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Integración y Control: Sistema
Nervioso
Capítulo 34
Líneas de Comunicación
Stimulus
(input)
Receptors
(sensory neurons)
Integrators
(interneurons)
motor neurons
Effectors
(muscles, glands)
Figure 34.1
Page 579
Response
(output)
Neuronas
• Unidades básicas de comunicación en
todos los sistemas nerviosos
• Monitorean información dentro y
alrededor del cuerpo y dan órdenes de
respuesta
Clases de Neuronas
1.
Sensoriales- responden a estímulos y los transmiten a
médula espinal y cerebro
2.
Interneuronas- reciben y procesan estímulos para
luego influir en la actividad de otras neuronas
3.
Motoras- transmiten información de médula espinal y
cerebro hacia músculos y glándulas
Neuroglia
• Células que ayudan metabólicamente,
apoyan estructuralmente, y protegen las
neuronas
• Constituyen más de la mitad del volumen del
sistema nervioso de vertebrados
Estructura de una Neurona
dendrites
INPUT ZONE
cell body
axon
TRIGGER ZONE
CONDUCTING ZONE
OUPUT ZONE
axon
endings
Figure 34.2
Page 580
Potencial de Membrana en Reposo
• Diferencia en carga a través de la membrana
plasmática de una neurona
• Fluido afuera de la célula tiene más carga
negativa que el fluido en el interior
• Potencial se mide en milivoltios
• Potencial en reposo es usualmente -70mv
Como los Iones se Mueven a
Través de la Membrana
Interstitial fluid
Cytoplasm
Passive transporters
with open channels
Passive transporters
with voltage-sensitive
gated channels
Na+/K+ pump
Active
transporters
Lipid bilayer
of neuron
membrane
Figure 34.3
Page 581
Bombeo y Difusión
Na+ pumped
out
Interstitial
fluid
Na+
K+ leaks
out
Plasma
membrane
Cytoplasm
K+
Na+
leaks in
Na+
pumped in
K+
leaks in
Figure 34.4
Page 581
Concentración de Iones en
Potencial de Reposo
• Potasio (K+)
– Más alto adentro que
afuera
• Sodio (Na+)
– Más alto afuera que
adentro
Potencial de Acción
• Inversión breve en la diferencia de voltaje a
través de la membrana plasmática
• Interior de neurona brevemente se vuelve
más positivo que exterior
• Cambios en voltaje causan que se abran las
compuertas en los canales de la membrana
Potencial de Acción
1
Na+
Na+
K+
K+
K+
2
Na+
K+ K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
3
Na+
Na+
4
Figure 34.5d
Page 583
Animation
Action potential step-by-step interaction.
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animation.
Retroalimentación Positiva
Más iones Na+
entran a la neurona
Más canales de compuerta
para Na+ se abren
La neurona se vuelve
más positiva en el interior
Todo o Nada
• Todos los potenciales de acción tienen el
mismo tamaño
• Si el estímulo está más bajo que el nivel del
umbral, no ocurre potencial de acción
• Si está sobre el nivel del umbral, la célula se
depolariza al mismo nivel
Repolarización
• Una vez se alcanza el pico de depolarización,
se cierran las compuertas de Na+ y las
compuertas de K+ se abren
• Movimiento de K+ hacia afuera de la célula
repolariza la célula
• El interior de la célula vuelve a ser más
negativo que el exterior
In-text figure
Page 582
action potential
Recording of Action Potential
Membrane potential (millivolts)
+20
0
-20
threshold
-40
resting
membrane
potential
-70
0
1
2
3
4
Time (milliseconds)
5
Figure 34.6b
Page 583
Propagación de
Potenciales de Acción
• Un potencial de acción en una parte del
axón trae una región vecina al umbral
• Potencial de acción se propaga a otras
zonas de la membrana
Sinapsis Químicas
• Hendidura entre
plasma
membrane of
axon ending of
presynapic cell
zona de salida de
un axón y zona de
entrada de otra
synaptic
vesicle
plasma
membrane of
postsynapic cell
célula
synaptic
cleft
membrane
receptor
Figure 34.7a
Page 584
Transmisión Sináptica
• Potencial de acción en extremo del axón de
célula presináptica causa que abran las
compuertas de canales de calcio
• Flujo de calcio hacia célula presináptica
causa liberación de neurotransmisor a
hendidura sináptica
Transmisión Sináptica
• Neurotransmisor se difunde a través de
hendidura y se une a receptores en
membrana de célula postsináptica
• Unión de neurotransmisor a receptores
abre los canales de iones en la
membrana de la célula postsináptica
Abren Compuertas de Iones
neurotransmitter
ions
receptor for
neurotransmitter
gated channel
protein
Figure 34.7c
Page 584
Neurotransmisores
• Acetilcolina- efectos excitatorios e
inhibitorios en cerebro, médula espinal,
músculos y gládulas
• Serotonina- controla percepción
sensorial, sueño, temp. corporal,
emociones
Neurotransmisores
• Norepinefrina- emociones, sueño,
despertar
• Dopamina- emociones
• GABA- señal inhibitoria más común
– Ej. Medicinas contra ansiedad (valium)
intensifican efectos de GABA
Animation
Neuromuscular junction animation.
