La girificación es el proceso por el cual se forman los pliegues que son característicos de la corteza cerebral. Las partes más elevadas de estos pliegues reciben el nombre de giros, y las partes más deprimidas reciben el nombre de surcos. Las neuronas de la corteza cerebral se encuentran en una capa muy delgada llamada materia gris, de solo entre 2 y 4 milímetros (mm) de grosor, en la superficie del cerebro. Gran parte del volumen del interior lo ocupa la materia blanca, la cual está formada por proyecciones axonales de gran tamaño que van desde y hasta las neuronas de la corteza que se encuentran cerca de la superficie. La girificación permite que la superficie de la corteza tenga una área más grande y que, por lo tanto, que quepa más funcionalidad cognitiva dentro de un cráneo más pequeño. La girificación comienza durante el desarrollo fetal en la mayor parte de los mamíferos. A excepción de algunas especies, los primates, los cetáceos y los ungulados tienen una gran cantidad de giros cerebrales, mientras que los roedores no tienen ninguna por lo general. En algunos animales, como por ejemplo en el hurón, la girificación no se detiene tras el parto.
La girificación durante el desarrollo del cerebro humano
A medida que avanza el desarrollo fetal, la formación de hendiduras cada vez más profundas dan forma a los giros y a los surcos en la superficie de la corteza. No todos los giros se empiezan a desarrollar al mismo tiempo, sino que los giros cerebrales primarios se forman primero (en los seres humanos, se empiezan a formar a partir de la décima semana de gestación) y, más tarde, se forman los giros secundarios y terciarios. Uno de los surcos principales y más prominentes es el surco lateral (también conocido como fisura lateral o cisura de Silvio), y también es importante el surco central, el cual separa la corteza motora (giro precentral) de la corteza somatosensorial (giro postcentral). La mayor parte de los surcos y de los giros cerebrales se empiezan a formar entre las semanas 24 y 38 de la gestación, y siguen haciéndose más grandes y madurando tras el nacimiento.
Ventajas evolutivas Se cree que una ventaja de la girificación es el aumento de la velocidad en la comunicación de las células neuronales, ya que gracias a los pliegues cerebrales las células están más cerca unas de las otras, y la transmisión de los impulsos eléctricos neuronales, llamados potenciales de acción, requieren menos tiempo y energía. Existe evidencia que señala que cuando la girificación es mayor se produce una mayor velocidad de procesamiento de la información cognitiva, así como una mejor memoria de trabajo verbal. Además, ya que para un cráneo más grande hace falta una pelvis más grande durante el parto, lo cual supone dificultades en la bipedestación, es más fácil dar a luz si el cráneo es más pequeño.
Teorías sobre la causa de la girificación
Deformación debida a un proceso mecánico Aún no se comprenden bien los mecanismos que producen la girificación de la corteza cerebral, y en la literatura científica se proponen varias hipótesis. Una hipótesis popular que apareció por primera vez en la época de Retzius a finales del afirma que las fuerzas de deformación mecánica que se producen debido a la expansión del tejido cerebral son las que hacen que la superficie de la corteza se doble. Desde aquella, una gran cantidad de teorías han estado vinculadas indirectamente a esta hipótesis.
Se cree que la girificación no se debe a la restricción externa del crecimiento del cráneo, ya que el primordio del cráneo todavía no se ha osificado (no se ha endurecido hasta convertirse en hueso mediante el proceso de calcificación) durante el periodo de desarrollo del cerebro del feto. El tejido que cubre la corteza cerebral embrionaria se compone de varias capas finas de ectodermo (que se convertirán en piel en el futuro) y de tejido mesenquimal (que se convertirá en músculo y en tejido conjuntivo en el futuro, incluyendo el cráneo). Estas capas finas crecen durante la expansión de la corteza pero, posteriormente, el tejido mesenquimal del cerebro se convertirá en cartílago; y la osificación de las placas craneales no se produce hasta una fase posterior en el desarrollo. Tras el nacimiento, el cráneo humano sigue creciendo de forma sustancial, junto con el cerebro, hasta la fusión de las placas craneales varios años más tarde. Además, existen estudios experimentales en animales que han revelado que los pliegues de la corteza pueden ocurrir incluso sin restricciones externas. Por tanto, se cree que es el crecimiento del cerebro lo que impulsa el crecimiento del cráneo; hoy se cree que los impulsores de la girificación más importantes son los factores mecánicos y genéticos que se producen en el cerebro. El único papel constatado del cráneo en la girificación es el aplanamiento de los giros durante la maduración del cerebro tras la fusión de las placas craneales.
