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“Neurociencia Durante el Periodo
Prenatal. Pilar del Cerebro Adulto”
Luis G. Aguayo, Ph.D.
Profesor de Fisiología
Universidad de Concepción
BASES BIOLOGICAS DE LA CONDUCTA
CULTURA Y
EDUCACION
NO EXISTEN RELACIONES CAUSALES DIRECTAS
EXCLUSIVAS
CONDUCTA
REGIONES Y CIRCUTOS
TEJIDO NEURAL
NEURONA
SINAPSIS
SUB-CELULAR
1.
Relevos sinápticos
2.
Vías paralelas
3.
Organización somatotópica
4.
Orden jerárquico
5.
Ruido cerebral
Areas funcionales de la
corteza cerebral
PET (positron emission tomography) scan
Circuito de las emociones
Circuito para establecer
memorias de largo plazo
Sistema interno de regulación
actividad cerebral
Golgi Stain
La sinapsis
DESARROLLO PRENATAL
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„
Desde concepción al
nacimiento
Controlado por genes
Modulado por factores
ambientales: dieta,
enfermedades, drogas
n 13-20 2 a 3 cpas
Formación del cerebro
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„
Desarrollo cerebral embrionico ocurre
rápidamente
Dentro del primer mes, el cerebro esta
emergiendo y el embrión esta formando
sus partes, desde la medula espinal al
cerebro. El cerebro se esta separando
en anterior, medio y posterior.
5a6
semanas
5a6
semanas
5a6
semanas
El cerebro de un feto
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„
„
Regiones que regulan funciones básicas como
respiración y alimentación maduran más
temprano que otras que controlan funciones más
sofisticadas como lenguaje o razonamiento.
Aun después de 9 meses de desarrollo la corteza
no a terminado su desarrollo.
Desarrollo después de nacimiento es tan
dramático como antes.
Nacimiento y crecimiento de
neuronas
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Neurogenesis ocurre primariamente de 7 a 18
semanas de gestación
A los 4 meses las neuronas están definidas y
sobreviven hasta la vejez
Sinaptogenesis ocurre alrededor de 0-2 años.
83% de las conexiones ocurren después del
nacimiento.
Telencéfalo: crecimiento
en forma de C
Corteza: Pliegues
9 meses
5 meses
14 semanas
7 semanas
9 meses
9 meses
9 meses
Medulla
Cerebro
Posterior
Pons
Cerebellum
9 mesesControla respiración, digestión, circulación,
& control motor fino
Bulbo raquídeo
Puente
Cerebelo
9 meses
Cerebro medio
9 meses
Procesamiento básico visual y auditivo
9 meses
Tálamo
Diencéfalo
Hipotálamo
9 meses
Estación de relevo sensorial
Intersección del SNC y sistema endocrino
Tálamo
Diencephalon
Diencéfalo
Hipotálamo
9 meses
TelencéfaloÆ
2 hemisferios Cerebrales
Forma un capa sobre
estructuras profundas
9 meses
Vista de cross-sección
9 meses
Hemisferios
cerebrales
9 meses
Hemisferios
cerebrales
Tálamo
Hipotálamo
9 meses
Conexiones entre telencéfalo y
otras estructuras
9 meses
Conexiones entre telencéfalo y
otras estructuras
Cuerpo calloso
Capsula interna
9 meses
Hippocampus
Telencephalon
9 meses
Formación de memoria a largo plazo
Hipocampo
Telencéfalo
9 meses
Capa delgada de células
que cubre los hemisferios
Hipocampo
Telencéfalo
Corteza
Corteza
Procesamiento visual de alto orden
Corteza visual
Corteza
Procesamiento visual-auditivo
Recepción de lenguaje
Corteza visual
Corteza temporal
Corteza
Integracion sensorial
Procesamiento visuo-motor
Corteza visual
Corteza temporal
Corteza parietal
Corteza
Cognición de alto nivel
Control motor
Expresión de lenguaje
Corteza
visual
Corteza temporal
Corteza parietal
Corteza frontal
Desarrollo Cortical
Inicio prenatal
Continua hasta
adolescencia tardía
sion de 2 genes
mitiva.
ripcion.
oteinas
Patologías asociadas a retardo mental
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„
Tay Sachs: Aumento excesivo de gangliosido
GM2. Déficit en beta-hexosaminidase A.
Fenilcetonuria. Aumento en fenilalanina.
Déficit en fenilalanina hidroxilasa.
Síndrome de Down. Triplicación del
cromosoma 21. Alteración sináptica. Proteína
Beta Amiloide aumentada. Superoxido
dismutasa (sinapsis, ALS).
Síndrome alcoholismo fetal. Microcefalia.
8 estados del desarrollo
embrionico y fetal
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Proliferación
Migration
Diferenciación
Crecimiento axonal
Crecimiento dendrítico
Sinaptogénesis
Mielinización
Muerte Neuronal
Los estados son
secuénciales en una
neurona, pero todas
ocurren simultáneamente
a través del desarrollo.
Desarrollo a nivel celular
1. Mitosis
2. Migration
5. Synaptogenesis 6. Death
3. Aggregation and
4. Differentiation
7. Rearrangement
8. Myelination
Mielinizacion tiene una larga
duración
Critical Periods
Estados de Desarrollo del Sistema Nervioso Central e n Humanos
Inducción dorsa l,
fo rmación t ubo neural
3-4 semanas
Esp ina bifida
Craneo b ífido
Inducción ventral
Craneo, facial
5-6 semanas
Holoprosencefalía. Falla e n fo rmación
de vesiculas telenc efalicas.
