“Neurociencia Durante el Periodo Prenatal. Pilar del Cerebro Adulto”

Luis G. Aguayo, Ph.D.Profesor de Fisiología

Universidad de Concepción

SUB-CELULAR

SINAPSIS

NEURONA

TEJIDO NEURAL

REGIONES Y CIRCUTOS

CONDUCTA

CULTURA Y EDUCACION

NO EXISTEN RELACIONES CAUSALES DIRECTAS EXCLUSIVAS

BASES BIOLOGICAS DE LA CONDUCTA

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) scanPET (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

Desde concepción al nacimiento

Controlado por genes

Modulado por factores ambientales: dieta, enfermedades, drogas

n 13-20 2 a 3 cpas

Formación del cerebro

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.

5 a 6 semanas

5 a 6 semanas

5 a 6 semanas

El cerebro de un feto

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

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

7 semanas

14 semanas

9 meses

9 meses

9 meses

Medulla

CerebroPosterior Pons

Cerebellum

Controla respiración, digestión, circulación, & control motor fino

9 meses

Bulbo raquídeoPuenteCerebelo

Cerebro medio

9 meses

Procesamiento básico visual y auditivo

9 meses

Tálamo

Hipotálamo

Diencéfalo

9 meses

9 mesesEstación de relevo sensorial

Intersección del SNC y sistema endocrino

Diencephalon

Tálamo

Hipotálamo

Diencéfalo

9 meses

Telencéfalo

2 hemisferios Cerebrales

Forma un capa sobre estructuras profundas

9 meses

Vista de cross-sección

Hemisferios cerebrales

9 meses

9 meses

Hemisferios cerebrales

Tálamo

Hipotálamo

9 meses Conexiones entre telencéfalo y otras estructuras

9 meses

Cuerpo calloso

Capsula interna

Conexiones entre telencéfalo y otras estructuras

9 meses

Hippocampus

Telencephalon

9 meses

Hipocampo

Telencéfalo

Formación de memoria a largo plazo

9 meses

Hipocampo

Corteza

Capa delgada de células que cubre los hemisferios

Telencéfalo

Corteza Procesamiento visual de alto orden

Corteza visual

Procesamiento visual-auditivoRecepción de lenguaje

Corteza visual

Corteza temporal

Corteza

Integracion sensorialProcesamiento 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

Corteza

Desarrollo Cortical

Inicio prenatal

Continua hasta adolescencia tardía

sion de 2 genes mitiva. ripcion. oteinas

Patologías asociadas a retardo mental

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. Proliferación2. Migration3. Diferenciación4. Crecimiento axonal5. Crecimiento dendrítico6. Sinaptogénesis7. Mielinización8. Muerte Neuronal

Los estados son secuénciales en una neurona, pero todas ocurren simultáneamente a través del desarrollo.

1. Mitosis 2. Migration 3. Aggregation and 4. Differentiation

5. Synaptogenesis 6. Death 7. Rearrangement

8. Myelination

Desarrollo a nivel celular

Mielinizacion tiene una larga duración

Critical Periods

Estados de Desarrollo del Sistema Nervioso Central e n Humanos

Inducción dorsa l,fo rmación tubo neural

3-4 semanas Esp ina bifidaCraneo b ífido

Inducción ventralCraneo, facial

5-6 semanas Holoprosencefalía. Falla en fo rmaciónde vesiculas telencefalicas.

Actividad proliferativa 8-16 semanas Microencefalía. Injuria química,infección

Migración (neuronas-espongioblastos

12-20 semanas Heterotopia. Colección de neuronas enáreas ectop icas. Microgirias.

Diferenciación (neuronas-glias)

6 meses-madurez Aprendizaje inapropiado. Retardomenta l.

Mielinización 0-2 años4 meses-18 años

Leucodistrofias, fenilketonuria,desnutrición.

Inducción dorsa l,fo rmación tubo neural

3-4 semanas Esp ina bifidaCraneo b ífido

Inducción ventralCraneo, facial

5-6 semanas Holoprosencefalía. Falla en fo rmaciónde vesiculas telencefalicas.

Actividad proliferativa 8-16 semanas Microencefalía. Injuria química,infección

Migración (neuronas-espongioblastos

12-20 semanas Heterotopia. Colección de neuronas enáreas ectop icas. Microgirias.

Diferenciación (neuronas-glias)

6 meses-madurez Aprendizaje inapropiado. Retardomenta l.

Mielinización 0-2 años4 meses-18 años

Leucodistrofias, fenilketonuria,desnutrición.

Inducción dorsa l,fo rmación tubo neuralInducción dorsa l,fo rmación tubo neural

3-4 semanas3-4 semanas Esp ina bifidaCraneo b ífidoEsp ina bifidaCraneo b ífido

Inducción ventralCraneo, facialInducción ventralCraneo, facial

5-6 semanas5-6 semanas Holoprosencefalía. Falla en fo rmaciónde vesiculas telencefalicas.Holoprosencefalía. Falla en fo rmaciónde vesiculas telencefalicas.

Actividad proliferativaActividad proliferativa 8-16 semanas8-16 semanas Microencefalía. Injuria química,infecciónMicroencefalía. Injuria química,infección

Migración (neuronas-espongioblastosMigración (neuronas-espongioblastos

12-20 semanas12-20 semanas Heterotopia. Colección de neuronas enáreas ectop icas. Microgirias.Heterotopia. Colección de neuronas enáreas ectop icas. Microgirias.

Diferenciación (neuronas-glias)Diferenciación (neuronas-glias)

6 meses-madurez6 meses-madurez Aprendizaje inapropiado. Retardomenta l.Aprendizaje inapropiado. Retardomenta l.

MielinizaciónMielinización 0-2 años4 meses-18 años0-2 años4 meses-18 años

Leucodistrofias, fenilketonuria,desnutrición. Leucodistrofias, fenilketonuria,desnutrición.

Obtención del cableado correcto

Rol de la NaturalezaPrimera fase controlado por los genes

Rol de la experienciaPoda 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.

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.

AC-USNC

Rabia y agresión

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 estáorientada 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.

SintesisTryptophan Tryptophan

Hydroxylase 5-Hydroxytrophan (5-HTP)

Amino AcidDecarboxylase5-Hydroxytryptamine (5-HT)

Metabolismo5-HT 5-HIAAMonoamine

Oxidase

5-HIAA: 5-Hydroxy indole amine acid

Desarrollo del sistema visual Estructura adulta

Ojo/retina

Tálamo

Corteza

Características estructurales1. Columnas de dominancia ocular

2. Estructura laminar en tálamo

Cada región adopta su propia área en la corteza

visual

Hubel & Weisel

Gatos con deprivación binocular No hay anormalidad en la retina o tálamoProfunda anormalidad en corteza visualProducción 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 tempranoVisión esta alterada, después de restauración

Ojo/retina

Talámo

Corteza

Resultado de deprivación monocular

Sale et al., 2007

ConclusionesDesarrollo depende de genes y medio ambienteDesarrollo ocurre desde etapas tempranas, 30 añosExisten etapas criticas y sensibles. SecuencialesFunciones básicas se desarrollan primeroAlteraciones en el desarrollo: Retardo mentalEstablecimiento de cableado duro, seguido de remodelación Estrés crónico afecta la maduración neuronal Existen ventanas de maduración delimitadas en el tiempoExistencia de enorme capacidad para plasticidad cerebralEstadios prenatales determina bases del cerebro.

Fin