El enriquecimiento ambiental se refiere a la estimulación cerebral por parte de su entorno físico y social. Los cerebros en ambientes más ricos y estimulantes tienen altas tasas de sinaptogénesis y ramificaciones dendríticas más complejas, lo que conlleva un aumento en la actividad cerebral. Esto se manifiesta principalmente durante el desarrollo neural, aunque también ocurre en la adultez en un menor grado. Con un mayor número de sinapsis hay una mayor actividad sináptica, lo que lleva a un mayor número y tamaño de células gliales debido a la alta demanda energética. El enriquecimiento ambiental también mejora la vascularización capilar para proveer a las neruonas y las células gliales con energía y nutrientes. El neuropilo (neuronas, células gliales y capilares combinados) se expande, engrosando la corteza. Investigaciones con cerebros de roedores sugieren que el enriquecimiento ambiental puede también llevar a un aumento en la tasa de neurogénesis adulta.
Se ha descubierto en investigaciones con animales que el enriquecimiento ambiental puede ayudar en el tratamiento y recuperación de distintas condiciones relacionadas con el cerebro, incluyendo la enfermedad de Alzheimer y las relacionadas con el envejecimiento, mientras que una falta de estimulación puede perjudicar el desarrollo cognitivo. Además, se ha sugerido que el enriquecimiento ambiental lleva a un aumento en la reserva cognitiva, la capacidad del cerebro para resistir los efectos de condiciones como el envejecimiento y la demencia.
Investigaciones en humanos sugieren que la falta de estimulación retrasa y perjudica el desarrollo cognitivo. Otras investigaciones también han encontrado que alcanzar e involucrarse en niveles superiores de educación, ambientes en los que las personas participan en actividades retadoras cognitivamente más estimulantes, resulta en una reserva cognitiva mayor.
Primeras investigaciones En 1947, Donald Hebb descubrió que las ratas criadas como mascotas se desempeñan mejor en las pruebas de solución de problemas que las ratas criadas en jaulas. Sin embargo, en sus investigaciones no se estudió el cerebro ni utilizó ambientes enriquecidos y pobres de acuerdo a un estándar. Las primeras investigaciones que estudiaron esto comenzaron en 1960 en la Universidad de California en Berkeley a cargo de Mark Rosenweig, quien comparó a ratas criadas en jaulas solas con aquellas criadas en jaulas con juguetes, escaleras, túneles, ruedas y junto con otras ratas. Se descubrió que la crianza en ambientes enriquecidos afecta la actividad de la enzima colinesterasa. Este trabajó llevó al descubrimiento en 1962 de un aumento en el volumen de la corteza cerebral gracias a la crianza en el ambiente enriquecido. En 1964, se encontró que esto se debía a un aumento en el grosor de la corteza cerebral y en los números de sinapsis y de células gliales.
Harry Harlow también inició sus investigaciones en 1960 sobre los efectos de la privación maternal y social en las crías de los macacos Rhesus (a una forma de privación de estímulo ambiental). Esto estableció la importancia de la estimulación social para un desarrollo cognitivo y emocional normal.
Sinapsis
Sinaptogénesis
Las ratas criadas en ambientes enriquecidos tienen cortezas cerebrales más gruesas (3.3 - 7%) que contienen 25% más sinapsis. Este efecto que tiene el enriquecimiento ambiental sobre el cerebro se presenta ya sea si se experimenta inmediatamente después del nacimiento, después del destete, o durante la adultez. Cuándo el número de sinapsis aumenta en un adulto, este número se puede mantener alto por 30 días incluso después de haber regresado a ambientes empobrecidos, lo que lleva a creer que el aumento en el número de las sinapsis no es necesariamente temporal.Sin embargo, se ha observado que el aumento en el número de la sinapsis se reduce con la madurez. La estimulación afecta no solo a las neuronas piramidales (las neuronas protectoras principales de la corteza cerebral) sino también a neuronas estelares (normalmente interneuronas). También afecta a neuronas fuera del cerebro en la retina.
Complejidad dendrítica El enriquecimiento ambiental tiene efectos en la complejidad y la longitud de las ramificaciones dendríticas (a partir de las cuales se forman las sinapsis). La complejidad de ramificaciones dendríticas de orden superior incrementa en ambientes enriquecidos, como lo hacen en longitud, en animales jóvenes, en ramificaciones distales.
Actividad y consumo de energía Las sinapsis de animales en ambientes enriquecidos han demostrado tener un aumento de activación sináptica. Las sinapsis tienden a ser mucho más largas. Las ondas gamma tienen amplitudes más grandes en el hipocampo. Este aumento en el consumo de energía se refleja en la vascularización glial y local debido la necesidad de proveer energía extra para las sinapsis. El número de células gliales por neurona aumenta de 12–14% El área directa de aposición de las células gliales con sinapsis se expande un 19% El volumen de los núcleos de las células gliales por cada sinapsis es más alta por un 37.5% El volumen promedio de la mitocondria por neurona es 20% mayor El volumen de los núcleos de las células gliales por cada neurona es 63% mayor La densidad capilar se incrementa Los capilares son más amplios (4.35 μm comparado con 4.15 μm en controles) Existe una menor distancia entre cualquier parte del neuropilo y un capilar (27.6 μm comparado con 34.6 μm) Estos cambios en el neuropilo relacionados con la energía son responsables de incrementar el volumen de la corteza cerebral (el aumento en el número de sinapsis contribuye por sí mismo muy poco en este volumen extra).
