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Desarrollo del sistema nervioso a lo largo del ciclo vital

!NTRODUCCION

La edad pone su sello en nuestra conducta y en la de todos los marnífe­ros. Los Pasos, progresión y orden de los cambios son especialmente prowJneníes en la vida más temprana. Sin embargo, 1as ciencias de la vida enfatizan ahora el cambio como una caracteristica Qel ciclo vital entero. El cambio es una o':r~niedad inevitable de los estados biológi­cos. Shakespeate lo puso~ cte'. manifiesto en «Asl es si así os parece» cuando dijo:

... de hora a hora. maduramos y maduramos, y luego, de hora a hora, decaemos y decaemos.

Hay dos Calendarios que proporcionan el marco temporal del desa­rrollo del encéfalo. En el capítulo anterior usábamos el marco temporal de' la evolución--el curso del desarrollo del sistema nervioso a través de millones de afio~. En_ la primera parte de este capítulo, nos centra­re~os en el de:.nrrollo estructural del encéfalo durante el curso típico de la vida de un individuo. En capítulos posteriores se aportan ejem­plos de los cambios conductuales y fisiológicos que acompañan al desa­rrollo del encéfalo.

Veremos cómo progresan las características de- los encéfalos adul­tos, descritas en los Capítulos 2 y 3, durante la vida desde el útero hasta la tumba. Por ejemplo, la fertilización de un óvulo lleva a un cuerpo con un .sistema nervioso que contiene iniles_ de millones de neuronas con un increíble número de conexiones. La ocurrencia de este proceso es extraordinaria. Durante el apogeo de crecimiento prenatal del sistema nervioso humano, las neuronas surgen coñ ur-..a tasa ¡de 500.000 po_r minuto!

Hay muchos problemas a considerar, inciµye-ndo_el mod.o en_~se forman las células nerviosas y cómo se controia el e_stablecimiento de conexiones en1re las diversas regíones del sistema nervioso. ¿Se desa­rrolla el sistema nervioso mediante un proceso intrinsecarne-nte guiado que sigue obligatoriamente el. anteproyecto "escrito en 1os .ger..es»?

?SJCOJ.,OGJ}, F!SJOLOGJCA

Al principio

Peso del encéfalo riP<::riP

el nacimiento hasta la vejez

Figura· 4·1 Peso del en~falo humano comr una función de la edad. Adviértase que la escala de edad se ha· expandido para los primeros cinco años con in-· tendón de: mostrar l~ datos más ci~ramente durante este período de crecimiento :rápido. (~dapta- . do de Dekaban y Sadówsky, 1978,)

¿Córno ayuda la experiencia a guiar él sistema nervioso ·que esiá origi­nándose?

El crecimiento y desarrollo de un sistema nervioso t:s un proceso intrigante.~especialmente en relación con la ontogenia de la conducta. Muchas teorías psicológicas enfatizar, el desarrollo e intentan asignar pesos relativos a los papeles de la naturaleza y la cultura, ¿Hasta -qué punto es importante ia vida temprana para la p_osterior conducta cogni~ _ti va y emocional? Los estudios del desarrollo estructural y funcíonal" del encéfalo pueden proporcionar sugerencias sobre estos aspectos.

Ei camino desde un óvulo íertillzado hasta un organismo maduro es. excesiva~ mente complicado~ Imaginemos, s! podemos, el número de nellronas del encéfalo humano maduro. Las estimacíones recientes oscilan entre 100.000 millones- y un billón, !a úítlma imagen ofrecida por Kandel y Schwartz (1985}. Adeinas, estos miles de rníllones de ce!ufas rnuestran patrones específicos de organización altamente ordenados ·-un pasmoso logro de procesos del desa­rroilo y de !a evolución-. _Sr.i est:in investigando muchos aspectos del sistema nervioso, _que van desde las influencias químicas hasta· las forinas en que la experiencia afecta al «estabiecimienío de conexiones» en el sistema nervioso.

Las medidas 'del pezO del-cncé-falo en divérsa.s etapas de ia vida propor¡:::ionan un índice de su desarrollo. EI peso debe considerarse como una especie de resumen de muchos procesos del desarrollo. Un estudio debido a Dekaban v Sadcwsky (1978) da un retrato definitivo del peso del encéfalo humano a ¡~ . largo del ciclo vital. Este estudio se basa en medidas de Jos encéfalos de 5.826 personas, seleccionadas de entre 25.000 casos de varias ciudades. los investí~ gadores pesaron los encC-falos de índividuos cuyas muertes se debie.ron a causas que no ejercieran influencias importantes sobre el encéfalo. La Figu­ra 4~ 1 muestra los cambios con la edad en los pesos de Jos encéfalos en machos Y hembras. Adviértase el rápido increrriento en los primeros cinco años. El peso del encéfo.lo esiá en su apogeo entre los 18 y Ios 30 años, tras ios. cuales hay una dismír1_ución gradual. Ahora veainos como empieza el encéfalo el camino de su dCsarrollo.

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• Macho o Hembra

Í::T'J ·:_'-:;Jel~ ··---' de Ja Otro ri'.sumen Gel d.esarro'.lo del enc6t.do b rmY>•ccriorH ei cx:-m:J de los n;··a erice.h:/ica cambios de ~u mrrna g_L:ibaL Un nueve- ser comienz.:; cu::indcJ 011

cr¡>ermr roro•ir ne arrrór"r'arr;c¡¡(C 6li n;ic,·om :!10.s (¡;rn) de hr,so a1rnvi(:·s;:, J,~ lfiO-LSO µrn de (iiinw \). E~te 1,-,,.:onto r.:ornk1·if'.~ :m

~rog >m!\ de ;\!'_;sJrre>ii ·

·of:- ,/; ¡ienc l::;;.·· ;-; J;;.;;

t·: o,-,_, .o {f;~-:..:-;:: l,-.2).

ilcwt a 13:: i-,;k-,·o :n<'] viduo. l~! comie,1z;--, de cs'te 6:; ;:¡1¡c-pio, ';_¡r¡ cmv;.;.:;;;) qc;e ;iega ~12s1;;

,;,,. cor110 resuit2d0 una célu!Ll con ,¿6 uomt - .J'-:'~~1s. d m1m\ d pre ·c;o --c::t~>

- --~/m8! de lo~ Luni<0n-:;s, l'.:sic>s c-c:ir:oson·.as c::mtiencn

de. d ·• l::ciiu ,;s ~­

h"' ro:viódo en tl0~

donóc iki?-- :ks;;:_;,:.~ de'-'\:: :s dias. En(o·u;e:o, e! Hquido de la r::::ivid:;;d ute1ina pew ;ya b.$. scp<:tr0. en dos gn,pos: l) il>J gn¡pc cdcdar exL:r•¡(_· y 2) um:. r:::±sa cdd:w interm: q1ie se conv(e;·tc t:l dicho. ,En e! ini·;rior de b nfr:ra dG

1----~----Tro1·npa de Falopio

lmp(árHació

!----Ovario--i

.figru:a 4-2 i.te:i<u:r,en de lilE se=enc.m co1nie;:aa a fa :;iu fartilizad6:: Í<iirtiliz<i.di;; e GLta.ndo se trn (8)--· la npp11cr'6u cie

f,tap<i rn,¡;stro organismo se <lenomi11a

h/i tj.;r:mas O.e ctesaxx-ollo ;;mbriüo a'ric. J~:.a

le :.:0(::n:u::i.6n de m·,. bvuk TtW l;_,~-::: (1) y

:.~Cntl$í:-..l'.a ',~,;:,;;;:~)'.'.~'°,;;'::, G:¡:;to;; pttic~~ac-l:l_ ¡¡;3 cic .r. :r .. :e ssmD.na para. )<;¡¡- ~·'"'· ez; ;--m.:;n~ .. :·t.

PSIC010G!A FISJOLOGJCA

1[..,1 D0~·arrolfo ew).-.fio­h~umn1c er,t¡:e fo S.t'!g'-'.1'',;ª·

ia c.1:::;r_r+~" semat11'E. (a} B1 se ha comet!Z2ÓP a impla.rn;-;r <:o:tt

CncLL' .1

~0;:;~; ~~1~·i:;_?;,3~~)·;:~7~~T .. '.~~ "¡_- hHs!.;,¡8 ~~~l~"'té~:;:~sjlga, b~~-·\·~:~&~~:~~1~~c~~a!u~i:~riy61~)~ ·~~ ci6n de las tt<"t! o<i·lu.:::wtCo: Y de Jn ptimera se!nana bl{~std8. está imDlant;?.da en !a pared uterina, Y el eng·;-osiilnif.mto un~ de eUas ci:!nfas plac:cr,tarias ~r. extienden en esta p«~red. -·--d ei.-,i·tH2"rYi:l.O-- llev:o c.1 desto.-:r:roUo de la p.1ac<! neur:ú. (e) Co­mie;~o del m.<rco r,,,,i:;:rtl. (rlj El surco ne:.tral "'""' ha cerr-1do a h:J

Dur&nte la H:gnnda semana d en:brión humano muestrn. ~res estrB!os cd1.ilan-,: dlstintcs, Es!<•S c¡;¡p;¡~ -~on d comir:nzo todos io.~ tejidos del ernbrión (Figura 4-3), El sistema !.1er11ioso se tfosarrotlará en la capa mil&

d'ió la fot~giüid del ;;crrJn·i6xi.; c:r:ter¡¡a, lla:rn.~{fa f:ctadQ:rmc (dt. la::; pab.bras griega;; paru <\cxlf.nJO)) Y psrn

anier:b~· del ~;_"'n.ropor(l s:1krior concluye ?H 61 r:ri.JX1ordi0 d01 en~ céfak:.

