Neurodesarrollo IIPlasticidad

Herencia y Ambiente

Resumen

• Parte 1: Desarrollo de SNC• Parte 2: Mecanismos de plasticicdad• Parte 3: Herencia y ambiente• Parte 4: Ejemplos

Parte IDesarrollo del Sistema nervioso

DIA 18 – 24• La región dorsal del ectodermo se engruesa y forma la placa

neural.• La placa neural se hunde y forma una hendidura o surco neural• El surco neural se cierra en la parte rostral y luego

progresivamente hacia la parte caudal.• Se forma el tubo neural• Las células atrapadas dentro del tubo neural forman el SNC, las

células de la placa que quedan fuera del tubo dan origen a estructuras neurales periféricas como el SN autónomo

3-4 semanas

Hendidura Neural

3-4 semanas

3-4 SemanasHendidura Neural

Tubo Neural

3-4 SemanasHendidura Neural

Tubo Neural

Neuroepitelio

Hendidura Neural

Tubo Neural

3-4 Semanas

Cerebro

Médula Espinal

Neuroepitelio

5 a 6 SemanasEl sistema nervioso comienza a

funcionar

1. Ploriferación y Diferenciación (neurogénesis)2. Migración3. Desarrollo del axón y las dendritas4. Sinaptogénesis5. Poda sináptica6. Muerte celular programada7. Reordenamiento sináptico

Pasos o Etapas en el desarrollo Neural

1. Neurogénesis

• Comienza con el cierre del Tubo neural

Las células madres de la placa neural parecen tener una capacidad ilimitada de autoregenerarse y dividirse. Ellas pueden dar origen a diferentes tipos de células maduras. (Totipotenciales)

En la medida que se desarrolla el tubo neural la especificidad aumenta. Se pueden identificar células madres gliales (multipotenciales) y células madres neurales (multipotenciales)

Existen varios modelos para explicar la diferenciación: de linaje celular y de interacción celular.

Modelo de diferenciación

Modelo de diferenciación

Ploriferación Neural

• Comienza con el cierre del tubo neural

Ploriferación Neural

• Comienza con el cierre del tubo neural• Las células nuevas nacen en la capa ventricular

Ploriferación Neural Ploriferación Neural

• Comienza con el cierre del tubo neural• Las células nuevas nacen en la capa ventricular• 1 célula madre da origen a ≈ 10,000 células hijas

Ploriferación Neural

• Comienza con el cierre del tubo neural• Las células nuevas nacen en la capa ventricular• 1 célula madre da origen a ≈ 10,000 células hijas• En esta etapa se producen alrededor de 100 billones de

neuronas, miles por minuto.

2. Migración

En el tubo neural ocurren dos tipos de migración:

MigraciMigracióón Radial:n Radial: hacia fuera habitualmente guiandose por las células gliales radiales

MigraciMigracióón Tangencial:n Tangencial: hacia arriba

2. MigraciónSe han descrito dos métodos de migración

MigraciMigracióón n SomalSomal:: Se desarrolla una extensiSe desarrolla una extensióón que gun que guíía la migracia la migracióón el cuerpo n el cuerpo neuronal le sigue. neuronal le sigue.

MigraciMigracióón mediada por n mediada por GlGlííaa:: La cLa céélula migra guiada por la red de clula migra guiada por la red de céélulas lulas glialesglialesradiales. radiales.

• Ninguna célula capaz de dividirse migra de la capa ventricular

2. Migración

2. Migración• Ninguna célula capaz de dividirse migra de

la capa ventricular• Crea un patrón radial de desarrollo de

adentro a afuera.

2. Migración• Ninguna célula capaz de dividirse migra de

la capa ventricular• Crea un patrón radial de desarrollo de

adentro a afuera.• Importancia de las céulas Gliales radiales

2. Migración

2. Migración

2. Migración¿¿Por quPor quéé migran?migran?¿¿CCóómo se determina a donde migrar?mo se determina a donde migrar?

2. Migración

• Las células que migran son funcionalmente y estructuralmente inmaduras.

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

• Las células que migran son funcionalmente y estructuralmente inmaduras.

• Una vez que llegan a su sitio de destino se activan determinadosgenes que determinan la formación del axón y las dendritas permitiendo el contacto sináptico.

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

• Las células que migran son funcionalmente y estructuralmente inmaduras.

• Una vez que llegan a su sitio de destino se activan determinadosgenes que determinan la formación del axón y las dendritas permitiendo el contacto sináptico.

• El axón crece a partir de un cono de crecimiento del que se expanden y retraen filopodos como buscando el camino.

