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Neurodesarrollo II Plasticidad Herencia y Ambiente Resumen • • • • Parte 1: Desarrollo de SNC Parte 2: Mecanismos de plasticicdad Parte 3: Herencia y ambiente Parte 4: Ejemplos Parte I Desarrollo 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 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 parte rostral y luego 3-4 semanas 3-4 semanas Hendidura Neural 3-4 Semanas Hendidura Neural Tubo Neural 3-4 Semanas Hendidura Neural Tubo Neural Neuroepitelio 3-4 Semanas Hendidura Neural Tubo Neural Neuroepitelio Cerebro Médula Espinal 5 a 6 Semanas El sistema nervioso comienza a funcionar Pasos o Etapas en el desarrollo Neural 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Ploriferación y Diferenciación (neurogénesis) Migración Desarrollo del axón y las dendritas Sinaptogénesis Poda sináptica Muerte celular programada Reordenamiento sináptico 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 • • • 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: Migración Radial: hacia fuera habitualmente guiandose por las células gliales radiales Migración Tangencial: hacia arriba 2. Migración Se han descrito dos métodos de migración Migración Somal: Se desarrolla una extensión que guía la migración el cuerpo neuronal le sigue. Migración mediada por Glía: La célula migra guiada por la red de células gliales radiales. 2. Migración • Ninguna célula capaz de dividirse migra de la capa ventricular 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 qué migran? ¿Cómo se determina a donde migrar? 2. Migración 3. Desarrollo del Axón y las Dendritas • 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 determinados genes que determinan la formación del axón y las dendritas permitiendo el contacto sináptico. 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 determinados genes 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. 3. Desarrollo del Axón y las Dendritas 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 2 1 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 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 4. Sinaptogénesis • • • • • • 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 5. Poda sináptica 4. Sinaptogénesis 5. Poda sináptica 4. Sinaptogénesis 5. 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 5. Poda sináptica Human Brain at Birth 6 Years Old 14 Years Old 46 6: Muerte Neuronal programada y reordenamiento sináptico • El 50% de las neuronas creadas en los primeros 7 mese de vida mueren • La estructura del cerebro es tanto un producto del creciemiento y la plorifereción como lo es de la poda y la reordenación Sensitive Periods for Early Development critical period critical period wanes Binocular vision Central Auditory System Emotional control Habitual ways of responding Peer social skills Language symbols Cognitive skills: relative quantity 0 1 2 3 4 5 6 age 7 (yrs) Vía Visual Modelo de neurodesarrollo Campo visual Mapeo en la retina Proyección del NGL a V1 Vías normales Génesis de botones sinápticos en el desarrollo Plasticidad sináptica está presente en diversas patologías Neurofisiología del sueño en relación a la plasticidad y el aprendizaje Se han propuesto dos sistemas reguladores del ciclo de sueño 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 Electrofisioloía del sueño Vigilia NoREM REM Estudios con PET Durante el sueño nocturno. Áreas que se activan durante las distintas fases La diferencia fundamental entre el sueño y la vigilia es la activación de lóbulos frontales durante la vigilia Hobson & Pace-Schott (2002) Nature Reviews Neuroscience, 3: 679 Activation syntheses Model Hallazgos esenciales en Polisomnografía Clasificación La memoria es menos disminuida por el sueño nocturno que por un periodo de tiempo equivalente de vigilia diurna. Experimentación 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 REM). REM La privación de REM en este periodo produce olvido y perdida de entrenamiento. 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 - Memoria explícita / declarativa / episódica 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 Hipnograma. Hipnograma Arquitectura Normal de Sueño Nocturno Î relevante para el aprendizaje Stickgold & Walker, Trends in Neurosciences, 2005 Stickgold –Sleepandmemory processing TrendsinCognitiveSciences–Vol.2,No.12,December1998 Stickgold –Sleepandmemory processing TrendsinCognitiveSciences–Vol.2,No.12,December1998 Electrofisiología (Registros Profundos hipocampo y corteza entorhinal) Vigilia (exploración activa): predomina el flujo de información desde neocorteza hacia hipocampo a través de las capas superficiales de la corteza entorhinal (tracto perfonate). Sueño 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. Sueño 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 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 hacen que constituya un riesgo para la vida. En los pacientes en que se sospeche una Narcolepsia se realiza además del registro 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 CIE10. 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