S'.'(i;;an fr;s :-;:1;~4\~ CdiJJn~-(~S, Cr~r:(:f\ ';)'l !J'.1 ck.Jgc1dn dÍ~C0 (1Vf1i

·.-,.áco de este d!scc, se n:<.-±rcg tm!l posící0n m<Cdia por '.H!

s;.:rcc "'--d sun.f En e1 c;;trerno cefálico de \oste su::co hay un gn1es0 grupo de Esta etapa se da dos stmnnots despul::s de Ja fertiliza. cíón. Entontts ~e fonn2n ehgrosamie-ntos de ecloderm.o a ambos lados de ia posici{,n media. E.stits ;,on los p1ieg:.ier; nourale~. El Surco cr.tre ellas se conoce · entonces como el surco neural.

La sü.cesión <le :;.ventos cOrnieraa a ser.ahora rt'Jás rápida. Las invai::;inacio­nes neuralcs se, unen y convierten ei surco en el tubo n~iwal. En la parte anterior del tubo neur;il se evidencian tres subdivisiones. Estas subdivisiones corresponden a los futu1os mlcéfaló- ai~ter:ior (prosem:éfaJo), encéfalo medio (mesem::Cfalo) y cncf:Salo posterior {1·ombe·ncefa!o). (Record<i.r e3tas regiones del Capítulo 2, Figura 2~7.) La cavldad del tubo neural finaliza arriba, en d !ugar donde ~e halian los ventrículos e.ncefilicos y los pasajes que los conecian. {La morfología dct sistema vcntricuk.r fue descrita en la Figura 2-'i.J

A! final de la octava seinana, el embrión hum::mo muestra los primordios rndlmeD:arios de lr. ::na)i)ri,1 6e (,rgonos ccrpornles. Lv rápida evo!ución del dc;;arrol!o del mlcH:-;,) -:~:u;·:n1e t>-k St'. rcfiej¡ ---n el hecho de que ¡;¡J. final ót la oct1v,) se narn. h r::,hc_,zc, ilño total ele.\ embrión. (A<lvk·;1ase c¡u~ e: dc~,;2;;-,_;i o b'n .-nn se dcnc·mln:·. emi riór; durante las ¡¡rime-rns diez sernan:_:~ dcs;n_:i::- !t postericnncntc se llama foto.) La Figur<; 4~4 pn:m:n:: u·" del desarrcilo prenatal éd encéfa)c hmr:iano des<lt );:- scuiang 1.0 a la 41.

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Mpecf/.a"!: ceJWares del des&rrdllo del

:sisf1.erma. Derwimo

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Fa-;;1Rf_Jl.~3-~

109 !10

C"uatro ~ oehdares delicadamente contrOlados subvacen a los cam-bIDS- a:mrt6.rnicos dd riskma fü'.'XVÍOSO dúrante fa vid~ fetal y embri:o-Jrnaria: n cde!at-, 2} migrncibn ccitüar, 3} diíerenciación celúlar y

aC:ORteci:micntcs se producen con diferentes tasas y en cfistintas dcl tubo neural (Aquí nos centraremos

en d ~ neNiooo; embargo. se dan acontecimientos· similares en Ja ~de otros ó~oos.) · ·

en k czpa veritdcuJar. La eperidim&l dsa origen a

das tipos de cé!filas "''""'""cié•n de h ca:¡:;a·epem:fünaL En ia mayoría de

de forn:ta:ci&n de las i:i1uJas neurn!es en Í.<! capa. cl ~o, perú-"Se añaden muy pocas después

de éste (bk:k:, 1974}. Ea alglmas tegi<mes cnreihlicas se produce la aparición ~ de ~ ~ Por tjem.pJo,. en el cerebelo hu.--naao surgen ~ dmlmtte mestS ~ dcl: nacimiento,

Hay 115 ~de !laci.mieutol1' c:araci:eris.6ca de especie para cada parte id ~ de un ~.:al Esto que hay un programa cronológico

lodo::.:~::: c.dl ""~""- y qrn; es posible fiJar ios días aproxi­~ d en Io$ que se forman cietenninados grupos de neuronas.: Por ~ dada la complejidad de los enci:fulos de íos vertebrados, es ~dificil ttazar Ia 1fÍ4 del ~celular desde la pequeña población inicial dcl cdu1as ~es.. Los descenákntcs desaparecen en la multitud.

• Súl ~ eo los sistemas neniosos de algunos invertebrados más simples con muy pocas ~ pueden tra%al5e los linajes celulares de forma más fiói r oi.uplieta.

Uts ~ dd si:m:ma nenioso en desa:rt~ estfm siempre en mo'l'imiento. En ~ dapa fus ~ ~ ~ se forman en Ia '4.pa ventricular a través 00 di-~ mit6tics a ek$prazarse. E<>te procese se conoce OOffi\O .;"'~- !.3.:; ~csru;· en esta eta¡;m. se conocen como ""'"''"'""ªM'>uiaez o:::::t?,.:> ex~ en kn ~tfemcs de la «eabe;ra_» y ia

d<.aio<;c,,.,, de !u r.:i:h:Uas m~éoras las comparrtn cdn en f.f/9.:üra ~- En loo pr;:salet !a migracihn de

. :·;~~ de ~ Z:-cl ~.n-oer ... \e ez<á prácticn:menre ~2 e:;, «et ~.~:'.L ?;oro-~;: res ~-ciiZ.:os Ce las zas, 13.s cC!lllas

PSJCj)LOGJA I'JSIOLOG]CA

l,, t V 1

Figura 4-S '?-roliferación de los p~ore!ll celulares de las neuronas y la gil.a. La parte (a) muestra una pequeila ~ de la pa¡-00. del tuba neuraJ en rura etapa temptamt del desanollo embrionario cuando sólo se ven las capas ventrieular (V) y :marginal (M). P()lrtarlonnente, como se muestra. en (b), se desattolla u.na capa int.enne<l.fa (.!) aegún se hace más grueia la pared. La parte (e) muestra la tnig-n.¡ción de los n~ de las neuronas desde la capa ventricu­lar hacia las capas e:icterr.as. Algw:t.as ~ sin embargo, vuelven a la capa vmltricular y oonti::i:n1a.-i. la divis:i6n, y entonces las céllllas hijas migran a las capas extentiis.

nerviosas continúan migrando en algunas regiones durante varias semanas después de nacer.

Durante esta fase dcl desarrollo del ~ncéfalo las células no se mueven sin propósito, de una forma azarosa. Las claves sobre el proceso de Ja migración celular vienen de los estudios: que emplean sustancias radiactivas que llegan a incorporarse en las células antes de la migración. Estas sustancias «identifi. can» !a célula de mó-do que puede se:r seguida y pueden perfilarse claramente su:- "ias migratorias.. Slegantes e:~udíos: de este proceso !levados a cabo por Raklc (l9E5j muestran célttlas err el encéfalo en desa_rrolío se mueven a lo largo de de un 1ipo de célula gfial inusual que aparece bastante pronto. Estas d-fofas g!ia.les se ex1.ienden desde la superficie interna del sistema nervíoso emergente hasta fa externa (Figura 4-7}. La vía gliai actúa como una serie de alambres guía, con carla célula nerviosa nueva~ mente creada prQgresa.ndo a lo largo de su íongr.ud. Esta serie de alambres guia reciben e1 nombre de gfb rm'fsi. Algunas et-fufas r-,erl,c!C~S ouc se formi;r; mis tardí:amente migran de manera diferente. Est-~s ('\:\as ~e-?: 2u2.ídas-a ias

:Ziqu_Ya 4A3 f'.lfigracifa1 dB !os p:recur1001··'!S º""las cóhtlas .de Purkinjé del ci~..-e­bslc del pollo. A les 3 d\a.s, estas c(ol:cJZ<.s ;;_2nl'.eCHn como llh grotn g:rupo el.e <1hor:migasxr Guyen<lo lBjos de fo ::egi6n -~e for;:·,aci6ri inicial. 11 los 11 dfa.s, .han comenzado 8. fc:rrnar Fr''-':'i. capa ddinida __ Es;;;¡, c2pa llE:ga a ests.l' rn.ás clesplBgada a los 14- dias:, a 1~·Hl días ics c:mr~ 1J~--i;c;;, c··-;;:e; d.e c:&b':as scbr~ \2.1.'-a extensa superficie- de que ha cor:ienzado 10 fopzoil.s piiegues. (De Lev-l~Mm:ita.kini, IS63-)

superficíts de las n.;;1uonas. Rakic (1985) ha descrí!O ejemplos de este mecanis .. mo en cl cerebelo, donde las c&llllas nerviosas de redcnte forma-cion a lo largo de ios axones de ias células nerviosas forrr>.adas rr.is tempranattíl!nte. De -hecho, algunas neuronas progresa11 latei-almente a lo largo de los axont..-s horizontales y entonces siguen la glia hacia abaje en la concz-a cerebelos.a. Algunos trastorno~ f~ei desarroiio dd encéfalo implican fallos en d rne01nismo Je migración cdubr, que conduce a una pcbl<1ción·,de ct:-lu!as: vastamente reducida o con un<~ dispoSición desorde;1<1da.

La migración de fas células y el crecimiento externo j¿ :a-s extensiones celulares nerviosas, tales como dendritas y axones, !<Jmbi.':n Í1'1¡ilic<.111. varias sustancias químicas. La adhesión de partes es importante para esk: proceso; l~ moléculas que pron1ueven la adhesión de los elementos en desan')!io del siitema ,nervioso han sido descritas por algunos investigadores, los cu,:,~.:~ los denominan MAC -moléculas de·adbesión cduiar ... (Eddman, t984).