Estimulación motriz
Parte del efecto que tiene un ambiente enriquecido se da por proveer oportunidades para adquirir habilidades motoras. Investigaciones sobre la adquisición de la habilidad de hacer acrobacias en ratas muestra que esto lleva a un incremento en el número de sinapsis.
Transmisión por vía materna El enriquecimiento ambiental durante el embarazo tiene efectos en el feto tales como la aceleración del desarrollo retinal.
Neurogénesis El enriquecimiento ambiental también puede llevar a la neurogénesis adulta (formación de nuevas neuronas; demostrado en ratas) y revierte la pérdida de neuronas en el hipocampo y la pérdida de memoria que sigue al estrés crónico. Sin embargo, se ha cuestionado su importancia por los efectos en el comportamiento por ambientes enriquecidos.
Mecanismos Los ambientes enriquecidos afectan la expresión de los genes en la corteza cerebral y en el hipocampo que determinan la estructura neuronal. A nivel molecular, esto ocurre a través del incremento en las concentraciones de las neurotrofinas NGF, NT-3, y cambios en BDNF. Esto altera la activación de las neuronas colinérgicas, serotonina, y beta adrenalina. Otro efecto que tiene es el de aumentar la concentración de sinaptofisina y PSD-95 en las sinapsis. Se ha descubierto también que cambios en la vía de señalización WNT imita los efectos del enriquecimiento ambiental en ratones adultos sobre las sinapsis en el hipocampo. El aumento en el número de neuronas también puede estar relacionado con cambios en VEGF.
Rehabilitación y resistencia
Resultados de investigaciones en animales sugieren que el enriquecimiento ambiental ayuda en la recuperación de una variedad de desórdenes neurológicos y disfunciones cognitivas. Existen dos áreas principales en las que se han enfocado estas investigaciones: rehabilitación neurológica y reserva cognitiva, la capacidad de resistencia del cerebro a los efectos de la exposición a factores físicos, naturales y sociales que podrían dañarlo. Aunque la mayoría de estos experimentos usan modelos animales, principalmente roedores, los investigadores se han enfocado en áreas del cerebro de animales que tienen un mayor parecido con el cerebro humano y han tomado sus hallazgos como evidencia para demostrar que los humanos tendrían reacciones similares en ambientes enriquecidos. Es así que las pruebas realizadas en animales tienen como propósito hacer simulaciones de las siguientes condiciones.
Rehabilitación neurológica
Autismo
Un estudio realizado en el 2011 llevó a la conclusión de que los ambientes enriquecidos mejoran las habilidades cognitivas de los niños con autismo. El estudio encontró que los niños autistas que reciben estímulos olfatorios y de tacto junto con ejercicios que estimulan otros sentidos pareados mejoraron un 42% con respecto a niños con autismo que no recibieron este tipo de tratamiento los cuales mejorar tan solo un 7%. El mismo estudio también demostró que hubo una mejoría clínica significativa en niños autistas expuestos a ambientes sensitivomotores enriquecidos y una gran mayoría de padres reportaron que la calidad de vida de sus hijos fue mucho mejor con el tratamiento.
Enfermedad de Alzheimer
A través del enriquecimiento ambiental, los investigadores fueron capaces de mejorar y parcialmente reparar los problemas de memoria en ratones entre 2 y 7 meses con características de la enfermedad de Alzheimer. Ratones en ambientes enriquecidos se desempeñaron mejor en pruebas de reconocimiento de objetos y en la prueba de navegación en agua de Morris que lo que se habían desempeñado cuando estaban en ambientes estándar. Así fue como se concluyó que el enriquecimiento ambiental mejora la memoria en personas con Alzheimer.
Enfermedad de Huntington
Las investigaciones han indicado que el enriquecimiento ambiental puede ayudar a aliviar problemas motrices y psiquiátricos causados por la enfermedad de Huntington. También compensa la pérdida en la concentración de proteínas y previene los déficits estrial e hipocampal en BDNF. Estos hallazgos han llevado a los investigadores a creer que el enriquecimiento ambiental tiene el potencial de ser un tipo de terapia para personas con Huntington.
Enfermedad de Parkisnon
Múltiples estudios han reportado que el enriquecimiento ambiental en ratones adultos ayudan a aliviar la muerte neuronal, particularmente benéfico en personas con la enfermedad de Parkinson. Un estudio más reciente demostró que el enriquecimiento ambiental afecta particularmente a la vía nigroestriada, la cual es importante para el manejo de los niveles de dopamina y acetilcolina, crítica en los déficits motrices. Además, también se ha encontrado que el enriquecimiento ambiental tiene efectos benéfico respecto a las implicaciones sociales en personas con esta enfermedad.
Accidente cerebrovascular
Las investigaciones hechas en animales han demostrado que los sujetos que se recuperan en un ambiente enriquecido, después de 15 días de haber sufrido un accidente cerebrovascular tienen una mejoría significativa en su función neuroconductual. Además, esos mismos individuos mostraron tener una mayor capacidad de aprendizaje después de la intervención que aquellos que no estuvieron en un ambiente enriquecido. Así se concluyó que un ambiente enriquecido tiene efectos benéficos considerables en el aprendizaje y en las funciones sensitivomotoras en animales después de un accidente cerebrovascular. Un estudio realizado en el 2013 también encontró que los ambientes enriquecidos socialmente beneficia a pacientes que se recuperan de un accidente cerebrovascular. Los investigadores en ese estudio concluyeron que los pacientes que han sufrido accidentes cerebrovasculares y que se encuentran en ambientes enriquecidos en centros de asistencia son más propensos a relacionarse con otros pacientes en durante las horas sociales normales en vez de estar solos o dormirse.
Síndrome de Rett