Apuntes psicofisio, Ejercicios de Psicología Fisiológica. Universitat Ramon Llull (URL)
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Apuntes psicofisio, Ejercicios de Psicología Fisiológica. Universitat Ramon Llull (URL)

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Asignatura: Psicofisiologia, Profesor: paco baron, Carrera: Psicologia, Universidad: URL
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Tema 1.1- Estudio de la estructura del cerebro humana in vivo

Libro de referencia: Fundamentos de fisiología de la conducta: Neil R. Carlson

Métodos de visualización estructural

Introducción

Mediante neuroimagen podemos estudiar las funciones cerebrales en animales y en el ser

humano

En los animales podemos utilizar técnicas lesivas

En el ser humano no se pueden utilizar técnicas lesivas

No podemos utilizar cirugía cerebral con fines de investigación

Solo cuando por enfermedades o accidentes dañan el encéfalo humano se puede estudiar la conducta de esas personas e intentar hacer el mismo tipo de inferencias que se hicieron respecto a las lesiones cerebrales producidas intencionadamente en animales de laboratorio.

Históricamente, El estudio con animales y con seres humanos nos permite sacar algunas conclusiones sobre la función de los sistemas neurales.

El estudio de los efectos comportamentales del daño en regiones específicas del encéfalo

humano ha progresado lentamente.

Los recientes avances en las técnicas de rayos X y la informática han llevado a concebir

varios métodos para estudiar la anatomía del tanto estructural como in vivo.

El estudio in vivo permite a los investigadores examinar la localización y extensión de la

lesión cerebral mientras el paciente realizando una acción

Podemos clasificar las técnicas de investigación en dos grandes grupos

Métodos de visualización estructural

Métodos de visualización dinámicas

A) Métodos de visualización estructural:

Permiten ver la anatomía del encéfalo

Estos métodos no nos permite conocer que parte estamos utilizando al realizar una acción determinada

B) Métodos de visualización dinámicos

Nos dice que parte del encéfalo suele utilizarse en una acción determinada

Son menos útiles para valorar partes anatómica

Métodos de visualización estructural:

1.- Rayos X simple de cráneo

Se basa en el paso de una Radiación electromagnética

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La radiación electromagnética es una radiación de la misma naturaleza que las ondas de radio, las ondas de microondas, los rayos infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta y los rayos gamma.

La energía de los rayos X en general se encuentra en la naturaleza entre la

radiación ultravioleta y los rayos gamma

Los Rx tradicional se utilizan haciendo pasar el cerebro por un emisor de RX y luego se impresiona en una película fotográfica

Los RX simples tienen poca utilidad para ver estructuras cerebrales (tejidos blandos, como el cerebro) aunque se sigue utilizando sobretodo para tejido óseo

Hoy en día para ver tejido blando (tejido nervioso) esta técnica está superad por otras.

En ocasiones se pueden utilizar sustancias denominadas CONTRASTES que permiten poder visualizar mejor determinadas estructuras cerebrales

Ejemplo

 Si hacemos una RX craneal tradicional y le introducimos un contraste a la arteria podemos ver donde va dicho contraste y ver si hay alguna anomalía en esa arteria

Esta técnica se denomina angiografía

El uso de contrastes es muy frecuentes en diferentes técnicas radiológicas tanto

estructurales como dinámicas

En muchos casos, además del contraste se emplean procesos informáticos que ayudan a ver la imagen más nítida eliminando el tejido de fondo que no nos interesa

Es lo que se denominaría imágenes por sustracción digital, donde solo se vería la

estructura que nos interesa y “eliminamos” informáticamente de la imagen aquellas

estructuras que no nos interesa ver

2.- Tomografía axial computarizada (TAC)

Utiliza Rayos X. La información obtenida se pasa a un ordenador

El ordenador analiza los datos obtenidos por los rayos X produciendo imágenes bidimensionales de una «sección» del encéfalo

La TAC puede realizar cortes

Anteroposterior

Coronal

Sagital

La TAC Puede realizarse

Sin la utilización de una sustancia contraste

Con la utilización de una sustancia contraste

Un contraste es una sustancia que consigue que se resalten ciertas estructuras.

La diferencia es que con contraste puede verse mejor ciertas imágenes como por ejemplo la presencia de edema (inflamación cerebral)

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3.- Resonancia magnética nuclear (RMN)

La obtención de las imágenes se consigue mediante la estimulación del organismo a la acción de un campo electromagnético con un imán de 1,5 Tesla (equivalente a 15 mil veces el campo magnético de la tierra).

Al poner al encéfalo en dicho campo magnético se produce que los átomos de hidrógenos del agua cambien de spin (rotación de su eje).

Esto da lugar a la emisión de una onda de radio que es traducida por un ordenador en imágenes que al igual que las imágenes del TAC pueden ser Anteroposteriores, coronales y sagitales

La RMN da lugar a dos imágenes diferentes que se denominadas T1 y T2 dependiendo si el electrón está en la posición final o vuelta a la inicial

Se puede realizar la RMN con y sin contraste.

Las resonancias magnéticas atraviesan los huesos por ello se pueden ver muy bien los tejidos blandos.

