Cartografían cómo el cerebelo construye sus conexiones con el resto del cerebro durante el desarrollo temprano

Un equipo de investigadores del Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH), ha reconstruido por primera vez cómo el cerebelo establece sus conexiones con el resto del cerebro durante las etapas más tempranas de la vida. El trabajo, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), describe con detalle las fases en las que estas conexiones nerviosas emergen, se expanden y se refinan, ofreciendo la primera cartografía exhaustiva del desarrollo de las proyecciones cerebelosas en el cerebro completo de ratón.

Aunque el cerebelo se asocia tradicionalmente al control del movimiento, cada vez existe más evidencia de que participa también en procesos relacionados con la regulación emocional, comportamiento social y otras capacidades cognitivas. Sin embargo, hasta ahora no se conocía con precisión cuándo empezaba a interactuar con otras regiones del cerebro, una comunicación fundamental para estas funciones cerebelosas. Esta laguna es la que ha motivado el trabajo del grupo Desarrollo, Conectividad y Función de los Circuitos del Cerebelo, dirigido por Juan Antonio Moreno Bravo en el IN.

Tres etapas clave

El equipo ha demostrado que las vías que conectan el cerebelo con otras áreas del cerebro se desarrollan siguiendo un patrón altamente organizado: “Hemos podido observar que las proyecciones cerebelosas comienzan a formarse muy temprano, ya en el embrión, cuando los primeros axones empiezan a conectar con sus regiones objetivo”, explica Moreno Bravo. A continuación, estas conexiones se expanden de manera rápida y masiva, acompañando el intenso crecimiento del cerebro en esas primeras etapas.

Por último, durante las primeras semanas postnatales, los circuitos atraviesan un periodo de refinamiento, en el que se consolidan las conexiones definitivas. “Esta secuencia escalonada nos ha permitido identificar con precisión los momentos en los que el cerebelo podría empezar a influir en otras regiones del cerebro, aun cuando se encuentra en una fase inmadura de su desarrollo. Estos periodos tempranos constituyen ventanas muy relevantes para entender cómo el cerebro establece su arquitectura interna”, destaca el investigador.

Este trabajo ha sido posible gracias a una combinación de herramientas genéticas de última generación y técnicas de imagen tridimensional aplicadas al cerebro completo. Mediante el uso de marcadores fluorescentes específicos, los investigadores pudieron etiquetar las diversas neuronas de los núcleos cerebelosos profundos, que son la principal vía de salida de información del cerebelo. Posteriormente, emplearon métodos avanzados de aclaramiento tisular y microscopía para visualizar los axones en tres dimensiones y seguir su recorrido desde su origen hasta sus regiones de destino.

“Visualizar estas proyecciones en 3D, ver cómo surgen en el embrión y cómo se extienden a través del cerebro, ha sido realmente fascinante”, afirma Raquel Murcia Ramón, primera autora del estudio. “Muchas de estas conexiones no se habían visto nunca con esta precisión, y poder observar su evolución en tiempo real nos ha permitido reconstruir una historia completa del desarrollo de estos circuitos”, apunta la investigadora.

Más allá de la cartografía detallada, los resultados apuntan a una idea más amplia: el cerebelo podría desempeñar un papel más temprano e influyente de lo que se creía en la organización del cerebro en desarrollo. “Tradicionalmente se ha considerado que el cerebelo madura tarde y que su participación en funciones complejas aparece de forma progresiva y tardía. Nuestro trabajo sugiere lo contrario: el cerebelo empieza a construir su red muy pronto y podría estar contribuyendo activamente a la formación de circuitos en otras regiones del cerebro desde fases iniciales”, explica Moreno Bravo. Esta perspectiva, sostiene el investigador, “puede ayudarnos a replantear el papel del cerebelo en el desarrollo, no como un mero modulador tardío del movimiento, sino como un nodo temprano que contribuye a la construcción de redes cerebrales más amplias”.

El mapa generado por el equipo del IN CSIC-UMH constituye una herramienta de referencia para comprender cómo se estructura la conectividad cerebelosa desde el inicio de la vida. Además, proporciona un marco temporal detallado para investigar cómo las experiencias tempranas, los factores genéticos o las condiciones ambientales alteran el cerebelo en desarrollo y, en consecuencia,  a las redes neuronales con las que se conecta. “Este trabajo sienta las bases para explorar no solo cómo el cerebelo contribuye al desarrollo cerebral normal, sino también a posibles alteraciones patológicas de origen cerebeloso, como algunas relacionadas con trastornos del neurodesarrollo”, coinciden los investigadores.

Este estudio ha sido posible gracias a la financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea, la Agencia Estatal de Investigación (AEI) - Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades y el Programa Severo Ochoa para Centros de Excelencia.