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Materia blanca: la superautopista flexible pero subestimada del cerebro

Históricamente, la materia gris generalmente se consideraba la trituradora de órganos del cerebro, y la materia blanca era solo el mono. Pero en los últimos años, ha quedado claro que el mono es tan importante como su maestro.
¿Importa la materia blanca?

Nuestra materia gris exquisitamente plegada ha sido durante mucho tiempo el espectáculo pony del cerebro; se trata de la gran cantidad de crujidos en la que todos confiamos para darle sentido al mundo. La materia blanca, se pensaba, simplemente lleva a cabo la tarea de transmitir mensajes de ida y vuelta, como poco más que una colección de cables pasivos.

Aunque hay algo de verdad en esta división del trabajo, la materia blanca es un flaco servicio. A medida que crece el conocimiento científico, la importancia de la materia blanca se enfoca claramente. Ahora se sabe que esta carretera de información neuronal está involucrada en una variedad de afecciones y enfermedades y desempeña papeles vitales en la función cerebral, el aprendizaje y la coordinación de centros cerebrales remotos.

¿Qué es la materia blanca?

La materia blanca constituye la mayor parte de las partes profundas del cerebro. A diferencia de la materia gris, que alcanza su punto máximo en el desarrollo cuando tenemos 11 o 12 años, la materia blanca se desarrolla bien en nuestros 20 años (y tal vez, de manera más sutil, en nuestros 50).

Consiste en haces de axones, o tractos, que son las proyecciones largas y delgadas de las células nerviosas. Como su nombre indica, la materia blanca es más blanca que la materia gris, y su famosa blancura se debe a una capa cerosa llamada mielina, que se encuentra en cada uno de los axones.


Axón mielinizado en comparación con axón desmielinizado.
Crédito de la imagen: Dr. Jana

La mielina recubre la superficie de todas las células nerviosas, dejando pequeños huecos, también conocidos como los nodos de Ranvier, cada milímetro más o menos.

En los nervios mielinizados, en lugar de un impulso que viaja a lo largo de la célula como lo hace en la sustancia gris, puede saltar de un nodo a otro, aumentando la velocidad de conducción.

Como servicio principal de mensajería del cerebro, la mielinización permite que la sustancia blanca pase notas entre regiones distantes a una velocidad vertiginosa.

De hecho, los nervios mielinizados pueden transportar impulsos hasta 100 veces más rápido que las fibras no mielinizadas.

En el cerebro, la mielina es depositada por células llamadas oligodendrocitos. Al nacer, la cobertura de mielina es relativamente escasa; La mielinización se mueve en una ola, primero cubriendo la sustancia blanca en la corteza cerebral más cercana a la nuca y avanzando gradualmente, cubriendo finalmente los lóbulos frontales a mediados y finales de los 20 años.

Los lóbulos frontales son importantes para la planificación, el razonamiento y el juicio. Algunos científicos teorizan que la mielinización limitada de estas áreas en la juventud podría explicar la incapacidad de los adolescentes para tomar decisiones apropiadas para adultos.

A medida que se ha prodigado más interés científico sobre la materia blanca, ha quedado claro que está lejos de ser un trozo pasivo de cableado; es dinámico, su volumen crece y se contrae con la experiencia, procesa información, no solo pasa los datos entre los puntos sin pensar.

La sustancia blanca en la enfermedad psiquiátrica

Ciertas condiciones se han asociado durante mucho tiempo con el daño a la vaina de mielina. Por ejemplo, el sistema inmune de las personas con el síndrome de Guillain-Barré y la esclerosis múltiple atacan la mielina, causando un empeoramiento gradual de la debilidad que puede terminar en parálisis.

Pero más recientemente, los cambios en la mielina se han relacionado con una serie de trastornos psiquiátricos, como esquizofrenia, depresión mayor, autismo, trastorno de estrés postraumático, enfermedad de Alzheimer, dislexia, trastorno por déficit de atención con hiperactividad, trastorno obsesivo-compulsivo y síndrome de Tourette. . La sustancia blanca incluso ha sido implicada en la tartamudez y la sordera del tono.