El contaste mas frecuente es gadolínio

Hoy en día permite incluso imágenes bidimensionales y tridimensionales incluso coloreadas

Ventajas de la RMN con respecto al TAC

Tiene mayor precisión que el TAC para la visualización de tejidos blandos

No es una técnica radiactiva por lo que pueden hacerse emitir radiactividad al organismo

(puede repetirse las veces necesarias)

Inconvenientes de la RMN con respecto al TAC

Algunas estructuras como las óseas, se visualizan mejor con TAC

Es más caro

Métodos de visualización dinámicas

1.- Tomografía por emisión de positrones (TEP)

Útil para ver imágenes de la actividad cerebral

Se sabe que a mayor funcionamiento cerebral más glucosa se consume, por lo que si

vemos que al hacer una actividad cerebral se consume más glucosa es que las

neuronas están realizando una actividad

Para ello se introduce glucosa marcada radiactivamente denominada 2-DesoxiGlucosa (2- DG) y ver que parte del encéfalo las utiliza.

La 2-DG emiten partículas subatómicas llamadas positrones que son detectadas por la máquina de TEP y puede verse que partes del cerebro han utilizado más o menos glucosa al realizar una actividad concreta

En el TEP utilizamos la “sustracción digital” mediante programas informática para

mejorar la calidad de la imagen

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Por ejemplo si queremos ver un determinado proceso como que partes del cerebro se activan a ver unas imágenes de “chicos/as guapos”

Se dejan ver las imágenes unos 30 segundos después de haber inyectado la 2-DG. La 2-DG se une a aquellos lugares donde hay más consumo de glucosa al ver los chicos

guapos

La imagen resultante nos indicará que regiones a ese nivel estaba más activas

El TEP produce imágenes de la cantidad de radioactividad que emite cada parte del cerebro, pero no produce imágenes estructurales

Tomografía por emisión de positrones (TEP): Ventajas e inconvenientes

Su problema es que es muy cara

Es una técnica radiactiva que utiliza partículas radiactiva son de difícil manejo (necesita lugares muy especiales) ya que son radiactivas

Para producirlas se necesitan instalaciones muy caras como el ciclotrón, por lo que solo se utiliza para investigación y para el estudio de extensión tumoral

Hoy en día se utiliza también para ver otras estructuras diferentes al cerebro

En animales también se realiza pero el animal se sacrifica y se realiza más fácilmente

la medición

2.-SPECT Tomografía computadorizada por emisión de fotón único“

Traducción al inglés de "Single Photon Emission Computed Tomography “

Utiliza sustancias denominadas radionúclidos (también llamados radiotrazadores) que se introducen en el paciente y después se miden en una máquina de SPECT

Los radionúclidos se unen a una proteína, receptor, u otra sustancia que queramos encontrar (denominada diana, en este caso del radionúclido).

Se han fabricado múltiples sustancias radionúclidos para unirse específicamente a diferentes dianas.

Al unirse el radionúclido con su diana emiten radiación gamma

En función de la afinidad de la sustancia por un marcador determinado, podemos clasificar a los radiotrazadores

Existen radiotrazadores de

Flujo cerebral Neurorreceptores

Perfusión cerebral Proliferación tumoral

Metabolismo tumoral Otros

El SPECT es una técnica ampliamente disponible, más asequible económicamente que la PET aunque con ella se obtiene menor información

Métodos de visualización y estimulación del cerebro humano in vivo

3.- Resonancia magnética funcional (RMf)

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Técnica que permite medir el metabolismo regional en el encéfalo

Detecta los niveles de oxigeno en los vasos sanguíneos del encéfalo

La visualización de las áreas de activación en el cerebro se debe al efecto BOLD (blood oxigenation level dependency effect)

Este efecto se basa en

El flujo sanguíneo cerebral (FSC)

El metabolismo neuronal

Las propiedades magnéticas de la hemoglobina

Permite obtener una señal al someter al cerebro a un campo magnético de una

determinada intensidad

La molécula encargada de trasportar el oxígeno en la sangre es la hemoglobina.

Cuando realizamos una determinada tarea una o varias áreas de nuestro cerebro se activan, lo que produce:

Un incremento en el flujo sanguíneo cerebral hacia las áreas de actividad

metabólica

Esto genera un aporte de oxígeno mayor al necesitado por las células, incrementando la concentración de oxihemoglobina

La resonancia magnética funcional (RMf) presenta ventajas con respecto a la TEP

1.- No hay que inyectarle ninguna sustancia externa (ni radiactiva ni no radiactiva)

2.- Puede obtenerse información tanto estructural como funcional en la misma imagen

3.- Su resolución espacial es mejor que otras técnicas incluso se pueden obtener imágenes tridimensionales de la actividad de todo el encéfalo

Resonancia magnética funcional (RMf) Nota de prensa 25-11-07

REPORTAJE “Así funciona el cerebro del optimista: Técnicas de imagen localizan la

predisposición a esperar hechos positivos”

El optimismo respecto al futuro es un rasgo típicamente humano. Las personas suelen esperar que las cosas les sean favorables, que vivirán más que la media o que su feliz matrimonio no terminará en divorcio. Ahora un equipo de científicos ha relacionado la actividad en zonas determinadas del cerebro con el optimismo y ha visto que son las mismas que se habían relacionado anteriormente con las experiencias de dolor y con la depresión, a su vez relacionada con el pesimismo.

