Aunque nuestro cerebelo (en beige) representa sólo el 10% del volumen de nuestro cerebro,
concentra la mayoría de sus neuronas
El cerebelo – que en latín significa “
pequeño cerebro” – está situado en la parte posterior del cráneo. Es mucho más importante de lo que creíamos: no sólo gestiona nuestros movimientos, sino que también los asocia a nuestras emociones y regula nuestras interacciones sociales.
Contiene tres cuartas partes de todas las neuronas – 50.000 millones – del cerebro. Están organizadas de forma casi cristalina, con una regularidad y un orden que contrastan con la maraña de neuronas del cerebro “normal”.
El equilibrio
La relación entre el cerebelo y el movimiento se conoce desde el siglo XIX. Los pacientes que sufrían traumatismos en esta región del cerebro tenían dificultades evidentes con el equilibrio y el movimiento, lo que no dejaba lugar a dudas sobre su papel esencial en la coordinación del movimiento.
Es fácil dar por sentado el sistema del equilibrio. Dependiendo de su nivel de habilidad, es probable que no piense en ponerse de pie, caminar o sentarse erguido. Pero, aunque estos procesos parezcan sencillos, la realidad es que el cerebro trabaja constantemente para que el sistema del equilibrio funcione correctamente.
Su cerebro es responsable de ayudarle a andar, correr e incluso mantenerse en pie sobre un pie. Pero, ¿qué parte del cerebro controla el equilibrio?
Imagine su cerebro como una fábrica. Hay innumerables engranajes diminutos, cintas transportadoras y obreros burlones, cada uno al servicio de un único propósito: moverse por el mundo. Y aunque su sistema de equilibrio implica a varias partes de su cerebro, la principal parte del cerebro que controla el equilibrio es el cerebelo. Controla una serie de funciones, como el movimiento, el habla, el equilibrio y la postura. Pero el cerebelo no trabaja solo. Hay otras partes del cerebro que también contribuyen a las funciones de equilibrio, como el llamado sistema vestibular.
Durante unos dos siglos, la comunidad científica creyó que el cerebelo se dedicaba exclusivamente al control del movimiento. Sin embargo, en las últimas décadas se ha producido un cambio de opinión, ya que los investigadores han revelado detalles del papel de esta estructura en la cognición, el procesamiento emocional y el comportamiento social.
El sistema vestibular
Piense en el sistema vestibular como en un servicio de mensajería. Situado en el oído interno, el sistema vestibular proporciona al cerebro información sobre aspectos como el movimiento, la posición de la cabeza y los movimientos bruscos. Esto le ayuda a mantener el equilibrio asegurándose de que su cerebro procesa la posición de su cuerpo cada vez que cambia. En general, el sistema vestibular le ayuda a mantener el sentido del equilibrio, evitando caídas y mareos.
El sistema vestibular
proporciona el sentido del equilibrio y la información sobre la posición del cuerpo que permite realizar movimientos compensatorios rápidos en respuesta a fuerzas tanto auto-inducidas como generadas externamente.
La porción periférica del sistema vestibular es una parte del oído interno que actúa como un acelerómetro en miniatura y un dispositivo de guía inercial, transmitiendo continuamente información sobre los movimientos y la posición de la cabeza y el cuerpo a centros integradores situados en el tronco encefálico, el cerebelo y las cortezas sensoriales somáticas.
Aunque normalmente no somos conscientes de su función, el sistema vestibular es un componente clave tanto de los reflejos posturales como de los movimientos oculares. Si el sistema está dañado, el equilibrio, el control de los movimientos oculares cuando la cabeza está en movimiento y el sentido de la orientación en el espacio se ven afectados negativamente.
Estas manifestaciones del daño vestibular son especialmente importantes en la evaluación de las lesiones del tronco encefálico. Los circuitos del sistema vestibular se extienden por gran parte del tronco encefálico, y pueden realizarse pruebas clínicas sencillas de la función vestibular para determinar la afectación del tronco encefálico, incluso en pacientes comatosos.
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El cerebelo es nuestro “pequeño cerebro” – Conexión con los centros de recompensa del cerebro
Investigadores de la Facultad de Medicina Albert Einstein, Universidad de New York, demuestran en un estudio, publicado en la revista Science de enero 2019, que un circuito recién identificado conectando el cerebelo con los centros de recompensa del cerebro en ratones podría ayudar a los científicos a entender el autismo y la adicción.
