¡Descarga Neurobiología del Sistema Nervioso: Desarrollo, Plasticidad y Envejecimiento y más Apuntes en PDF de Psicobiología solo en Docsity!
T 3: MADURACIÓ DEL SISTEMA NERVIÓS AL LLARG DE LA VIDA.
1. Invariància i plasticitat: Experiments de Roger Sperry: el seu objectiu era determinar si la formació de connexions sinàptiques està predeterminada genèticament. Treballava amb neurones del sistema visual. Aquestes en amfibis es troben en el tèctum, les neurones d’aquesta part reben informació de la retina. La informació viatja cap al tèctum. Si gira l’ull 180ª, la retina envia informació al tèctum a una part diferent.
Sperry va talla es axons de les neurones que van de la retina cap al tèctum (es poden regenerar). També va girar l’ull i va esperar a que els axons es regeneressin cap a les dianes inicials independentment del seu entorn i de la seva funcionalitat. El destí dels axons té un important component genètic. Invariança, la granota veurà al revés. Les neurones de la retina continuaran fent sinapsis amb les mateixes neurones del tèctum, són connexions genèticament predeterminades (en mamífers no és així exactament).
Teoria de la quimioafinitat L’establiment de connexions sinàptiques està predeterminat genèticament per l’existència de substàncies químiques que guien el creixement de l’axó cap a una neurona diana específica.
No estan predeterminades genèticament el nombre de sinapsis que es donaran a cada lloc. Si que està predeterminada genèticament l’estructura general.
És aplicable la teoria de la quimioafinitat a mamífers?
- En la formació de connexions sinàptiques hi intervenen múltiples substàncies químiques que guien el creixement de l’axó.
- El patró general de connexions entre diferents regions del sistema nerviós és molt semblant entre els individus de la mateixa espècie
- Ara bé, hi ha diferències entre individus en el número i localització exacta de les connexions, especialment en regions cerebrals relacionades amb funcions superiors Aquestes diferències estan influïdes, entre altres factors, per les experiències, en interacció amb la dotació genètica. Experiència: interacció de la persona amb l’entorn físic i social.
Les influències de l’experiència generen plasticitat sinàptica i a través d’ella es creen els detalls del SN. La plasticitat sinàptica depèn de l’experiència (tothom no té la mateixa experiència) i de l’expectant d’experiències (es normal que es visquin certes experiències de manera semblant a una certa edat).
Plasticitat “expectant” d’experiències i plasticitat depenent d’experiències.
Plasticitat expectant d’experiències:
- Alguns aspectes de l’organització cerebral són influïts per experiències típiques, “esperables”, de l’espècie en un moment donat del cicle vital
- Aquestes experiències poden tenir una gran influència en el desenvolupament cerebral si tenen lloc en uns moments concrets, anomenats períodes crítics o sensibles
- Com que la majoria dels individus de l’espècie tenen accés a aquestes experiències en els períodes sensibles, això fa que alguns aspectes del desenvolupament cerebral mostrin molta similitud entre els individus de la mateixa espècie (malgrat no venir determinats únicament per factors genètics) Privació sensorial: Competència entre sinapsis pels factors tròfics. Les sinapsis més actives capten neurotrofines i s’enforteixen, les menys actives desapareixen.
Períodes sensibles en que les experiències visuals i auditives són molt importants per al correcte desenvolupament d’aquestes zones.
L’experiment de Hubel i Wiesel , es veia que passava amb les àrees que processen la visió si als primers mesos de vida es tapava un ull, aquest queda cec, però si es fa quan és adult, no passa res.
En cecs, l’audició del llenguatge activa àrees visuals de l’escorça visual. Les àrees de visió funcionen, però són connexions sinàptiques diferents: en cecs, les àrees visuals fan funcions d’audició i tacte.
En els sords de naixament (congènits) l’estimulació tàctil activa àrees auditives i les del tacte també.
Influència diferencial de les experiències en funció del bagatge genètic: nens de dues edats (4 i 6 anys), que presenten una variant diferent d’un gen (DAT1) relacionat amb l’atenció. S’estudia l’efecte d’un joc dissenyat per millorar l’atenció en els dos grups d’edat i les dues variants genètiques. La intervenció consistia en cinc sessions de joc al llarg de 2-3 setmanes. S’estudiava el polimorfisme del gen DAT1 (al·lel llarg: nivells d’atenció mitjans o elevats, i al·lel curt: nivells d’atenció curts.) els resultats obtinguts van ser els següents: l’entrenament en el joc millora l’atenció i fa que el patró de resposta cerebral durant una tasca d’atenció s’assembli més al patró adult. La millora és més gran en els nens que tenen l’al·lel relacionat amb nivells baixos d’atenció.
