“Neurociencia Durante el Periodo Prenatal. Pilar del Cerebro Adulto”
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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 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. 5a6 semanas 5a6 semanas 5a6 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 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 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 Rol de la Naturaleza Primera fase controlado por los genes Rol de la experiencia 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 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 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 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