Se han realizado trabajos de neuroimagen en humanos que demuestran que el cerebelo interviene en el procesamiento cognitivo y el control emocional, y las investigaciones en animales han revelado, entre otras cosas, que la estructura es importante para el desarrollo normal de las capacidades sociales y cognitivas. Los investigadores también han relacionado la alteración de la función del cerebelo con la adicción, el autismo y la esquizofrenia.
Aunque muchos de estos hallazgos sugerían que el cerebelo desempeñaba un papel importante tanto en el comportamiento relacionado con la recompensa como en el comportamiento social, faltaba un mecanismo neural claro que explicara este vínculo.
La nueva investigación demuestra que una vía que conecta directamente el cerebelo con
el área tegmental ventral (ATV) – uno de los centros del placer más importantes del cerebro – puede controlar estos dos procesos. Este trabajo ayuda a establecer el circuito que conecta el cerebelo con el procesamiento social y de recompensa.
Los investigadores habían centrado su trabajo en el papel del cerebelo en la coordinación motora hasta que descubrieron la literatura sobre las funciones no motoras de la estructura mientras revisaban subvenciones. Intrigados por los vínculos del cerebelo con trastornos como el autismo y la adicción, se propusieron investigar si podría comunicarse directamente con el ATV, una zona del cerebro previamente relacionada con estos trastornos.
Investigaciones anteriores en el laboratorio habían insinuado que podría haber conexiones inesperadas entre el cerebelo y otras partes del cerebro. Concretamente, al examinar los circuitos cerebrales subyacentes a la distonía – un trastorno del movimiento que provoca contracciones musculares incontrolables – en ratones. El equipo descubrió que el cerebelo se comunicaba directamente con los ganglios basales – implicados en funciones de movimiento, motivación y recompensa –, para controlar movimientos complejos.
Antes se pensaba que, para coordinar esas acciones, las dos áreas cerebrales se comunicaban a través del córtex, la región responsable de tareas de orden superior como la planificación y la toma de decisiones. Este descubrimiento los impulsó a empezar a estudiar la manipulación cerebelosa directa de otras estructuras cerebrales.
Para investigar el vínculo entre el cerebelo y el ATV, el equipo inyectó primero en las células cerebelosas de ratones virus del herpes, que actúan como centinelas móviles al saltar a través de las sinapsis – los diminutos huecos entre las células cerebrales – mientras llevan etiquetas fluorescentes. Este experimento reveló que varias neuronas del ATV se iluminaban con los marcadores fluorescentes, lo que indicaba que las células de esta región cerebral recibían, en efecto, conexiones directas del cerebelo. A continuación, mediante optogenética – un método que permite a los científicos activar o desactivar células específicas de una vía neuronal con destellos de luz –, los investigadores demostraron que la estimulación de las neuronas cerebelosas podía activar células del ATV.
A continuación,
el equipo comprobó si este circuito podía influir tanto en los comportamientos relacionados con la recompensa como en los sociales. Descubrieron que la estimulación de esta vía con optogenética mientras los ratones exploraban un cuadrante de un recinto cuadrado les hacía desarrollar una marcada preferencia por el lugar. Al activar esta vía, los científicos también pudieron condicionar a los roedores – que son nocturnos – para que prefirieran explorar un compartimento luminoso, a pesar de su preferencia natural por los lugares oscuros.
Los investigadores afirman que estos hallazgos sugieren que esta vía podría estar implicada en el comportamiento adictivo. Señalan que este último experimento se ha utilizado mucho para estudiar la adicción a las drogas en animales, y que el grupo planea nuevos estudios. Un experimento futuro podría suministrar cocaína a roedores para ver si la inhibición de la vía entre el cerebelo y el ATV puede manipular los comportamientos adictivos.
Cuando los investigadores realizaron experimentos similares con ratones utilizando tres cámaras interconectadas, hicieron un descubrimiento interesante. Los ratones se encontraban con un animal conocido que se había colocado en un compartimento – la “cámara social” –. Al lado había un compartimento vacío – la “cámara objeto” –. Los ratones solían pasar más tiempo en el compartimento social. Pero tras desactivar la vía cerebelo-ATV mediante optogenética, esa preferencia desapareció, reflejando el comportamiento observado normalmente cuando los científicos realizan la misma prueba con modelos animales de autismo.
