Vivir en entornos ricos en estímulos aumenta la plasticidad del cerebro

Source: The Conversation – (in Spanish) – By Federico Miozzo, Investigador postdoctoral en neurociencias, Universidad Miguel Hernández

Desde hace décadas, sabemos que crecer en un entorno rico en estímulos sensoriales, sociales y físicos favorece el desarrollo cognitivo y la capacidad de aprendizaje. Aunque estos beneficios son especialmente importantes durante la infancia y la adolescencia, no se limitan a las primeras etapas de la vida. También en la vejez, un entorno estimulante contribuye a retrasar el deterioro cognitivo y a mantener la mente activa.

A pesar de esta evidencia conductual, todavía conocemos muy poco sobre los mecanismos neuronales y moleculares subyacentes. ¿Cómo convierte el cerebro la experiencia ambiental en cambios duraderos en las habilidades de aprendizaje y en la memoria?

Desde el Instituto de Neurociencias, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche, hemos publicado recientemente en Nature Communications un estudio hecho en ratones que aporta nuevas claves fundamentales sobre este proceso.

En concreto, muestra que el impacto del entorno no es igual en todas las poblaciones neuronales del cerebro. Además, identifica uno de sus componentes, el complejo proteico AP-1, como un mediador central entre el ambiente y la cognición.

Tres entornos, tres cerebros distintos

Para estudiar cómo el entorno modula la cognición, nuestro equipo, liderado por el doctor Ángel Barco, crió ratones hembra jóvenes durante tres meses en tres condiciones ambientales bien definidas.

El primer grupo vivió en un entorno enriquecido. Los animales compartían grandes cajas que facilitaban la exploración e interactuaban en grupos de 15 a 20 individuos. Además, disponían de ruedas para hacer ejercicio y de juguetes que se cambiaban regularmente para mantener la novedad. Un segundo grupo vivió en un entorno estándar, en grupos pequeños de 4-5 ratones, con material básico para la nidificación como único recurso. El tercer grupo fue criado en un entorno empobrecido, caracterizado por el aislamiento social y la ausencia total de estímulos.

Tras este periodo, los animales fueron sometidos a pruebas de aprendizaje y memoria. Los ratones del entorno enriquecido mostraron un rendimiento cognitivo claramente superior. Esta mejora se observó, por ejemplo, en el test de condicionamiento del miedo, una versión en roedores del clásico condicionamiento de Pavlov.

En cambio, los ratones criados en condiciones empobrecidas presentaron dificultades de memoria. Los déficits de detectaron en pruebas de reconocimiento de objetos, que evalúan la capacidad del animal para distinguir entre un objeto previamente explorado y uno nuevo.

Desentrañar la complejidad celular del cerebro

Comprender qué ocurre a nivel molecular en el cerebro es especialmente complejo, porque hay decenas de tipos neuronales y no neuronales que conviven e interactúan. Los análisis globales tienden a mezclar señales de distintas células, dificultando la interpretación de los resultados. Para superar esta limitación, decidimos centrar nuestro estudio en dos poblaciones neuronales del hipocampo esenciales para la memoria: las neuronas piramidales y las neuronas granulares.

Por un lado, separamos cuidadosamente subregiones específicas del hipocampo mediante una disección fina. Por otro, aplicamos una técnica genética para marcar con fluorescencia las neuronas de interés. La combinación de ambos métodos nos permitió aislar las neuronas piramidales y granulares de manera muy precisa. Así, pudimos aplicar técnicas avanzadas de genómica para ver cómo se activan o apagan los genes en cada tipo de neurona.

Uno de los hallazgos más llamativos del estudio fue que los distintos entornos no actuaban de la misma manera en ambas poblaciones neuronales. El entorno enriquecido produjo cambios moleculares más pronunciados en las neuronas granulares, mientras que el entorno empobrecido afectó más a las neuronas piramidales.

AP-1 como pieza clave de la plasticidad inducida por el entorno

Además, los autores identificamos un patrón molecular que conectaba estos cambios en las neuronas con el comportamiento: las dos condiciones ambientales inducían efectos opuestos sobre el complejo proteico AP-1, encargado de regular genes claves para la plasticidad sináptica, es decir, la capacidad de las neuronas de modificar sus conexiones en respuesta a la experiencia. Mientras que el entorno enriquecido activaba AP-1, el entorno empobrecido lo reprimía. Esta correlación estrecha entre la actividad de AP-1 y el rendimiento cognitivo sugería que el complejo actúa como traductor molecular de la experiencia ambiental.

A continuación, nos propusimos comprobar si AP-1 era necesario para los cambios en la memoria inducidos por el entorno. Para ello, inactivamos el gen Fos, que codifica una subunidad esencial del complejo AP-1. Al hacerlo, los beneficios cognitivos del entorno enriquecido se atenuaron significativamente. Este experimento demostró que, sin la activación de AP-1, incluso un entorno rico en estímulos pierde gran parte de su capacidad para potenciar la cognición.

AP-1 funciona, así, como un traductor molecular clave de los efectos del entorno en el cerebro. Activa genes que modifican las sinapsis y remodelan los circuitos, procesos fundamentales para el aprendizaje y la memoria.

Convertir la experiencia en una herramienta clínica

Estos resultados refuerzan la idea de que la estimulación física, social e intelectual durante la infancia y la adolescencia es crucial para el desarrollo cognitivo. Más allá de confirmar una intuición ampliamente aceptada, este estudio identifica un mecanismo molecular concreto que conecta el entorno con la plasticidad cerebral.

Reconocer a AP-1 como un regulador central de este proceso abre la puerta a terapias que imiten o potencien los beneficios de un entorno enriquecido. Modular farmacológicamente esta vía de señalización tiene el potencial de abrir nuevas oportunidades terapéuticas en el futuro. Su aplicación podría ayudar a tratar trastornos de desarrollo del cerebro, la pérdida de memoria relacionada con la edad o situaciones con acceso limitado a entornos estimulantes.

Comprender cómo el entorno “habla” con nuestros genes es un paso esencial para para mejorar la salud del cerebro.

Federico Miozzo no recibe salario, ni ejerce labores de consultoría, ni posee acciones, ni recibe financiación de ninguna compañía u organización que pueda obtener beneficio de este artículo, y ha declarado carecer de vínculos relevantes más allá del cargo académico citado.

– ref. Vivir en entornos ricos en estímulos aumenta la plasticidad del cerebro – https://theconversation.com/vivir-en-entornos-ricos-en-estimulos-aumenta-la-plasticidad-del-cerebro-273142