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Estación 5:
Arquitectura de la mente
Palabras claves:
Neurona, sinapsis, neurociencia
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Estación 5: Arquitectura de la mente
© Pontificia Universidad Católica del Perú
Tabla de contenidos
Estación 5: Arquitectura de la mente
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Introducción
1. Centro de conmutación neuronal
2. Problemas logísticos en la sinapsis
3. Rastreando la memoria
4. Fundamento morfológico del aprendizaje y el olvido
5. Diagnóstico temprano de enfermedades neurodegenerativas
6. Interrupciones del transporte en las neuronas
7. Mielina multiprósito
8. Hacer que las palabras tengan sentido
9. Circuito retinal
10. La carrera hacia los oídos
11. Base del aprendizaje
Información adicional
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Preguntas motivadoras
transmiten señales las células
nerviosas?
 ¿Qué causa las enfermedades de los
sistemas nerviosos?
 ¿Cómo se coordina la información en el
cerebro?
 ¿Podemos reparar nuestro cerebro?
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 ¿Cómo
Introducción
Contiene aproximadamente 100
mil millones de células nerviosas.
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Estructura más compleja
Cada célula cuenta con miles de
conexiones con otras neuronas.
Su interacción controla cada una
de las funciones del cuerpo.
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• Los
neurocientíficos
contemporáneos,
están
investigando todos los aspectos del sistema nervioso,
su estructura, función y desarrollo.
¿Qué está
determinado • Actualmente, se asume que de 30 a 50% de los genes
humanos realizan sus funciones principalmente en el
por los
cerebro; ello nos da un índice de la complejidad del
genes y qué
control y desarrollo genéticos.
es formado
• Las causas de muchas enfermedades neurológicas se
por el
encuentran en defectos de dichos genes, que también
aprendizaje
desempeñan un papel en el desarrollo.
y la
la
mitad
de
todas
las
experiencia? • Aproximadamente,
enfermedades genéticas afectan el sistema nervioso.
El cerebro solamente puede alcanzar su plena
capacidad mediante la interacción con su entorno.
1. Centro de conmutación
neuronal
Nuestro cerebro está compuesto por cerca de 100 mil
millones de células nerviosas conectadas entre sí
mediante fibras.
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Un milímetro cúbico de tejido cerebral cuenta con
conexiones equivalentes a aproximadamente un
kilómetro de hebras de fibra.
Todo el cerebro tiene aproximadamente un millón de
kilómetros de hebras de conexión.
Cada neurona posee hasta 10 000 puntos de conexión
(sinapsis) con otras células nerviosas, lo que significa que
nuestro cerebro tiene más de un cuatrillón de sinapsis.
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Cada célula nerviosa emplea
un
millón
de
bombas
moleculares que bombean
200 millones de señales
iónicas por segundo, hacia o
desde la célula, proceso que
consume aproximadamente
70% de la energía empleada
por estas células.
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Centro de conmutación
neuronal
2. Problemas logísticos
en la sinapsis
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Las
sinapsis
transfieren
información
entre
neuronas,
determinando
así
lo
que
recordamos y lo que olvidamos.
Los científicos de Max Planck han
identificado los complejos de transporte
que aseguran que ciertas proteínas se
enriquecen en las sinapsis.
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3. Rastreando la memoria
Plasticidad
¿Cómo sucede esto?
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Investigadores
de
Max
Planck han descubierto que
las proteínas neuronales no
solo
actúan
como
transmisores, sino también
como receptores.
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Capacidad del
cerebro para
modificarse
constantemente
4. Fundamento morfológico del
aprendizaje y el olvido
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Cada célula nerviosa está en
contacto
con
otras
células
nerviosas a través de 10 hasta
100 000
“espínulas”.
Estas
conexiones no son estáticas.
Los puntos de contacto a manera de espinas (espínulas), que
presumiblemente están involucradas en la formación de
sinapsis, pueden ensamblarse y separarse de nuevo, facilitando
así la plasticidad del cerebro.
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Por primera vez, se ha hecho posible
observar la degeneración de estas
espínulas bajo el microscopio.
Posiblemente este proceso es
responsable del olvido.
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En los experimentos, los espínulas se
degeneran cuando las células
nerviosas son poco estimuladas.
5. Diagnóstico temprano de
enfermedades neurodegenerativas