Diferenciación celular

AI prlndpio, las m.;e-vas células nervios11.s no poseen mis parecido con !as células nervio:;;.as maduras del que poseen con !as células Je otros órganos. Una va que las cilufas alcanZJJn sus deHinos, sin embargo, con1ienzan d.

adquirir fa apariencia distintiva -:.ie bs rieutl)n.as caraclcristicas de sus reglones particufares.;Este pr0t-...,.-SO es la i:Hf1'..rfitf:¡aci)f2 r..ehst'"r. La figura 4--8 n1uestra el progresivo despliegue de Ja::; céluias de Purkinje de la corteza cerebelosa. El crec;rniento exterior de lB.s dcndrit<ls de estas célubs aparece después de\ ccrnienzo de su afirc,:ación en una capa- írn,Ít:<i. Len!umcnte se forrnr.tn rnás }~

más ramiflcaciot:t·s q;,;c c:-p;cr:Gec prog\"esivamenrn Ju superficie receptiva dela

112 TS!C

Fi,;ttKz ' ? ,.y pronto 0n el des2ITclk· 12,~ célu:;;:;s de l<: <!lía :ad.-ial SG expc.:nder, \x;r ''' e:,;',G.n­siórt d(~ :o:· h .:rus:· :JO'.' cerel:i ot-

sn la p2-::''.(· su: €XH '. Y:.Jhrn 2-t:tú.ttn corno a}i',;· !:nec' ,.,!!':;. ¡.-;c·•a la· rrti­g:caci6n :':e :as ::n ~-~-,;;¡es, como se mu-::stra en ]¡- ~: :·c1J.ie,·. 'lrt de la

::;x<t0ri0r. Ur:a uHerior &--.-'U-

a Ja derecl1a, nmestra una neurona rnia:rando a lo latt.w de i.Ula fibra glÍal :radial siw.pfe. {De Covran, H.l'.?9, después de Ra­kic.)

migrahdo

Zon~ s•ibve~tdco;a~t Zona ven.tricular (

Superficie interna

cC!ufo. _;,. Purl-::in1·e El , . dcndri·ta- ·- . . . por que comienza cs!e proceso l~e exp<-lnsión de las

•• ~ 0ue "1end u · ¡ · s plo. la auti:,'1~ ..,:: ._ º .. n ~1 s.eno. e conocen :_lfguna~ ir:íluencias. Por ejem~ céh.ifos ncrvios,"'~n1.r..ac10.n mtnnse~a es un fac1or ciertnrn.ente importante; las

•1, ,,Jwin~ cu!t1vos de \e_pdos cr;::ct:n Oe un modo típico aunque sean '' "''.,e 1'' ~ '0 ' 1

S: , - nexiones usua es fpor ejemplo Seíl Kcli('Y v L"ima 0 1 ,n emoargo, ... ,,~~ . ': ' ., , " " •-, bih¡ muestrs.r: que~! aL~~i~~,,:studics de mvcstigación contemporáneos t2in~

q_c 11eu.ral e.n la diferenciación de las células

' t

(a} i 2." semana fetal Ov~·~Ó.->Í:J'# o"h9"19; O<J 1!i't"<' ~ , ,, og."'hf O<>~,;:

32W

DESARROLLO DEL SlSTEAfti NEi(\'lOSO A LO L.->J';GO D2L CICLO VJT..JL

18W e 22 w D'

F 35 w G (e) Nacimiento

(e) A.dvt':o

nerviosas. Cualquier región -dada 'del sistema nervioso maduro contiene un grupo de células nerviosas que pueden incluir dos o más tipos. Por ejemplo, en la corteza cerebelosa hay células de Purkinje y células granulares. Sin embar· ·go, todas las células que migran a una región son neuroblastos que al prim::i· pio se veían ~xactamente iguales. Asf. un netiroblasto dado tiene el potencial de transformarse en uno o varios tipos diferentes de células nerviosas.

Las múltiples potencialidades del neuroblasto en crecimiento parecen eStar programadas de una fotma ordenada en cualquier región. Una regla general que refleja este orden es: en una región. que está organizada en capas (por ejemplo, la corte7..a cerebral o la corteza, cerebelosa), se -producen primero grandes células, seguidas de c61u1as pequeñas. A.si, en el cerebelo, las grandes células de Purkinje se. forman primero. Cuando se han alineado en una fila, los neuroblastos que se convertirán en ~as pequeñas céIUlas granulares comienzan a migrar.

La consecución de~ forma típica de una neurona depende en parte de los determinantes de Ja célula individual y en parte de las influencias de las células vecinas. Algunas partes de una célula dad~ crecen de un forma típica sin más influencia que el ambiente. Otros componentes parecen reponder a caracterís­ticas del ambiente en el encéfalo, tales como la presencia de otras células.

Muerte celular -Por extraño que pueda parecer, la muerte celular es una fase crucial' del desarrollo dcl encéfalo, especialmente durante las etapas ernbríonaria<>. De he<::ho, en algunas re:giones del encéfalo y ia méduia espinal, ia mayoría de las

"•-::: .· células nerviosas mn,eren durante eI desarrollo prenatal. En la Figura 4-9 se 1

1 muestro,_ u.n ejemplo de esta clase de fenómenos de! desarroHo. Este yrcceso está infi11ido· por varios factores. Entre ellos está el tamaño del campo de ia superficie corporal, que se conectará: en últirna instancia a: una región del sis1.err1a· nervioso· central Por ejemplo, en Ios renacuaj0:::, si un investigador li.mputa una pata antes de que se hayan formíl'.do las conexiones de la médula espfrial mueren muchas más 910toneurona:s espinaies en de.<;arroilo de !as que morirían sí la pa.ta · hubiese permanecido en su posición, Contrariamente, añadiendo una pala extra -.J.o es posíb\.e en anfibios-- se reduce aprecia~ blemente la pérdída usual de así la médula. espinal madura, en este ejernplo, tiene un riú:mero de nel!-ronas mayor de lo usual. Es_tas observaciones sugíeren que la diana de una población de célulis nerviosas en desarrollo "-el lug;tr a que ellas se concclan- influye en l<í supervivencia-de estas células. Algunos investigadores han sugerido que durante ef desarrollo hay competi­ción entre células para conectarse a estructuras diana tales como otras células nervlosas u órganos, como por ejemplo los rnúsculos. De acuerdo con esta visión, aquellas cé!u:ias que establettn conexiones rápidamente permanecen; aquéllas sin lugar para res..llzar conexiones sínápticas mueren.

Otro dcterr:J.inar'.<te de la y extensión de la muene celular es el nivel <le ciertas susta.2ci2s nan.irales. Por ejeinplo, en algunos. siste~ m2s nervicsos de Ja muerte celular es induóda _por la acción .de

~X"'· § .. J D'8:m.:r:rol\c {'.',& ~rrn e•: ·-,; ,_: d~ ?"\ .,-:~:'.nj'e ·"'-~' ,ú cB_rebnlv ~'11.:a'•1.a.r.o_ en hcrmcnzs concretas. E;;te tipo tl-e m·,,¡erte de céhüas 1ictviosas se observ2 "J:-.-.-· -· :ó!0/'t>:'.$.'J ':c.-1dec: ¡ ,_,,,-. ::c>y;;::-a;,.".n.) - -·_;. ;·~re:.:::·:;;;;;,~:;:, ::\~ 2a :C:c:ci.-:i.. durn.n'.;; 1a mc'\P.mo·(;;;S:s :}; los fr:r::(~s;c,~. Tr-wrr:·~111 (1983) h'1 ¿¿3crii0 l2 muerL:;.: (.D:,c <·''"' s;-·o°i:: :e:::;; .:·"'--~Je:_ ':c:;, cil<.::°'123 nervlo::,;;;.s _;-ú 1;;.o sisi>~r!.\i"-S :icr1io.3os ;.12 }.as ma,c:;.'.'.'csas ¡,-_;~]:·, :'.dn pe:·

1

1 l

i

Ganglio ciliar

Médula/ espinal

"'-Columna lateral

F!gma. 4-!J Patrones de la muer· te de cé1uJas nerviosas durf.nte eI desanollo temprano del sistema ne:rrio::o del pollo. (a) Co~u."'r'.nti. motora laleraL (Adaptado de Ham.burger, 1975.) (b) Ganglio ci­liar, (Jl.daptado de Isanc!.:nesscr y Pilar, 1974.) (e) Núcleo troclear del tronco encefálico. (Adaptado de Cowan y \llfenger, 1967.)

0B~ '.HROUU [.;EL S!ST.l'M!i N!:RVJOSO A LO LP.RGO DCL CICLO VlTAL

~ 20 000 h..,"\··; (a)' Columna motora lateral

=e 1aoool:J>\'.~ - ':J, ' 1"

~ ~'" 1' ;.i .

J :::::01:'.~ . 12.~0ü\, .1""¡ l '"¡ l ) 1 ) 1 ! ) 1 t ·h:!-~-

lncubac1ón (drns) 5 10 15 18' Después de la Etapa del desarrollo 28 31 35 38 43 salida del hue1:0

.. 1.500 r:. -:; 1.3oot .. ·s ~ TI 1.100 I·''

(e) Núcleo trocíea1·

g soop~ 1 r;) 11 E 700 1.;,. 1¡ ~ 500 " , " .,.J!J

G ''L_!_,,~ 1 ) lncuhac1ón (dias) 9 11 13 151719 1 3 7 '~j~g-7~5=0-,,-,-,~és de !a

Etapa del desarrollo 35 37 39 41 43 45 saiida de! huevo

las hormonaS que produce:n la transformación de oruga a mariposa. Las células de Mauthner de a!gunos anfibios cambian como resultado de la secre­ción de hormonas tiroideas. Las cClulas degeneran cuando el estilo de vida del animal cambia de acuático a terrestre.

