Enriquecimiento ambiental - Environmental enrichment

No confundir con el enriquecimiento conductual .
Un roedor no es estimulado por el medio ambiente en una jaula de alambre, y esto afecta negativamente a su cerebro, particularmente a la complejidad de sus conexiones sinápticas.

El enriquecimiento ambiental es la estimulación del cerebro por su entorno físico y social. Los cerebros en entornos más ricos y estimulantes tienen tasas más altas de sinaptogénesis y árboles dendríticos más complejos , lo que lleva a una mayor actividad cerebral. Este efecto tiene lugar principalmente durante el neurodesarrollo , pero también en menor grado durante la edad adulta. Con sinapsis adicionales también hay una mayor actividad de sinapsis, lo que lleva a un mayor tamaño y número de células de soporte de energía gliales . El enriquecimiento ambiental también mejora la vasculación capilar , proporcionando energía adicional a las neuronas y células gliales. El neuropilo (neuronas, células gliales, capilares, combinados) se expande, engrosando la corteza. La investigación sobre cerebros de roedores sugiere que el enriquecimiento ambiental también puede conducir a una mayor tasa de neurogénesis .

La investigación en animales encuentra que el enriquecimiento ambiental podría ayudar al tratamiento y recuperación de numerosas disfunciones relacionadas con el cerebro, incluida la enfermedad de Alzheimer y las relacionadas con el envejecimiento , mientras que la falta de estimulación podría afectar el desarrollo cognitivo. Además, esta investigación también sugiere que el enriquecimiento ambiental conduce a un mayor nivel de reserva cognitiva , la resistencia del cerebro a los efectos de condiciones como el envejecimiento y la demencia .

La investigación en humanos sugiere que la falta de estimulación retrasa y deteriora el desarrollo cognitivo. La investigación también encuentra que alcanzar y participar en niveles más altos de educación, entornos en los que las personas participan en actividades estimulantes cognitivas más desafiantes, resulta en una mayor reserva cognitiva.

Investigaciones tempranas

Donald O. Hebb en 1947 descubrió que las ratas criadas como mascotas se desempeñaban mejor en las pruebas de resolución de problemas que las ratas criadas en jaulas. Sin embargo, su investigación no investigó el cerebro ni utilizó entornos empobrecidos y enriquecidos estandarizados. La investigación que hizo esto por primera vez se inició en 1960 en la Universidad de California, Berkeley por Mark Rosenzweig , quien comparó ratas individuales en jaulas normales y las colocadas en grupos con juguetes, escaleras, túneles y ruedas para correr. Esto encontró que crecer en ambientes enriquecidos afectaba la actividad de la colinesterasa de la enzima . Este trabajo llevó en 1962 al descubrimiento de que el enriquecimiento ambiental aumentaba el volumen de la corteza cerebral . En 1964, se descubrió que esto se debía al aumento del grosor de la corteza cerebral y al mayor número de sinapsis y glía .

También a partir de 1960, Harry Harlow estudió los efectos de la privación materna y social en los bebés de monos rhesus (una forma de privación de estímulos ambientales). Esto estableció la importancia de la estimulación social para el desarrollo cognitivo y emocional normal .

Sinapsis

Sinaptogénesis

Las ratas criadas con enriquecimiento ambiental tienen cortezas cerebrales más gruesas (3.3 a 7%) que contienen un 25% más de sinapsis . Este efecto de la riqueza ambiental sobre el cerebro ocurre ya sea que se experimente inmediatamente después del nacimiento, después del destete o durante la madurez. Cuando el número de sinapsis aumenta en los adultos, puede seguir siendo alto incluso cuando los adultos regresan a un entorno empobrecido durante 30 días, lo que sugiere que tales aumentos en el número de sinapsis no son necesariamente temporales. Sin embargo, se ha observado que el aumento en el número de sinapsis generalmente se reduce con la maduración. La estimulación afecta no solo a las sinapsis de las neuronas piramidales (las principales neuronas que se proyectan en la corteza cerebral), sino también a las estrelladas (que suelen ser interneuronas ). También puede afectar a las neuronas fuera del cerebro, como las de la retina .

Complejidad dendrita

El enriquecimiento ambiental afecta la complejidad y la longitud de las pérgolas dendríticas (sobre las que se forman las sinapsis). La complejidad de las ramas dendríticas de orden superior aumenta en entornos enriquecidos, al igual que la longitud, en animales jóvenes, de las ramas distales. El enriquecimiento ambiental rescata los efectos nocivos del estrés sobre la complejidad dendrítica.