Molts gens presenten variants naturals a la població, com per exemple el del gen del BDNF (molècula relacionada amb la plasticitat sinàptica) presenta en humans una variant més freqüent (“Val”) i una menys freqüent (“Met”). Molts gens presenten variants naturals a la població. Els nens que han passat la primera infantesa en institucions poc acollidores tenen més risc de patir seqüeles conductuals, afectives i cognitives. Aquest risc és més gran en els portadors de la variant “Met” que en els portadors de la variant “Val”.
Per resumir aquest punt 1 podem dir que:
- Hi ha aspectes del desenvolupament del SN que estan molt determinats genèticament i són força invariants (per exemple retina tàlem escorça).
- La configuració final (sinàptica i funcional) del SN dependrà de l’efecte de l’entorn (estimulació ambiental, etc) sobre aquest patró genèticament determinat.
- Hi ha experiències esperables en moments concrets (períodes crítics o sensibles) per als organismes d’una espècie, necessàries per al desenvolupament normatiu del SN.
- Altres experiències són més variables i afecten l’estructura i la funció del SN al llarg de tota la vida.
- L’experiència pot afectar diferencialment el desenvolupament del SN en funció del bagatge genètic. 2. Maduració del Sistema Nerviós i evolució de la conducta: Hi ha canvis en la maduració cerebral, segueix unes pautes heterogènies en el temps.
La maduració de l’encèfal és un procés de llarga durada, i triga diferent “temps” en funció de la regió. Hi ha una contínua interacció entre els gens i l’ambient. Algun dels processos que hi tenen lloc són dependents de l’experiència. Aquesta maduració de l’encèfal presenta un ritme maduratiu desigual al llarg de tota la infantesa, tot i que té etapes amb canvis més marcats: durant els primers anys de vida i l’adolescència.
A nivell estructural hi ha dos patrons: la substància blanca (axons) la qual presenta un patró ascendent, i la substància grisa (somes i dendrites, on hi sol haver-ho connexions sinàptiques) la qual presenta un patró descendent.
Augment del volum de substància blanca, de manera progressiva, aquesta augmenta durant la infantesa i adolescència, tant per nous axons com per la mielinització dels axons (és la raó principal). L’augment de mielina fa augmentar la velocitat del processament neuronal. La substància grisa augmenta durant els primers anys de vida i després es produeix una reducció d’aquesta. En termes generals, el volum de substància grisa augmenta inicialment per després disminuir. Aquesta reducció és deguda, en part, a la disminució del número de sinapsis (el refinament sinàptic).
Els canvis varien d’una regió a una altra. Els canvis maduratius en el cervell es tradueixen en una major eficiència de processament d’informació. Per fer una mateixa tasca, el cervell dels nens mostra una major activació que el dels adults ja que els nens utilitzen més sinapsis i més energia (menor eficiència).
On es produeixen més canvis són en les regions de l’escorça prefrontal (relacionada amb la capacitat de planificar i modular la conducta) i del sistema límbic (emocions) durant l’adolescència pateix molts canvis.
Adolescència: Diferent ritme maduratiu de les àrees relacionades amb el plaer i les relacionades amb el control emocional. Hi ha un augment de la percaça de sensacions, més predisposició a conductes de risc i una gran importància als aspectes motivacionals. És una etapa de gran vulnetabilitat davant certes experiències.
El consum de marihuana pot incrementar de manera molt marcada el risc de determinades alteracions psicopatològiques, en funció d’algunes diferències genètiques (Caspi i col·laboradors).
Temporització sobre la maduració de l’escorça:
- Àrees relacionades amb funcions més bàsiques: sentits i moviment
- Àrees relacionades amb funcions com orientació espacial i llenguatge
- Àrees amb funcions més avançades: integració de la informació dels sentits, raonament, funcions executives, presa de decisions, inhibició,... Maduració relacionada amb canvis cognitius. La maduració ortogenètica guarda paral·lelisme amb l’evolució filogenètica. Durant l’envelliment normal disminueix el volum del teixit cerebral. La disminució del volum cerebral és més abrupte en l’envelliment patològic que en l’enveliment natural. Aquesta reducció no es dona per igual a totes les regions.
