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ESPECIAL

Neurogénesis

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Neurogénesis CONTENIDO

Una selección de nuestros mejores artículos sobre las consecuencias de los accidentes cerebrovasculares y sus posibles tratamientos.

Neurogénesis Gerd Kempermann Mente y Cerebro, julio/agosto 2006

Del canto de los pájaros a la neurogénesis Fernando Nottebohm Investigación y Ciencia, abril 1989

Estimulación de la regeneración cerebral Benedikt Berninger y Magdalena Götz Mente y Cerebro, marzo/abril 2010

Alimentación para la neurogénesis Masha Elbers Mente y Cerebro, septiembre/octubre 2015

Neurogénesis en adultos Hubertus Breuer y Annette Lessmöllmann Mente y Cerebro, septiembre/octubre 2005

Más neuronas, menos ansiedad Mazen Kheirbek y René A. Hen Investigación y Ciencia, octubre 2014

Neuronas nuevas para la memoria reciente William Skaggs Mente y Cerebro, enero/febrero 2016

Medir la neurogénesis Olaf Bergmann y Hagen Huttner Mente y Cerebro, julio/agosto 2016

EDITA Prensa Científica, S.A. Muntaner, 339 pral. 1a, 08021 Barcelona (España) [email protected] www.investigacionyciencia.es Copyright © Prensa Científica, S.A. y Scientific American, una división de Nature America, Inc. ESPECIAL n.o 27

ISSN: 2385-5657

En portada: iStock / ARTQU; modificado por Investigación y Ciencia | Imagen superior: iStock / Eraxion

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Neurogénesis

AG. FOCUS / SPL

Durante mucho tiempo se consideró un apotegma de la neurología: en los cerebros adultos no se generan nuevas neuronas. Un error. No dejan de hacerlo a lo largo de toda la vida

Gerd Kempermann

T

odavía en los cincuenta del siglo pasado, se tomaba por verdad absoluta la imposibilidad de formarse nuevas neuronas en el cerebro. Pero ya en el decenio siguiente surgieron las primeras dudas. Los biólogos acababan de descubrir que las ratas, por lo menos, podían fabricar células cerebrales tras el nacimiento. Hubo de transcurrir un lapso de más de treinta años hasta que Peter Eriksson, de la Clínica Universitaria Sahlgrenska de Goteburgo, recabó pruebas de la existencia de ese fenómeno en el cerebro humano. Desde entonces se han multiplicado las pruebas. El cerebro produce incesantemente y a lo largo de toda vida nuevas células. Con toda justicia, la conocida por “neurogénesis adulta” se convirtió en el descubrimiento más importante de la investigación cerebral

de los años noventa, vale decir, de la “década del cerebro”. No fue un camino de rosas. Cuando Joseph Altman, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, aportó las primeras pruebas sobre la neurogénesis adulta, recibió un rechazo casi unánime. Se daba por sentado que las neuronas adultas, completamente formadas, no podían dividirse. ¿De dónde procedían, pues, las nuevas células? Altman postuló la existencia de una suerte de células madre, responsables de estas reservas. Ahora bien, como la presencia de células de este tipo era totalmente desconocida en el cerebro, la hipótesis de Altman se tomó por una especulación sin fundamento.

Un almacén suplementario para un órgano en plena actividad Un desdén parecido sufrió, a finales de los setenta, Michael Kaplan, de la Universidad de Boston. Kaplan se sirvió

1

de imágenes obtenidas a través del microscopio electrónico para comprobar el carácter neuronal de unas enigmáticas nuevas células, aunque no pudo aclarar la cuestión de su procedencia. ¿Cómo podrían integrarse estas nuevas células en la arquitectura reticular sumamente compleja de nuestro cerebro? Un ordenador al uso no puede incorporar memoria suplementaria con tamaña facilidad. En el cerebro adulto, se pensaba por entonces, tendría preeminencia la estabilidad de las conexiones neuronales frente a su plasticidad, esto es, frente a su mutabilidad. En el decenio de los ochenta, Fernando Nottebohm, de la Universidad Rockefeller de Nueva York, realizó un descubrimiento esperanzador: los canarios adultos en primavera, justo cuando renuevan su repertorio de trinos, generan neuronas, y lo hacen precisamente en las áreas cerebrales que son responsables del aprendizaje de las

habilidades cantoras. Los dedicados a la investigación cerebral prestaron una expectante atención, por una razón muy sencilla: los pájaros tienen que aprender sus manifestaciones sonoras de una forma similar a como el hombre actúa con el lenguaje. La relación con algo que guarda muchas similitudes con el proceso de aprendizaje humano hizo que la neurogénesis adulta adquiriera carta de verosimilitud. Los prejuicios comenzaron a desmoronarse. De nuevo, ¿de dónde procedían las nuevas células? De las células madre. En la fase embrionaria, estas células pluripotenciales no se hallan todavía prefijadas hacia ninguna línea de desarrollo determinada y pueden alcanzar la maduración dentro de cualquier tipo celular. Junto a estas células madre embrionarias tan controvertidas, disponemos también tras el nacimiento de un reservorio similar que desempeña una serie de funciones cruciales para la vida: las células madre adultas. Dicho reservorio se ocupa de que se elaboren incesantemente nuevas células sanguíneas, de que nuestra superficie corporal se renueve continuamente con nuevas células dérmicas, de que el pelo y las uñas crezcan y de que el epitelio intestinal se renueve sin pausa. Diríase que casi todos los órganos dispusiesen de células madre para su permanente renovación. Presumiblemente, sólo los riñones carecen de esa fuente de renovación. Sí goza de ella el cerebro. La prueba definitiva llegó en 1992. Brent Reynolds y Samuel Weiss, de la Universidad de Calgary, hallaron células madre adultas en el cerebro de ratones desarrollados; por su escaso número habían escapado hasta entonces a su detección. Con el descubrimiento de la neurogénesis adulta se derrumbó el mito de un cerebro cableado de una vez para siempre e incapaz de regeneración. El cerebro no trabaja como un ordenador rígido, sino que muestra una considerable plasticidad: establece sin cesar nuevas conexiones y permanece, por tanto, durante toda la vida con una capacidad de aprendizaje activa. La plasticidad no se encuentra limitada —como se supuso durante mucho tiempo— a los contactos entre las neuronas, las sinapsis, sino que afecta a las células nerviosas mismas a través de la neuro-

1.

