Las cinco fases del cerebro: no es tan sencillo

Los científicos han descubierto que el cerebro humano no cambia de manera uniforme y gradual, sino que atraviesa cinco etapas bien diferenciadas, separadas por unos «puntos de inflexión» particulares. Para ello estudiaron imágenes cerebrales de más de cuatro mil personas, desde bebés hasta personas de noventa años despiertas, y encontraron reorganizaciones clave en torno a los 9, 32, 66 y 83 años. Estas conclusiones, publicadas en la revista Nature Communications, permiten mirar de otra manera cómo se «reconfigura» el cerebro a lo largo de toda la vida. Por cierto, resulta que la «adolescencia estructural» tampoco termina a los 18: se deja notar hasta los 32 años.

Anteriormente, otros científicos ya sabían que la estructura y el funcionamiento del cerebro cambian con la edad. Pero, por lo general, estudiaban a niños pequeños o a personas mayores, y rara vez intentaban abarcar la vida entera. Además, solían buscar líneas suaves: el cerebro crece, alcanza su punto máximo y luego decae. El nuevo equipo de investigadores empezó a dudar: ¿y si el proceso es más complicado? Por eso decidió seguir los cambios cerebrales en todas las etapas y trazar un mapa del desarrollo «normal».

«El cerebro está entretejiendo sus conexiones constantemente —explica la autora del trabajo, Alexa Mousley, investigadora de la Universidad de Cambridge—. Hasta ahora entendíamos poco los patrones generales de esos entramados. Y es muy importante: de cómo está configurado el cableado cerebral dependen el desarrollo, la psique e incluso las enfermedades neurológicas. Por eso, si sabemos qué ocurre ahí y cuándo, podemos entender cuándo se le da mejor algo al cerebro y cuándo es especialmente vulnerable. Por ejemplo, dos tercios de todos los trastornos psicológicos aparecen antes de los 25 años».

Para el algoritmo, los científicos reunieron datos de nueve estudios de resonancia magnética, con un total de 4216 participantes de entre 0 y 90 años. Para establecer el patrón de desarrollo utilizaron 3802 imágenes de personas sanas. Se centraron especialmente en un método que sigue el movimiento del agua por el «cableado» del cerebro, la sustancia blanca, que conecta distintas regiones.

Aquí resultó útil la teoría de grafos. Analizaron el cerebro mediante 12 características matemáticas: la rapidez y facilidad con que circulan las señales, cuánto se divide el cerebro en zonas separadas (módulos) y cómo se conectan esas zonas entre sí y con las demás. Para condensar los datos multidimensionales en una imagen comprensible, utilizaron aprendizaje automático, concretamente el método UMAP, que permite «proyectar» datos complejos sobre un par de ejes para detectar patrones destacados y puntos de cambio.

Así nació un algoritmo que detecta los «puntos de inflexión». Cada punto es una edad en la que el cerebro pasa claramente de una fase de desarrollo a otra. Encontraron cuatro: alrededor de los 9, 32, 66 y 83 años. Esas son las fronteras entre las cinco etapas.

Desde el nacimiento hasta los 9 años: rápida construcción de redes neuronales, proliferación y poda de conexiones, descenso de la eficiencia topológica, pero refuerzo de los «compartimentos» locales (sinapsis). El punto de inflexión de los 9 años coincide con el inicio de la pubertad y el aumento de las capacidades intelectuales.

De los 9 a los 32 años: una adolescencia prolongada desde el punto de vista de la estructura cerebral; todo avanza hacia una mayor conectividad y una transmisión más eficiente de las señales. Aquí aparece el «mundo pequeño», un fenómeno en el que distintas regiones se comunican estrechamente y, en conjunto, el cerebro se vuelve más eficiente. El gran cambio llega a los 32 años: se detiene el aumento de la eficiencia y empieza una nueva etapa.

De los 32 a los 66 años: adultez y estabilidad; la integración del sistema alcanza una meseta y aumenta la separación entre distintas zonas («segregación»). Esto concuerda con que, por término medio, el carácter y la capacidad de pensar con rapidez se estabilizan en la mediana edad.

De los 66 a los 83 años: envejecimiento temprano. Disminuye la integridad de las conexiones, la estructura cerebral se simplifica, a menudo en relación con el deterioro de la sustancia blanca. El punto de inflexión coincide con la edad a la que muchas personas empiezan a desarrollar enfermedades y empeora la salud cognitiva.

Después de los 83 años llega la fase de envejecimiento tardío: las conexiones se debilitan aún más y los nodos individuales cobran más importancia que la red en su conjunto. Eso sí, hay menos datos del grupo de mayor edad, por lo que los resultados podrían ser menos fiables.

Curiosamente, los puntos de inflexión encontrados coinciden con hitos biológicos y sociales importantes: los 9 años, el inicio de la pubertad y una edad de vulnerabilidad psicológica; los 32, el máximo de algunas capacidades físicas y el cese del crecimiento de la sustancia blanca; los 66, la edad de jubilación en muchos países y un mayor riesgo de deterioro de las funciones mentales.

El estudio demuestra que «el cerebro se desarrolla a saltos y en zigzag, no siempre de la misma manera», explica Mousley.

Por supuesto, el estudio también tiene limitaciones: examinó a personas de distintas edades, pero no siguió año a año a una misma persona. Por tanto, cada caso puede ser distinto. Los autores subrayan además que estudiaron únicamente la estructura, el «hardware», no la conducta ni el pensamiento. Así que, si el cerebro de una persona de treinta años parece «adolescente», eso no significa que se comporte igual. Simplemente, sus redes neuronales siguen ajustándose para aumentar su eficiencia.

En el futuro, estos métodos podrían mostrar cómo cambian los cerebros de personas con enfermedades mentales o neurológicas y revelar nuevos mecanismos de su aparición. El artículo está firmado por Alexa Mousley, Richard A. I. Bethlehem, Fang-Chen Yeh y Duncan Astle.