- Algunes hormones poden afectar el desenvolupament cerebral.
Hormona: substància química alliberada a la sang per una cèl·lula i que pot actuar sobre altres cèl·lules de qualsevol lloc del cos, sempre i quan tinguin receptors. Influència principal d’hormones liposolubles (travessen les barreres), que travessen la barrera placentària i la barrera hematoencefàlica: esteroides gonadals, hormonals tiroïdees i glucocorticoides
Esteroides gonadals (hormones sexuals)
- Dimorfisme sexual: Diferències entre mascles i femelles en algunes estructures
- Això és degut a l’efecte organitzador diferencial dels esteroides gonadals masculins i femenins durant el desenvolupament (etapa prenatal, pubertat…) i en altres moments de la vida (embaràs…) Dimorfisme anatòmic cerebral en humans?
- Lleuger dimorfisme en nuclis hipotalàmics (lligat a funcions reproductives i sexuals?)
- Regió posterior cos callós més gran en dones
- Major activitat metabòlica basal en zones temporals (homes) vs circumvolució cingulada (dones).
- Etc. Dimorfisme funcional cerebral en humans? (diferències lligades a l’educació o a diferències genètiques?)
- Dones: Major velocitat perceptiva, fluïdesa verbal, càlcul matemàtic, motricitat fina...
- Homes: Més facilitat per a la representació mental tridimensional, habilitats motores de punteria, raonament matemàtic...
Hormo nes
Paper organitzador
Modificació de la l’estructura d’un nucli o circuit
Mecanismes principals
- Migració neuronal
- Sinaptogènesi (formació de connexions)
- Mort cel·lular programada
- Refinament de les sinapsis
Modificaci ó de l’estructur a i de la funció associada
Hormones tiroïdals (tirosina): ajuda al metabolisme basal.
- Hipotiroidisme matern en l’etapa prenatal: Altera migració de neurones corticals i altera sinaptogènesi. Pot acabar provocant: Dèficits auditius i de la parla, alteracions sensorials i motores, crisis epilèptiques o deficiència mental
- Hipotiroidisme postnatal no tractat: deficiència mental Glucocorticoides: hormones fabricades per la glàndula adrenal (part superior dels ronyons).
- S’alliberen en situació d’estrès
- Es necessiten uns determinats nivells pre- i post-natals per al desenvolupament d’algunes regions cerebrals
- Nivells elevats de manera prolongada: dany neuronal en adults i nens
- Els nivells elevats en nens poden tenir moltes repercussions en la vida adulta
- Són molt liposolubles
- En qualsevol moment de la vida afecten al SN, pe`ro en el desenvolupament això és crític. Algunes regions necessiten certs nivells de glucocorticoides. Influència de l’experiència en el paper organitzador de les hormones durant el desenvolupament cerebral. Els glucocorticoides i les hormones tiroïdals exerceixen efectes organitzadors (configuració sinàptica, etc) a la formació hipocampal i altres àrees del sistema límbic. Determinades situacions psicosocials poden alterar aquests efectes organitzadors a través d’alteracions en els nivells d’aquestes hormones
La privació materna en rates i en primats no humans altera nivells de els hormones tiroïdals i el control de l’alliberament de glucocorticoides. A més també altera la configuració sinàptica en regions del cervell relacionades amb les respostes emocionals i amb algunes funcions cognitives. Quan això succeeix, d’adults els animals responen inadequadament a situacions d’estrès i tenen problemes d’aprenentatge. Els efectes de la privació materna sobre els nivells hormonals i la configuració sinàptica cerebral poden atenuar-se amb alguns tractaments conductuals.
4. Degeneració i regeneració del teixit nerviós: En població jove, la causa de degeneració són els traumatismes ocasionats en accidents de trànsit. En gent més gran, són les malalties neurodegeneratives o els ictus.
Existeixen causes molt variades de degeneració:
- Mecàniques: aixafament, seccionament d’axons, traumatismes cranioencefàlics, etc.