Cono de crecimiento

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

• Los axones tienen objetivos específicos• Algunos de estos targets u objetivos se encuentran a

distancias enormes• Algunos axones se extienden 40,000 vece la diemnción del

cuerpo celular de la neurona

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

1

2

3

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

• Usualmente comienza tras la migración• Es lento• También ocurre a partir de un cono de crecimiento• Comienza prenatalmente pero continua postnatalmente• Ocurre una sobreproducción de ramas lo que determina la necesidad

de la poda posterior• Las dendritas restantes continúan creciendo y ramificándose

3. Desarrollo del Axón y las Dendritas

• Proceso de formación de nuevas sinapsis• Ocurre por el crecimiento de dendritas y axones • Requiere de la presencía de células gliales en particular de

astrocitos• Para que se establezca se requiere de intercambio de señales

químicas entre las neuronas pre y postsinapticas.• Una neurona hace aprox 1000 contactos sinápticos• En un inicio se producen muchas más de las que se necesitan

4. Sinaptogénesis

Génesis de botones sinápticos en el desarrollo

4. Sinaptogénesis

4. Sinaptogénesis5. Poda sináptica

4. Sinaptogénesis5. Poda sináptica

4. Sinaptogénesis5. Poda sináptica

•El número de sinapsis alcanza su máximo a los 2 años de edad

•Después predomina la poda sináptica

•Para los 16 años solo persisten la mitad de las sinapsis originalmente formadas

46

Human Brain at Birth 6 Years Old 14 Years Old

5. Poda sináptica

6: Muerte Neuronal programada y reordenamientosináptico

• El 50% de las neuronas creadas en los primeros 7 mesede vida mueren

• La estructura del cerebro es tanto un producto del creciemiento y la plorifereción como lo es de la poda y la reordenación

0 1 2 3 4 5 6 7

relative quantitysymbols

LanguagePeer social skills

Habitual ways of responding

Emotional control

Binocular visionCentral Auditory System

age (yrs)

Cognitiveskills:

Sensitive Periods for Early Developmentcriticalperiod

criticalperiod wanes

Vía Visual

Modelo de neurodesarrollo Campo visual

Mapeo en la retina

Proyeccióndel NGL a V1

Vías normales

Génesis de botones sinápticos en el desarrollo

Plasticidad sináptica está presente en diversas patologías

NeurofisiologNeurofisiologíía a del suedel sueñño en relacio en relacióón n a la plasticidad y el a la plasticidad y el

aprendizajeaprendizaje

Se han propuesto dos sistemas reguladores del ciclo de sueSe han propuesto dos sistemas reguladores del ciclo de sueñño y vigilia:o y vigilia:

Sistema de Ritmos Circadianos• La ritmicidad circadiana proviene de dentro del organismo

• Estos ritmos circadianos son influenciados por pistas ambientales llamadas "zeitgebers"

• El reloj regulador en los mamíferos parece localizarse en el núcleo supraquiasmático del hipotálamo anterior.

Sistemas Homeostáticos• La somnolencia se incrementa proporcionalmente al tiempo previo en

vigilia y viceversa.

• Existe la necesidad de recuperar el sueño después de un periodo de privación independientemente de la influencia circadiana

• Hay una presión para mantener el balance entre el sueño y la vigilia

ElectrofisioloElectrofisioloííaa del suedel sueññoo

Vigilia NoREM REM

Estudios con PETDurante el sueño nocturno.

Áreas que se activan durante las distintas fases

Hobson & Pace-Schott (2002)Nature Reviews Neuroscience, 3: 679

La diferencia fundamental entre el sueño y la vigilia es la activación de lóbulos frontales durante la vigilia

Activation syntheses Model

Hallazgos esenciales en Polisomnografía

ClasificaciClasificacióónn

La memoria es menos disminuida por el sueño nocturno que por un periodo de tiempo equivalente de vigilia diurna.

ExperimentaciExperimentacióón en Animales:n en Animales: La consolidación de memoria después del entrenamiento en una tarea requiere de procesos específicos que se encuentran activos durante el sueño REM. El organismo ajusta homeostáticamente la cantidad de sueño REM en dependencia de las demandas de memoria a consolidar. (Ventana de REMVentana de REM). La privación de REM en este periodo produce olvido y perdida de entrenamiento.