Los investigadores recurrieron a una resonancia magnética funcional del cerebro para examinar cómo se activa la predisposición a esperar que sucedan acontecimientos positivos aunque no exista razón alguna para ello. Dirigidos por la psicóloga Elizabeth A. Phelps, de la Universidad de Nueva York, comprobaron que cuando los individuos imaginan los éxitos que les depara su carrera profesional, por ejemplo, aumenta la actividad en la amígdala y la corteza cingulada anterior del cerebro.

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La conclusión es que la depresión puede estar relacionada con irregularidades en el funcionamiento de las zonas identificadas. En opinión de Marcello Costa, de la universidad australiana de Finders, este trabajo, como otro reciente sobre el reflejo de la ideología en la actividad cerebral, está en la línea, cada vez más popular, de conectar el cerebro y la mente por la base neurobiológica.

http://www.elpais.com/fotografia/Actividad/cerebral/pensando/positivo/elpdiatec/20071025elp episoc_7/Ies/

CURIOSIDAD A DEBATE:

¿Puede un escáner cerebral

detectar la pedofilia?

http://www.elmundo.es/elmun

dosalud/2012/02/06/noticias/1

328556121.html

Identificar con gran exactitud si un hombre es

o no pedófilo ya es posible gracias al uso de

escáneres cerebrales. Así lo ha reconocido a

ELMUNDO.es Jorge Ponseti, de la Sección

de Medicina Sexual de la Universidad de Kiel

(Alemania), tras publicar un estudio en el

último 'Archives of General Psychiatric'.

La investigación ha sido llevada a cabo "con

24 pedófilos, que admitían su condición y que

se sentían atraídos por niños o niñas

prepúberes, y que estaban recibiendo

tratamiento en nuestro centro. A todos ellos

los comparamos con 32 adultos sanos a los

que les gustaban bien mujeres, bien

hombres", reconoce. Así han podido

confirmar que "efectivamente, la respuesta

cerebral a los estímulos sexuales, visto con

resonancia magnética funcional, contiene

información suficiente para identificar a los

pedófilos con gran exactitud", defiende este

experto.

Algunos ensayos anteriores han encontrado

diferencias en la anatomía cerebral de los

que se sienten atraídos sexualmente por

menores, "pero estos cambios estructurales

no han sido confirmados a través de los

diferentes estudios. A nosotros no nos

interesaba saber en qué parte del cerebro se

encuentran estas diferencias anatómicas,

sino si existen diferencias funcionales y si

pueden servir para un uso diagnóstico

individual".

Para ello mostraron a todos los participantes

de entre 20 y 50 años una serie de

fotografías de genitales de niños y niñas, de

menores desnudos o sólo de sus caras, así

como de adultos en las mismas posturas.

"Las imágenes se mostraron sólo durante un

segundo. En este tiempo, el cerebro

reacciona al estímulo antes de que la

persona sea consciente realmente de él, por

lo que la respuesta no puede ser engañosa.

Además, y para asegurarnos de que estaban

atentos a las imágenes, las intercambiamos

con fotografías sin contenido erótico en las

que aparecía un círculo verde. Ellos debían

pulsar un botón cada vez que las

visualizaran".

Los resultados

Los datos revelan que las áreas del cerebro

que "actúan en los mecanismos de

recompensa, cuando algo nos gusta, y que

están relacionados con la sexualidad, son

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similares en el grupo de pedófilos que en el

grupo control. Lo que sucede es que la

respuesta neuronal de los pedófilos ante las

imágenes de niños desnudos es distinta de la

de las personas sanas. En otras palabras, en

las personas sanas no se produce estímulo

al ver fotos de menores", insiste el director de

la investigación.

Posteriormente, los científicos alemanes

llevaron a cabo un segundo análisis en el que

se comparaba la actividad neuronal de cada

participante con la de ambos grupos, el de

pedofilia y el control.

"Introdujimos los datos en el ordenador con el

fin de averiguar si dicha actividad cerebral

correspondía al grupo de afectados de

pedofilia o al de sanos. Finalmente, y tras

varios algoritmos informáticos, pudimos

establecer si una persona tenía altas o bajas

probabilidades de ser pedófilo. En el 95% de

los participantes esta decisión fue correcta",

reconoce Jorge Ponseti. Y todo "con un

100% de especificidad (la probabilidad de

que para un sujeto sano se obtenga un

resultado negativo en la prueba) y un 88% de

sensibilidad (la probabilidad de que para un

sujeto enfermo se obtenga en la prueba un

resultado positivo).

Aclara que durante la realización del ensayo

"hemos discutido mucho sobre la aplicación

de la RM como herramienta de diagnóstico

en la pedofilia y los aspectos éticos que le

rodean. Porque el interés por un menor, por

ejemplo, no significa que se vaya a abusar de

él", añade.

El futuro

De hecho, aclara "cuando un adulto comete

un único delito con un menor tiene un 50%

de posibilidades de ser pedófilo, porque

pueden existir otros componentes como es el

del miedo a acercarse a una mujer adulta o

que haya tomado alcohol, drogas, etcétera.