La muerte de cf:lulas nerviosas puede también efectuar un emparejamiento numérico entre el desarrollo de poblaciones celulares. Por ejemplo, considere-mos un caso hipotético, !a población de células nerviosas A contiene 100 céltdas. Sus ax01}e:S se extienden hacia la población de &lulas nerviosas B, que consta de 50 d:lu!as. E! excesivo número de células nerviosas en la población A asegura la conexi6n ·a las células nerviosas de la pobladón B, pero proba­b!emenu habrá un grupO de células que 110 scrún ncccs.1ri:is después de huber forjado fos lazos dectivos. El resultado: un grupo de células de la población A muere. El mecan.ismD mediador puede ser Ja cnpacidad de tomar un factor <le «supervivenr.1a)) dd rimbiente de la población blanco. Algunos investigadores

l'SJC010GIA t!SIOJ,OG!CA

Procesos ulteriores· del desarro1lo

han sugerido también que la muerte celular pm:dc eliminar «coneidones inco0

rrectas}). Sir.: embargo, los an&!isis críticos de esta intcres~nte sugerencia no '~

6

f.ierÍTiiten su confirffiación (Lance.Joncs, 1984). Ciertamente, parece que la muerte de las célülas nerviosat durante el desarrollo es un mecanismo para ~1esculpirn el sistema nervioso en desarrollo.

El encéfalo humano incrementa cuatro veces su peso y tamaño entre el nacimiento y la madurez. En gatos, conejo,s, ratas y olros animales se hacen evidentes cambios semejantes desde Ja in[anc¡a hasta la edad adulta (Ta­bla 4-1). ¿Que tipo de cambios estructurales postnatal~s se dan para que se produn:a e::.te crecimicnt0 t.n peso y tamaño del encéfalo? Vamos a considerar cuatrc1 típos de cambios cstruciurales a nivel ce!ub.r que caracterizan el desa­rrollo de! encéfalo durante los períodos postnatalcs tempranos.

Mielínización

El desarrollo de una vaina alrededor de los axones ~un proceso llamado mSefü1faaci&u- cambia enormemente fa velocidad a la que éstos conducen los mensajes. Esto tiene un fuerte impacto en la conducta, ya que afecta proíunda~ mente el orden temporal de los acontecimientos en el sistema nervioso. Desa­fortunadamente hay pocos estudios que cmpletn. al misino tiempo técnicas modernas biológicas y conductua\es para relacionar los atributos biológicos del sistema nervioso con cambios en la c0nducta. A.sl, el trabajo de relacionar cambios en ia conducta con la mie!iniz.aci6n permanece aún abierto en la necesidad de retomarse.

En humanos, ia fase más intensa de midini7;i.ción se da poco después de! nacimiento. {Sin embargo, algunos ínvcstigadores creen que_la mielina puede añadirse a los axones durante toda !a vida,} Los primeros tractos nerviosos que se mielini.zan en el sistema nervioso humano se encuentran en la médula espinal. Desde aquí, la mielinización se extiende sucesivamente al encéfalo ·posterior, el encéfalo medio y el encéfalo anterior. La mielinización más temprana del siSterria nervioso periférico es evidente en los nervios craneales y, raquídeos alrededor de las 24 semanas despuCs de !a concepci6n. En la corteza cerebral, las zonas sensoriales se mielinizan antes que las motoras; correspon· dienterñente, las funciones sensoriales maduran antes que las mo!oras. ·

Tabla 4-1 f.ncremeJ:>.to en el peso del encéfalo de algunos manúferos desde el nacimiento hasta la madurez -------

Es¡;«ies Recién m:ific!o Ad uh o fotremerito (g) (g) (%)

Cobaya , 2.5 4 60 Humano 335 1.300 290 Gato 5 25 400 Conejo 2 !0.5 425 Rata ü,3 '·' 530

ru~me: 'De Allman (19'67}.

7{'.

j;

l

11

l'l9""" 4-10 Desanollc -,.¡ de i.. slmpsis. (a) ~

- mperi<>r de la "'* ¡.;;. gim - 1981). (b) Corteza

--la~~y--- l!i!l3). (e) Corlaa """"'1. ~~]'!:~et d.; 1""2).

JJESARJUJJjJ..,0 DEL S}S'?EMA. NERVJDSO-A LO LARGO DEL CICLO ViTAL ll"l,·

Formación de sin.aps.is y. dendritas eI excitante descubrimiento de que la elongación de las- dendrita<> pu(/'° conti­nuar a )0- largc de Ia vida en respuesta a. demandas funcionales.

'En las Wu1as nerviosas, Jos mayores cambios que se producen entre el naci­·miento ~;la rn.adRrez tienen lugar en las ramificaciones y las conexiones_ entre fte11ron2's. La 4-8 ya nos ha mostni:do ei enorme aumento de la

l.2s sinaps~s se incrementan. a una: tasa r&pida, particularm~nte en las dendritas (Figura 4-IO)_ En muchas células nerviosas, las sinapsis se forman en la. espinas déndritlcas. Las espinas en si mismas proliferan rápidamente des­pués del nacirDiento. Estas conexiones pueden verse afectadas por la experien­cia postnatal, como veremos en eI Capítulo 17. Para proporcionar apoyo a las necesidades metabólicas de! expandido árbó1 dendrítico, el cuerpo celular nervioso aumenta enor:meinente su volumen.

ll!'l1plitud de fas que parece implicar procesos distintos a aquellos Que se dan m cl. crecimiento de los axones. En el ápice de las dendritas hay ~os en crecimiento~ ·que son extremos abuhados de los que emergen las ext~ Algunos investigadores han encontrado incluso conos de creci~ miento de las dendritas en anímales adultos. Esto puede estar relacionado con

•

7

28 -~de ~ ccrn;epción ;;

Prnducci6n de neuronas después del nacimiento

,, ·nt,._ · .. · .• r_i_

1 __ r.:.·.c_ o ___ rie,-?a visua. 1 de_-Ja rata -e_,,_c...._,,·:·} Tradicionalmente~ muchos invest!Wtdores de Ja ontogenia del sistema nervioso

•J.v ·-- ~ ·:1 ' creído la de los mamíferos tienen en el nacimíento tqdas las E f.: ' _ .. ,,-.·;,;~, ·cC que P.a.n explicado el crecimiento postnataJ de! :; G,O j :~~'; __ ~¿.-o-.,,.- : - - ;~¡.;.;~ e-ncé.f2.io enteramente en términos de crecimiento en el tamaño de neuronas Y

: !1

·.º0

".tr. ,.··1····:·.·~z_._:_··4·.; .• ·.·_._·.;_._ •. ::···_·.·,·.·.· •. _-.·.-.: .. _ .. :.~.-~--·~.- _· -'.. -: . . ::':- :·- · ·'.í ~ !a suma de células no neuraJes (gfia1es}. En lvs años recientes, sin embargo, se .2 -~~-= _ ~~-~: ~;_.:._:·~.-.·.-.~ .. ~¡~ '._·'· .. · ha modificado esta creencia,_ en lugar debido a que actu:ahnente parece ·ii q_üe duran.te un tir.:mpo despues nacimiento se añaden pequeñas neuronas. '9 -. ~ o,af'"":·.:-~,·-·.o1,; ··,-,, ~: Algunos han sugr:"..rido in.duro que el nacimiento puede inducir e t- . ,_-. -.:t tLi:a aceleración en Ia tasa de producción de estas pequeñas células. Sin '.:! o 6~ ,;¡, . - . ~-~ embargo, esta visión no ha ganado un apoyo amplio. Otros investigadores

-o ' _, .,-:/ ,4 , han argüido que es la madurez <lei encéfalo ia que determina d momento del 0.4.::. '''t "· . ._ 3 nac1mien o. 0~2f1[~t'-~:~ ,,·~~~;~~;-;,J' la cor:rieate más ampliamente aceptada es que todas las grandes neuronas

'/;'-f ~-''f11-! -que contendrá el en_céfaio se hallan ya en el nacimiento. Sin embargo, hay

4

~Aeses··

Edad

12 'I~ 10 24 Edad postnatal (días)

71

Años

28 90 unas pocas regiones alrededor de Jos ventriculos encefálicos, Uamadas zonas subventriculares, en las que Ia división mitótica de los· precursores de las células nerviosas sigue siendo evidente después del nacimiento. Varias regiones del encéfalo de las ratas, incluyendo el bulbo olfatorio y el hipocampo, pare· een añadir pequeñas neuronas derivadas de esta región. De hecho, se ha dicho (Graziadei y Montí-Graziadei, 1978} que las células nerviosas del órgano terminal olfatOrio son reemplazadas a Jo Iargp de la vida.

El dogma de que no se incorporan nuevas neuronas al sistema .nervioso adulto está fuertemente desafiado por algunas excitantes investigaciones nue· vas de Nottebohm (1987) sobre la neurología del canto de los pájaros (discutí· do en los Capítulos 11 y 18). Brevcm.ente, se sabe que el desarrollo del canto de los pájaros en los machos de algunas especies e'stá bajo el control hormo· nai, dependiente de la hormona masculina testosterona En un trabajo ante· rior Nottebohm determinó Jas partes ~el encéfalo del pájaro que son responsa­bles del aprendizaje y Ja realización del canto. Durante el curso de este trabajo, advirtió que al menos una parte del circuito enc.efáJico relevante para el canto del pájaro es ·mayor en primavera y se reduce a la mitad del tamaño en ef invierno. Este cambio estacional en el tamaño de una región def encéfalo está relacionado con Jos niveles de hormona masculina y fa conducta de canto. Parte de esta variación estaci'onal en eJ tamaño de Ia región del encéfalo está

~·.- ocasionada por variaciones estacionales en Ja amp!iiuó. y Ia ramifi, .. "_ión l ~>. dendrítica. Si-n embargo~ NotteOOhm ha presentado evidcncta: de que el iucre~

mento en Ja primavera. estit también TCLo:.cionnd,"- con 12-. su.ma de nue'las

JE);e.mploo de Ja ftrrn1ación de

lriB:fftli"annes rn?11ra1es

DB.'2I.F:ROLiLC [;}- ' .. :~"!'EMA NE?.VJOSO-"~ ¡_,o LARGO DEL CiC,:.o V!Tfll. 1 lS ! TJ!_,QGJCA

n:r~uronas. l<:.s nuevz.s neuronas se fonnan er, la ft:,g;ón subven~ t;:k:ular y :::crc<:.:.·.a región de cOntrol vocal del tronco encefálico. En cii. c:.:rso de un ;.;fio ~G recen evidentes in·1pcrí<11Hc!) ganancias y pérdidas en d n.úrnero de neuronas. E~tas obser:a.clones sugieren la necesidad de reexaminar Iz creencia de que el encéfalo ad.ulto no incorpora nuevas neuronas. Como mfni::nc;, lales investigaciones renovadas podrían apoyar un mejor conoci~ miento de las condiciones que llevan 'al us~al cese de suma de neuronas en Ja e&d adulta.

