Traducido por el equipo de SOTT.net en español

Los científicos aún no han respondido a la vieja pregunta de si el sonido moldea la mente de los fetos en el vientre materno, y las futuras madres se preguntan a menudo sobre los beneficios de actividades como tocar música durante el embarazo. Ahora, en experimentos con ratones recién nacidos, científicos del Johns Hopkins informan de que los sonidos parecen cambiar los patrones de "cableado" en áreas del cerebro que procesan el sonido antes de lo que los científicos suponían e incluso antes de que se abra el canal auditivo.
soundwave ear
© Getty Images
Los experimentos actuales se realizan con ratones recién nacidos, cuyos conductos auditivos se abren 11 días después del nacimiento. En los fetos humanos, el conducto auditivo se abre antes de nacer, a las 20 semanas de gestación.

Los hallazgos, publicados en línea el 12 de febrero en Science Advances, podrían ayudar a los científicos a identificar formas de detectar e intervenir en el cableado anormal del cerebro que puede causar problemas de audición u otros problemas sensoriales.

"Como científicos, buscamos respuestas a preguntas básicas sobre cómo nos convertimos en lo que somos", dice el doctor Patrick Kanold, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad y Facultad de Medicina Johns Hopkins. "En concreto, estoy estudiando cómo nos moldea nuestro entorno sensorial y en qué momento del desarrollo fetal empieza a suceder esto".

Kanold comenzó su carrera en ingeniería eléctrica, trabajando con microprocesadores, un cauce natural para su cambio a la ciencia y el estudio de los circuitos del cerebro.

Su investigación se centra en la parte más externa del cerebro, el córtex, responsable de muchas funciones, incluida la percepción sensorial. Por debajo del córtex se encuentra la sustancia blanca del cerebro que, en los adultos, contiene las conexiones entre las neuronas.

En el desarrollo, la sustancia blanca también contiene las llamadas neuronas subplacas, algunas de las primeras en desarrollarse en el cerebro, en torno a las 12 semanas de gestación en el caso de los humanos y la segunda semana embrionaria en los ratones.

Se atribuye al anatomista Mark Molliver, de Johns Hopkins University, la descripción de algunas de las primeras conexiones entre neuronas formadas en la materia blanca, y acuñó el término neuronas subplacas en 1973.

Estas neuronas primordiales de la subplaca acaban muriendo durante el desarrollo en los mamíferos, incluidos los ratones. En los humanos, esto ocurre poco antes del nacimiento y durante los primeros meses de vida. Pero antes de morir, establecen conexiones entre una puerta clave del cerebro para toda la información sensorial, el tálamo, y las capas medias del córtex.

"El tálamo es el intermediario de la información desde los ojos, los oídos y la piel hasta el córtex", dice Kanold. "Cuando algo va mal en el tálamo o en sus conexiones con el córtex, se producen problemas de neurodesarrollo". En los adultos, las neuronas del tálamo se extienden y proyectan largas estructuras en forma de brazo llamadas axones hacia las capas medias del córtex, pero en el desarrollo fetal, las neuronas de la subplaca se sitúan entre el tálamo y el córtex, actuando como un puente. En el extremo de los axones hay un nexo de comunicación entre las neuronas llamado sinapsis.

Trabajando en hurones y ratones, Kanold mapeó previamente los circuitos de las neuronas de la subplaca. Kanold también descubrió previamente que las neuronas de la subplaca pueden recibir señales eléctricas relacionadas con el sonido antes que cualquier otra neurona cortical.

La investigación actual, que Kanold comenzó en su anterior puesto en la University of Maryland, aborda dos cuestiones, dice: Cuando las señales sonoras llegan a las neuronas de la subplaca, ¿ocurre algo, y puede un cambio en las señales sonoras modificar los circuitos cerebrales a estas edades tan tempranas?

En primer lugar, los científicos utilizaron ratones modificados genéticamente que carecen de una proteína en las células ciliadas del oído interno. Esta proteína es esencial para transformar el sonido en un pulso eléctrico que llega al cerebro; desde allí se traduce en nuestra percepción del sonido. Sin la proteína, el cerebro no recibe la señal.

En los ratones sordos de una semana, los investigadores observaron entre un 25% y un 30% más de conexiones entre las neuronas de la subplaca y otras neuronas del córtex, en comparación con los ratones de una semana con audición normal y criados en un entorno normal. Esto sugiere que los sonidos pueden cambiar los circuitos cerebrales a una edad muy temprana, dice Kanold.

Además, según los investigadores, estos cambios en las conexiones neuronales se producían aproximadamente una semana antes de lo que se suele observar. Los científicos habían supuesto que la experiencia sensorial sólo puede alterar los circuitos corticales después de que las neuronas del tálamo lleguen a las capas medias del córtex y las activen, lo que en los ratones ocurre alrededor del momento en que se abren sus canales auditivos (a los 11 días aproximadamente).

"Cuando se priva a las neuronas de una entrada, como el sonido, las neuronas salen a buscar otras neuronas, posiblemente para compensar la falta de sonido", dice Kanold. "Esto ocurre una semana antes de lo que pensábamos, y nos dice que la falta de sonido probablemente reorganiza las conexiones en la corteza inmadura".

Del mismo modo que la falta de sonido influye en las conexiones cerebrales, los científicos pensaron que era posible que los sonidos adicionales influyeran también en las primeras conexiones neuronales de los ratones con audición normal.

Para comprobarlo, los científicos colocaron a crías de ratón de dos días con audición normal en un recinto silencioso con un altavoz que emitía un pitido o en un recinto silencioso sin altavoz. Los científicos descubrieron que las crías de ratón en el recinto silencioso sin el pitido tenían conexiones más fuertes entre las neuronas de la subplaca y las corticales que en el recinto con el pitido. Sin embargo, la diferencia entre los ratones alojados en los recintos con pitidos y los silenciosos no era tan grande como entre los ratones sordos y los criados en un entorno sonoro normal.

Estos ratones también presentaban una mayor diversidad entre los tipos de circuitos neuronales que se desarrollaban entre las neuronas de la subplaca y las corticales, en comparación con las crías de ratón con audición normal criadas en un recinto silencioso sin sonido. Los ratones con audición normal criados en un recinto silencioso también tenían una conectividad neuronal en las regiones de la subplaca y el córtex similar a la de los ratones sordos creados genéticamente.

"En estos ratones vemos que la diferencia en la experiencia sonora temprana deja un rastro en el cerebro, y esta exposición al sonido puede ser importante para el neurodesarrollo", dice Kanold.

El equipo de investigación está planeando estudios adicionales para determinar cómo la exposición temprana al sonido influye en el cerebro más adelante en el desarrollo. En última instancia, esperan entender cómo la exposición al sonido en el útero puede ser importante en el desarrollo humano y cómo tener en cuenta estos cambios en el circuito al colocar implantes cocleares en niños que nacen sordos. También tienen previsto estudiar las firmas cerebrales de los bebés prematuros y desarrollar biomarcadores para los problemas relacionados con el mal cableado de las neuronas de la subplaca.

La investigación fue financiada por el National Institutes of Health's National Institute on Deafness and other Hearing Disorders (R01DC009607) y el National Institute of General Medical Sciences (R01GM056481).