Cuando los delitos son cinco, por poner un

ejemplo, sabemos que sí lo es. Nosotros

queremos esta prueba, que consideramos

objetiva, para poder establecer quién se va a

beneficiar realmente de la terapia de la

pedofilia, que puede consistir en fármacos

que inhiben la actividad sexual. Los otros

casos se tratarán de forma distinta, con

psicoterapia encaminada a reconducir la

sexualidad".

El científico Ponseti admite que ya está

pensando en sus estudios futuros. "Ahora

queremos hacer el mismo trabajo pero con

pedófilos que no reconocen que lo son, algo

que le sucede a la mayoría, y con hombres

sanos a los que vamos a pedir que intenten

controlar sus impulsos, sus respuestas, para

ver si pueden 'engañar' al escáner".

4.- Imágenes tensionales de difusión

Se basa en el funcionamiento de la RMN y de que el movimiento de las moléculas de agua en los fascículos de sustancia blanca no es aleatorio sino que tiende a

realizarse en una dirección paralela a la de los axones que constituyen dichos

fascículos.

El ordenador añade colores para distinguir los diferentes fascículos de axones.

Es una versión especial de la RM que permite ver pequeños fascículos de fibras y

marcar haces de fibras

Las técnicas de difusión utiliza la información relativa al movimiento de las moléculas de agua para determinar la localización y orientación de los fascículos de axones de

la sustancia blanca.

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Otras técnicas de medición del funcionamiento cerebral

Electroencefalograma (EEGs)

Mide el potencial eléctrico cerebral registrado mediante electrodos situados en el

cuero cabelludo en diferentes puntos

Tiene diferentes aplicaciones, siendo las más importantes

En los estudios de sueño

En la epilepsia

En el sueño el estudio de las ondas que detecta EEG da lugar al conocimiento de las

diferentes fases de sueño

Los EEG no son buenos para detectar donde se produce una onda determinada

Actualmente mediante la combinación de EEG, resonancia magnética y programas informáticos se pueden localizar con exactitud el origen de las ondas, sobretodo con la combinación de

Puede ser útil para encontrar un foco epiléptico y ver si es susceptible a psicocirugía

Estudio del cerebro in vivo mediante estimulación en el sujeto vivo

Registro de potenciales evocados

Si hacemos un EEG y hacemos que el individuo realice una actividad se producirá una modificación eléctrica en aquella neurona encargada de dicha actividad

El registro de esta actividad se denomina potenciales evocados

Potenciales evocados sensoriales:

Detección mediante EEG de la actividad inducida por la presentación momentánea de un estímulo sensorial

1. Al realizar una actividad y realizar un EEG la onda que se detecta a los 300 milisegundos (denominada P300) es una onda que nos indica que la actividad que registramos tiene un significado para el sujeto,

Estimulación del cerebro en el sujeto vivo: Estimulación magnética transcraneal:

Consiste en la estimulación de la corteza cerebral mediante la emisión de un campo magnético en una zona determinada del encéfalo

Se producen aplicando pulsos eléctricos a través de una bobina electromagnéticas situada en una zona próxima del cráneo, que interfiere en las funciones de la región

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Los pulsos activa principalmente las neuronas corticales

Se utiliza mediante una bobina que estimula las neuronas de la corteza craneal justo encima de la zona que se quiere estimular

Se ha utilizado en clínica para el tratamiento de Parkinson incluso para la depresión

El problema principal es que la profundidad a donde llega es limitada

Su uso no es muy útil en clínica, aunque últimamente se está

empleando la estimulación magnética transcraneal profunda

Otras técnicas electrofisiológica

Los métodos más frecuentes para registrar sobre la superficie del cuerpo humano la actividad fisiológica son:

El electromiograma (EMG)

Es el procedimiento habitual para medir la tensión muscular

Registra la tensión y el movimiento de los músculos bien en reposo o bien estimulados

Se utiliza para valorar

Alteraciones en los músculos

Alteraciones en los nervios que inervan al músculo

Conductibilidad de la piel

Los experimentos y experiencias emocionales se asocia con un incremento de la capacidad de la piel para conducir la electricidad

Implica a las glándulas sudoríparas que se activan ante las emociones.

Las glándulas sudoríparas son más frecuentes en manos

Actividad cardiovascular

Frecuencia cardiaca

Número de latidos cardiacos

Puede medirse si lo contamos directamente del corazón, de arterias periféricas o mediante un eletrocardioagrama (ECG)

Aparato que mide la señal eléctrica del corazón mediante electrodos

Tensión arterial

Mide la en milímetros de mercurio la diferencia de elasticidad entre las paredes arteriales en los movimientos cardiacos sístoles y diástole

Se realiza mediante un esfingomanómetro

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Tema 1.2- Métodos y estrategia de investigación: métodos lesivos

1.-Ablación (lesión) experimental

Extirpación o destrucción de una parte del encéfalo de un animal de laboratorio

Estudia que funciones se pierden al lesionar una región cerebral o un circuito determinado

Es el método más antiguo de los que se emplean en investigación y sigue siendo uno de los más útiles, aunque con resultados imprecisos

La ablación puede conseguirse mediante diferentes técnicas como

a.-Lesión por radiofrecuencia (RF)

Se realiza la lesión haciendo pasar corriente de Radiofrecuencia a través del electrodo produciendo la lesión

b.-Lesión mediante una sustancia excitotóxica general

Se infunde una sustancia mediante una cánula. Esta sustancia puede ser por ejemplo un aminoácido excitatorio y producir una lesión

c.-Lesión mediante una sustancia exitotóxica selectiva

Introducimos una sustancia que solo lesiona algunas células específica. Por ejemplo un tipo de neurona determinada, (neurona serotoninérgica, colinérgica, dopaminérgica) un tipo de receptor determinado, una bomba, etc)

La lesión que provoca es específica.