Una de las condiciones psiquiátricas más estudiadas en relación con la sustancia blanca es la esquizofrenia. Un estudio que investigó 6.000 genes en la corteza prefrontal de cerebros esquizofrénicos proporcionó evidencia condenatoria: de los 89 genes que se encontraron anormalmente regulados, 35 estaban involucrados en la mielinización.

La depresión puede alterar la estructura de la materia blanca del cerebroInvestigaciones recientes han encontrado que la depresión podría cambiar la estructura de la materia blanca del cerebro.Lee ahora

Otros estudios han investigado la materia blanca post-mortem, con algunas anomalías que demuestran en los tractos de sustancia blanca y una disminución del número de oligodendrocitos en algunas regiones del cerebro.

De hecho, más recientemente, se ha demostrado que los tractos de materia blanca en la mayoría del cerebro se alteran en la esquizofrenia.

La esquizofrenia tiende a desarrollarse durante la adolescencia, un momento en que finalmente se le da al cerebro anterior su recubrimiento de mielina. Algunos científicos creen que esto podría ser más que una coincidencia.

Todavía no se ha comprendido si estos cambios son la causa de la afección o una consecuencia de la función cerebral anormal, pero es probable que se trate de una vía bidireccional entrelazada. La evidencia de esto vino en un documento publicado en 2007 por el Dr. Gabriel Corfas. Mostró que la interrupción del control genético de los oligodendrocitos podría producir cambios conductuales sorprendentes similares a los observados en la esquizofrenia.

Viendo la materia blanca

Un procedimiento de imágenes llamado imágenes de tensor de difusión (DTI), que se basa en la tecnología de MRI, traza el movimiento relativo del agua dentro de los tejidos. Se puede usar para observar materia blanca.


Imagen DTI que muestra tractos de materia blanca.
Crédito de la imagen: Thomas Schultz

DTI se basa en la premisa de que, en el tejido cerebral normal, es igualmente probable que el agua viaje en cualquier dirección.

Sin embargo, en los tractos que están orientados en paralelo y cubiertos de mielina, es más probable que se muevan a lo largo de ellos, en lugar de estar de lado a lado.

Con esta tecnología, se puede ver la microestructura de la materia blanca; las fibras más compactas con capas de mielina más gruesas dan señales DTI más fuertes. Esta tecnología relativamente nueva se ha utilizado para buscar vínculos entre la sustancia blanca y los resultados cognitivos.

Un estudio, por ejemplo, encontró una relación entre la estructura de la materia blanca y el CI, cuyos autores concluyeron que "la función cognitiva se correlaciona con una mayor organización de la fibra". Del mismo modo, otros científicos han encontrado vínculos entre la calidad de la sustancia blanca en el cerebro de un adulto y su capacidad de lectura.

Los investigadores también han demostrado que usar nuestros cerebros de una manera específica puede cambiar la estructura de la sustancia blanca. Por ejemplo, un experimento encontró que la práctica regular de un instrumento musical aumenta el nivel de organización dentro de la materia blanca en las áreas importantes para el rendimiento musical. Los investigadores demostraron que la cantidad de cambio fue proporcional al número de horas que el individuo practicó. Cuanto más trabajas, más materia blanca se modifica.

Cómo encaja la mielinización en la historia

En los animales que pueden caminar y alimentarse muy pronto después de nacer, como los caballos y los ratones, la mielización está casi completa desde el nacimiento. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, la mielinización en humanos continúa en nuestros 20 o 30 años. El hecho de que lleve tanto tiempo es una buena pista de que está llevando a cabo algo más que un simple papel aislante.