Formación de células g!iales

Las cétulas gHales se desarrolla~ dt'i las rnismas poblaciones de células inmadu~ ras que las neuronas. Las influencias que determinan si !n célula se desarrolla en t;:_na neurona o en una célula gliaI siguen siendo un misterio. A diferencia de ras neuronas, las células gliales CODtinún.n proliforandó a lo largo de !a vida. A v.eces este proceso puede negar a ser aberr¡u1te, dándose tutnores gliales (glio~ mas} del ei'.lci:Jalo. La producción de glía continúa durante. ~ás tiempo que la pro<lucci.é>n de neuronas y muestra Su mayor cambio más tarde. De hecho, la

más intensa de proliferación g!ial en muchos animales se da después dd. r.;;;cir.nicnto. cuando las células gliales se añaden a partir de células inmaduras localizadas en las zonas subventriculares.

~irnos este disposición laminar deI cerebdc adultc cr, L3 Figura de Refe­renc¡a 2~8. La r11igréc1ón inicial de· fas céh:la.s que forman el cerebelo implica a la~ células de Purkii:ie, que al principie- son pequeñas y dispersas pefo que

·n1as tarde liegan a formar una capa única y. uniforn1e de grandes células (Fiu gura 4-1 l). Q •

En los seres humanos, las células de P,urkinje crecen-más deprisa entre el fi;-a.l del emb~razo Y 1111 año después del nacimiento. En !~ rata, crecen m.ás ra~idarnenle JUSto después del nacimiento, entre los días 2 y 30. Después de la salida a escena ~e. las células de Purkinje, se fonnan las células más pequeñas del cerebelo. In1c1almente su patrón de migración ias toma de la superficie granular. e: terna. Entonces descienden a1rededor y pasan por entre las ce!ulas de Purk,inJe para constituir la población celular más profunda. El hecho de que. e~ :a rata la p2J'le del desarrollo del cerebelo se dé después del nacimi?~º l'.a ~ " . que _e~t~, proceso SC;;;i ·fácil de estudiar. Cualquier tratam1c,,:o, Jfü.J;..yendo la expos1c1on leve :J. rayos X, interfiere !os neuroblas~ tos en reciente desarrollo, pero no daña a las células que están ya diferencia~ das o que son re!.&tivan1cnte maduras.

o_o/'I o_.eo.,"jo:1b'·· ~ ···.~ o<:..Jo.....-o '-'00 o p.. • ·,

~:f:u!:u~~;1!~1r~~s:~c~r:~~ ;:!c~~~~~t~~7~~1~:; ~;~~º~i;;,º:!%óºn I~i~~~:!;~ : "0-0-,-c-c~·o-'c--,*-~~_ •. ,;-_¡;::~~·0~; ·~ºr;-¡·~~_~:~:'.·~I:_2;_~'''._':t:1,-:.-. __ -_- ~~:_·.-_· <~¡-·:. -~1 .. ,".-:-,,-__ ~_ >1D . . cerebdosa la cerebral, fas células nerviosas están distrihuidas en diversas · .. -R¡ . ~ , * '!;

La de los factores del desarrollo.que est!in involucrados en Ia adquicsiciim de la fonna característica de.una región proporciona un enfoque de complejidad de la C'nto-genia del encéfalo. EI conjunto del desarrollo de 'cada región del encéfalo sígue una precisa escala temporal; algunas partes del esquema parecen estar relacionadas con las interacciones mutuas de las células en ta·región en desarrollo. Para mostrar cómo_ una región particular. adquiere su furma ordenada característica, van1os a tomar como ejemplo las cortezas cefebelosa y cerebral.

Formación de la corteza cerebelosa

Corn:o-. vimos en el Capítulo 2, el corteza cerebelosa adulta consiste en una estructura con numerosos pliegues (llamadoS folia) y una disposición laminar, (en. capas), como- sigue:

. ,_L Una capa molecular externa co~ pequeñas células y una .banda de fibqts.·(axones). .

2. · Una capa media de grandes Células (la capa de las células de Purkinje).: 3. TJna capa profunda y gruesa de células rrn.:y pequeñas ---l.a capa de las

células granulares.

4 8 12 Edad en días

Figma 4·11 Dibujos esquemáti d l d . d la . t !Ú . cos e esa:rrollo de las células en el cerebelo ¡ e ta a, e atizando la maduración de las células de_ Purkinie. Co.rnie"'"ª " a capa granular exte (CGE) 1 , . - '"'~ ~-or

ll b 1 .rna '"" ' a a qu.e las cénuas rmgran d:.i.rante el desa:rro o _,c_er~ e oso temprano. Hacia el cuarto· día pcstr,ata1 las células de Purk" ."

estdl1 dispuestas en una cap · i~ n . ., ' . m¡e en C"'Sta (mos•.rad 6a slntp e. ,,__el día 4 al uia 7 se o.esa:rronan las células

·-: . ' ·' ,.; en man: n el tila 8) y la dend-ri.ta d 1

-, Purkm.Je crece h.acia la supe·...t.:,,.; d , '-·· _ - e as Cé1ulas de ¡ ui. .... e e, cereDf.!'!O ctra a'--¡ ¡ ¡¡ o:rrnan las células estrelladas - · · u<t:> a e se principales ramificaciones de ¡:io~tra~~ en marrón en el dfa. 12) y crecen las 12 en adelante se forman un .s e_n :ntas de lru; cólulas de Purltin}e. Del día marrón en el bloque del día 9r;; ~tumero de células granula:·es (mostradas en más allá de las célulrui: de ºuxl" .' os. cuerpos granulares migran hada abajo, que sinaotar, con la.'! e u" - c~1e,_per~ sus axones forman las fibras paralelas Pu:rkin¡·; (Ada.p"d- pd cr~;nas tc.i:ru:ücacrones <"::SJ;;lh•osas del árbol dendrítico de

• ·"" o e .!'Utman, 1976.)

24 26 -Ofas:-desptsés de fa concepción .

n,,- <-tt Mig?acióla de célu· a en la a:meza ce-:rebral de Ia 1i'i!fa...Las~~dela

l'3fa - originan y cot'llÍettZa1\ su ~ ames del nacimiento. 1a:s: ~ que se o:rig.il:tm antes ~a ?as capas más prnfu:ntlas e:ta~ as cé!uas produci­da po=s día <mtes del naci­~,. ·¡ yealas~ce­

- ~ "í)I y ¡¡¡¡, La ~ de cé:h:das a las e..-pas ~es~~"lr.!­'tlms días. después del~. ,._ de lle=¡, - y ~1964_)

DES.ARROiLO DEL Sb"T'EMA NERVIOSO-A LO LARGO DEL CJCLO VITAL 121 12:2 PSJCOLOGiA FJS!OLOGJCA

Se cicsarroUan en secuencia tres poblaciones diferentes de pequeñas cél~las: fas d:!ufas en cesta,. 1as células- esfrelh<l-a.s y las ci:lulas granulares. Allman O 976} expuso a ratas jóvenes a rayos X en el curso de unQ,S pocos días, Io que detuvo et desarrolle de uno o mas tipos de estas pcq_o:cñas células en Ios cerebclos de izs ratas. Esto tuvo consec1cncias desastrosas para el desarrollo de la !!rall ramificación dendrítica: de las células de Purkinje.

Si -;dministramos: breves: irradiaciones cada d!a desde el dia 4 hasta el día 7 evitamos la fú,rmación de las ci!u!as en cesta. Esto a su vez evita el posterior crecimiento de fa dendrita principal de !:as: células de Purk!nje; las dendritas

crecer en cuakruier dirección y llegar a enro!Jarse. La irradi,"UciDrr entre di.as 8 v f l C?iÍa Ja formación de !;is ci:iulas cstrdfadas y además interfiere oon cl -crecimiento de la.<:i ramas principales de las dendritas de !:a. oé.hr!a de Pu;rk:inje. Ftnaimen:te. la irradiación de los días 12 a l 5 reduce et número de granulares disminuye- !a compleja ramíficació-n-del árbol deni::h:Yti:o:.> Ge las ceiuias Purkinie {Aítman, I 976~ La irradiación también pfOOuce condnctuaks:; ir.t;ñret:e con cl · m2ntenimiento de la

se ha de deterioro en. el aprendiz.aje de laberintos (Pelle~ I977}.

Loo 50.000 mi:fh'1e5 de neuronas de la coneza cerebral humana están dispues­tas en var1ar.l<l-o las cCluizs de cada una en forma y tamaño. Esta

en ca_pas muestra varittiones en diferenres partes ·del cerebro. Estas .,,a;ia~ se han empleado para definir los Jím_ites de diferentes regi-0- ;

_ nes cortlcaJes. Aquí veremos .!a forma en que crece y desarrolla su disposición en _capas ia noocorteza ·cerebral. -

Si examinamos e! tubo- ncu.ral cerrado de un embribn humano ai fin~tl de la teteera semana después de Ja fertilización. revefa una zona de células alrededor de las superficies internas. Esta temprana proliferación de células en el extre- . mo rostral cW.mina en la formación de la lámina cortical ei comienzo de la co'rteza.cerebral La intensa división celular en este extremo continúa produ­cieru:kt célufas que fiegarán a ser con el tiempo las neuronas de !a corteza . cerebral. Esta rápida proliferación continúa hasta el sexto mes de vida. fetal,

- momento en ei cuai la corteza cerebral posee su dotación completa de neuro­nas. Ent-onces éstas se alinean en estratos, aunque apenas se asemejan a las capas corticales dei cerebro adulto. - .