La tomografía de emisión de positrones
(Positron Emission Tomography, PET)
actualmente constituye la herramienta
más apropiada para lograr este objetivo.
El fundamento del proceso es una nueva
generación de escáneres PET que han
desarrollado conjuntamente el Instituto
Max Planck de Investigación Neurológica
y CPS Innovations, una empresa con sede
en Knoxville, Tennessee, durante varios
años.
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¿De qué manera se puede
asegurar el reconocimiento
temprano de enfermedades
neurodegenerativas?
La imagen muestra el
metabolismo de la glucosa en
el tejido cerebral. El mal de
Alzheimer involucra
perturbaciones del
metabolismo y presenta un
patrón característico de
distribución.
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6. Interrupciones del
transporte en las neuronas
Aquí, la proteína tau desempeña un rol
esencial. Sin embargo, si es almacenada
como amiloide, se interrumpe el transporte
en la neurona.
Esto es precisamente lo que sucede en las
enfermedades neurodegenerativas, como
el Alzheimer, que es el desorden cerebral
más común en las personas mayores.
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El transporte ordenado en las células es
particularmente importante cuando se trata
de neuronas que presentan largas
extensiones en forma hebra.
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Alzheimer
Hasta la fecha no se cuenta con
terapia efectiva contra esta
enfermedad. Incluso es difícil de
diagnosticar.
De
hecho,
a
menudo no es posible confirmar
con plena certeza si una persona
presenta esta enfermedad o no,
hasta después de su muerte y
que una autopsia haya sido
realizada.
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B
Especialistas forenses han encontrado en el cerebro, depósitos
anormales de proteína tau (A) o de alfa sinucleína (B)
probablemente relacionadas con la enfermedad de Parkinson. Debido
a su asociación con las enfermedades neurodegenerativas, ambas
proteínas han sido objeto de investigación durante muchos años.
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A
7. Mielina multiprósito


La mielina sirve como aislante eléctrico
de nuestro sistema nervioso.
El espesor de la funda de mielina es
proporcional al espesor del axón
envuelto por ella.
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¿Cómo es que las células saben si están
envolviendo un axón grueso o delgado en
un momento determinado?
Los científicos del Instituto Max Planck de Medicina Experimental descubrieron un
importante mecanismo involucrado en esta comunicación. Lograron aumentar la
cantidad de un determinado factor de crecimiento en las neuronas, lo que dio como
consecuencia un aumento de la producción de mielina. Este descubrimiento crea
nuevas esperanzas. Se llevarán a cabo experimentos adicionales para determinar si
esta técnica puede ponerse en práctica para reparar partes específicas de un
sistema nervioso dañado y si puede utilizarse como forma de terapia contra
enfermedades como esclerosis múltiple.
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8. Hacer que las palabras
tengan sentido
Además de la organización estructural y
funcional de la corteza cerebral, Los científicos
de Max Planck también están estudiando los
fundamentos básicos neurales de la percepción.
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Esta neurona se origina en el centro Wernicke
de la corteza cerebral que es responsable del
procesamiento del lenguaje.
9. Circuito retinal
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Durante el desarrollo del
embrión, la retina aparece como
una protuberancia del futuro
cerebro y forma parte del
sistema nervioso central.
Debido a su clara estructura y
fácil
acceso
para
la
experimentación,
sirve
de
modelo simple para los estudios
del sistema nervioso central.
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10. La carrera hacia los oídos
nuestro sistema auditivo
compara el tiempo que se
demora en llegar a cada
oído.
 De esta manera, el oído
humano puede distinguir
diferencias de tiempo de
apenas
unas
cuantas
millonésimas de segundo.
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 Para localizar un sonido,
11. Base del aprendizaje
La información procedente
de diferentes sistemas
sensoriales converge en el
hipocampo,
que
desempeña
un
rol
importante
en
la
transferencia
de
la
información de la memoria
de corto plazo a la de largo
plazo.
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
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De manera similar, si hay menos
estímulo, los puntos de contacto se
degeneran y se produce el olvido.
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Los científicos de Max Planck emplean
la estimulación de alta frecuencia de las
células nerviosas del hipocampo para
demostrar lo que sucede en las células
cuando aprendemos: si la transmisión
de señales a las sinapsis se incrementa
de manera continua, la ruta de señales
estimulada deja un rastro.
Finalizando…

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Los síntomas clínicos neurodegenerativos presentan algunos
de los mayores desafíos para la investigación médica
contemporánea.
 La incidencia de estos males asociados con el envejecimiento,
está aumentando de manera constante y los sistemas de
atención de la salud ya enfrentan inmensas responsabilidades
clínicas y socioeconómicas como consecuencia de los mismos.
 Los males de Alzheimer y Parkinson son particularmente
importantes al respecto, así como otros síndromes
degenerativos asociados a síntomas de demencia.
 Las encuestas estadísticas señalan que hasta diez por ciento
de las personas de más de 65 años de edad sufren de alguna
manifestación del mal de Alzheimer.
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Interrogantes sin respuesta aún…
 ¿Cómo asegurar el reconocimiento temprano
 ¿Qué métodos eficientes son recomendables
para el tratamiento de Alzheimer y
Parkinson?
Las investigaciones continúan…
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de enfermedades neurodegenerativas?
http://www.sciencetunnel.com
http://www.sciencetunnel2.de/?page_id=1286&lang=es
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Información adicional
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