Estudios conductuales en Humanos:Estudios conductuales en Humanos: No solo el REM sino también el Sueño de Ondas Lentas (SWS) es importante para la consolidación de memoria. Ambos facilitan componentes diferentes de los procesos de consolidación.SWS SWS -- Memoria explícita / declarativa / episódicaREM REM -- Memoria implícita / de procedimientos

Hipnograma Normal

Según las características del trazado se clasifica en las distintas fases o etapas de sueño ( I, II, III, IV, REM), así como por ciclos. Toda esta información sobre la arquitectura del sueño se resume en el HipnogramaHipnograma.

Arquitectura Normal de Sueño Nocturno relevante para el aprendizaje

Stickgold & Walker, Trends in Neurosciences, 2005

S t i c k g o l d – S l e e p a n d m e m o r y p r o c e s s i n gT r e n d s i n C o g n i t i v e S c i e n c e s – V o l . 2 , N o . 1 2 , D e c e m b e r 1 9 9 8

S t i c k g o l d – S l e e p a n d m e m o r y p r o c e s s i n gT r e n d s i n C o g n i t i v e S c i e n c e s – V o l . 2 , N o . 1 2 , D e c e m b e r 1 9 9 8

ElectrofisiologElectrofisiologíía a (Registros Profundos hipocampo y corteza (Registros Profundos hipocampo y corteza entorhinalentorhinal))

Vigilia (exploraciVigilia (exploracióón activa):n activa): predomina el flujo de información desde neocorteza hacia hipocampo a través de las capas superficiales de la corteza entorhinal (tracto perfonate).

SueSueñño de Ondas Lentas (SWS):o de Ondas Lentas (SWS): el patrón anterior es sustituido por uno de transmisión saliendo del hipocampo hacia neocorteza por las capas más profundas de la corteza entorhinal.

SueSueñño REM:o REM: reaparece la transmisión predominante desde neocorteza hacia hipocampo.

Modelo de consolidación de memoria durante el sueño nocturno

Efecto de la primera noche

Hipnograma de un paciente con insomnio severo.

Hipnograma de paciente con depresión endógena.

Trazado con apnea obstructiva y arritmia cardiaca. Concluye con Trazado con apnea obstructiva y arritmia cardiaca. Concluye con un despertar parcial.un despertar parcial.

El hipnograma se complementa con el estudio de la mecánica respiratoria, la saturación de oxígeno (OXIMETRÍA) y de la actividad cardiaca (EKG).

Las apneas durante el sueño repercuten en la calidad del mismo y aun cuando el paciente refiera que duerme demasiado, el sueño no resulta reparador. Prueba de ello es la hipersomnia diurna compensatoria que acompaña este síndrome que junto a la hipoxia y las arritmias cardiacas hacenque constituya un riesgo para la vida.

En los pacientes en que se sospeche una Narcolepsia se realiza además delregistro de sueño nocturno un Test de Latencias Múltiples durante el día. La presencia de REM en dos o más de los registros diurnos ratifica el diagnóstico

Muchas epilepsias tienen como característica crisis durante el sueño.El registro nocturno permite obtener el patrón crítico y su efecto sobre la arquitectura del sueño.

Evaluación de los trastornos del sueño

Para diagnosticar un trastorno del sueño es importante prestar atención a:

-La Historia clínica: con evaluación de las características y calidad subjetiva del dormir. Los puntos más importantes en una buena historia del sueño, son:Momento cronológico y contextual de inicio del problema.Historia psicopatológica personal: estilo y hábitos de vida y sustancias y fármacos que ha consumido o consume.Problemas psicológicos, respiratorios o somáticos asociados.-Autorregistros y cuestionarios: para saber la regularidad de los síntomas, son importantes los autorresgistros, llamados también diarios de sueño, realizados por las mañanas, después de levantarse. Constarán de las siguientes variables: hora de acostarse y levantarse, latencia del sueño, despertares nocturnos (causa), estado emocional al acostarse y levantarse. Pueden emplearse cuestionarios de sueño como:- Sleep Questionnaire and Assessment of Wakefulness (SQAW) de Miles (1979), versión española de Domínguez y Baker (1993). - La somnolencia diurna es posible de evaluar mediante autoinformes como la Escala de Somnolencia de Stanford de Hodges (1972).- Para evaluar los trastornos no orgánicos del sueño existe el COS o Cuestionario Oviedo de Calidad del Sueño de Bobes (2000). Es una breve entrevista semiestructurada de ayuda diagnóstica para los trastornos del sueño del tipo insomnio e hipersomnia según los criterios diagnósticos DSM-IV y CIE-10. Bioquímica de la sangre: chequeando análisis de rutina, para hacer diagnóstico diferencial, y evaluación con niveles hormonales según sexo, edad y síntomas del paciente según corresponda.Pruebas psicofisiológicas: Polisomnografía