Tensión axonal Existe una teoría alternativa, la cual afirma que lo que produce los pliegues son las fuerzas de tensión axonal entre áreas de la corteza cerebral extremadamente interconectadas, por lo que distintas áreas corticales en una zona se atraen unas a las otras. Hay evidencias que apoyan esta hipótesis. Por ejemplo, los axones en las áreas del cerebro con altos niveles de girificación son rectos, cortos y conectan las paredes de los giros. Sin embargo, no se puede demostrar que esto sea lo que causa o que es resultado del plegado cortical. A pesar de que puede que estas conexiones cortas se produzcan debido a axones tirando de las paredes de los giros en formación, también puede ser que los axones se mantengan cortos de forma adaptable debido a patrones de crecimiento mecánicos. Además, un estudio mostró que se puede inducir la girificación de forma experimental en los embriones de ratones, pero tiene que ser durante las etapas tempranas, cuando aún no se formaron las conexiones axonales.
Expansión tangencial diferencial Más recientemente, apareció la teoría de la expansión tangencial diferencial, la cual afirma que los patrones de pliegue del cerebro se producen debido a que la expansión tangencial ocurre a ritmos diferentes entre distintas áreas de la corteza cerebral. Esto puede ser debido a las diferencias de área en las tasas de división temprana de los progenitores.
Factores mecánicos
Grosor de la corteza Las condiciones tempranas del cerebro tienen una gran influencia en el nivel de girificación que se alcanzarán. En concreto, existe una relación inversa entre el grosor de la corteza y la girificación. Aquellas áreas del cerebro donde hay menos grosor son las que tienen una mayor girificación, y viceversa.
Velocidad de crecimiento Existe cierto desacuerdo sobre a qué ritmo de crecimiento se desarrollan las capas de la corteza y de debajo de la corteza del cerebro. El modelo de crecimiento completamente isotrópico propone que las capas de materia gris (envoltura exterior) y blanca (núcleo interior) crecen a ritmos distintos, pero que son uniformes en todas las dimensiones. El modelo de crecimiento tangencial propone que la materia gris crece a un ritmo más rápido que la materia blanca del interior, y que el ritmo de crecimiento de la materia gris es el que determina el ritmo de crecimiento de la materia blanca. A pesar de que los dos métodos son diferenciales, y de que los dos dicen que la corteza crece más rápidamente que las capas inferiores, es el modelo de crecimiento tangencial el que se considera que es más correcto.
Los pliegues en la superficie del cerebro se forman debido a la inestabilidad, y en los modelos de crecimiento tangencial se obtiene más a menudo que en los modelos isotrópicos el nivel de inestabilidad que producen los pliegues. A este nivel de inestabilidad se le llama punto crítico, en el cual los modelos prefieren liberar energía potencial perdiendo estabilidad y formando pliegues para adquirir más estabilidad.
Factores genéticos El patrón de giros y de surcos en la corteza no se produce al azar, ya que la mayor parte de las convoluciones de gran tamaño que se mantienen entre individuos distintos también se mantienen entre especies distintas. Esto puede indicar que los mecanismos genéticos pueden determinar la ubicación de los giros más importantes. Esta idea está respaldada por estudios de gemelos monocigóticos y dicigóticos de finales de la década de 1990, sobre todo con respecto a los giros y surcos primarios, ya que en los giros secundarios y terciarios suele haber más variabilidad entre gemelos. Por lo tanto, se puede especular que los pliegues secundarios y terciarios dependen en mayor medida de factores ambientales y genéticos. El gen Trnp1 fue el primero que se descubrió que tenía influencia en el proceso de girificación. La posición en el cerebro humano de los pliegues/giros que se están desarrollando puede estar determinada por los niveles de expresión local del Trnp1. En la girificación pueden contribuir genes que influyen en las dinámicas de los progenitores en la corteza, en la neurogénesis y en la migración neuronal, así como genes que influyen en el desarrollo de circuitos en la corteza y en las proyecciones axonales. El Trnp1 es un factor de unión al ADN que se ha comprobado que regula otros genes que regulan la proliferación de las células progenitoras de la corteza - y por tanto actúa como un gen regulador maestro. Además, se ha demostrado hace poco que las vías de señalización de factor de crecimiento de fibroblastos (FCF)- y de Sonic hedgehog (SHH)-son capaces de producir pliegues en la corteza, con todas las capas que los forman, en ratones que viven hasta la edad adulta. Estos factores FCF y Shh regulan la proliferación de las células madre de la corteza y las dinámicas de la neurogénesis. La existencia de niveles apropiados de muerte celular de los progenitores en la corteza, y la catenina beta (parte de la vía de señalización WNT), también influyen.
Factores determinantes biológicos celulares