La· funnación de capas co-rticafes en la corteza cerebral sigue un proceso regular, aunque d mec:anismo que lo guia sigue siendo controvertido. Las cclulas que se forman a fo targo de- la superficíe ventricular (ependímal) mi:gra.n Jcios de ella- Cada nueva ccluia migra más al!a que aqui ·~as que nacieron ~tes (FtgUta 4-12}. Estas: rn:ievas cetulas se mueven mis cerca. de la superficie cmtical Las células mas "ltie~ se encuentran en los estratos más profundos. El tiemoo de generación --cl ciclo mitótico para la producción de una célula ~es de alrededor de ¡ 1 horas y permanece cor.st.aDte a lo largo del desarrollo de la-;::orteza. Sin embargo. el ti!::mpo de migración-~! intervalo ent.-e cl n~to- de Ia -cci"ula J.a HegaCa a su posición final--es progresivr:.­rnente ;nayor, dE4'"E!I:dc de cinr-0 días en ei úitimc- ¡;n1po de rn.1~--;2s

¿Por qué _las conexiones neurales van hacia

donde van?

célubs cor!icalcs. La fase más intensa <le- crccimicn!o dc1.thíOcO y formación de slnapsts en Ja certeza cérebral se da después del nacimiento. La elaboración del desarrollo cortlcaJ postnatal humano se ilustra en la Figura 4-13.

Todos los mi~mbros de una especie generan tipos similares de células nervio· sas. Ademá~ estas células tienen una disposicíón característica. Es.te orden se evídencia en la forma en que ías células se agrupan juntas en diferenfes regiones encefálicas. Una car.acter!stica estructural que es de particular interés par.a fa conducta es la arden.ación y Ia especificidad de las conexiones entre células individuales y entre regiones. La conducta adaptativa de cualquier animal depende claramente de cómo se halla «conectado» --esto es, la forma en que están formadas las i::onexiones··--. El proceso de fonnación de conexio­nes ¿es invariab-Ie,, especificado p-or mecanísm.os controlados por Ja maquina· ria genética? tres respuestas habituales a esta pregunta que pueden resumlrse como sigue:

L Las priinc'ipac!es conexiones se forman durante el desarrollo están rnu.y por mecanismos innatos.

2. Los aspectos de las conexiones centrales oueden modificarse por eI entrenatniento y Ja experiencia. ·

· 3. Hay una intensa competencia entre las neuronas individuales y entre grupos dt: neuronas para formar conexiones, con Jo que si algunas unidades sori. inhibidas o eliminadas, se toman sus conexiones por neuronas adyacentes.

V.amos a ex.amillar ilgunas de las investigaciones que han dado lugar a estas conclusiones.

Los miles de mil'Jones de células nerviosas, todas creciendo a Ja-vez, dirigen de algún modo Ja realización de conexiones apropiadas con otras y Ia forma· ción de Jos intrincados circuitos que median la conducta compleja. Una neurona envía fuera un axón de menos de un milimetro de largo. Otra neurona envía su axón a lo iargo de un tracto.particular de más de un metro. Al final de su vía, cada axón forma conexiones en lugares específicos dentro de una región especifica del sistema nervioso. Por otra parte, aigunos axones terminan sobre- zonas particulares de las dendritas de células nerviosas especí. ficas. Cuando se piensa sobre esta formación de vías y conexiones en el sistema nervioso, parece como si cada célula nerviosa tuviese instrucciones sobre una direcci6n particular, un lugar en el que debe establecer conexiones. ¿Cómo podemos da:r cuenta de las conexiones altamente ordenadas que se forman durante el desarrollo del sistema nervioso?

La investigación pionera de este complejo problema fue hecha por Roger Sperry, un neuropsicóiogo y neuroembriólogo americano que fue galardonado con el Premio Nobel en l98L En los años cuarenta co~enzó una serie de obser_vaciones experimentales de !os sistemas visuales de anfibios y peces. f:stos estudios aprovechaban las notables capacidades de estos animales para regene­rar tejido-, incluso tejido nervioso. Como veremos, muchos estudios del desarro­llo i:iruraI se interesan en er sistema visual, en parte debido a que la visión juega un importante papel en Ia conducta, y en parte por la ordenada n;-o~ecci .. _ espaci_ai dei campo- visual desde ia retina a. tíz.vfs d-e !as ccntr;s visuales

ncirna 4~!Z (a) Desarrollo del en;Jr0samiento de la corteza ce­rt:Vral lm.rnana. (De Rabinov;,ricz, iSBB.) (b) Vlsió..'1 histológica de la certeza eereb·HU. en d desanclio temprano h:uma...~o. Pan€! de J;;. iz. au±e-rda, un mes; panel medio, ~ meses; panel de la derecha, Z4 meses. (De Conel, 1939, 1941 y 1%9.)

DESJiP.R1JL!,Q DEL SíSTEMJi NERVIOSO J, LO LARGO DEL CJCLO \!/TAL 1.23

_Escara logarftmic!?i ' _¡_

8 10 14 20 ·~40

Añcs

va

PSJCOLOGl.A FISJOL _-,GIC!:

Disposición del sistema visual de Jos anfibios

Fl:giUa 4-14 Esquema del siste.. ma visual de la rana. El campo · visual está representado por la flecha grande frente a la cabeza de la rana. Las partes laterales de.! campo estimulan .las partes nasales de las retinas-; la parte central del campo estimula las parte¡¡ temporales de las retinas. Las eferencias de la retina {los axones de las- células gangliona· :res) se dirigen al tectum en el Jade opuesto de la cabeza. Las

~ temporales de la retitta proyectan a las partes 1cstrales del tectum y las partes nasales de­la retina lo hacen a las :regiones más caudales, Las partes superio­re-s de la :;:10ti.na (no mostradas en esta ilu.st:aci6n), también llama­das dorsales, se dirigen a las porciones laterales del ledum y las partes más bajas cie la retina (ventrales) van a las porciones mediales del tectum.

del encéfalo (Figura 4-14}. fv1.ás tarde veremos que ei desarrollo del sistema visual en los mamíferos está influido claramente por la experlencia temprana con estímulos visuales.

Para comprender algunas de las principales observaciones experimentales de Sperry, vamos a considerar'breveraente la distribución del sistema visual en arlibios y peces. La re~ina es una población de elementos fotosensibles que proporcionan un mapa del mundo visual (Figura 4-14). Los axones eferentes de !as células nerviosas de la re.tina ?onstituyen el ne:rvfo óptico. En !os_anfibios esl8S fibras ati"aYiesan a1 lad.q'~-Cí)úcSto· dd ·~ncéfalo y terminan de forma orden1da en una estructura llamada· _tectunr óptico. Este es un centro neura! fundamental para Ja visión en· estos aniinaleS'. La superficie del tec:tum propor­ciona, e.n algún sentido, un mapa de la retii;a. Así un objeto en un lugár determinado del murido exterior exdta un !_ugar particular de la retina, lo que a su vez activa un lugar ~specífíeo de!'Jectum óptico. Casi parece como si c¡¡da punto de la retina «supiese>>, o 1.JegaSe 'a estar .enterado del curso del 'd(;'.sarro· Jlo, lo que le !Jyvaría a conectar co:O d.teq_tum 9ptico.·Podríam·os imaghlarnos que hay algún tipo de etiqueta en cil.d'a.-axón creciente.qu_e le explica donde ir.

Los estudios iniciales de Sperry (j'otros) no reqocrhin héirumlentas <1.nrnb­micas o fisiológicas sofisticadas. Los experimentadores dejaron que la eonduc· ta visual de los anfibios les indicara las conexiones del encéfalo que están relacionadas eón las percepciones del campo visual. Muchos: anfibios mues· tran respuestas altamenie estercoíipadas a cslimuios visuales. Se orienlan corre'ctamente hacia pequeños objetos en movimiento y los atacan propulsan-

lli!r¡faiea!!JY::1'-de Jás ID!Jl>E'J--~·

ledlaks

""~"'·· "'""'""'"""""' ''"'•n<te iios °'*"'°' .se parecen a pequeños insectos, ser emplead~ para revelar

nervio óptico y observó la forma ~imente. Después de que ias fibras

~ ñacia d fectmn &p¡loo {un periodo de meses}. los de .reafuar ta a:mducta coo fa misma exactitud que ;ti

~::::::: restauracibn de esta respuesta cmuluC-1ri de o:ma:iooes entre la :retina y el tecturn ~""" aikmafuras posible<:

L l.att ~que nreiven a crra:::er entran en cl tecnnn en un lat.erinto de ~ i.a:atma!f, fa (é:xito o error err fa localización die de fa.s cone:dones que lnfor-~ de en fas redes ron reeducadas -fu>--de l. atci:S a Sll:!b. pcs.i:cion1.-s origina!l!S en cl ta::íBm ~ y ~ restat&uen ei mapa original del mundo ~

f"'miticmn a clegir entre est¡¡,,.~ de IDI l 80 grados. Esto

~ tru:OO.. Atriha y abajo, derecha e de la de ras cw.:in.c.riones

mm!•""""" ¡,,,,fttidao cuando se psesen-ziciiiUJtio m ta. mitzd ~ dd campo ~ la lengua era ~ se ~ d seiltM:Í!O ~ de la porción

lwm'"'ta;. d a~ apuntaba a! lada Estas ínvecsion.es de ¡>e<,;.¡¡,..,, ~ 2!:&'15 a pesar de que fueran marcadamente

¡¡,,,m.,Gtr.,,s,~ a& liabi.a ~de !a conducta de Iocali-

Estas ~""?~ ~ ª· Spe.«y a cooduir que la regeneración de ~~~a:~ su~ originales. en el tectum.. Re­~ wn: pe:~ de tmJJll"t~ ~- La expiicaclón de Sperry ha W"..?'..ido-11tS1tt"~~Ia.~deb a:eweesllccif'!ciíibd.. B arguyó que ~ &: &t~ de !las~ de !a retina. cada céhda adquiria- una f~ poscia u:n etiqueta que

del animaf {Figurn

"''"'""""'"""

h<SSta qz.e <%,

~~ ~ ~ ~ '*~'1:~14: ::na 'icral rigi:k:z~ unz: "'l>xifü:a-

PS!COLOGM r!S!OLOG CA

Cuando se les.lona \ma célula nenriosa madura, púeden , darse v;_;rias formas de regp.neracién. Sin embargo, en Jos sistemas nerviosos de !os mamíferos es rara la comple!a restitución de la célufa nerviosa lesior.ada. La f'igura del Cuadro 4.¡ ilustra varias formas características de degeneración y regen.eración en el sistema nervioso central y en el periférico. La lesión cerc;;.:na al cuerpo ceiufar de la neuroM produce una serle de.cambi.cs que producen la eventual: dest.-ucción de la cé!u!a. Este procese se denomina degeneración retrógrada.