Curiosamente, el equipo descubrió que estimular este circuito no aumentaba las interacciones de los roedores con un animal desconocido. Según los autores, esta observación sugiere que la vía no aumenta necesariamente los comportamientos pro-sociales, sino que hace que los objetos inanimados, por ejemplo, sean tan gratificantes como interactuar con otros.
Este estudio es una de las demostraciones más claras e interesantes de que el cerebelo interviene en el control de funciones no motoras de alto nivel. Pero este trabajo se ha hecho en ratones; ahora hay que ver si ocurre en humanos.
Estos hallazgos confirman la existencia de una vía propuesta por primera vez por los científicos hace varias décadas. Proporcionan otro bloque de construcción realmente importante en nuestro intento en curso de comprender la contribución cerebelosa a la cognición y la emoción.
Según los investigadores, seguir estudiando el circuito cerebelo-ATV podría ayudar algún día a los científicos a tratar diversos trastornos. Este circuito podría manipularse – utilizando técnicas como la estimulación magnética transcraneal o la estimulación cerebral profunda – en individuos con adicción o autismo. Pero es necesario investigar más antes de que estas intervenciones se hagan realidad y, por ahora, el equipo planea probar algunos de estos métodos en ratones.
Creen que en los próximos años veremos que el cerebelo desempeña un papel cada vez más destacado en funciones no motoras, como el procesamiento cognitivo y emocional.
Descubrimiento de una nueva función del cerebelo – su papel en la memorización de experiencias emocionales
Neurocientíficos de la Universidad de Basilea (Suiza) en un estudio, publicado en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) en octubre 2022, han identificado una función emocional y cognitiva del cerebelo desconocida hasta ahora, ampliando considerablemente nuestros conocimientos sobre este órgano vital.
El cerebro humano, centro de nuestras emociones, pensamientos y acciones, sigue siendo un territorio inexplorado pese a los avances tecnológicos y científicos.
Tanto las experiencias emocionales positivas como las negativas quedan especialmente bien almacenadas en nuestra memoria. Este fenómeno es esencial para la supervivencia, ya que necesitamos recordar situaciones peligrosas, por ejemplo, para evitarlas en el futuro. Estudios anteriores han demostrado que una estructura cerebral llamada amígdala, importante para procesar las emociones, desempeña un papel central en este fenómeno.
Las emociones activan la amígdala, que a su vez favorece el almacenamiento de información en distintas zonas del cerebro central.
El objetivo del presente estudio era determinar si el cerebelo y las conexiones cerebelo-cerebrales están involucradas en el fenómeno de la memoria episódica superior para la información visual que provoca emociones.
Una nueva dimensión
Tradicionalmente, el cerebelo se ha asociado con la coordinación motora, el equilibrio y funciones relacionadas con movimientos suaves y precisos. Resulta que esta región cerebral también desempeña un papel crucial en la consolidación de los recuerdos vinculados a experiencias emocionales intensas, un fenómeno denominado “
memoria mejorada de la excitación emocional”.
Para llegar a esta conclusión, los científicos analizaron resonancias magnéticas funcionales de 1.418 participantes expuestos a imágenes cargadas emocionalmente en las cuales mostraban contenido positivo, negativo y neutro, permitiendo a los investigadores evaluar la respuesta emocional y la retención de memoria de los sujetos.
Los resultados fueron reveladores. Las imágenes emocionales, tanto positivas como negativas, se recordaban con mayor claridad que las neutras, además, el cerebelo mostró una actividad significativa durante la consolidación de estos recuerdos, trabajando en conjunto con estructuras conocidas por su papel en la memoria y las emociones, como la amígdala y el hipotálamo.
El puente
El cerebelo (activado en rojo) está vinculado a distintas zonas del cerebro (activadas en verde) para reforzar el almacenamiento de la información emocional.
El hallazgo reveló que las conexiones del cerebelo no solo se limitan a las áreas motoras del cerebro, sino que también interactúa con regiones involucradas en funciones cerebrales superiores.