Ejemplo: La sustancia 6-hidroxidopamina (6-HD) Provoca una lesión específica en neuronas dopaminérgicas.

VER ENLACE: http://www.pololeos.com/espanhol/biblioteca/droga/droga4.html

d.-Lesión por aspiración

Lesión que se produce aspirando el tejido nervioso

e.-Lesión por bisturí

Mediante corte con bisturí

f.-Lesión temporales

En muchos casos no nos interesa producir permanentes y ver que función alteramos

Podemos en algunos casos de producir lesiones temporales (pasado un tiempo desaparece el efecto de la lesión)

Este tipo de lesión temporal puede ser producida de diferentes formas como

f.1 Lesiones temporales producida por sustancias

Ejemplo: El muscimol es un anestésico local que bloquea los potenciales de acción de los axones que entran o salen de esa región

f.2 Lesiones producida por frío (criodo):

Instrumento que produce frío y aplicado en el cerebro provoca lesiones temporales en la corteza cerebral Se hace circular un líquido frío a través de los tubos de acero inoxidable

Para practicar una lesión (por cualquiera de los métodos) en un lugar concreto podemos utilizar la Cirugía

estereotáxica

Cirugía cerebral que utiliza un aparato estereotáxico

Dispositivo que permite al cirujano situar un electrodo o una cánula en un lugar específico del encéfalo.

Se obtienen las coordenadas de los núcleos y vías cerebrales y se realiza un atlas estereotáxico. Conociendo el mapa, situamos la punta del electrodo o de la cánula en el objetivo.

Interpretación de los efectos de las lesiones de la cirugía esterotáxica

Los efectos de las lesiones son difíciles de interpretar y pueden confundir

1.- Los circuitos que hay en el encéfalo REALIZAN FUNCIONES, NO CONDUCTAS

Ninguna función o circuito es responsable totalmente responsable de una función o una conducta

La tarea de los investigadores es:

a) Que parte o partes del cerebro se necesitan para llevar a cabo una conducta específica

b) Cuáles son los circuitos responsables de relacionar estas partes cerebrales responsable de la conducta

2.- Todas las regiones del encéfalo están conectadas entre sí. Puede que una función la lleve a cabo circuitos localizados en otra parte del encéfalo y nosotros solo hayamos interferido en su funcionamiento

3.- Las estructuras cerebrales son pequeñas contorneadas y ni siquiera próximas, lo que hace que no sea fácil destruir una estructura sin provocar daños en otra

2.- Registro eléctrico

El estudio del encéfalo se puede realizar mediante el registro o la estimulación de la actividad eléctrica de regiones específicas.

Las funciones cerebrales implican la actividad eléctrica de circuitos neuronales

Las diferentes percepciones y respuestas comportamentales implican diferentes pautas de actividad cerebral.

Puede registrarse la actividad eléctrica mediante un electroencefalograma (ya comentado)

El electroencefalograma: Es una técnica que nos permite ver la actividad cerebral de todo el encéfalo. El electroencefalograma puede ser

a) Electroencefalograma no invasivo

 En los seres humanos podemos registrar mediante electroencefalograma antes de realizar intervenciones cruentas en el cerebro para evitar lesiones

 B) Electroencefalograma invasivo

 En algunos animales se utiliza electroencefalogramas invasivos, con la introducción de catéter en las estructuras.

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Implantes en

cerebro

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2.- Métodos Histológicos

Consiste en ver mediante microscópico determinadas estructuras o tejidos.

Existen diferentes tipos de microscopios que dependiendo como funcionan pueden ver diferentes estructuras

Microscopio óptico:

Emplea un sistema óptico que teñido diferentes sustancias para ver diferentes estructuras

Permite ver las células y sus orgánulos más grandes

Es decir, para ver mitocondrias utilizará diferentes tintes con diferentes sustancias que para ver ribosomas.

El microscopio óptico tiene una escasa capacidad de resolución espacial para apreciar pequeños detalles, ya que a partir de un aumento de 1x1500 no ofrece ningún detalle nuevo

Para ver estructuras anatómicas tan pequeñas como vesículas sinápticas y detalles de los orgánulos celulares se utiliza el microscopio electrónico

Microscopio electrónico:

Permite ver objetos mucho más pequeños tal como cada una de las mitocondrias o las vesículas sinápticas

Su funcionamiento es pasar un haz de electrones de un lado a otro de una fina lámina de tejido a examinar

El haz se proyecta en una pantalla fluorescente que puede fotografiarse o escanearse por un ordenador

Podemos mediante esta técnica ver estructuras de unos pocos nanómetros

Microscopio electrónico de barrido

Proporciona una vista tridimensional del tejido, pero con amplificación menor que el microscopio electrónico de transmisión convencional.