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animation.
Integración Sináptica
Membrane potential (milliseconds)
what action
potential spiking
would look like
threshold
-65
EPSP
integrated
potential
-70
IPSP
-75
resting
membrane
potential
Figure 34.9
Page 585
axon
Nervios
myelin sheath
• Conjunto de axones
cubiertos por una
envoltura de tejido
conectivo
• Líneas de comunicación
entre el cerebro y la
médula espinal y resto
del cuerpo
Figure 34.10
Page 586
nerve
fascicle
Vaina de Mielina
• Serie de células de neuroglia (Schwann)
• Vaina bloquea paso de iones
• Potencial de acción debe “brincar” de
entre nodos sin vaina
Figure 34.11a
Page 586
Animation
Saltatory conduction animation.
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animation.
Esclerosis Múltiple
• Condición en la que las fibras nerviosas
pierden la mielina
• Pobre conducción
• Síntomas incluyen problemas visuales,
debilidad muscular, fatiga, dolor,
movimientos incontrolados
Reflejos
• Movimientos automáticos hechos en
respuesta a estímulos
• En los arcos reflejos más simples, neuronas
sensoriales hacen sinapsis directamente con
neuronas motoras
• Mayoría de reflejos envuelven interneuronas
Reflejo de Estiramiento
STIMULUS
Biceps
stretches.
sensory
neuron
motor
neuron
Response
Biceps
contracts.
Figure 34.12b
Page 587
Animation
Stretch reflex animation.
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animation.
Sistema Nervioso de Vertebrados
• Primeros vertebrados (con forma como de
pez) tenían un cordón nervioso tubular
hueco
• Modificación y expansión del cordón
nervioso produjo la médula espinal y
cerebro
• Cordón nervioso persiste en embriones de
vertebrados como un tubo neural
Regiones
Funcionales
• Expansión y
modificación del
cordón nervioso
dorsal produjo
regiones con
funciones distintas
Figure 34.15a
Page 590
FOREBRAIN
MIDBRAIN
HINDBRAIN
(start of spinal cord)
Cerebros de Vertebrados
olfactory lobe
olfactory lobe
(part of forebrain)
forebrain
forebrain
midbrain
hindbrain
midbrain
hindbrain
fish
(shark)
reptile
(alligator)
mammal
(horse)
Figure 34.15b
Page 590
Sistema Nervioso Central y
Periferal
• Sistema Nervioso Central
– Cerebro
– Cordón espinal
• Sistema Nervioso Periferal
– Nervios que se extienden por el
cuerpo
Sistema Nervioso Central
• Materia blanca- axones con vainas de
mielina color blanco
– tractos- líneas de comunicación en
cerebro (no nervios)
– Transmisión rápida de señales
• Materia gris- axones sin mielina,
dendritas, cuerpos celulares, células de
neuroglia
– Control de los reflejos para mover
extremidades y actividades de órganos
Sistema
Nervioso
Periferal
• Nervios somáticos
– Funciones
motoras (verde)
• Nervios
autónomos
– Funciones
viscerales (rojo)
Figure 34.17
Page 591
31 pares nervios espinales
12 pares nervios craneales
brain
cranial nerves
cervical nerves
spinal cord
thoracic nerves
ulnar nerve
sciatic nerve
lumbar
nerves
sacral nerves
coccygeal nerves
Figure 34.16
Page 591
Dos Tipos de
Nervios Autónomos
• Simpáticos
• Parasimpáticos
• Mayoría de órganos reciben señales de
ambos
• Usualmente tienen efectos opuestos en un
órgano
Nervios Autónomos Simpáticos
• Se originan en las regiones torácicas y
lumbares de la médula espinal
• Hay ganglios cerca de médula espinal
• Promueven respuestas que preparan el
cuerpo para estrés o actividad física
(respuesta lucha o huida)
– Se dispara secreción de epinefrina
Nervios Autónomos
Parasimpáticos
• Se originan en el cerebro y región sacral de
la médula espinal
• Los ganglios están en paredes de los
órganos
• Disminuyen actividad del cuerpo cuando no
hay estrés
• Promueven respuestas de mantenimiento
como digestión
Ambos Sistemas Están Activos
• Mayoría de órganos están recibiendo
continuamente estímulos simpáticos y
parasimpáticos
• Por ejemplo, nervios simpáticos le indican al
corazón que se acelere; parasimpáticos
indican que se desacelere
• Cual domina depende de la situación
Central Nervous
System
brain
spinal cord
sensory nerves
axons of motor nerves
somatic
subdivision
(motor functions)
autonomic
subdivision
(visceral functions)
parasympathetic
sympathetic
Peripheral Nervous System
Figure
34.17
Page 591
Animation
Nervous systems divisions animation.