La sección del a.xón a cierta dist.anó:a de! C'i112?pQ

celular ptodt.>ce la pérdi"da de l!i parte dist;>J del a;:ón {1<1 parte esté separada de la cominuidad con el cuerpo Este anter6giada e .,,,,necie . .o permaneC$ conecuda ,al

a crecer. Varios axones '"''º'''''º' en BStem.a nerviosa neriíérico vuelven .a cra-er r~'\p1darnente. Desde fa Parte del axóri que iodav\a ttnn"'d"°" oor:ectad.a al cuerpo de la célula creren brores quB ava."'2':!n lentamente hacia la ~riferia. A:iounos·a.ni..>nales tienen una envidiable. Dé~pués de una les'ión e:a el varios peces y anfibios ¡:;¿recen .':er cn.pG.ces de regenenu grandes partes del encéfalo mismo.

Pe-.o.de un punto de vista experünentaL rru.esiro iri.terés en I.a regeneración del :::isle:.ma nervioso central !'eside fundamentalmente en e! hecho de que ta

procesos que parecen similares · E:studiand.o la regeneración

podemos aumentai nuestra romprensión de les procesos del crecimiento del sistema nervioso. un punte de vista terapéutico~ es:ros estudios pueden ayudar ;¡¡ Jos cientm.cos a aprender cómo lnd1.icir reparaciones y nuevos crecin:rientos de tejido neural lesionado en humanos.

T'ignza de Cuadro- 4-1 Tipos de degeneraci6n de cé-l.U:las .nerviosas Antes de la lesión (.o-) y (e) degene-racifu ia lesión causa la pérdida de la s~ distal df"l. axón. (d) y (e) Degenern.ción retró­grada. La lesióti. ta:rnbién produce degeneración del cuerpo celular. produciendo en alg1I11.óS cuos una atrofia compl-eta. ([) Degeneración transneuranaL La pérdida de aferericias puede producir cambios en ctras célulaS''<ie la 'ria. (g) Recuperación. Los aitones krsicmados pueden h;;:ce¡- b!"Ota.1: nu.e\.-as ~ciorul;s..

~'A. . ·'\ \

::!%~~:s~:·;iici'2a~1i~;1_~~: ,;~~;,,~~ rninacicnz,,, d0? · l.u1 cor1.zy.-,,·.~es

neur•:ÜE!f!. :..o~ lu.gaces esp<S::::,fi.ccs de la Sl.'pe:C:icie .~el ;·?csplc1; .. :::Xi represcnt<>.n n:iec:v,;nte i0t~as GUB· rentes. Las con,zxic;:-.-~s en :ol en~ céfalo $e es;¡;JJlBc"~n en ios luga­res con la rriisr,·ia. :etnt (a con A, b con B, etc.). Cad<.. posici6n se ha­lla c:odilicr,d.a por u.na sustancia qillrnica o un estado fu:úco. (b) Gradientes qub..1.icos cera.o deter­minantes de 1as Gor.e::dones neu~ rales. Aquí 12.s conexiones ne es· tán definidas por una su.s:iancia q>.iliulca específica IDUca sino por gradientes de dos dimensiones (mostrados aqul por lo~ graclien· tes negro y marrón). Todos los Juga:nis pueden ser identificado~ por una posición 50bre les dos gradientes.

Región encéfalo

Fibrns de proyección

'psJCOL.OGI!: -·1s1ot0'7!'CA

:Determinar.tes dsl crecimiento v E·Í

desarrollo del encéfalo

Determinantes genéticos

ción genética de las conexiones neurales. Tendríamos muchos problemas. Uno obvio es que la limitada capacidad de información de lo~ genes ccnvíerte en poco posible la noción de etiquetas químicas diferentes para cada neurona. Además, debe quedar alguna capacidad genética sobrante para la planificación de órganos como los brazos, las piernas y el corazón. Se han sugerido aiter­nativas a la total especificación individua!, empleando gradientes químicos determinados por muy pocas sustancias. La Figura 4-15b presenta una de estas visiones.

Varios experimentos han .aportado también dudas sobre la probabilidad de que haya una conipleta especificación predeterminada de todas las conexio­nes neurales. Estos experimentos han mostrado que hay aiguna plasticidad en las conexiones retino-tectales. Tal plasticidad o adaptabilidad sugiere que, como mínimo, es posible que las neuronas tectales puedav. ser capaces de reespecificar sus pfopiedades durante el período de regeneración. Buenos ejemplos son los llamados experimentos de disparid2d de tamaño. En uno de estos experimentos, Yoon (!979) mostró que cuando se extraia la mitad dei tectum, toda la retina era representada en la mitad restante. f-:sto sugiere que las conexiones en el tecti:im son> susccpdbles de modificación.

Los experimentos sobre la especificidad retino .. tec_tal tambitn revebn que hay un tipo de proceso de n:conocimicnto que puede implicar agentes micos específicos. Los intentos de determinar los detalles de este proceso dirigido la atención a las caracteristicas moleculares dd i-econocirnien_tp quimico. -$

,{Z

La eT!'lf;rgencia de la íorrns., disposició.:1 y conexiones dci encéfs.lo en desarrollo ese:'. mf!cida r<1: muchos 'eshd.os internos y el'.ternos. En e1 ca.se del desa­rroiic, como e"1 e: ci,so de elgunos otros ternas que consideraren1os en capitulgs poste:áores, es ÚL)l pensa;- <0n det~:minantes directos y en influencias modulado­ras. Un dctMminante directo (o factor intr!nsecO) es aquel que está implicado en los procesos básicos que producen o controlan un fenómeno. En el desarccHo del sistema nerv)oso, son determinantes directos ciertos genes y los procesos qu('. controlan. Por ejemplo, algunos tipos de neuronas expresan información g(:né­tica p2-ra formar espínas denddticas, mientras que otros tipos de neuronas en el mismo organismo nunca forman espinas. Una influencia moduladora (o factor n~trinscco) es aquella c:;_ue puede facilitar o inhibir los p~ocesos básicos pero r¡ue ri<J !os contro!a di:c.ct:imente. En d desarrollo del sistema nervioso, moduladores como la nutríción y !a experiencia pueden influir en !a velocidad y extensión del desarrollo. Por ejemplo, en neuronas que forman espinas dendrlticas, los factores moduladores determinan cuantas espinas se formarán.

L::t efectividad de las iníluencias moduladoras depende criticamcntc de !a e!:ipa del des2ríollo en que se dan. Un estado bioquímico particular presente en la Yld2 temprana de un embrión puede ejercer iruluencias muy distintas a las de! !T;isnio estado presente en el desarrollo fetal O las etapas postnatales tempranas. Erh~sta sección discutiremos algunos ejemplos de factores intrínsecos y extrínse­cos del desarrollo de la estructura del encéfalo. No haremos un listado exhausti­vo, sino que describiremos sólamente unos pocos fenómenos bien investigados.

Les psicólogos han mostrado durante mucho tiempo el papel de la genética en una variedad de conductas de muchas especies animales. Más recientemente, la investigación ha conl~nzado a ex¡)iornr el c.on1roi genético de ia anatomía y la fisiología del sistema nervioso como parte del programa de comprensión de la forma en que Jos genes influyen y controlan !a conducta (Hall, Greens· pan y Hams, 1982; Wimer y \Virner, 1985}. Por supüesto, los genes rio trabajan aisladamente. La mayoría de este trabajo se >'erá como la interacción de instrucciones genéticas con otras influencias del desarrollo.

Los procedimientos de cría selectiva se han empleado durante años por Jos científicos y los granjeros para obtener animales distintos. Estas tbcnicas también han sido usadas por los investigadores en genética de la conducta, los cuales han explorado cambios de conducta a través de generaciones. E! em· pleo de estas técnicás con animales más sim¡:;lcs ha comenzado a relacionar efectos genéticos sobre el sistema nervioso con efectos sobre la conduela. Bentley (1976) mostró que los ca.ntos de llamada Jt, los grillos tienen intrinca­dos patrones que pueden ser manipulados por cría selectiva. Esios pa.!rones de canto cambian de manera distinta en fonción dd tipo particular de genes que sean ¡ntroducidos mediante apareamiento sclu.::tiv(_' a lo largo de varias gene­raciones. Los registros de las neuronas dtl sistema nervioso de Jos gri!!os revelan que Ja variabilidad d. los cantos contrui:lda genéticamente esta direc· tamente relacionada con el impacto de genes en d cambio de las disposiciones de las redes neuronales.