El funcionamiento es mediante exploración del tejido mediante un haz de electrones que se desplaza mediante un detector que recibe información de la reflexión del haz y un ordenador produce una imagen tridimensional

En ocasiones combinamos métodos in vivo con métodos postmorten para conocer la arquitectura del cerebro.

Para ello combinamos técnicas in vivo como la RMNf y técnicas autorradiográfica que nos digan cual es el

predominio de receptores en la zona que hemos visto in vivo.

2.-Marcado de conexiones axonales neuronales

En muchos casos es importante saber que núcleos cerebrales están interconectados

Para ellos puede ser útil descubrir las conexiones aferentes y eferentes de la región que se está estudiando con el resto del encéfalo.

Puede ser importante saber que conexiones llegan a la estructura del Sistema nervioso (eferente) o bien a donde van las conexiones de esa estructura (aferente)

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Ejemplo: Queremos saber si existe alguna relación entre el núcleo ventromedial del tálamo y el núcleo paragigantocelular del mensencéfalo. A su vez queremos saber las relaciones entre el núcleo ventromedial con la corteza prefrontal

Mediante estas técnicas podemos saber

Que axones van del núcleo ventromedial del tálamo a otros lugares

Que axones van desde otros lugares al núcleo ventromedial del tálamo

a.- Método de marcado anterógrado (marca a donde va)

Método histológico que marca los axones y los botones terminales de neuronas cuyos somas celulares

se localizan en una región determinada.

Utilizan una sustancia denominada PHA-L (Phaseolus vulgaris leukoagglutinin )

Proteína derivada de las judías, que se utiliza como marcador anterógrado

El PHA-L es captado por las dendritas y los somas celulares y transportada hasta los

extremos de los axones.

B.-Métodos de marcado retrógrado (marca de donde vienen los axones)

Método histológico que marca los somas celulares a los que pertenecen los botones terminales de los axones que establecen sinapsis con las células de una determinada región.

Útil para valorar conexiones aferentes (aquellas que llevan información a la región en cuestión desde otras partes del encéfalo)

Podemos utilizar para ello diferentes sustancias

Oro fluorado:

Se capta el oro fluorado en los botones terminales y lo transportan a los somas celulares.

De ese modo se sabe donde están el soma de los axones

Virus de la seudorrabia

Forma debilitada de un virus herpes del cerdo

Se usa como marcador transneuronal, el cual marca una serie de neuronas que están conectadas entre sí mediante sinapsis.

Realiza lo mismo que el oro fluorado, ya que trasporta desde los botones terminales al soma al virus de la pseudorrabia

Métodos genéticos

Toda conducta está determinada por interacciones entre el cerebro de un individuo y su entorno.

Muchas características comportamentales -como el talento, las variables de personalidad y los trastornos mentales- parecen «venir de familia», lo que sugiere que los factores genéticos pueden ser un factor importante en el desarrollo de diferencias fisiológicas que, en última instancia, son responsables de dichas

características.

En algunos casos, la relación con factores genéticos está muy clara: un gen defectuoso interfiere en el desarrollo cerebral y una anomalía neurológica provoca alteraciones comportamentales.

En otros casos, la relación entre herencia y conducta es mucho más sutil y para evidenciarla han de emplearse métodos genéticos especiales.

Vamos a hablar sobre los métodos más utilizados

Estudios con gemelos

Un método muy eficaz para evaluar la influencia de la herencia en un rasgo concreto consiste en comparar el índice de concordancia de este rasgo en pares de gemelos monocigóticos y dicigóticos.

Los gemelos monocigóticos (univitelinos) o GEMELOS

Tienen un genotipo idéntico: es decir, sus cromosomas, y los genes que contienen, son idénticos. (Semejanza del 100%)

Los gemelos dicigóticos (bivitelinos) o MELLIZOS

Tienen una semejanza genética por término medio, del 50 por ciento.

ESTUDIOS DE CONCORDANCIA PARA UN TRANSTORNO

Los investigadores estudian las historias clínicas para identificar pares de gemelos en los que al menos uno de ellos tenga el rasgo -por ejemplo, el diagnóstico de un determinado trastorno mental

Si a ambos gemelos se les ha diagnosticado este trastorno, se dice que son concordantes para dicho trastorno

Si solo uno de ellos ha recibido este diagnóstico, se dice que son discordantes. Así pues, si un trastorno tiene una base genética, el porcentaje de gemelos monocigóticos que son concordantes en cuanto al diagnóstico será superior al de los dicigóticos.

Por ejemplo,

 El índice de concordancia para la esquizofrenia en gemelos es al menos cuatro veces mayor en los monocigóticos que en los dicigóticos, dato que aporta una sólida prueba de que la esquizofrenia es un rasgo hereditario.

En estudios con gemelos se ha encontrado que los factores genéticos influyen en muchas características individuales, entre ellas rasgos de personalidad, prevalencia de la obesidad, incidencia del alcoholismo y una amplia serie de trastornos mentales

Estudios sobre adopción

Otro método para evaluar el carácter hereditario de un rasgo de comportamiento concreto es comparar personas que fueron adoptadas en una época temprana de la vida con sus padres biológicos y sus

padres adoptivos.