NO TODAS LAS NEURONAS son insustituibles. También el cerebro adulto puede formar nuevas células nerviosas.

génesis. Se requiere sólo la formación de unas pocas células nerviosas para que la arquitectura reticular del cerebro cambie de una manera sustantiva, siempre que ese ramillete de neuronas surjan en el lugar adecuado. Una de las regiones más plásticas del cerebro adulto es la del hipocampo, que debe su nombre a su forma de caballito de mar. La estructura desempeña un papel central en los procesos de aprendizaje y memoria. Sin ella no podríamos retener nada en la memoria a largo plazo e incluso olvidaríamos el contenido de este artículo tras haber realizado su lectura. El hipocampo ordena la información almacenada; por ello, podemos acordarnos de una secuencia de acontecimientos, así como orientarnos en el espacio.

Condiciones óptimas de rendimiento mental... Porque el hipocampo se resiente precozmente en los pacientes de Alzheimer, los trastornos de la atención y las pérdidas de orientación se encuentran entre los primeros síntomas de la demencia. Conviene, no obstante, tener presente además que las personas sanas se quejan a menudo de que, con el paso de los años, sienten mermada su actividad intelectual. El hipocampo parece ser, por tanto, una estructura cerebral cuya pérdida de capacidad percibimos con más nitidez en la vida cotidiana. La neoformación de células nerviosas podría contrarrestar esa reducción y contribuir a que el hipocampo se mantuviera flexible y adaptable en la vejez. La neurogénesis del hipocampo se desencadena con estímulos procedentes del entorno. Lo ratificamos en 1997, cuando realizamos el siguiente experimento en nuestro laboratorio del Instituto Salk de Estudios Biológicos de La Jolla: preparamos un entorno rico en estímulos, con diferentes tipos de ruedas giratorias, túneles y juguetes;

los ratones allí introducidos fabricaron más neuronas que sus semejantes que instalamos en tristes jaulas sin ningún elemento incitante. A medida que envejecen, los animales van disminuyendo su capacidad para la neurogénesis. Pero tal capacidad nunca se pierde por completo. Si los animales permanecen durante meses en un entorno interesante, la neurogénesis se mantiene a un nivel alto en el transcurso de ese lapso. La estimulación mediante un entorno rico en incitaciones se puede cuantificar muy bien en tests de aprendizaje en los que los animales tienen que memorizar un camino de huida que les permite escapar de un estanque de agua. No sabemos todavía si las nuevas células nerviosas son las que determinan la elección de las mejores vías en estos tests de aprendizaje. Sin embargo, nuestro descubrimiento podría explicar por qué una vida activa disminuye el riesgo de una degeneración intelectual. Los avances de la medicina nos proporcionan una mayor esperanza de vida; mas, para gozar de una buena calidad de vida en esos años prolongados, resulta imprescindible la salud del cerebro. Una “vejez feliz” implica, ante todo, mantenerse, hasta en la edad más provecta, en un perfecto estado intelectual. En nuestra opinión, la neurogénesis adulta representa un factor esencial para la consecución de ese estado óptimo. ¿Cuáles son los mecanismos implicados en la formación de nuevas células nerviosas? Según parece, el proceso se desarrolla en varias etapas, coordinadas y reguladas con precisión. En primer lugar, las células madre y las células precursoras neuronales se multiplican. A continuación, la progenie inmadura se distribuye en función de las necesidades. En esta segunda fase se decide si las células neoformadas son incorporadas a largo plazo a la red neuronal o no. Además, al igual que sucede en el ce-

Resumen/Células nerviosas nuevas para cerebros • La tradicional teoría, según la cual el cerebro no puede producir nuevas células nerviosas, desde el alumbramiento, es falsa. Se ha conseguido demostrar el proceso de neurogénesis adulta en el hombre. • Las nuevas células nerviosas surgen en el hipocampo a partir de células madre neuronales. Posiblemente estas células neoformadas desempeñan un importante papel en los procesos de aprendizaje y memorísticos. • El avituallamiento neuronal puede ser estimulado mediante la actividad intelectual y corporal. La neurogénesis adulta que se produce en el hipocampo impide quizá la pérdida intelectual y contribuye por tanto a una “vejez feliz”.

