Durante muchas décadas, los neurocientíficos creyeron que había un « período crítico » en el que el cerebro podía aprender a dar sentido a la información visual, y que esta ventana se cerraba alrededor de los 6 o 7 años.

Un trabajo reciente del profesor del MIT Pawan Sinha ha demostrado que la imagen tiene más matices que eso. En muchos estudios de niños en India que se sometieron a cirugía para extirpar cataratas congénitas mayores de 7 años, descubrió que los niños mayores pueden aprender tareas visuales como reconocer rostros, distinguir objetos de un fondo y discernir movimientos.

En un nuevo estudio, Sinha y sus colegas ahora han descubierto cambios anatómicos que ocurren en los cerebros de estos pacientes después de que se recupera la vista. Estos cambios, vistos en la estructura y organización de la materia blanca del cerebro, parecen ser la base de algunas de las mejoras visuales que los investigadores también observaron en estos pacientes.

Los hallazgos respaldan aún más la idea de que la ventana de plasticidad cerebral, al menos para algunas tareas visuales, se extiende mucho más allá de lo que se pensaba anteriormente.

« Dado el notable nivel de remodelación de la estructura cerebral que estamos viendo, refuerza el punto que hemos estado tratando de hacer con nuestros resultados conductuales, que todos los niños deben recibir tratamiento », dice Pawan Sinha, profesor de cerebro del MIT. y ciencias cognitivas y uno de los autores del estudio.

Bas Rokers, profesor asociado y director del Centro de Neuroimagen de la Universidad de Nueva York en Abu Dhabi, es el autor principal del estudio, que aparece esta semana en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias. Los autores principales del artículo son Caterina Pedersini, posdoctorado en la Universidad de Nueva York en Abu Dhabi; Nathaniel Miller, quien estudia medicina en la Facultad de Medicina de la Universidad de Minnesota; y Tapan Gandhi, ex postdoctorado en Sinha Lab que ahora es profesor asociado en el Instituto Indio de Tecnología. Sharon Gilad-Gutnick, científica investigadora del MIT, y Vidur Mahajan, director del Centro de Investigación Avanzada en Imágenes, Neurociencia y Genómica, también son autores del artículo.

plasticidad de la sustancia blanca

En países desarrollados como los Estados Unidos, los bebés que nacen con cataratas reciben tratamiento a las pocas semanas de nacer. Sin embargo, en países en desarrollo como la India, un mayor porcentaje de estos casos no se tratan.

Hace casi 20 años, Sinha lanzó una iniciativa llamada Proyecto Prakash, con la misión de ofrecer tratamiento médico a niños ciegos y con problemas de visión en la India. Cada año, el proyecto evalúa a miles de niños, muchos de los cuales reciben anteojos o intervenciones más avanzadas, como la extracción quirúrgica de cataratas. Algunos de estos niños, con el permiso de sus familias, también participan en estudios sobre cómo responde el sistema visual del cerebro después de recuperar la vista.

En el nuevo estudio, los investigadores querían explorar si podían detectar cambios anatómicos en el cerebro que pudieran correlacionarse con los cambios de comportamiento que habían visto previamente en niños que recibieron tratamiento. Escanearon a 19 participantes, con edades comprendidas entre los 7 y los 17 años, en varios momentos después de someterse a una cirugía para extirpar las cataratas congénitas.

Para analizar los cambios anatómicos en el cerebro, los investigadores utilizaron un tipo especializado de imágenes de resonancia magnética llamado imágenes de tensor de difusión. Este tipo de imagen puede revelar cambios en la organización de la sustancia blanca : haces de fibras nerviosas que conectan diferentes regiones del cerebro.

Las imágenes de tensor de difusión, que rastrean el movimiento de los núcleos de hidrógeno en las moléculas de agua, producen dos mediciones: la difusividad media, una medida de cuán libremente se pueden mover las moléculas de agua, y la anisotropía fraccional, que revela la medida en que el agua se ve obligada a moverse en una dirección. Sobre otra.

Un aumento en la anisotropía fraccional sugiere que las moléculas de agua están más restringidas porque las fibras nerviosas en la materia blanca están orientadas en una dirección particular.

« Si observa un aumento de la anisotropía fraccional y una disminución de la difusividad media, entonces puede inferir que lo que sucede es que las fibras nerviosas están creciendo en volumen y se están organizando más en términos de su alineación », dice Sinha. « Cuando observamos la materia blanca del cerebro, vemos precisamente este tipo de cambios en algunos de los paquetes de materia blanca ».

Los investigadores observaron estos cambios específicamente en las vías de la materia blanca que forman parte de las últimas etapas del sistema visual, que se cree que está involucrado en funciones de orden superior, como la percepción de la cara. Estas mejoras ocurrieron gradualmente durante varios meses después de la cirugía.

« Ves cambios anatómicos en la materia blanca, pero en estudios separados que usan neuroimágenes funcionales, también ves una especialización creciente, en función de la experiencia visual, similar a lo que sucede en el desarrollo típico », dice Gilad-Gutnick.

Los investigadores también evaluaron el desempeño de los participantes en una variedad de tareas visuales y encontraron que su capacidad para distinguir caras de otros objetos se correlacionó con la cantidad de cambio estructural en las vías de la materia blanca asociadas con la función visual de orden superior.

En comparación, aunque los niños tratados mostraron algunas mejoras en la agudeza visual (la capacidad de ver claramente los detalles de los objetos a distancia), su agudeza nunca se recuperó por completo y solo mostraron cambios mínimos en la organización de la materia blanca de las primeras vías visuales..

« La noción de que la plasticidad es un recurso limitado en el tiempo y que más allá de cierta ventana no podemos esperar mucha mejoría, eso parece ser cierto para funciones visuales de bajo nivel como la agudeza », dice Sinha. « Pero cuando hablamos de una habilidad visual de orden superior, como distinguir una cara de una que no es cara, sí vemos mejoras en el comportamiento con el tiempo, y también encontramos que hay una correlación entre la mejora que estamos viendo en el comportamiento y los cambios que vemos anatómicamente ».

Beneficios del tratamiento

Los investigadores también encontraron que los niños a los que se les extirparon las cataratas a una edad más temprana mostraron ganancias mayores y más rápidas en la capacidad de percepción de la cara que los niños mayores. Sin embargo, todos los niños mostraron al menos alguna mejora en esta habilidad, junto con cambios en la estructura de la materia blanca.

Los hallazgos sugieren que los niños mayores pueden beneficiarse de este tipo de cirugía y ofrecen más evidencia de que se les debe ofrecer, dice Sinha.

« Si el cerebro tiene habilidades tan sobresalientes para reconfigurarse a sí mismo e incluso para cambiar su estructura, entonces realmente deberíamos capitalizar esa plasticidad y proporcionar tratamiento a los niños, independientemente de su edad », dice.

El laboratorio de Sinha ahora está analizando datos de imágenes adicionales de pacientes del Proyecto Prakash. En un estudio, los investigadores investigan si los pacientes muestran algún cambio en el grosor de su materia gris, especialmente en las áreas de procesamiento sensorial del cerebro, después del tratamiento. Los investigadores también están utilizando resonancias magnéticas funcionales para tratar de localizar funciones visuales como la percepción de la cara, para ver si surgen en las mismas partes del cerebro que en las personas que nacen con una vista normal.

La investigación fue financiada por el Instituto Nacional del Ojo.