Además, los investigadores demostraron que el cerebelo estaba más estrechamente vinculado a distintas áreas del cerebro durante el aumento del almacenamiento de imágenes emocionales. Por ejemplo, recibe información del giro cingulado, que desempeña un papel importante en la percepción y evaluación de los sentimientos. El cerebelo también envía señales a la amígdala y al hipocampo, ambos implicados en el almacenamiento de la memoria. Por tanto, el cerebelo forma parte de una red cerebral cuyo objetivo es mejorar el almacenamiento de la información emocional.
Esta red neuronal permite influir directamente en nuestra capacidad para recordar sucesos con una gran carga emocional, una habilidad clave para sobrevivir que nos ayuda a evitar situaciones peligrosas en el futuro.
Los especialistas destacan que este descubrimiento podría ser fundamental para comprender mejor trastornos psiquiátricos como el estrés postraumático o el autismo, caracterizados por alteraciones en los circuitos emocionales del cerebro. Al identificar el papel del cerebelo en estas funciones, se abren nuevas posibilidades terapéuticas para abordar estas afecciones desde una perspectiva innovadora.
Estos hallazgos amplían el conocimiento sobre el papel del cerebelo en los procesos cognitivos y emocionales, desafiando su consideración exclusiva como una región motora.
Éste avance destaca la complejidad y versatilidad del cerebro humano, recordándonos que incluso órganos bien estudiados aún guardan secretos por descubrir. La investigación representa un paso significativo hacia una comprensión más profunda de nuestra biología y emociona a la comunidad científica con las promesas de futuros descubrimientos.
El cerebelo, maestro de las emociones y el movimiento
Investigadores, en la reunión anual de la Sociedad de Neurociencia, celebrada en Washington en noviembre de 2023, organizaron un simposio sobre las nuevas funciones del cerebelo no relacionadas con el control motor.
A lo largo de décadas, los neuro-científicos han llegado a comprender en detalle cómo los exclusivos circuitos neuronales del cerebelo controlan la función motora.
Neurólogos, en la revista científica Brain de 1998, informaron de una amplia gama de discapacidades emocionales y cognitivas en pacientes con lesiones cerebelosas. Por ejemplo, en 1991, tras un accidente que dañó su cerebelo, una estudiante ya no podía escribir, realizar cálculos mentalmente o incluso nombrar objetos cotidianos. Su estado de ánimo estaba atenuado. Perdió sus habilidades sociales, se desnudaba en los pasillos del hospital y hablaba como un bebé.
Este caso, como otros similares, dejó perplejos a los autores. Anteriormente se pensaba que las funciones cognitivas y emocionales denominadas de «alto nivel” – hablar, escribir, interactuar socialmente –residían en la corteza cerebral y el sistema límbico, un conjunto de regiones situadas por debajo de la corteza y notablemente implicadas en la gestión de las emociones.
Sin embargo, como no existían pruebas anatómicas sólidas de cómo los circuitos neuronales del cerebelo podían regular las funciones psicológicas y emocionales, estos informes clínicos se dejaron de lado.
Nuevas técnicas experimentales demostraron que, además de controlar el movimiento, el cerebelo regula otros comportamientos complejos, como la interacción social, la agresividad, la memoria de trabajo, el aprendizaje, las emociones y muchos otros.
En el simposio, los investigadores compartieron una serie de fascinantes descubrimientos revelados por estos nuevos métodos, que demuestran la evolución de su comprensión del cerebelo. Por ejemplo, la neurocientífica Jessica Verpeut, de la Universidad Estatal de Arizona, presentó datos que describen la compleja y extensa red de conexiones cerebelosas que se activan en todo el cerebro de los ratones cuando socializan o aprenden a orientarse en un laberinto.
Los ratones cuyas neuronas cerebelosas están alteradas pierden todo interés por las interacciones con sus congéneres, pero no por los objetos inanimados introducidos en su jaula.
Stephanie Rudolph informó sobre experimentos que demostraban que el comportamiento maternal, estudiado en ratones hembra que cuidan de sus crías, se veía afectado por las hormonas que actúan sobre el cerebelo, en particular la oxitocina, hormona que favorece el vínculo maternal. Cuando se interrumpe experimentalmente este mecanismo, la madre deja de cuidar a sus crías.