Todos los rasgos de comportamiento están influidos en cierto grado por factores hereditarios, factores ambientales y una interacción entre factores hereditarios y ambientales.

Los factores ambientales son tanto de tipo social como biológico.

Ejemplo

La salud de la madre, su nutrición o el consumo de drogas durante el embarazo son factores ambientales prenatales; y la dieta del niño, su atención médica y su entorno social (tanto dentro como fuera del hogar) son factores ambientales posnatales.

Si se adopta a un niño poco después de que nazca:

Los factores genéticos estarán asociados con los padres biológicos

Los factores ambientales prenatales con la madre biológica

La mayoría de los factores ambientales posnatales con los padres adoptivos

Los estudios de adopción requieren que el investigador conozca la identidad de los padres de las personas que se están estudiando y pueda evaluar el rasgo comportamental en los padres biológicos y en los adoptivos.

Si los individuos estudiados se parecen notablemente a sus padres biológicos, se llega a la conclusión

de que el rasgo probablemente esté influido por factores genéticos.

Si los individuos se parecen a sus padres adoptivos, se concluye que el rasgo está influido por factores

ambientales. (Habría que realizar más estudios para determinar cuáles podrían ser exactamente estos factores ambientales).

Es posible que intervengan tanto los factores hereditarios como los ambientales, en cuyo caso los

individuos estudiados se parecerán tanto a los padres adoptivos como a los biológicos.

Mutaciones dirigidas (técnica de supresión de genes o knock-out ) Consiste en genes trasformados que se producen en el laboratorio y se insertan en cromosomas de animales (en investigación más frecuentemente ratones)

Esos genes se denominan Knock-out son defectuoso y no pueden producir una proteína

funcional o una enzima

Permiten a los neurocientíficos estudiar los efectos de la falta de una proteína concreta en la fisiológica o el comportamiento y hacer experimentos.

Ejemplo de Fabricación de Ratones knockout.

Se provoca una mutación dirigida en un gen en concreto

Se realiza en células embrionarias especiales de ratón y se introduce el gen manipulado en un ovulo o en un espermatozoide

Las crías que carecen de una copia del gen

Mediante endogamia se tienen muchos descendientes iguales

Los animales resultante recibe el nombre de ratón knock-out

Transgénicos

Se introduce una copia funcional, manipulada, de un gen en un animal o una planta introduciendo un gen a su genoma.

Se suele utilizar como vectores (formas de introducirlo) un virus

Los animales knock-out y transgénicos se crean en momento de la concepción y llevan el nuevo gen en todas las células de su cuerpo

Actualmente se ha conseguido suprimir o sustituir un gen de un animal tras haber alcanzado éste la edad adulta (inyectándole una sustancia activadora como la tetraciclina), o a sustituir o suprimir un gen en una sola región del cerebro.

Estas manipulaciones permiten a los animales desarrollarse con un genotipo normal, siendo por ello más fácil interpretar el resultado de la manipulación genética

.- Marcación de genes: Hibridación in situ

Todos los péptidos y proteínas (incluidas, por supuesto, todas las enzimas) se sintetizan conforme a la información contenida en los cromosomas.

Cuando se va a sintetizar una proteína concreta, se copia la información necesaria de un cromosoma en un segmento de ARN mensajero, el cual sale del núcleo y se desplaza hasta los ribosomas, donde tiene lugar la

síntesis de proteínas.

La estructura química de la proteína está codificada en términos de una secuencia específica de bases de nucleótidos que componen el ARN mensajero.

Si se conoce las bases del ARN mensajero, (y en la mayoría de los casos es así), los biólogos moleculares pueden sintetizar un segmento de ARN radioactivo que contiene una secuencia de nucleótidos complementaria de la

secuencia de! ARN mensajero.

Las secciones de tejido cerebral se exponen al ARN radioactivo, que se adhiere a las moléculas del ARN mensajero apropiado.

De esa manera podemos ver en que parte del tejido se une el ARN fabricado con el ARN mensajero. De esta manera podemos observar que células que producen la proteína cuya síntesis inicia el ARN.

Neurotransmisores y neuromoduladores: Transmisión sináptica

Transmisión sináptica

Cuando el potencial de acción llega al botón presináptico se produce una serie de cambios

en su membrana cuyo resultado dará lugar a la liberación de sustancias químicas

denominadas Neurotransmisores

Se denominan neurotransmisores a las sustancias químicas que actúan como mediadoras

entre neuronas (u neurona y células efectoras) en la transmisión de información

Una neurona puede establecer un promedio entre mil y diez mil contactos sinápticos con

otras neuronas

Existen neuronas como las neuronas de Purkinje del cerebelo que puede llegar a establecer

hasta 150.000 conexiones

Definición de Sinapsis:

Contactos funcionales entre células nerviosas o neuronas y/o células efectoras

Ejemplos de células efectoras serían

Células de diferentes glándulas (salivares, pancreáticas, sudoríparas)

Células musculares

Tipos de transmisión sináptica:

Eléctricas: Se produce porque entre sus membranas hay canales iónicos o uniones hendidas

(gap junctions). Son frecuentes en el organismo humano en el hígado y corazón

Químicas: Se produce por la liberación de un neurotransmisor que se libera al espacio

sináptico.

