Estación 5: Arquitectura de la...
26
Estación 5: Arquitectura de la mente Palabras claves: Neurona, sinapsis, neurociencia
Transcript of Estación 5: Arquitectura de la...
Estación 5: Arquitectura de la mente
Palabras claves:
Neurona, sinapsis, neurociencia
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente 2
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
Tabla de contenidos
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
3
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
Preguntas motivadoras
¿Cómo 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?
4
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
Introducción
Contiene aproximadamente 100 mil millones de células nerviosas.
Cada célula cuenta con miles de conexiones con otras neuronas.
Su interacción controla cada una de las funciones del cuerpo.
Estructura más compleja
5
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
• Los neurocientíficos contemporáneos, están investigando todos los aspectos del sistema nervioso, su estructura, función y desarrollo.
• Actualmente, se asume que de 30 a 50% de los genes humanos realizan sus funciones principalmente en el cerebro; ello nos da un índice de la complejidad del control y desarrollo genéticos.
• Las causas de muchas enfermedades neurológicas se encuentran en defectos de dichos genes, que también desempeñan un papel en el desarrollo.
• Aproximadamente, la mitad de todas las enfermedades genéticas afectan el sistema nervioso. El cerebro solamente puede alcanzar su plena capacidad mediante la interacción con su entorno.
¿Qué está determinado
por los genes y qué es formado
por el aprendizaje
y la experiencia?
6
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
1. Centro de conmutación neuronal
7
Nuestro cerebro está compuesto por cerca de 100 mil millones de células nerviosas conectadas entre sí mediante fibras.
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.
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
Centro de conmutación neuronal
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.
8
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
2. Problemas logísticos en la sinapsis
Los científicos de Max Planck han identificado los complejos de transporte que aseguran que ciertas proteínas se enriquecen en las sinapsis.
Las sinapsis transfieren información entre neuronas, determinando así lo que recordamos y lo que olvidamos.
9
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
3. Rastreando la memoria
Capacidad del cerebro para modificarse
constantemente
¿Cómo sucede esto?
Investigadores de Max Planck han descubierto que las proteínas neuronales no solo actúan como transmisores, sino también como receptores.
Plasticidad
10
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
4. Fundamento morfológico del aprendizaje y el olvido
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.
Cada célula nerviosa está en contacto con otras células nerviosas a través de 10 hasta 100 000 “espínulas”. Estas conexiones no son estáticas.
11
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
Por primera vez, se ha hecho posible observar la degeneración de estas
espínulas bajo el microscopio.
En los experimentos, los espínulas se degeneran cuando las células
nerviosas son poco estimuladas.
Posiblemente este proceso es responsable del olvido.
12
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
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.
¿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.
13
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
6. Interrupciones del transporte en las neuronas
El transporte ordenado en las células es particularmente importante cuando se trata de neuronas que presentan largas extensiones en forma hebra.
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.
14
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
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.
15
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
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.
A B
16
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
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.
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.
¿Cómo es que las células saben si están envolviendo un axón grueso o delgado en
un momento determinado?
17
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
8. Hacer que las palabras tengan sentido
Esta neurona se origina en el centro Wernicke de la corteza cerebral que es responsable del procesamiento del lenguaje.
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.
18
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
9. Circuito retinal
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.
19
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
10. La carrera hacia los oídos
Para localizar un sonido, 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.
20
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
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.
21
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
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.
De manera similar, si hay menos estímulo, los puntos de contacto se degeneran y se produce el olvido.
22
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
Finalizando…
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.
23
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
Interrogantes sin respuesta aún…
¿Cómo asegurar el reconocimiento temprano de enfermedades neurodegenerativas?
¿Qué métodos eficientes son recomendables para el tratamiento de Alzheimer y Parkinson?
Las investigaciones continúan…
24
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
Información adicional
http://www.sciencetunnel.com http://www.sciencetunnel2.de/?page_id=1286&lang=es
25
© P
ontif
icia
Uni
vers
idad
Cat
ólic
a de
l Per
ú
Estación 5: Arquitectura de la mente