2

Según ha puesto de relieve la anatomía cerebral, las nuevas células nerviosas surgen en el giro dentado (gyrus dentatus), estructura del hipocampo que representa la puerta de entrada a nuestra central de memoria. Se sospecha que se realiza allí la compresión de la información aferente, en un proceso muy similar al de la compresión de las imágenes de alta calidad que se realiza en los ordenadores. La marea de percepciones sensoriales aferentes, cuya elaboración prosigue en regiones corticales superiores, recibe una ordenación previa y clasificación espacial y temporal en el giro dentado, donde se les relaciona además con los sentimientos. El hontanar de la renovación, constituido por las células troncales, se ubica en el límite entre la “capa granular” del giro dentado, donde residen los cuerpos celulares de las neuronas, y el contiguo “hilus”, que contiene los axones, las prolongaciones de las células nerviosas que transportan las señales. Con determinadas técnicas de tinción se pueden marcar aquellas células que tienen el doble de material genético. Así podemos discriminar del resto de las neuronas las células madre del giro dentado capaces de dividirse. Tras la división, las células progenie se dirigen hacia la capa granular, en donde se desarrollan hasta convertirse en células nerviosas adultas con sus largas prolongaciones características. Nosotros hemos demostrado que la neoformación neuronal viene regulada, además, por una compleja red genética. Cuando comparamos entre sí los modelos de actividad de un total de 12.000 factores hereditarios presentes en los cerebros de ratones, identificamos doce genes que podrían operar como reguladores principales, habida cuenta de su capacidad para controlar su propia actividad. Dos de ellos nos eran ya conocidos como genes de las células madre, otros seis guardaban una relación directa con la neurogénesis y los cuatro restantes nos eran desconocidos hasta entonces. La posición estratégica del giro dentado, situado al comienzo del flujo de información del hipocampo, desempeña un papel decisivo en la neurogénesis. En ese nivel preciso, un número moderado de nuevas neuronas condicionan la elaboración de los estímulos aferentes. Con otras palabras, la neurogénesis no modifica tanto la memoria del “ordenador cerebral” cuanto su procesador.

LA FUENTE DE LA RENOVACION. Las células madre adultas situadas en el giro dentado del hipocampo maduran hasta convertirse en neuronas. Las células madre capaces de dividirse se encuentran aquí marcadas con una sustancia roja que se incorpora al material genético duplicado.

rebro embrionario, las células madre del hipocampo adulto que toman parte en el proceso producen más neuronas de las necesarias. Es decir, se elabora un excedente de células, con una fecha temprana de caducidad. Es decir, mueren muchas si cesan los estímulos externos. Los estímulos de aprendizaje y las experiencias de un entorno complejo (la actividad intelectual) favorecen la supervivencia de las nuevas células.

...y corporal Para sorpresa nuestra, comprobamos en 1997 que no sólo la actividad intelectual sino también la corporal estimulaba la neurogénesis adulta. Los ratones de nuestro ensayo que disponían de ruedas giratorias poseían el doble de células nerviosas nuevas que aquellos otros que

carecían de instrumentos para realizar una actividad física. Este aumento era consecuencia de una actividad acrecentada de las células madre y no —como sucedía en el caso de los tests de aprendizaje por experiencia— a la mayor tasa de supervivencia de las células predecesoras. Pudiera ser que sólo la combinación de ambas actividades —la física y la mental— produjera un estímulo para ese incremento funcional. En todo caso, permanece como cuestión abierta en qué medida estos resultados pueden trasladarse al ser humano. El hombre, a diferencia del animal, puede realizar actividades intelectuales aisladas; en los animales, la actividad cognitiva está inseparablemente unida al movimiento corporal. La estricta separación entre el

3

trabajo corporal y mental hizo su aparición en la evolución muy tardíamente. Los propios niños pequeños sólo son capaces de descubrir el mundo si se mueven en él. Hay más. La neurogénesis adulta no depende en exclusiva de una menor o mayor actividad física y mental. En experimentos con animales se han venido descubriendo una serie de factores que intervienen en la formación de las células nerviosas nuevas. Esta sensibilidad inespecífica frente a distintos estímulos actuaba primero de forma irritante, pero también podía indicar que nos encontrábamos ante un mecanismo controlador muy preciso que sirviera para mantener en equilibrio, unos frente a otros, muchos factores reguladores.

CORTESIA DE GERD KEMPERMANN

El hipocampo: la cuna de las neuronas

2.

Un ejemplo de fina regulación nos lo ofrece el cortisol, hormona imprescindible para la vida. En situaciones de tensión, el cuerpo libera la hormona, aunque un nivel excesivo de la misma en sangre debilita a las células nerviosas. En la depresión se presenta alterado el mecanismo de regulación del cortisol. Y, según descubrieron Elizabeth Gould y Bruce McEwen, de la Universidad Rockefeller de Nueva York, la corticosterona —nombre que recibe la hormona correspondiente en los roedores— inhibe la neurogénesis adulta. En 1997, ambos y Eberhard Fuchs, del Centro de Primates de Gotinga, mostraron que el estrés frenaba, en las musarañas arborícolas, la neoformación de células nerviosas. En el año 2000, Barry Jacobs, de la Universidad de Princeton, avanzó la hipótesis de que la depresión debíase a una neurogénesis adulta alterada por culpa de una regulación deficiente del cortisol. Cierto es que se dan otros factores y que el cortisol no afecta sólo a la neurogénesis. Pero el ejemplo del cortisol evidencia la tenue frontera entre los efectos positivos y negativos: los ejemplos mencionados de actividad “positiva” van unidos a una liberación aumentada y mantenida de cortisol. Por consiguiente, lo adecuado sería establecer un rango óptimo dentro de cuyos límites pueda moverse la regulación del cortisol y, en analogía con ella, la de la neurogénesis adulta. Creemos que ese estado idóneo se conseguiría mediante la actividad física y la atención intelectual continuada; es decir, mediante un “estrés bueno”. Exactamente en este equilibrio residiría el arte de envejecer felizmente.

Mantenimiento de la red durante toda la vida La neurogénesis adulta garantiza el “mantenimiento de la red” cerebral durante toda la vida. ¿Podrían también repararse, por ese mismo proceso, lesiones cerebrales? No en grado notable. Por lo que se sabe, el cerebro adulto repara con escaso éxito, si alguno, las lesiones graves. Porque no lo consigue, muchas enfermedades neurológicas se cronifican y resulta imposible la recuperación de la mortandad celular producida en un ictus.