Actividad y consumo energético

Los animales en ambientes enriquecidos muestran evidencia de una mayor activación de sinapsis. Las sinapsis también tienden a ser mucho más grandes. Las oscilaciones gamma se vuelven más grandes en amplitud en el hipocampo. Este mayor consumo de energía se refleja en la vasculación capilar local y glial que proporciona energía extra a las sinapsis.

  • El número de células gliales por neurona aumenta entre un 12% y un 14%.
  • El área de aposición directa de las células gliales con sinapsis se expande en un 19%
  • El volumen de núcleos de células gliales para cada sinapsis es mayor en un 37,5%.
  • El volumen medio de mitocondrias por neurona es un 20% mayor
  • El volumen de los núcleos de las células gliales de cada neurona es un 63% mayor.
  • Aumenta la densidad capilar.
  • Los capilares son más anchos (4,35 μm en comparación con 4,15 μm en los controles)
  • Existe una distancia más corta entre cualquier parte del neurópilo y un capilar (27,6 μm en comparación con 34,6 μm)

Estos cambios relacionados con la energía en el neuropilo son responsables de aumentar el volumen de la corteza cerebral (el aumento en el número de sinapsis apenas contribuye en sí mismo a un volumen extra).

Estimulación del aprendizaje motor

Parte del efecto del enriquecimiento ambiental es brindar oportunidades para adquirir habilidades motoras . La investigación sobre ratas que aprenden una habilidad "acrobática" muestra que dicha actividad de aprendizaje conduce a un mayor recuento de sinapsis.

Transmisión materna

El enriquecimiento ambiental durante el embarazo tiene efectos sobre el feto , como acelerar el desarrollo de su retina.

Neurogénesis

El enriquecimiento ambiental también puede conducir a la formación de neuronas (al menos en ratas) y revertir tanto la pérdida de neuronas en el hipocampo como el deterioro de la memoria por estrés crónico. Sin embargo, se ha cuestionado su relevancia para los efectos conductuales de los entornos enriquecidos.

Mecanismos

Los ambientes enriquecidos afectan la expresión de genes que determinan la estructura neuronal en la corteza cerebral y el hipocampo. A nivel molecular, esto ocurre a través del aumento de las concentraciones de las neurotrofinas NGF , NT-3 y cambios en el BDNF . Esto altera la activación de las neuronas colinérgicas , 5-HT y beta-adrenolina . Otro efecto es el aumento de proteínas como la sinaptofisina y PSD-95 en las sinapsis. También se ha encontrado que los cambios en la señalización de Wnt imitan en ratones adultos los efectos del enriquecimiento ambiental sobre las sinapsis en el hipocampo. El aumento en el número de neuronas podría estar relacionado con cambios en VEGF .

Rehabilitación y resiliencia

La investigación en animales sugiere que el enriquecimiento ambiental ayuda a recuperarse de ciertos trastornos neurológicos y deficiencias cognitivas. Hay dos áreas principales de enfoque: rehabilitación neurológica y reserva cognitiva , la resistencia del cerebro a los efectos de la exposición a amenazas físicas, naturales y sociales. Aunque la mayoría de estos experimentos utilizaron sujetos animales, principalmente roedores, los investigadores han señalado las áreas afectadas del cerebro de los animales a las que los cerebros humanos son más similares y utilizaron sus hallazgos como evidencia para demostrar que los humanos tendrían reacciones comparables a los ambientes enriquecidos. Por tanto, las pruebas realizadas en animales están destinadas a representar simulaciones humanas para la siguiente lista de condiciones.

Rehabilitación neurológica

Autismo

Un estudio realizado en 2011 llevó a la conclusión de que el enriquecimiento ambiental mejora enormemente la capacidad cognitiva de los niños con autismo . El estudio encontró que los niños autistas que recibieron estimulación olfativa y táctil junto con ejercicios que estimularon otras modalidades sensoriales emparejadas mejoraron clínicamente en un 42 por ciento, mientras que los niños autistas que no recibieron este tratamiento mejoraron clínicamente en solo un 7 por ciento. El mismo estudio también mostró que hubo una mejora clínica significativa en los niños autistas expuestos a entornos sensoriomotores enriquecidos, y una gran mayoría de los padres informaron que la calidad de vida de sus hijos fue mucho mejor con el tratamiento. Un segundo estudio confirmó su eficacia. El segundo estudio también encontró que después de 6 meses de terapia de enriquecimiento sensorial, el 21% de los niños que inicialmente habían recibido una clasificación de autismo, utilizando el Programa de observación de diagnóstico de autismo, mejoraron hasta el punto de que, aunque permanecieron en el espectro del autismo, no ya cumplió con los criterios para el autismo clásico. Ninguno de los controles de atención estándar alcanzó un nivel equivalente de mejora. La terapia que utiliza las metodologías se titula Terapia de enriquecimiento sensorial .