La investigadora Yi-Mei Yang, de la Universidad de Minnesota, señaló que cuando alteró determinadas neuronas del cerebelo, los ratones perdieron todo interés por interactuar con congéneres desconocidos introducidos en su jaula. En cambio, no tenían dificultades para interactuar y recordar objetos que se les presentaban por primera vez. Este comportamiento indica un déficit en la memoria de reconocimiento social complejo, similar al observado en personas con autismo.
Un tema abordado por la profesora de neurociencia Aleksandra Badura, del Centro Médico de la Universidad Erasmus de Rotterdam, que presentó datos inéditos que sugieren que el cerebelo está implicado en el autismo porque es un centro neurálgico de nuestras entradas sensoriales, en particular de las señales vinculadas a contextos sociales.
Esta última investigación va mucho más allá de los estudios en ratones. El neurólogo Andreas Thieme, del Hospital Universitario de Essen (Alemania), presentó una nueva prueba clínica para diagnosticar con precisión los trastornos emocionales y cognitivos causados por lesiones del cerebelo.
Cerebelo: su papel en la regulación de la sed
Un equipo de científicos de las Universidades de Kentucky, de Case Western Reserve, de Cleveland, de Luisiana, de Dayton y del Texas Children's Hospital en un estudio, publicado en Nature Neuroscience de julio 2024, está entre los primeros en encontrar una nueva función del cerebelo en la regulación de la sed.
El agua es crucial para la supervivencia humana y constituye aproximadamente el 60% del cuerpo. Desempeña un papel vital en la función celular, la regulación de la temperatura interna y la salud de los órganos.
Sin suficiente agua, los procesos del cuerpo fallan rápidamente y provocan la muerte en tan solo unos días.
La sed es un signo de deshidratación cerebral. Pero tener sed constante, o no tener sed en absoluto, podría ser señal de otros problemas de salud.
Esta investigación destaca la implicación del cerebelo en la regulación de la sed. Anteriormente, este papel se atribuía a otras regiones del cerebro responsables de detectar y regular el equilibrio hídrico interno.
Su estudio muestra que los ratones beben más agua cuando las neuronas cerebrales llamadas neuronas de Purkinje, uno de los primeros tipos de neuronas en ser reconocidas y una de las más grandes del cerebro, son activadas por la hormona asprosina.
La activación de estas neuronas por la asprosina dio como resultado un comportamiento inmediato de beber agua en ratones y que la eliminación del receptor de asprosina de estas células redujo el consumo de agua.
La asprosina es una hormona proteica descubierta en 2016. Se ha demostrado que activa las neuronas hipotalámicas del "hambre" llamadas neuronas AgRP. En 2022, los investigadores identificaron Ptprd como el receptor neuronal a través del cual la asprosina actúa para estimular el apetito.
La asprosina afecta tanto al apetito como a la sed, pero a través de diferentes vías cerebrales. Mientras que la asprosina estimula el apetito a través de las neuronas AgRP, su acción sobre las neuronas de Purkinje cerebelosas provoca un aumento del consumo de agua.
Según los investigadores apuntar a la vía de señalización neuronal de Purkinje, la asprosina, podría ser un enfoque terapéutico potencial para tratar los trastornos de la sed, como la polidipsia – sensación de sed extrema – y la hipodipsia – falta de sed –. Sin embargo, el equipo declaró que se necesitan más estudios para comprender mejor lo que sucede en el cerebro durante este proceso.
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Una pequeña obra maestra del cableado neuronal
Hoy en día, una mejor comprensión de los circuitos del cerebelo ha reivindicado estos estudios de casos y ha sacudido los cimientos del campo. El cableado del cerebelo está organizado y compactado con precisión para concentrar tres cuartas partes de las neuronas del cerebro en un lóbulo de apenas 10 centímetros de longitud.