Actividad proliferativa
8-16 semanas
Microencefalía. Injuria química,
infección
Migración (neuronasespongioblastos
12-20 semanas
Heterotopia. Colección de neuronas e n
áreas ectop ic as. M icrogirias.
Difere nciación (neuronasglias)
6 meses- madurez
Apre ndizaje inapropiado. Retardo
menta l.
Mielinización
0-2 años
4 meses-18 años
Leucodistrofias, fenilketonuria,
desnutrición.
Obtención del cableado
correcto
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Rol de la Naturaleza
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Primera fase controlado por los genes
Rol de la experiencia
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„
Poda sináptica. Sobrevivencia de la vía mas
activa.
Muy activa hasta 2 años. Luego hay
remodelación
Long term effects of potential
insults during development
From McEwen 1994
The hippocampus is a target for adrenal steroids. It contains two types of intracellular
receptors that regulate gene expression. The mineralocorticoid receptor (MR) is a high
affinity receptor that recognizes levels of glucocorticoids that occur during the diurnal
rhythm. The glucocorticoid receptor (GR) has somewhat lower affinity than MR and it
responds to stress levels of glucocorticoids.
6. MR is found in high concentrations in neurons in the hippocampus and in small
groups of cells in other parts of the brain. There is also a lower level of expression of
MR in many other cells throughout the brain. In contrast, GR is found in many cells both neurons and glia - throughout the nervous system.
Besides suppressing neurogenesis, 21d of daily restraint stress reduces branching and total length of apical dendrites of CA3
neurons. Note that the basal dendritic tree is not altered by repeated restraint stress. Repeated stress has also been reported to
decrease the length and branching of dentate gyrus granule neurons and CA1 pyramidal neurons. Dendritic remodeling is also
produced by daily exposure to elevated corticosterone. Both stress- and glucocorticoid-induced remodeling are reversible.
Although glucocorticoids are able to mimic the effects of repeated stress on remodeling of dendrites, glucocorticoids are not
acting alone. Excitatory amino acids play a major role in structural plasticity, and they may be responsible for suppressing
neurogenesis in the dentate gyrus as well as participating in the remodeling of dendrites.
AC-USNC
Repeated psychosocial stress for 28d causes remodeling of dendrites of CA3 neurons, very much like that found after repeated
restraint stress and also that seen in dominant and subordinate rats in the VBS studies described earlier. Unfortunately, we do
not know what happens to the dendritic remodeling in the dominant tree shrews! The remodeling of CA3 dendrites can be
prevented by daily treatment of intruder tree shrews with phenytoin (Magarinos et al., 1996).
As also shown in this slide, chronic psychosocial stress also causes reduced neurogenesis in the dentate gyrus (Gould et al.,
1997).
The effects of psychosocial stress to suppress neurogenesis can be prevented by daily treatment with the antidepressant,
tianeptine. Other antidepressants have been reported to increase neurogenesis in the dentate gyrus, but so far the recent study
by Czeh et.al. (Czeh et al., 2001) Is the only one to uses an antidepressant to counteract the effects of an ongoing stress. Tree
shrews show behavioral alterations - anhedonia and reduced exploratory activity - that are prevented by treatment with
antidepressants. Therefore these results have some relevance to what antidepressant may be doing in depressive illness.
Rabia y agresión
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Agresión predatoria: habitualmente es un ataque
contra una especie distinta, cuyo objetivo es obtener
alimentación para subsistir. Se caracteriza por una
escasa vocalización y una actividad reducida del
sistema nervioso simpático. Esta agresión está
orientada a la cabeza y el cuello.
Agresión afectiva: existe una actividad mas alta del
sistema nervioso simpático, la que va acompañada
de vocalizaciones y cambios posturales frecuentes.
Este tipo de agresión no está destinada a matar al
oponente.
Sintesis
Tryptophan
Tryptophan
Hydroxylase
5-Hydroxytrophan (5-HTP)
5-Hydroxytryptamine (5-HT)
Amino Acid
Decarboxylase
Metabolismo
5-HT
Monoamine
Oxidase
5-HIAA
5-HIAA: 5-Hydroxy indole amine acid
Estructura adulta
Corteza
Tálamo
Ojo/retina
Desarrollo del
sistema visual
Características estructurales
1. Columnas de dominancia ocular
2. Estructura laminar en tálamo
Cada región adopta su
propia área en la corteza
visual
Hubel &
Weisel
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Gatos con deprivación binocular
No hay anormalidad en la retina o tálamo
Profunda anormalidad en corteza visual
Producción de proteínas disminuida, dendritas mas cortas y
menor numero, 70% sinapsis.
Solo observado en desarrollo temprano, persiste en adultos
Deprivación en 1 ojo durante desarrollo temprano
Visión esta alterada, después de restauración
Resultado de deprivación monocular
Corteza
Talámo
Ojo/retina
Sale et al., 2007
Conclusiones
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Desarrollo depende de genes y medio ambiente
Desarrollo ocurre desde etapas tempranas, 30 años
Existen etapas criticas y sensibles. Secuenciales
Funciones básicas se desarrollan primero
Alteraciones en el desarrollo: Retardo mental
Establecimiento de cableado duro, seguido de remodelación
Estrés crónico afecta la maduración neuronal
Existen ventanas de maduración delimitadas en el tiempo
Existencia de enorme capacidad para plasticidad cerebral
Estadios prenatales determina bases del cerebro.
Fin