El tiempo prolongado que toma la mielinización en los seres humanos se alinea con el mismo período de tiempo en que la corteza cerebral humana experimenta una gran reestructuración de las conexiones sinápticas. Se entiende que esta remodelación modifica el cerebro de acuerdo con la experiencia. Por esta razón, algunos investigadores creen que la mielina y, por lo tanto, la materia blanca, juegan un papel en la formación del cerebro a través de nuestras experiencias a medida que nos desarrollamos.

Esta teoría es cierta en una variedad de estudios con animales. Por ejemplo, un estudio sobre ratones de campo de Alaska encontró que la mielinización en el cerebro está regulada por cambios estacionales en la duración del día. Los animales que se mantuvieron en un ambiente con días constantemente largos tenían más volumen de materia blanca.

En ratas, el estrés durante los últimos 6 días de embarazo causa una mayor mielinización en la descendencia en las primeras 2 a 3 semanas de vida, y los niveles vuelven a la normalidad a los 40 días.

Por el contrario, una experiencia más agradable también puede alterar la estructura de la materia blanca. Los oligodendrocitos aumentan en número en la corteza visual de las ratas que se crían en entornos enriquecidos, incluida la interacción social y las cosas con las que jugar.

Algunos estudios en humanos también han encontrado una interacción entre la experiencia temprana y el volumen de materia blanca. Un estudio publicado en Psiquiatría biológica comparó los cerebros de los niños que habían sido abusados ??o descuidados con los cerebros de los niños que no habían sido abusados.

El cuerpo calloso, es decir, la estructura más grande de la sustancia blanca en el cerebro, que conecta los hemisferios cerebrales izquierdo y derecho, se encontró que era un 17 por ciento más pequeño en aquellos que habían sido abusados.

¿Por qué es tan importante el abrigo ceroso?

En resumen, no tenemos la respuesta completa a esta pregunta, pero hay algunos hilos convincentes para elegir.

La sincronía de la materia gris es importante para el desarrollo y el aprendizaje de los nervios. El dicho dice: "Las neuronas que disparan juntas, se conectan entre sí". En otras palabras, es más probable que las neuronas que disparan en sincronía se conecten permanentemente; los nervios que se disparan juntos se consideran importantes y se fortalecerán y preservarán.


Corte transversal de un axón mielinizado con múltiples capas de mielina visibles.
Crédito de la imagen: Roadnottaken

Ahora, si dos nervios que trabajan juntos provienen de diferentes distancias y son idénticos, las señales no llegarán juntas; para coordinar el disparo, uno de los axones necesita ser acelerado o ralentizado.

La precisión de milisegundos es vital.

Cuando llevamos a cabo una tarea compleja, como tocar un instrumento, la información se envía desde una variedad de centros cerebrales y fluye hacia adelante y hacia atrás. Sincronía es imprescindible, y simplemente disparar mensajes a la mayor velocidad posible no sería una solución viable.

A medida que se van acumulando nuevos descubrimientos, parece claro que la mielina juega un papel clave en el desarrollo de la sincronía, y puede alterar la velocidad de conducción de los tractos de materia blanca de varias maneras.

Por ejemplo, la mielina puede cambiar físicamente el diámetro del axón (los nervios más anchos transmiten señales más rápido). Además, los oligodendrocitos pueden alterar la cantidad de láminas de mielina que depositan, que pueden ser de hasta 150 hojas por fibra, alterando nuevamente la velocidad de conducción. Además, al alterar el número o el espaciado de los nodos de Ranvier, las velocidades pueden ajustarse, con más nodos más cerca entre sí disminuyendo la velocidad de los impulsos.

Recién estamos comenzando a eliminar los mecanismos que están detrás de la influencia de la materia blanca en la función cognitiva, pero ya se están abriendo caminos potenciales.

La materia blanca es tan integral para la función cerebral como su vecino gris; es dinámico, participa en el aprendizaje y nos ayuda a establecer habilidades y recuerdos. Sin duda, a medida que la investigación continúa y la imagen se vuelve más nítida, la importancia de la mielina y la sustancia blanca continuará aumentando.

La materia blanca realmente importa.

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