El principal tipo de neurona del cerebelo, llamada célula de Purkinje, está muy ramificada, como un coral en forma de abanico, pero aplanada y casi bi-dimensional. Las aspas del abanico son las dendritas de la neurona, que reciben las señales entrantes. Estas neuronas planas están dispuestas en paralelo, como si millones de corales en abanico estuvieran apilados unos sobre otros en un apretado haz. Miles de pequeñas neuronas disponen axones – los cables del cerebro para transmitir impulsos eléctricos – perpendiculares a esta pila de células de Purkinje, como hilos de un telar. Cada axón está unido a las dendritas de decenas de miles de células de Purkinje.
Este nivel de inter-conectividad confiere a los
50.000 millones de neuronas del cerebelo una asombrosa capacidad de integración. Este circuito único es capaz de procesar enormes cantidades de datos captados por nuestros sentidos para regular los movimientos del cuerpo. El movimiento fluido de una bailarina que salta por el escenario exige que el cerebelo procese rápidamente la información de todos sus sentidos, al tiempo que rastrea las posiciones cambiantes de las extremidades, mantiene el equilibrio y cartografía el espacio en el que se mueve el cuerpo. El cerebelo utiliza esta información dinámica para controlar los músculos según un ritmo preciso, en un contexto social apropiado, bajo la influencia de la emoción y la motivación.
Los neurocientíficos se están dando cuenta de que los potentes circuitos neuronales del cerebelo, que integran información sobre los movimientos corporales, también le permiten gestionar procesos mentales y comportamientos complejos.
Por ejemplo, la complejidad del control motor necesario para hablar. En un plano puramente físico, esto incluye no sólo la compleja gimnasia de la lengua y los labios – para producir el sonido y ajustar el tono y el volumen –, sino también los gestos que acompañan al habla. Nuestras palabras se pronuncian en el momento justo para no invadir las de nuestros interlocutores, y están estrechamente calibradas en función del contexto social. De este modo, se cargan de la emoción adecuada y se guían por la motivación, las reflexiones, la anticipación de las reacciones de los demás y nuestro propio estado de ánimo.
Para coordinar estas diversas funciones, necesitamos recurrir a todas las capacidades del cerebro: desde la regulación del ritmo cardíaco y la presión sanguínea, a cargo de las regiones profundas del cerebro, hasta el procesamiento de la información sensorial y emocional, a cargo del sistema límbico. Pero también a las funciones cognitivas de alto nivel de comprensión, inhibición y toma de decisiones en la corteza cerebral prefrontal.
Para que el cerebelo desempeñe esta función, debe tener conexiones que se extiendan por todo el cerebro. Hasta ahora no había pruebas de ello, pero las nuevas técnicas permiten descubrir estas vías neuronales.
Un centro para nuestra información sensorial
Hace sólo unas décadas, cuando los neuro-anatomistas empezaron a cartografiar el cerebro, no encontraron ninguna conexión directa entre el cerebelo y las regiones cerebrales que controlan la emoción y la cognición, como el sistema límbico y el córtex prefrontal. Esto les llevó a creer que el cerebelo estaba algo aislado y no participaba en estas funciones cognitivas superiores. Pero igual que los bandidos pueden eludir a un rastreador cambiando de vehículo, las señales neuronales pueden saltar de una neurona a otra. Esta acción de infiltración ha puesto a los neuro-anatomistas tras la pista del cerebelo.
Nuevos métodos han permitido a estos investigadores rastrear estas vías desde el cerebelo, a través de puntos de relevo, hasta todo el cerebro. Uno de estos métodos consiste en implantar virus de la rabia en las neuronas para ver con precisión con qué otras neuronas entran en contacto. Los investigadores han modificado genéticamente las proteínas fluorescentes para que parpadeen cuando se dispara un impulso neuronal, lo que les permite observar el flujo de información en los circuitos neuronales. También es posible
seguir las huellas dejadas por el tráfico neuronal: visualizar las proteínas producidas cuando se dispara una neurona puede ayudar a identificar todas las células que se comunican en una red neuronal durante la ejecución de un comportamiento específico.
Estos estudios demuestran que, además de controlar el movimiento, el cerebelo regula comportamientos
sociales y emocionales complejos. Para ejercer esta influencia global, debe ser un centro de procesamiento
de datos con conexiones en todo el cerebro. Por eso no es de extrañar que tenga tantas neuronas. Para llevar a
cabo este trabajo de mando y control de alto nivel por sí solo, tiene que ser, de hecho, un pequeño cerebro en sí mismo.