HIPOCAMPO

O pensemos en los ataques epilépticos. Tienen su origen en el hipocampo y estimulan la actividad divisoria de las células madre. Las células nerviosas neoformadas no mitigan el padecimiento, sino que estabilizan el estado patológico. Una autorreparación del cerebro parece también aquí apenas posible. Aunque las células madre neuronales pueden darse en todas las regiones cerebrales, les está reservado al hipocampo y al bulbo olfatorio la posibilidad de fabricar nuevas células nerviosas durante toda la vida. Ignoramos el motivo. Desconocemos también la función de las células madre en las demás áreas cerebrales. Lo único asentado es que reaccionan ante diferentes trastornos (circulación deficiente, tumores e inflamaciones) o ante la actividad corporal. Considerado en perspectiva, quizás algún día se consiga provocar, mediante los medicamentos apropiados, una “neurogénesis regenerativa”. En ese contexto, la “terapia de células madre” adquiriría un significado inédito; no se trataría de tejidos trasplantados y previamente cultivados en un laboratorio, sino de células troncales “del propio lugar” las encargadas de restañar el daño. Las células troncales desempeñan funciones cerebrales importantes en aspectos muy dispares. Si recordamos que sólo una de cada diez células cerebrales es neurona, habrá que reconocer la probabilidad de que también para el restante noventa por ciento —las células de la glía— el reservorio de células madre cumpla cometidos de interés. Más aún: por esa vía, el reservorio de células troncales podría intervenir en la adaptación de las funciones cerebrales.

4

GIRO DENTADO

SIGANIM

EL HIPOCAMPO (azul) se encuentra por debajo de la corteza cerebral. En su área de entrada, el giro dentado, surgen las neuronas.

Probablemente, la neurogénesis adulta representa sólo un caso especial del complejo de tareas que desempeñan las células madre en la operación de un cerebro sano. Su investigación pertenece, por tanto, a los grandes temas de la moderna neurociencia. En el terreno de la medicina regenerativa, en el que se busca comprender y tratar la enfermedad en su raíz, el potencial de las células madre para la plasticidad celular desempeña un papel principal. GERD KEMPERMANN dirige el grupo de trabajo sobre células troncales neuronales del Centro Max Delbrück de Medicina Molecular (MDC) en Berlín-Buch, así como el grupo de investigación “permisividad neurógena” de la Fundación Volkswagen en el Hospital de la Charité berlinesa.

Bibliografía complementaria MORE HIPPOCAMPAL NEURONS IN ADULT MICE LIVING IN AN ENRICHED ENVIRONMENT. G. Kempermann et al. en Nature, vol. 386, n.o 6624, págs. 493-495; 1997. NEUROGENESIS IN THE ADULT HUMAN HIPP. S. Eriksson et al. en Nature Medicine, vol. 4, n.o 11, págs. 1313-1317; 1998.

POCAMPUS.

REGENERACIÓN DE LAS CÉLULAS NERVIOSAS EN ADULTOS. G. Kempermann, F. H. Gage en Investigación y Ciencia, págs. 14-19, julio de 1999. NATURAL VARIATION AND GENETIC COVARIANCE IN ADULT HIPPOCAMPAL NEUROGENESIS. G. Kempermann et al. en Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 103, n.o 3, págs. 780-785; 2006. ADULT NEUROGENESIS. STEM CELLS AND NEURONAL DEVELOPMENT IN THE ADULT BRAIN. G. Kempermann. Oxford University Press, Oxford, 2006.

Del canto de los pájaros a la neurogénesis El estudio de los centros cerebrales de control del canto de los canarios revela que, en el adulto, nacen células nerviosas que substituyen a otras lesionadas. ¿Encierra esta neurogénesis la clave de la autorreparación del cerebro humano? Fernando Nottebohm

i compartiéramos una de las con­

Han aparecido nuevas pruebas que

que oyen. Pero antes de los años cin­

vicciones de la neurobiología más

corroboran la realidad de la neurogé­

cuenta muy pocos biólogos se habían

firmemente

durante

nesis en otra clase de vertebrados. El

dado cuenta de que los pájaros canto­

mucho tiempo, todas las neuronas del

descubrimiento se produjo en un cam­

res ejercían dicha facultad de forma ru­

cerebro de los vertebrados se forma­

po insólito: al estudiar el aprendizaje

tinaria, para componer sus canciones

S

asentadas

rían en fases precoces del desarrollo;

del canto por las aves. Las investigacio­

cotidianas. Lo demostró, y abrió con

las células nerviosas se irían estable­

nes acometidas por el autor y varios co­

ello un nuevo campo de investigación,

ciendo en el decurso del desarrollo ce­

legas suyos muestran no sólo el naci­

W. H. Thorpe, de la Universidad de

rebral.

Creíase que los vertebrados

miento continuo de células cerebrales

Cambridge, al describir cómo el pin­

adultos habían de arreglárselas con un

de las aves, una vez alcanzada la ma­

zón, una especie europea, aprendía su

número fijo de neuronas. Se suponía,

durez, sino también que, en algunos ca­

canción. Crió machos aislados en cá­ maras insonoras equipadas con altavo­

en consecuencia, que las neuronas per­

sos, las nuevas neuronas substituyen a

didas por enfermedad o lesión no se

otras preexistentes. Si bien ignoramos

ces. Repitió, en algunas de éstas, can­

substituían; el aprendizaje no implica­

la función exacta que desempeñan esas

tos de pinzones, que los jóvenes logra­

ba la incorporación de células nuevas

nuevas neuronas, sospechamos que se

ron imitar; resultado que contrastaba

en los circuitos nerviosos que controlan

dedican a adquirir nuevas infoqnacio­

con el obtenido por los cjue no se so­

el comportamiento, sino que procedía

nes. El aprendizaje de las canciones, en

metieron a esas pruebas, cuyos cantos

modificando las conexiones entre un

los pájaros jóvenes y en los adultos, po­

pecaban de una anormal simplicidad.