Enfermedad de Alzheimer

A través del enriquecimiento ambiental, los investigadores pudieron mejorar y reparar parcialmente los déficits de memoria en ratones de entre 2 y 7 meses con características de la enfermedad de Alzheimer . Los ratones en entornos enriquecidos se desempeñaron significativamente mejor en las pruebas de reconocimiento de objetos y en Morris Water Maze que cuando estaban en entornos estándar. Por lo tanto, se concluyó que el enriquecimiento ambiental mejora la memoria visual y de aprendizaje para las personas con Alzheimer. Además, se ha encontrado que los modelos de ratón de la enfermedad de Alzheimer que fueron expuestos a un ambiente enriquecido antes de la aparición de amiloide (a los 3 meses de edad) y luego regresaron a su jaula de casa durante más de 7 meses, mostraron memoria espacial preservada y una deposición de amiloide reducida a los 13 años. meses de edad, cuando se supone que deben mostrar un déficit de memoria dramático y una carga de placa amiloide. Estos hallazgos revelan los efectos preventivos y duraderos de la experiencia estimulante de la vida temprana en la patología similar al Alzheimer en ratones y probablemente reflejan la capacidad del entorno enriquecido para estimular de manera eficiente la reserva cognitiva .

enfermedad de Huntington

La investigación ha indicado que el enriquecimiento ambiental puede ayudar a aliviar los déficits motores y psiquiátricos causados ​​por la enfermedad de Huntington . También mejora los niveles de proteína perdida para aquellos con la enfermedad y previene los déficits estriatal e hipocampal en el BDNF , ubicado en el hipocampo. Estos hallazgos han llevado a los investigadores a sugerir que el enriquecimiento ambiental tiene el potencial de ser una posible forma de terapia para las personas con Huntington.

enfermedad de Parkinson

Múltiples estudios han informado que el enriquecimiento ambiental para ratones adultos ayuda a aliviar la muerte neuronal, lo que es particularmente beneficioso para quienes padecen la enfermedad de Parkinson . Un estudio más reciente muestra que el enriquecimiento ambiental afecta particularmente la vía nigroestriatal , que es importante para controlar los niveles de dopamina y acetilcolina, críticos para los déficits motores. Además, se encontró que el enriquecimiento ambiental tiene efectos beneficiosos sobre las implicaciones sociales de la enfermedad de Parkinson.

Carrera

La investigación realizada en animales ha demostrado que los sujetos que se recuperan en un entorno enriquecido 15 días después de sufrir un accidente cerebrovascular han mejorado significativamente la función neuroconductual. Además, estos mismos sujetos mostraron mayor capacidad de aprendizaje y mayor postintervención del infarto que aquellos que no se encontraban en un entorno enriquecido. Por lo tanto, se concluyó que el enriquecimiento ambiental tenía un efecto beneficioso considerable sobre el aprendizaje y las funciones sensoriomotoras en los animales después de un accidente cerebrovascular. Un estudio de 2013 también encontró que el enriquecimiento ambiental beneficia socialmente a los pacientes que se recuperan de un accidente cerebrovascular. Los investigadores de ese estudio concluyeron que los pacientes con accidente cerebrovascular en entornos enriquecidos en instalaciones de atención asistida tienen muchas más probabilidades de interactuar con otros pacientes durante las horas sociales normales en lugar de estar solos o durmiendo.