Síntesis del NT

Los neurotransmisores se sintetizan en el soma

En muchos casos, aunque se sintetice en el soma, necesita madurar (cambiar su composición

química inicial). Esto suele ocurrir cerca de los botones terminales

En la síntesis de neurotransmisor en ocasiones se reutiliza el neurotransmisor o metabolitos

ya utilizado anteriormente.

Esto se debe a que gran parte de los neurotransmisores una vez realizada su acción en la

sinapsis son recaptados y reutilizados

La ventaja de la recaptación del neurotransmisor es ahorrar sintetizar nuevo

neurotransmisor, con el consiguiente ahorro de energía

Almacenamiento y transporte del NT

El neurotransmisor no puede estar libre en el citoplasma por lo que para transportarse a los

botones presinápticos se empaqueta en vesículas (vesícula sinápticas)

 Los neurotransmisores no pueden estar libres en la neurona

presinápticas debido a que se degradarían, incluso producirían daño a

la neurona

Los neurotransmisores son transportados a través de los microfilamentos del axón hasta el

botón presináptico

Cuando llega el impulso nervioso al terminal presináptico se produce la liberación del NT al

espacio intersináptico mediante endocitosis (unión de la vesícula del neurotransmisor con la

pared presináptica)

Liberación del NT al espacio sináptico

El mecanismo por el cual el NT se libera en el espacio sináptico no es de todo conocido, pero

se sabe que:

El potencial de acción llega al terminal presináptico

El potencial de acción que llega al terminal presináptico provoca la apertura de

canales de Ca+ voltaje dependiente

La apertura de los canales provoca que el calcio entre en la neurona presináptica

La entrada de Ca+ facilita la unión de las vesículas de neurotransmisor con la pared

presináptica mediante endocitosis

La unión de la vesícula con la parede presináptica provoca que el NT se vierta al

espacio intersináptico

Una vez liberado el neurotransmisor en el espacio intersináptico se difunde hasta que

reacciona con algún receptor

Un receptor es una proteína que se está en la membrana que al unirse el NT se

produce una interacción que da lugar a una acción

La unión del neurotransmisor (NT) con el receptor es específica; cada molécula de NT

encaja con su receptor determinado.

Liberación del NT al espacio sináptico

Los receptores se pueden clasificar de diferentes formas

A) Dependiendo del tipo de NT con el que el neurotransmisor interacciona

El NT dopamina se une que se unan a receptores dopaminérgicos (pueden haber

varios receptores para la misma sustancia. Así para la dopamina hay al menos 5

receptores dopaminérgicos diferentes)

B) Dependiendo de la función del receptor

Como luego veremos el receptor puede ser ionotrópico o metabrotropico

C) Dependiendo de su localización en la sinapsis

El receptor puede ser presináptico o postsináptico

A) Liberación del NT al espacio sináptico

Dependiendo del con el que el neurotransmisor interacciona pueden ser

Receptor serotoninérgico:

– Interactúa con el neurotranmisor serotonina

Receptor dopaminérgico:

– Actúa con el neurotransmisor dopamina

Receptor colinérgico:

– Actúa con el neurotransmisor acetilcolina

OTROS

– Pensar que si existen más de 200 sustancias neurotransmisoras y

cada una tiene al menos un receptor para dicha sustancia , deben

existir muchos tipos de receptores diferentes

• Recordar: En muchos caso un mismo neurotransmisor puede tener diferentes

receptores con lo que puede actuar y con los que tendrá diferentes funciones

B) Dependiendo de la función que hace el NT al interaccionar con el receptor existen dos tipos de

receptores:

Estos son

Receptores Ionotrópico

Receptores Metabotrópico

Es importante saber que UN mismo neurotrasmisor puede actuar sobre receptores

ionotropos o metabolotropos

Por ejemplo, en el caso del NT dopamina existe al menos 5 receptores diferentes, de

los que algunos pueden ser metabotropos y otros ionotropos

Receptores ionotrópicos

Cuando se une una molécula de neurotransmisor al receptor ionotrópico se produce la

apertura de un canal iónico

La apertura del canal iónico da lugar a que un ión entre dentro de la célula

Una sola molécula de NT abre un solo canal iónico.

Receptores Metabotrópicos

Provocan cambios en una serie de moléculas mediadoras denominadas Segundos

mensajeros

Existen múltiples grupos de segundos mensajeros

La interacción del neurotransmisor con el receptor metabotrópico conduce a la

activación de varias Proteínas G

Como luego ampliamente veremos las funciones de los receptores metabotropos son

diversas. Entre ellas se encuentran

1.- Abrir canales iónicos mediante un mecanismo de amplificación

El mecanismo de amplificación consiste en que a diferencia que los

receptores ionotrópicos donde un NT actúa un receptor y abre un canal

iónico, en los metabotropos una molécula de NT abre de modo indirecto

múltiples canales iónicos

2.- Modificación de enzimas intracelulares que provocan modificación de la

trascripción génica. La trascripción génica da lugar a nuevas proteínas

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