número limitado de neuronas.

dría depender, pues, de la disponibili­

Más aún, cuando expuso las aves sin

Joseph Altman, de la Universidad de

dad de neuronas jóvenes con las que

entrenar a las cintas "de aprendizaje",

Purdue, se opuso ya a ese criterio des­

crear circuitos nuevos. Estos hallazgos

una vez habían ya alcanzado la madu­

de comienzos de los años sesenta. Fun­

plantean nuevas cuestiones sobre la es­

rez sexual, no mejoraron su habilidad

dándose en experimentos que había lle­

tabilidad general de los circuitos ner­

canora.

vado a cabo con gatos y ratas, sostenía

viosos del cerebro. Pero el aspecto más

Thorpe llegó a la conclusión de que

que sus resultados mostraban que al­

sugestivo de esos resultados estriba en

los pájaros aprendían a cantar de forma

gunos tipos de neuronas seguían for­

que podrían desembocar, andando el

parecida a como los humanos apren­

mándose en ciertas partes del cerebro

tiempo, en la identificación de factores

dían a hablar, esto es, imitando los mo­

animal, aun cuando éste hubiera lle­

que estimularan la autorreparación del

delos que les proporcionan los indivi­

gado ya al estado adulto. Pero los re­

cerebro humano mediante la substitu­

duos adultos. Concluyó, asimismo, que

sultados de Altman no eran terminan­

ción de neuronas dañadas por otras

el aprendizaje del canto en el pinzón se

tes y la neurogénesis del cerebro de

nuevas.

limitaba a un "período crítico", ante­

mamífero adulto no recibe todavía la aceptación general. (Llámase neuro­ génesis al proceso de formación de peuronas.)

FERNANDO NOTIEBOHM es profe­ sor de comportamiento animal en la Uni­ versidad Rockefeller, cuyo centro de in­ vestigación de etología y ecología dirige.

rior a la madurez sexual. Trabajos pos­

L órdenes de aves, que abarcan unas

os taxónomos distinguen unos 30

teriores de Peter R. Marler, de la Uni­

8500 éspecies. Casi la mitad de éstas se

mann, de la alemana de Bielefeld, mos­

clasifican en el suborden de los pájaros

traron que otros dos pájaros cantores,

versidad Rockefeller, y Klaus Immel­

cantores, Oscines, del orden Passeri­

uno norteamericano, el chingolo piqui­

formes. Los pájaros cantores suelen

blanco (Zonotrichia leucophrys) y otro

distinguirse de otros grupos por su can­

australiano, el pinzón cebra (Poephila

to, rico y variado. El ave canta para

guttata), poseían también su propio pe­

anunciar su presencia a sus cohortes y

ríodo crítico de aprendizaje. Pero no

De origen argentino, se trasladó a los Es­

para establecer un territorio de cría.

ocurría así con todos los pájaros. Los

tados

Los machos suelen hacerlo, además,

canarios, por ejemplo, cambian su can­

para atraer a su pareja.

ción de un año a otro; son, pues, apren­

Unidos para estudiar agricultura,

pero acabó especializándose en zoología por la Universidad de California en Ber­ keley.

60

Es bien sabido, desde hace tiempo, que algunos pájaros imitan los sonidos

5

dices ilimitados. Los primeros sonidos que emite el

canario rec1en eclosionado son unos

variable. A medida que el ave se va

ese período de ejercicio adquiere el ca­

chillidos agudos que mueven a sus pa­

aproximando a la madurez sexual, que

nario, de forma definitiva, el repertorio

dres a alimentarlos.

Esta forma de

suele alcanzarse a los siete u ocho me­

de sílabas. Cada año, durante el final

"mendigar comida" continúa incluso

ses, las pautas musicales se tornan más

del verano y el otoño (después del pe­

después de que los jóvenes hayan aban­

fijas y estereotipadas. Los aficionados

ríodo de apareamiento), se pierde la

donado el nido; prosigue hasta que el

a la cría de canarios saben muy bien

maestría en el uso de los estereotipos

ave se independiza completamente de

que la calidad del canto de los jóvenes

aprendidos meses antes; la canción se

sus padres, lo que acontece a las cuatro

tiene mucho que ver con la calidad de

torna tan inestable como la plástica de

semanas. A partir de entonces, el pá­

sus compañeros mayores.

los jóvenes. Muchas de las sílabas do­ minadas desaparecen del "vocabula­

jaro empieza las subcanciones, así se l tema final del canario macho adul­

rio" básico de canciones, mientras se

to, denominado canción estable,

adquieren otras que podrán incorpo­

nen poco volumen y son de estructura

se expresa durante la primera estación

rarse en una canción estereotipada du­

variable.

frecuentemente

de apareamiento. Esta canción puede

rante el invierno y la primavera si­

cuando el pájaro parece estar dormi­

caracterizarse por el número de soni­

guientes. De ese modo, los machos ca­

tando. Charles Darwin señaló la simi­

dos distintos

(llamados sílabas) que

narios adultos pueden desarrollar un

laridad entre la subcanción y el balbu­

contiene. A pesar de que un canario

repertorio nuevo de canciones cada

ceo de los infantes; ambos parecen re­

macho de tres o cuatro meses de edad

año. Es probable que el aprendizaje es­

presentar fases tempranas de la prác­

puede ya vocalizar un 90 por ciento de

tacional

tica vocal, de la que se originará el re­

las sílabas que utilizará cuando sea

equilibrio hormonal, puesto que las fa­

pertorio completo de sonidos que se

adulto, las sílabas no se convierten en

ses más intensas de suma de nuevas sí­

utilizan en la comunicación.