Síndrome de Rett

Un estudio de 2008 encontró que el enriquecimiento ambiental fue significativo para ayudar a la recuperación de la coordinación motora y cierta recuperación de los niveles de BDNF en ratones hembra con condiciones similares a las del síndrome de Rett . En el transcurso de 30 semanas, los ratones hembras en entornos enriquecidos mostraron una capacidad superior en la coordinación motora que los que se encontraban en condiciones estándar. Aunque no pudieron tener una capacidad motora completa, pudieron prevenir un déficit motor más severo viviendo en un ambiente enriquecido. Estos resultados, combinados con niveles aumentados de BDNF en el cerebelo, llevaron a los investigadores a concluir que un entorno enriquecido que estimula áreas de la corteza motora y áreas del cerebelo que tienen que ver con el aprendizaje motor es beneficioso para ayudar a los ratones con síndrome de Rett.

Ambliopía

Un estudio reciente encontró que las ratas adultas con ambliopía mejoraron la agudeza visual dos semanas después de ser colocadas en un ambiente enriquecido. El mismo estudio mostró que otras dos semanas después de finalizar el enriquecimiento ambiental, las ratas mantuvieron la mejora de su agudeza visual. Por el contrario, las ratas en un entorno estándar no mostraron ninguna mejora en la agudeza visual. Por tanto, se concluyó que el enriquecimiento ambiental reduce la inhibición de GABA y aumenta la expresión de BDNF en la corteza visual. Como resultado, el crecimiento y desarrollo de neuronas y sinapsis en la corteza visual mejoraron mucho debido al entorno enriquecido.

Privación sensorial

Los estudios han demostrado que con la ayuda del enriquecimiento ambiental se pueden corregir los efectos de la privación sensorial . Por ejemplo, una discapacidad visual conocida como "crianza oscura" en la corteza visual se puede prevenir y rehabilitar. En general, un entorno enriquecido mejorará, si no reparará, los sistemas sensoriales que poseen los animales.

Envenenamiento por plomo

Durante el desarrollo, la gestación es uno de los períodos más críticos para la exposición a cualquier plomo. La exposición a altos niveles de plomo en este momento puede conducir a un rendimiento de aprendizaje espacial inferior. Los estudios han demostrado que el enriquecimiento ambiental puede revertir el daño al hipocampo inducido por la exposición al plomo . El aprendizaje y la memoria espacial que dependen de la potenciación a largo plazo del hipocampo mejoran enormemente a medida que los sujetos en entornos enriquecidos tenían niveles más bajos de concentración de plomo en el hipocampo. Los hallazgos también mostraron que los ambientes enriquecidos dan como resultado cierta protección natural de los déficits cerebrales inducidos por el plomo.

Lesiones crónicas de la médula espinal

La investigación ha indicado que los animales que sufren lesiones de la médula espinal mostraron una mejora significativa en las capacidades motoras incluso con un largo retraso en el tratamiento después de la lesión cuando se exponen al enriquecimiento ambiental. Las interacciones sociales, el ejercicio y la novedad juegan un papel importante en la recuperación de un sujeto lesionado. Esto ha llevado a algunas sugerencias de que la médula espinal tiene una plasticidad continua y se deben hacer todos los esfuerzos para que los entornos enriquecidos estimulen esta plasticidad a fin de ayudar a la recuperación.

Estrés por privación materna

La privación materna puede ser causada por el abandono de un padre cariñoso a una edad temprana. En roedores o primates no humanos, esto conduce a una mayor vulnerabilidad a las enfermedades relacionadas con el estrés. La investigación sugiere que el enriquecimiento ambiental puede revertir los efectos de la separación materna sobre la reactividad al estrés, posiblemente al afectar el hipocampo, la amígdala y la corteza prefrontal.

Negligencia infantil

En todos los niños, el cuidado materno es una de las influencias importantes para el desarrollo del hipocampo, y proporciona la base para un aprendizaje y una memoria estables e individualizados. Sin embargo, este no es el caso de aquellos que han sufrido negligencia infantil . Los investigadores determinaron que a través del enriquecimiento ambiental, un niño abandonado puede recibir parcialmente el mismo desarrollo y estabilidad del hipocampo, aunque no al mismo nivel que el de la presencia de un padre o tutor. Los resultados fueron comparables a los de los programas de intervención infantil, lo que hace que el enriquecimiento ambiental sea un método útil para lidiar con la negligencia infantil.

Reserva cognitiva

Envejecimiento

La disminución de la neurogénesis del hipocampo es una característica del envejecimiento . El enriquecimiento ambiental aumenta la neurogénesis en roedores envejecidos al potenciar la diferenciación neuronal y la supervivencia de nuevas células. Como resultado, los sujetos expuestos al enriquecimiento ambiental envejecieron mejor debido a una capacidad superior para retener sus niveles de memoria espacial y de aprendizaje.

