El equipo, liderado por la Universidad de California, Santa Cruz, ha realizado el estudio con modelos en miniatura de tejido cerebral humano (organoides) y los resultados se han publicado en Nature Neuroscience.

«Estas células claramente interactúan entre sí y forman circuitos que se autoensamblan antes de que podamos experimentar algo del mundo exterior», asegura Tal Sharf, investigador en la Escuela de Ingeniería Baskin y autor principal del estudio.

«Hay un sistema operativo que emerge en un estado primordial. En mi laboratorio, cultivamos organoides cerebrales para observar esta versión primordial del sistema operativo del cerebro y estudiar cómo el cerebro se construye a sí mismo antes de ser moldeado por la experiencia sensorial«, explica el ingeniero.

Mejorar nuestra comprensión fundamental del desarrollo del cerebro humano, puede ayudar a los científicos a comprender mejor los trastornos del neurodesarrollo y señalar el impacto de las toxinas como los pesticidas y los microplásticos en el cerebro en desarrollo.

El cerebro en desarrollo

El cerebro, similar a un ordenador, funciona con señales eléctricas: el disparo de las neuronas. Cuándo comienzan a dispararse estas señales y cómo se desarrolla el cerebro humano son un desafío para la ciencia, ya que el desarrollo temprano del cerebro humano sucede durante la gestación.

Los organoides -modelos 3D de tejido cultivados a partir de células madre humanas en el laboratorio- son particularmente útiles para estudiar el desarrollo del cerebro y pueden cultivarse en grandes cantidades.

Para este estudio, el equipo indujo a las células madre a formar tejido cerebral y luego midió la actividad eléctrica utilizando microchips especializados, similares a los que hacen funcionar una computadora.

El equipo observó la actividad eléctrica del tejido cerebral a medida que se formaba -a partir de células madre– en un tejido que puede traducir los sentidos y producir lenguaje y pensamiento consciente.

Descubrieron que en los primeros meses de desarrollo, mucho antes de que el cerebro humano sea capaz de recibir y procesar información sensorial externa compleja como la visión y la audición, sus células comenzaban espontáneamente a emitir señales eléctricas características de los patrones que subyacen a la traducción de los sentidos.

Tras décadas de investigación en neurociencia, los científicos han descubierto que las neuronas se activan en patrones que no son solo aleatorios.

El cerebro tiene un «modo predeterminado«, una estructura subyacente básica para la activación de neuronas que luego se vuelve más específica a medida que el cerebro procesa señales sensoriales como un olor o un sabor. Este modo de fondo delimita el posible rango de respuestas sensoriales que el cuerpo y el cerebro pueden producir.

Sistemas autoorganizados

En sus observaciones en los modelos de organoides, Sharf y sus colegas encontraron que estos patrones más tempranos observables tienen una similitud sorprendente con el modo predeterminado del cerebro.

Incluso sin haber recibido ninguna entrada sensorial, están disparando un repertorio complejo de patrones basados en el tiempo, o secuencias, que tienen el potencial de ser refinados para sentidos específicos, lo que sugiere un plan genético codificado inherente a la arquitectura neural del cerebro vivo.

«Estos sistemas intrínsecamente autoorganizados podrían servir como base para construir una representación del mundo que nos rodea», sugiere Sharf.

«El hecho de que podamos verlos en estas etapas tempranas sugiere que la evolución ha encontrado una manera de que el sistema nervioso central pueda construir un mapa que nos permita navegar y interactuar con el mundo», apunta.

Saber que estos organoides producen la estructura básica del cerebro vivo abre un rango de posibilidades para una mejor comprensión del neurodesarrollo humano, la enfermedad y los efectos de las toxinas en el cerebro, destaca el estudio.