- Manca d’irrigació sanguínia (Isquèmia i la consegüent hipòxia i hipoglucèmia)
- Netejar el material mort Exemples de fenòmens regeneratius després de la degeneració anterògrada:
a) Al primer dibuix podem veure que després de la lesió, s’han format brots axònics, que han crescut i tornat a establir sinapsis amb les dianes originals. Al segon, que es dóna un creixement de brots axònics, que tornen a formar sinapsis, però amb neurones diferents a les dianes originals. Finalment al tercer es veu un creixement de brots axònics. En aquest cas, el creixement no prospera i els axons no poden tornar a establir sinapsis. b) Després d’una lesió, els axons del nervi oculomotor s’han regenerat, però han establert sinapsis amb els músculs equivocats. El pacient té dificultats per coordinar els moviments dels dos ulls i per moure adequadament l’ull dret Degeneració i regeneració del SNC (dels mamífers a partir del tercer paràgraf):
A més de degeneració anterògrada i retrògrada, en el SNC és freqüent la degeneració transneuronal.
Degeneració transneuronal: Les neurones connectades sinàpticament amb altres neurones que han mort, també poden patir necrosi o apoptosi. A més pot haver-hi alteracions de la barrera hematoencefàlica, amb el risc que el teixit nerviós quedi exposat a substàncies nocives.
Què passa en el teixit del SNC després d’una lesió?
- Acumulació cèl·lules de micròglia, que fagociten restes de cèl·lules mortes i poden “netejar” la zona lesionada
- Proliferació d’astròcits que intenten reconstruir la barrera hematoencefàlica
- Els astròcits i altres cèl·lules glials alliberen grans quantitats de factors neurotròfics
- Formació de brots axònics col·laterals
- Sinaptogènesi reactiva: es formen noves sinapsis, generalment en neurones que no han estat afectades per la lesió. En les poques ocasions en què els brots axonals prosperen, també poden acabar formant sinapsi.
- Neurogènesi (formació de noves neurones, sobretot en zones del cervell properes als ventricles). Sembla ser que si no s’aplica cap tractament, aquestes neurones noves es moren i no donen lloc a cap tipus de regeneració. La neurogènesi en adults també es dóna sense que hi hagi lesió, especialment en una regió anomenada formació hipocampal, molt relacionada amb la memòria Malgrat tot això, a la pràctica la regeneració anatòmica espontània és molt petita en el SNC, degut a fenòmens com els següents:
- Mort neuronal secundària: necrosi de neurones inicialment no afectades per la lesió. Múltiples causes: Degeneració transneuronal, excitotoxicitat mediada per aminoàcids excitadors, canvis inflamatoris, etc
- Els oligodendròcits alliberen proteïnes que dificulten el creixement dels axons
- La pèrdua de mielina es pot agreujar amb el temps Poden haver-hi estratègies de regeneració funcional i anatòmica. Unir les dues tècniques seria la millor opció. Estratègies experimentals que podrien ser útils en el futur per a la regeneració del teixit nerviós:
- Transplantament de cèl·lules mare: de moment aquesta estratègia no és útil en humans.
- Empèlts de cèl·lules formadores de mielina del SNP (c. de Schwann i de glia embolcallant, que, a diferència dels oligodendròcits, no dificulten la regeneració dels axons. Tractaments utilitzats actualment:
a. Per evitar que la lesió s’estengui i per reduir l’afectació del pacient
- En les primeres hores després de la lesió: Administració de medicaments o altres tractaments que redueixin la mort neuronal secundària.
- Medicació per prevenir noves lesions (en funció de les causes)
- Tractaments neuroprotectors a llarg termini.
- Tractaments neuroreparadors (per estimular la neurogènesi i supervivència de noves neurones, la recuperació de mielina, etc). b. Per facilitar la recuperació funcional:
- Exercicis de rehabilitació (fisioteràpia, logopèdia, rehabilitació neuropsicològica, etc)
- Augment de l’estimulació sensorial.
- Combinació de les estratègies anteriors amb la realitat virtual, l’estimulació magnètica transcranial, etc. Recuperació funcional:
- Els exercicis de rehabilitació poden facilitar la recuperació funcional, propiciant que àrees no afectades assumeixin parcialment la funció perduda.
- No està clar si la rehabilitació afecta el número i supervivència dels brots axonals i la formació de noves sinapsis.
- En general, la recuperació és millor en individus joves i quan la lesió s’ha produït de manera lenta.
- Ara bé, les lesions en nens poden afectar el propi procés del desenvolupament i donar lloc a alteracions que es fan més evidents quan els nens creixen.