Exposición prenatal y perinatal a la cocaína

La investigación ha demostrado que los ratones expuestos al enriquecimiento ambiental se ven menos afectados por las consecuencias de la exposición a la cocaína en comparación con los que se encuentran en entornos estándar. Aunque los niveles de dopamina en los cerebros de ambos grupos de ratones fueron relativamente similares, cuando ambos sujetos estuvieron expuestos a la inyección de cocaína, los ratones en ambientes enriquecidos respondieron significativamente menos que aquellos en ambientes estándar. Por tanto, se concluyó que tanto los efectos activadores como los gratificantes son suprimidos por el enriquecimiento ambiental y la exposición temprana al enriquecimiento ambiental puede ayudar a prevenir la adicción a las drogas .

Humanos

Aunque la investigación sobre el enriquecimiento ambiental se ha realizado principalmente en roedores, se producen efectos similares en primates y es probable que afecten al cerebro humano. Sin embargo, la investigación directa sobre las sinapsis humanas y su número es limitada, ya que requiere un estudio histológico del cerebro. Sin embargo, se ha encontrado un vínculo entre el nivel educativo y una mayor complejidad de las ramas dendríticas después de la extracción de la autopsia del cerebro.

Cambios localizados en la corteza cerebral

La resonancia magnética detecta la expansión localizada de la corteza cerebral después de que las personas aprenden tareas complejas como lectura en espejo (en este caso en la corteza occipital derecha ), malabares con tres bolas ( área temporal medio bilateral y surco intraparietal posterior izquierdo ) y cuando los estudiantes de medicina revisan intensamente para exámenes (bilateralmente en la corteza parietal posterior y lateral ). Se puede esperar que tales cambios en el volumen de materia gris se vinculen con cambios en el número de sinapsis debido al mayor número de células gliales y la vascularización capilar expandida necesaria para soportar su mayor consumo de energía.

Privación institucional

Los niños que reciben estimulación empobrecida debido a que están confinados en catres sin interacción social o cuidadores confiables en orfanatos de baja calidad muestran retrasos severos en el desarrollo cognitivo y social. El 12% de ellos, si son adoptados después de los 6 meses de edad, muestran rasgos autistas o levemente autistas más tarde a los cuatro años de edad. Algunos niños en orfanatos tan empobrecidos a los dos años y medio de edad todavía no logran producir palabras inteligibles, aunque un año de cuidado de crianza les permitió a esos niños ponerse al día en su idioma en la mayoría de los aspectos. La puesta al día en otras funciones cognitivas también ocurre después de la adopción, aunque los problemas continúan en muchos niños si esto sucede después de los 6 meses de edad.

Estos niños muestran marcadas diferencias en sus cerebros, de acuerdo con la investigación con animales de experimentación, en comparación con los niños de entornos normalmente estimulantes. Tienen una actividad cerebral reducida en la corteza prefrontal orbital , la amígdala , el hipocampo , la corteza temporal y el tronco encefálico . También mostraron conexiones de materia blanca menos desarrolladas entre diferentes áreas en sus cortezas cerebrales, particularmente el fascículo uncinado .

Por el contrario, enriquecer la experiencia de los prematuros con masajes acelera la maduración de su actividad electroencefalográfica y su agudeza visual . Además, como ocurre con el enriquecimiento en animales de experimentación, esto se asocia con un aumento de IGF-1 .

Reserva cognitiva y resiliencia

Otra fuente de evidencia del efecto de la estimulación ambiental sobre el cerebro humano es la reserva cognitiva (una medida de la resistencia del cerebro al deterioro cognitivo) y el nivel de educación de una persona. La educación superior no solo está vinculada a una experiencia educativa más exigente cognitivamente, sino que también se correlaciona con el compromiso general de una persona en actividades cognitivamente exigentes. Cuanta más educación haya recibido una persona, menores serán los efectos del envejecimiento, la demencia, las hiperintensidades de la materia blanca, los infartos cerebrales definidos por resonancia magnética, la enfermedad de Alzheimer y la lesión cerebral traumática. Además, el envejecimiento y la demencia son menores en aquellos que se dedican a tareas cognitivas complejas. El deterioro cognitivo de las personas con epilepsia también podría verse afectado por el nivel de educación de una persona.

Ver también

Notas

Bibliografía

enlaces externos