estereotipos hasta la madurez sexual.

labas están precedidas por una menor

llaman sus primeros ensayos rudimen­ tarios de canto. Las subcanciones tie­ Se

emiten

E

venga

determinado

por

el

Una subcanción se convierte en algo

No parece que les resulte fácil la con­

concentración de testosterona, hormo­

más estructurado hacia el final del se­

solidación de los estereotipos, si con­

na sexual masculina, en la sangre.

gundo mes de vida del pájaro; recibe

sideramos que invierten varios meses

Por el tiempo en que Thorpe llevó a

entonces el nombre de canción plásti­

de práctica, los correspondientes a la

cabo sus experimentos con los pinzo­

ca. Aunque se acerca al canto de los ca­

fase de canción plástica.

nes, no se sabía nada sobre las zonas

narios adultos, resulta todavía bastante

l.

Ahora bien, ni siquiera después de

del cerebro de las aves que controlan el

NEURONAS RECIEN NACIDAS: adoptan una forma alargada típica en su

diales, un tipo celular común del cerebro de las aves. Las neuronas nuevas, lo

viaje por el lóbulo frontal del cerebro del canario. En un comienzo, las neuronas

mismo que las viejas, se destacan gracias a la tinción púrpura del núcleo celular.

siguen las fibras largas

(coloreadas aquí en marrón oro) de las células gliales ra-

Podemos

6

apreciar

dos

células

viajeras,

instaladas

en

fibras

distintas.

61

aprendizaje del canto. Hasta 1976 no se

tablecen contacto con las neuronas mo­

cvs y el

identificaron, en mi laboratorio de la

toras hipoglósicas que inervan los mús­

primera vez, a cantar.

Universidad Rockefeller, grupos de cé­

culos de la siringe, órgano que produce

lulas

el sonido

RA,

los jóvenes aprenden, por

En 1976, Arthur P. Arnold (a la sa­

2]. Los nú­

zón en la Universidad Rockefeller) y el

que controlan el canto de los canarios.

cleos cerebrales difieren bastante entre

autor descubrieron que el tamaño del

Estas agrupaciones celulares constitu­

sí; podemos calcular, con precisión, su

cvs y del

yen los núcleos. (Término que no debe

volumen y relacionarlo con el sexo y la

en machos adultos que cantan cancio­

anatómicamente

diferenciadas,

[véase la figura

RA

triplicaba o cuadruplicaba,

confundirse con el núcleo celular, que

edad de cada sujeto, así como con el

nes complejas, el tamaño de esos nú­

encierra el material genético de la cé­

nivel hormonal en sangre y la comple­

cleos en las hembras, que cantan can­

lula.)

jidad de la canción. A pesar de que el

ciones más elementales. Parecía que el

cerebro de un canario joven alcanza el

volumen cerebral dedicado a una ca­

l núcleo mayor, el centro vocal su­

tamaño adulto entre los 15 y 30 días

pacidad específica era notablemente

perior ( cvs), reside en la región

después de la eclosión (lo que coincide

mayor en aquel sexo que destacaba en

frontal del cerebro. Los axones de mu­

aproximadamente con el momento en

dicha habilidad. Este ejemplo de di­

chas células del cvs -largas prolonga­

que se independiza de sus padres), el

morfismo sexual refutó otra creencia arraigada según la cual los cerebros de

E

ciones de las neuronas- se despliegan

cvs y el

hasta otro núcleo frontal, el robustus

ses más, casi hasta el momento en que

los vertebrados no presentaban dife­

archistriatalis

Muchas neuronas

el pájaro alcanza la madurez sexual.

rencias anatómicas importantes entre

poseen, a su vez, axones que es-

Durante ese período de crecimiento del

sexos.

del

RA

( RA) .

RA

siguen creciendo varios me­

rabajos posteriores llevados a cabo

T por Mark Gurney y Masakazu Ko­

nishi, del Instituto de Tecnología de California, mostraron que el dimorfis­ mo sexual de los

RA

surgía, al menos en

parte, de la diferencia en el número de neuronas que encerraban y que estas diferencias se manifestaban ya en fases tempranas del desarrollo; antes incluso

LOBULO FRONTAl

de que empezara el aprendizaje del canto. Estos resultados sugieren un proceso a través del cual la anatomía cerebral limitaría el aprendizaje: cuan­ to mayor fuera el número (y quizá la diversidad) de las neuronas integradas en un circuito nervioso, mayor sería la cantidad de información que éste po­ dría manejar.

A'

PITUITARIA

La relación entre el tamaño de los núcleos que controlan el canto y la des­ treza canora se cumple también en in­ dividuos del mismo sexo. Algunos ca­ narios machos poseen una extraordi­ naria habilidad y han desarrollado un amplio repertorio de sílabas; en estos

SECCION DE A HASTA A'

individuos, los cvs y

RA

suelen ser no­

tables. Otros pájaros de la misma raza,

MUSCULO

sexo y edad, criados en las mismas con­ diciones, producen canciones más sen­ cillas, de un número menor de tipos de sílabas; en estos individuos, los cvs y

RA

suelen alcanzar menores proporciones. A pesar de que uno se siente incli­ nado a inferir que las diferencias ana­ tómicas constituyen la base de las di­ ferencias patentes en la habilidad ca­ nora, hay también canarios con cvs grandes que poseen, sin embargo, un repertorio silábico muy limitado. Una 2.

