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Cómo las condiciones ambientales extremas afectan el cerebro humano

Los investigadores encontraron cambios en la circunvolución dentada, un área del hipocampo responsable del pensamiento espacial y la memoria.

La Estación Neumeyer III del Instituto Alfred Wegener en la Antártida.

La Estación Neumeyer III del Instituto Alfred Wegener en la Antártida. / Foto: Stahn / Charité

EurekAlert | CHARITÉ - UNIVERSITÄTSMEDIZIN BERLIN

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Los miembros de una expedición de investigación polar han brindado a los investigadores de Charité - Universitätsmedizin Berlin y del Instituto Max Planck para el Desarrollo Humano la oportunidad de estudiar los efectos del aislamiento social y las condiciones ambientales extremas en el cerebro humano. Los investigadores encontraron cambios en la circunvolución dentada, un área del hipocampo responsable del pensamiento espacial y la memoria. Los resultados de su estudio se han publicado en el New England Journal of Medicine*.

Partir en una expedición antártica a Neumayer-Station III, una estación de investigación antártica alemana dirigida por el Instituto Alfred Wegener, Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina (AWI), significa tener que enfrentar temperaturas tan bajas como -50 grados Celsius (-58 grados Fahrenheit) y casi completa oscuridad durante los meses de invierno. La vida en la estación de investigación ofrece poco espacio de privacidad o personal. El contacto con el mundo exterior es mínimo, y acortar la estadía no es una opción, al menos no durante los largos meses de invierno. La evacuación de emergencia y las entregas de alimentos y equipos solo son posibles durante el verano relativamente corto.

"Este escenario nos ofrece la oportunidad de estudiar las formas en que la exposición a condiciones extremas afecta el cerebro humano", dice el Dr. Alexander Stahn, líder del estudio del Instituto de Fisiología de Charité y profesor asistente en la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania. Trabajando junto a la Prof. Dra. Simone Kühn (Líder del Grupo Lise Meitner para Neurociencia Ambiental en el Instituto Max Planck para el Desarrollo Humano), y con el apoyo de AWI, el Dr. Stahn se propuso determinar si una expedición antártica produce o no cambios a la estructura y función del cerebro humano.

Cinco hombres y cuatro mujeres se ofrecieron como voluntarios para participar en el estudio. Pasaron un total de 14 meses en la estación de investigación antártica, nueve de los cuales pasaron aislados del mundo exterior. Antes, durante y después de su misión, los participantes completaron un conjunto de pruebas cognitivas basadas en computadora. Estos incluyeron evaluaciones de concentración, memoria, tiempo de reacción cognitiva y pensamiento espacial. Se realizaron análisis de sangre periódicos para medir los niveles de un factor de crecimiento específico conocido como factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), una proteína responsable de promover el crecimiento de las células nerviosas y las sinapsis en el cerebro.

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Los investigadores utilizaron imágenes de resonancia magnética para determinar la estructura del cerebro en cada uno de los participantes antes y después de su misión. Lo hicieron para registrar los cambios en el volumen cerebral, prestando especial atención al hipocampo, una estructura ubicada en el interior del cerebro. "Para esto, utilizamos una metodología de alta resolución que permite tomar medidas precisas de áreas individuales del hipocampo", dice el profesor Kühn. Un grupo de nueve participantes de control se sometió a pruebas idénticas.

Las mediciones tomadas después del final de la exposición revelaron que la circunvolución dentada, un área del hipocampo con un papel importante en el pensamiento espacial y la formación de la memoria, era más pequeña en los miembros del equipo de expedición que en los controles. Estos cambios también se asociaron con una disminución en los niveles de BDNF. Después de solo tres meses en la Antártida, los niveles del factor de crecimiento habían disminuido a niveles inferiores a los registrados antes del inicio de la expedición y no habían vuelto a la normalidad un mes y medio después de la expedición.

Las pruebas de cognición mostraron efectos tanto en las habilidades espaciales como en la llamada atención selectiva, que es necesaria para ignorar la información irrelevante. Las pruebas repetidas normalmente se asocian con mejoras en los resultados de las pruebas. Sin embargo, este efecto de aprendizaje se redujo en los participantes cuya circunvolución dentada había disminuido en volumen, la reducción proporcional a la extensión del volumen perdido.

"Dado el pequeño número de participantes, los resultados de nuestro estudio deben considerarse con precaución", explica el Dr. Stahn, y agrega: "Sin embargo, proporcionan información importante, a saber, y esto está respaldado por los hallazgos iniciales en ratones, que condiciones ambientales extremas pueden tener un efecto adverso en el cerebro y, en particular, la producción de nuevas células nerviosas en el giro dentado del hipocampo ". Como siguiente paso, los investigadores planean estudiar si el ejercicio físico podría contrarrestar los cambios observados en el cerebro.

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