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animation.
midbrain
medulla oblongata
eyes
salivary glands
heart
cervical
nerves
larynx
bronchi
lungs
stomach
liver
spleen
pancreas
thoracic
nerves
kidneys
adrenal glands
most
ganglia
near
spinal
cord
sympathetic
small intestine
upper colon
lower colon
rectum
bladder
uterus
ganglia
in
organs
lumbar
nerves
sacral
nerves
genitals
parasympathetic
Figure
34.18
Page 592
Animation
Autonomic nerves animation.
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animation.
Función de la Médula Espinal
• Vía de comunicación para señales entre el
cerebro y nervios periferales
• Neuronas sensoriales y motoras hacen
conexiones reflejas directas en la médula
espinal
• Reflejos espinales no llegan al cerebro
Estructura de la Médula Espinal
spinal cord
ganglion
nerve
vertebra
meninges
(protective
coverings)
Figure 34.19a
Page 593
Desarrollo del Cerebro
• El cerebro se desarrolla de un tubo neural
hueco
• Cerebro anterior, medio y posterior se forman
de tres regiones sucesivas del tubo
• Tallo cerebral es tejido más primitivo,
contiene centros de reflejos básicos
7 weeks
Division
Main Parts
Forebrain
Cerebrum
Olfactory lobes
Thalamus
Hypothalamus
Limbic system
Pituitary gland
Pineal gland
Tectum
9 weeks
Midbrain
Hindbrain
Pons
Cerebellum
Medulla oblongata
at birth
anterior end of the
spinal cord
Figure
34.20
Page 594
Cerebro Posterior
• Médula oblongada- respiración, circulación de
sangre, coordinación de respuestas motoras,
respuesta dormir/despertar
• Cerebelo- centro de reflejos para mantener
postura y coordinar extremidades
• Puente- une información del cerebelo a cerebro
anterior
Cerebro Medio
• Coordina respuestas reflejas a
imágenes y sonidos
• Tectum- (techo de cerebro medio),
retransmite señales a centros de
integración superior
Cerebro Anterior
• Cerebro- integra señales sensoriales con
respuestas motoras
• Tálamo- centro de coordinación de estímulos
sensoriales, estación retransmisora de
estímulos al cerebro
• Hipotálamo- control homeostático del
ambiente interno
– Monitorea órganos, respuestas a sed, hambre,
comportamiento sexual
– Expresión de emociones, sudor, temor
Fluido Cerebroespinal
• Rodea la médula espinal
• Protege contra
movimientos bruscos
• Llena ventrículos dentro
del cerebro
• Barrera hematoencefálica
controla cuales solutos
entran al fluido
cerebroespinal
Figure 34.22
Page 595
Formación Reticular
• Red de interneuronas
se extiende de
médula espinal a
través del tallo
cerebral, hacia
centros de integración
en corteza cerebral
• Influye sobre estados
de sueño o vigilia
Anatomía del Cerebro
• Parte más grande y compleja
• Capa externa (corteza cerebral)
tiene muchos dobleces
• Fisura longitudinal divide cerebro
en hemisferios izquierdo y derecho
Funciones de Hemisferios
• Hemisferio izquierdo- habilidades analíticas,
habla, matemáticas
• Hemisferio derecho- relaciones visuales y
espaciales, música
• Cada hemisferio responde a estímulos del
lado opuesto del cuerpo
• Cuerpo calloso- coordina actividades de
ambos hemisferios
Lóbulos del Cerebro- en la
corteza cerebral
Primary
somatosensory
cortex
Primary motor cortex
Frontal
Parietal
Occipital
Temporal
Figure 34.25a
Page 597
Lóbulos del Cerebro
• Frontal- controla actividad motora voluntaria
Lóbulos sensoriales:
• Parietal- recibe señales de piel y
articulaciones
• Occipital- centros de visión
• Temporal- centros de audición y de influencia
de comportamiento
Slice through the primary
motor cortex of the left
cerebral hemisphere
Figure
34.24
Page 596
Sistema Límbico
• Controla emociones, rol en memoria,
entender señales sociales
(olfactory tract) cingulate gyrus thalamus
amygdala
hypothalamus
hippocampus
Figure 34.36
Page 597
Experimentos de Sperry sobre
Cerebro Dividido
• Se seccionó cuerpo calloso
• Se detuvo la comunicación entre los
hemisferios
cowboy
cowboy
Memoria
• Capacidad del cerebro de almacenar y retirar
información sobre pasados estímulos
sensoriales
• Almacenados en etapas
– Almacenaje temporero en corteza cerebral
– Memoria a corto plazo
– Memoria a largo plazo
sensory stimuli
temporary storage in
the cerebral cortex
Input forgotten
Short-term memory
Recall
of
stored
input
Emotional state, having time
to repeat (or rehearse) input,
and associating the input
with stored categories of
memory influence transfer
to long-term storage
Long-term memory
Input irretrievable
Figure
34.38
Page 599