CEREBRO DE CANARIO, en sección lateral (arriba) y en sección transversal (abajo,

a la derecha); posee

analogía entre el tamaño de los núcleos

varios núcleos, o grupos diferenciados de células, que controlan el aprendizaje del canto. El mayor de estos

de aprendizaje en los canarios y el es­

núcleos se denomina centro vocal superior (cvs). Las señales electroquímicas del cvs se transmiten hacia

pacio disponible en las estanterías de

otras partes del cerebro, a lo largo de los axones, extensas prolongaciones de las neuronas. Muchas neuronas del cvs tienen axones que se extienden hasta células nerviosas de otro núcleo de control del canto, el robustus archistriatalis

(RA).

Los axones de muchas neuronas del RA establecen, a su vez, contactos con las neuronas

motoras del núcleo hipoglótico que inerva los músculos de la siringe, el órgano donde se produce el sonido.

62

7

una biblioteca puede ayudar a entender esta relación. Si una biblioteca ha de alojar muchos volúmenes necesitará

(fJ o UJ

G

MENDIGA COMIDA

�

(fJ o -' UJ o z UJ ::2: ::> -' o >

SUBCANCION

� -------C�A�N�C�IO�N�P�L�AS�T�IC�A�--�> --------�C�A�N�C�IO�N�E�ST�A�B�L�E�--�>� ---�C�A�N�C�IO�N�P�L�A�S�T�IC�A��>� 2

4

3

5

8

9

10

11

14

15

16

17

EDAD (MESES) 3.

DESARROLLO DE LA CANCION en canarios macho; se acompaña de un

estereotipados hasta alcanzar la fase final. La fase de la canción estable dura el

notable incremento en el volumen del cvs (rojo) y el RA (atul). El canto del canario

período de cría, al final del cual el ave torna a la canción plástica. Esta regresión se acompaña de una reducción del volumen del cvs

atraviesa cuatro fases distintas: mendigar comida, subcanción, canción plástica

y

canción estable. El estadio de mendigar comida consiste en gritos agudos

y

y el RA.

El proceso de tran­

sición de la canción plástica a la canción estable y de nuevo a la canción plástica,

estridentes; dura unas cuatro semanas. En la fase de subcanción, el canario

junto con los correspondientes cambios en el volumen de los núcleos, se repite

intenta, por primera vez, cantar; los sonidos producidos son de bajo volumen

anualmente en el pájaro adulto. La verdad es que los volúmenes del cvs

y

y el RA

variables. La canción plástica está más estructurada que la subcanción, sin

en un canario macho adulto, a finales de verano, se parecen al volumen de los

dejar de ser variable. Cuando el pájaro alcanza la madurez sexual, a los siete u

núcleos respectivos de un canario de tres meses. Ahora bien, llegada ya la pri­

ocho meses de edad, la canción plástica adquiere, progresivamente, caracteres

mavera siguiente, los núcleos han recuperado de nuevo su volumen total.

bastantes anaqueles; ahora bien, las es­

importancia del tamaño del cvs y el

RA

con neuronas motoras hipoglóticas que

tanterías de una gran biblioteca no tie­

en la determinación de la destreza en

inervan la siringe. Del cuerpo principal

nen por qué estar completamente lle­

el canto, a partir de los efectos de la

de estas neuronas brotan ciertas rami­

nas. (De hecho, en determinadas con­

testosterona. Es posible, por ejemplo,

ficaciones secundarias, las dendritas;

diciones la llegada de nuevos "libros"

provocar cantos parecidos a los del ma­

como cabía esperar, son más largas en

puede aumentar el "espacio de estan­

cho en una hembra adulta silenciosa

los machos que en las hembras. Sin em­

tería".

Sarah

mediante inyecciones intramusculares

bargo, en las hembras de canario a las

Bottjer de la Universidad de California

de testosterona. Además de activar los

que inyectamos testosterona, las den­

meridional y Arnold, hoy en la de Ca­

circuitos nerviosos existentes, esta hor­

dritas crecieron y se tornaron indistin­

lifornia en Los Angeles, sugieren que

mona dobla el volumen del cvs y el

RA

guibles de las propias de los machos. Al

el acto de aprender a cantar puede, por

en el cerebro de la hembra. De forma

desarrollarse, las dendritas establecían

sí mismo, aumentar el tamaño del cvs.)

similar, en los machos adultos los ni­

también más contactos o sinapsis con

veles de testosterona en sangre son

otras neuronas.

E

Las

observaciones

de

l análisis estadístico de las correla­

muy altos en primavera, cuando su can­

¿Qué sugerían esos cambios anató­

ciones entre la cuantía de reper­

to ha adquirido pautas estereotipadas,

micos? Pues que un aumento en el ni­

torio de sílabas y el tamaño de los cvs

y son más bajos a principos de otoño,

vel hormonal o la adquisición de un

en los canarios machos adultos muestra

cuando su variabilidad semeja la pe­

nuevo comportamiento (como cantar),

que sólo un 20 por ciento de la varia­

culiar de los jóvenes. Al mismo tiem­

o ambas cosas a la vez, intervenían en

bilidad del repertorio puede atribuirse

po, el cvs y el

tienen en primavera

el adulto para reorganizar la distribu­

al tamaño de los cvs. El aprendizaje

un tamaño aproximadamente doble del

ción de conexiones entre las neuronas

del canto en los canarios parece estar

que presentan en otoño.

que controlan el comportamiento. Este

condicionado por otros factores, ade­ más del tamaño del cvs y el

RA.

RA

En 1981, con Timothy DeVoogd,

tipo de modificaciones en los circuitos

Ello no

que trabajaba entonces en la Univer­

nerviosos existentes podrían explicar los notables cambios que se han obser­

contradice las observaciones llevadas a

sidad Rockefeller, estudié el proceso

cabo en mi laboratorio y en otros lu­

por el que la testosterona inducía el

vado en el volumen del

gares, según las cuales el número de

crecimiento del

en aves adultas.

por qué los machos de la experiencia cambiaban su canto en su fase adulta.

