el campo”, agrega.

Pero algunos investigadores argumentan que los estudios BWAS más pequeños aún tienen valor. Peter Bandettini, neurocientífico del Instituto Nacional de Salud Mental en Bethesda, Maryland, dice que estudios como los que simuló el equipo de Marek buscaron correlaciones entre mediciones crudas de comportamiento o salud mental (encuestas autoinformadas, por ejemplo) y escáneres cerebrales cuyas condiciones pueden variar de participante a participante, diluyendo asociaciones de buena fe.

Mediante la selección cuidadosa de los participantes y el análisis de los datos de imágenes cerebrales utilizando enfoques sofisticados, podría ser posible encontrar asociaciones entre los escáneres cerebrales y el comportamiento que sean más fuertes que las identificadas en el estudio, dice Stephen Smith, neurocientífico de la Universidad de Oxford, Reino Unido, quien lidera los esfuerzos de imágenes cerebrales del Biobanco del Reino Unido. “Me temo que este documento puede estar sobreestimando la falta de confiabilidad”.

El artículo completo es de acceso gratuito y puedes leerlo aquí.

Referencia bibliográfica: Marek, S., Tervo-Clemmens, B., Nielsen, A. N., Wheelock, M. D., Miller, R. L., Laumann, T. O., Earl, E., Foran, W. W., Cordova, M., Doyle, O., Perrone, A., Miranda-Dominguez, O., Feczko, E., Sturgeon, D., Graham, A., Hermosillo, R., Snider, K., Galassi, A., Nagel, B. J., … Dosenbach, N. U. F. (2019). Identifying reproducible individual differences in childhood functional brain networks: An ABCD study. Developmental Cognitive Neuroscience, 40, 100706. https://doi.org/10.1016/j.dcn.2019.100706

Artículo publicado en la revista Nature por Ewen Callaway y traducido y adaptado al español por Psyciencia.