RA

RA

y justificar

(reflejado en

(Carecemos de información sobre la

las dimensiones físicas de estos nú­

manera en que esta hormona aumenta

Los machos de otras especies, como el

cleos) incide en la destreza con la que

el volumen del cvs.) Lo dijimos antes,

chingolo piquiblanco y el australiano

las neuronas, más abundantes en el

RA,

aludido, que aprenden su canción antes

mandan largos axones que se conectan

de la madurez sexual, no muestran

neuronas en el cvs y el

RA

cantan los canarios. Se han obtenido otras pruebas de la

8

63

cambios significativos en el volumen

midina radiactiva en machos y hembras

vas generaban señales eléctricas típicas

del

de canarios adultos, diariamente y du­

si las estimulaban otras neuronas. Re­

rante varios días; interrumpimos luego

sultaba, pues, evidente que las nuevas

así como los ope­

las inyecciones y dejamos transcurrir

neuronas se conectaban con la red exis­

rados en el curso del desarrollo, obser­

un mes. Nos sorprendió, al examinar

tente de circuitos nerviosos a medida

vados en canarios machos y los indu­

los cvs de las aves, encontrar que el 1

que se iban incorporando en el cvs

cidos por la testosterona en hembras

por ciento de las neuronas del cvs ha­

adulto.

adultas (en el volumen del cvs y el

RA)

bía quedado marcado por cada día que

Estudios posteriores pusieron de ma­

sugieren que el control del aprendizaje

los pájaros habían recibido las inyec­

nifiesto que, constantemente, se aña­

de canciones no es un proceso simple,

ciones. En otro experimento examina­

den nuevas neuronas al cvs de los ca­

sino que require cambios notables en

mos los cerebros de canarios adultos, al

narios machos y hembras adultos. ¿Por

los circuitos cerebrales. Los cambios

día siguiente de que hubieran recibido

qué, entonces, no crece el cvs en el de­

RA

adulto.

Los cambios estacionales del volu­ men del cvs y el

RA,

estacionales y hormonales registrados

una inyección de timidina radiactiva;

curso de los años? La respuesta obvia

en el tamaño de los núcleos de control

no encontramos neuronas marcadas en

es que las neuronas nuevas sustituyen

del canto eran extraordinarios, para un

el cvs, pero sí hallamos muchas células

a otras viejas, que se eliminan a buen

vertebrado adulto; hasta tal punto, que

marcadas en la llamada zona ventricu­

seguro. Pero también las recientes pue­

mis colaboradores y yo nos vimos obli­

lar, que yace encima del cvs, formando

den ser sustituidas en este proceso de

gados a formular una pregunta atrevi­

la base del ventrículo lateral.

renovación. Mis colaboradores y yo he­

dísima en determinados círculos neu­

Estos resultados sugerían que las

mos encontrado muy pocas neuronas

¿implicaban esos cambios

neuronas nuevas del cvs habían nacido

marcadas en el cvs ocho meses después

siempre al mismo conjunto de neuro­

en el momento del tratamiento con ti­

de la inyección de timidina radiactiva,

nas, es decir, las que estaban presentes

midina y que se habían formado a par­

lo que implica que la mayoría de estas

en el cerebro después de la madurez se­

tir de células originadas fuera del cvs,

células tiene una vida media no supe­

xual?

en la zona ventricular. Parecía que las

rior a ocho meses. Los cambios en la

células de la zona ventricular se habían

tasa con la que se generan neuronas

rológicos:

E

xiste un modo sencillo para deter­

dividido en células hijas que habían

nuevas y mueren las viejas podrían

minar cuándo nacen células nue­

emigrado hacia el cvs; aquí, transcu­

contribuir a los cambios estacioQales en

vas. El ADN, la sustancia de la que es­

rridos 20 o 30 días, se convertían en

el volumen de los núcleos de aprendi­

tán hechos los genes,

neuronas. Es habitual que las neuronas

zaje del canto mencionados antes: el

se encuentra

esencialmente en el núcleo celular; la

aparezcan en la zona ventricular duran­

número de neuronas del cvs disminuye

célula que está a punto de dividirse sin­

te el desarrollo, en las aves

en un 38 por ciento al final de la esta­

tetiza nuevo ADN. En consecuencia, si

más vertebrados; por tanto, la neuro­

ción de cría, para recuperarse del todo

uno inyecta en un animal una forma ra­

génesis que se produce en el adulto vie­

en la primavera siguiente.

y en los de­

diactiva de timidina, un precursor del

ne a ser la permanencia (un rasgo ca­

ADN, la timidina queda secuestrada en

racterístico) del desarrollo.

E

l reto inmediato con el que se en­

el interior de los núcleos de las células

Las neuronas que se desarrollan de

que están a punto de dividirse. Cuando

las células de la zona ventricular no se

en averiguar qué neuronas se eliminan

una célula marcada con timidina se di­

distinguen, por su morfología, de otras

y por qué. A pesar de que la neuro­

vide,

la mitad del ADN radiactivo

neuronas normales del canario adulto.

génesis y la sustitución de neuronas se

se encontrará en el núcleo de cada

Con Gail D. Burd demostré que las

descubriera en una parte del cerebro

una de las células hijas, marcándolas

neuronas nuevas del cvs establecían

adulto del canario, implicada en el con­

también.

contactos sinápticos. John A. Paton y

trol del canto, no resulta claro, en

el autor mostraron que las células nue-

modo alguno, cuál es el papel que de-

Con Steven A. Goldman inyecté ti-

CANCION ESTABLE

CANCION PLASTICA

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