Una tt':cnica de crfa inusual es la que produce a~imales idénticos genética­mente !Jamados dones, cuyo empleo es conocido principalmente por las pelí­culas de ciencia ficción y terror. ¡Pero la vida imita fa ficción! Los estudios de la genética del dcsan-ollo del sistema nervioso emplean criaturas idéniicas. Los investigadores desarrollan estos animales mediante feproducción astxual, con

DESARROI. .. ') DEL SISTEMA NERVIOSO A LO LARGO DEL ClCLO VITAL

Io que toda la descendencia tiene los m.ismos genes. Empieando clones de saltamontes, Gooóman (1979} comparó le. uniformidad y la variabilidad e:.n el crecimiento y el desarróHo ce diferentes neuronas< Au11que Ia forma básica dé las células mayores mostraba una uniformidad considerable, rnucbas neuronas de saitamont.es donad-Os mostraban diferencias en las cortexio1"es neuronales entre individuos ({idénticos».

Si la herencia es id.."'nüca, ¿eso que las conexiones neuraies han de ser id&nt!Cas? Par.a estudiar esta cuestión, los gemelos idénticos ht.::nanos o de

otro mamifcro no son suje.tos rnuy útiles, ya que sus sistemas nervi,osos st'YB <lemwúaóo y no podemos encontrar la misma ceiula para comparar en Algunos investigadores abordaron esta crrettión con un crust2ceo; Daphnia., bien conocido muchos

aa;:afi,os (Macagno, Lopresti y 1973), hembra de

lineas <le crias gené1ic .. '1rrltnfe idénticas fo Además, J.:a DapJmia tien:e un 2iimero fije de neuronas que ¡:n.u::dcn ú:lentifica.rse bajo e1 microscopio. El cio -contiene v:.actamente 1'76 :r~u.ron?,s Sensoriales que establecen. ccntaci.os:

- ron en.et.amente l 10 ITeu:r-0nas dei ganglio óptico. Por ona parte, u...ua dcter:rni.nada pemnna ser.so:d.3-í hace ccntacto CtYn s:óio unas poca! heuro­HZ:s espe-,;.:ijicas ócl ga:ng.liú. Sin eml::t&.rgc, d cD:mero c:x.act:o de sinapsis estable­ciric etnre: una ·!'lean:mm ;.:t51soriai pm-tict:Jar y una n.euron:a Gel

puede variar e.,w¡ una proporción :n.ayo:r de 3 a f de uno z brli,ád.uo dentro de un don. Induso entre íos !ados derech.:) e:

ojo de v:n individue, donde est;il.'i. localizadas sim6tricamente neuronas «gemelas~~ usa de ellas puede establecer rrfás que la otra.. Así tanto dentro <le un individuo como entre individuos u,2p1m<a las neti.n)nas i::.on er.actamente ia ~ herencia d1freren en d nún;¡ero de sus conexiooes sinápticas. De forma similar, la forma de las ramificaciones dei axón difiere en· un mismo sujeto y con otros sujetos Daphnia clonados, romo se mnestra en la Figum 4-16.

En Jos vertebrados es más dilici1 encontrar neuronas idCnticas para compa~ rar conexiones sin2.pticas. Los investigadores que estudiaron esta cuestión en Daphnia lo intentarón con un pez que se reproduce parteoogé._"liomente, como Daphnia, produciendo que son idénticas genéticamente tnrre sí y con su madre. En este pez ei sistema nen,.iosc es complejo, pero cada anima! tiene una sola céluia de Mauthner gigante en cada lado del encéfalo. EI exam.en microscópiCQ mostró que, aunque d patrón de ramificación dendrítica de !a célula de Mauthner es similar de individuo a individuo en un clon, hay diferencias individuales en el detalle de la ramificación y de las sinapsis. Así, eI descubrimiento en Daphnia podria extenderse al menos a fas células de

. Mauthner del encéfalo del pez (Levintha!, Macaj¡no y Levinthal, 1976), ·Entre los mamíferos genéticamente idénticos, las diferencias en et sístema

nervioso son incluso mayores. A.si, en cepas aaamente endógamas de ratón. donde todos los individuos dél mismo sexo.son esencialmente idénticos genéti­camente, una región especifica dcl encCfa.lo (como la zona del hipocampo) muestra un pequeño porcentaje de diferencias entre Jos individuos en el núme­ro de neuronas .que liega a tener ('Nimer et al, 1976i

Se han hecho observaciones indirectas de este tipo en gemdos idénticos humanos. aunque tales gemelos a menudo difieren en tarr.aOO en d :n.a-cimien~ to, y sus encéfalos difieren al menos ta.nto como lo hacen !os de los ra.ton.es:

l'.$Q. PSJC010G:.r, FJSJOLOGJCll

F:lg"'u.i::a 4-16 L<. ;.:n.ie:c;¡a neu.rona en Cti.&.tro g;:me;~,s idénticos de v,v. doi:t de i.:'.ts0ciooi. En las dos coluntroas se muest:ra.'1. dos ejem-plos de de rarnificación. El· .Patrón variabilidad es ni.ayor d2,sde tL'1 ank-nal genéticamen!e idéntico a otro, true entre el del lado i.zquierdo y ~l lado derecho en U..11. rnisonc individuo. (Macagno et al., lS13.)

1

endógarnos. Algunas evidencias indirectas indican que para los gemelos idéntiM cos humanos ei patr6n de ramificación de las terminaciones nerviosas de la piel debe diferir. La evidencia está en que incluso los gemelos idénticos tienen diferenci'.15 en sus huellas dactilares, aunque sus huellas ~on más similares que entre gemelos fraternos. La pieI de las yemas de Jos dedos está ricamente inervada, con lo que las diferencias en el patrón de las crestas de la piel debe significar difere~cias en la distribución de Jas terminaciones nerviosas. Ade· más, las pequeñas glándulas sudoríparas de las yemas de Jos dedos tienen sus aberturas a lo largo de las crestas de la piel. Las glándulas sudoríparas están unidas a terminaciones nervíosas que controlan Ja secreción de sudor, por lo que de nuev:J las diferencias en ~I patrón de crestas deben implicar diferencias en las localizaciones de las terminaciones nerviosas· que van a Ias glándulas sudoriparas. Este ejemplo indica que entre Jos seres humanos, como entre otros animales, Ia identidad de la herencia no significa identidad en cada detalle del sistema nervioso. Quisiéramos advertir que el patrón de hueilas dactiiares se forma durante el cuarto mes de embarazo, con Jo que las diferenº cias individuales están bien detenninadas antes del nacimiento. Las diferencias ulteriores entre !os sistemas nerviosas· de Jos gemelos idénticos pueden deberse

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li 1•r;t;:Li ~~ J.,¿;tu;_-g~,-¡,;;~, OOTc:J h. ;:Si· .\i:::;,5 frove.~'!t~;g:<iíÜO:r<ES fJ.:uii01cc r~~frri;<;~

~·"-rrw:!'.A'iics q:.re: reue~nm ·~ ro¡;,~,rs~iThü en Js atrafüe1.Ura JJ:M 1l7.!~tL'CiCi11 qoc estii Edacii0""'~a !:~'"fil IiW.U;EÚos c:am.ibkrE o fi.sfu...

miutz-:iJt.:e:s ~-Jizn.al:eE :q_iJ't' ¿rtse:n~ cnus au.mrn:os,_.. ron mteRS2Jltes ~~::dfu_r d;:;i:;.~¿i:J :& rg:ro.e Sl.'1S ~:atzcti':~istl:czs Cil'c-&J:}i,.a-

los cc;;1:.;~ je:::. du"s:::rn~.1c qSJ:>C ~ 2is ruli~~ en otto.:s :.:;<.ruma_~ ~3T~f-4t.-;:?-i'2 y -(:-:r:.i-;,¡_!!l! {19g4) rl~i:Jbieron m'UtB.fil[fS rle fa_ t[lCSi>"'.i <le m. friJrüz. rie :.nterJ]üria Estos m~tc'-;;.-~ «.A-.."©.nUic..')jJ> .aN.a~ Í?.!lca1);ahzm,

~I] i1%·w&ffiihan La ~..d~-cia e.u. es&:os m!llt.Tu:rntes pcdrii<ln dar

1 m ·n•emoria.

Diswti.remoo estos estudios """"""¡"~·~• n~ del apre._rr¡,dizaje

M-u.clros muta:etcs de D$'1/}$i'Jp/.iiú:J !t~ defec:lm muy especif100.s en alguna ~ -dd ~ ·na:1f.kso {lWl y Graenspan, 1979). E. iirmpo.(lante número de ffi~gaciones robre b mutanks. de Drosophiili. deriva de la ab¡:;nd·::.nx:ia de mutacior~ ~.cada wa de cl1as ímpli~ d ~rioro de un pro.ce-

desa.rrollo distinto. Pot cjempio, un m.utank: ktat de lJro..wphila., -«Me. tiene a sistema~~~ a ;:;atiiSa dd ~oeso de producción

de oélui>s - Los ~ de <Sil: mula!<: pllOlim capacitar • los inve:stigadores pam o'btcner w ~ oonoc:mñmto de los p~ qt."e con­i'rolan el """"""' de oéliilas pr~ durante <I desanollo embriológico l<Ímpr.m<>. Apro~le !S!I - del món implica al sistema nervioso

{Si<lman, Greeo y Appei. 1965). Eo _,. ~los dcli:cl<ls especilioos a¡iaro­

Ol:ll ~ el d-- del - neniioso. & algimos ralones no cn:cen regiones~ dd ~Otros muestran desajustes anatómmos espi. clfWw, """'° algllill!. ca.-de la mi~ o de !a ~n de m · ~ en sus ali~ t.~ Los muranres de un gro.~ especial~ meote intrigan.re ros ~~ tienen todos trastornos debidos a genes ~ue cl ~ d:ol ~o. !.oo oom'ort:; de :e~t!lS -Vaciián.tre,, T".;;.~e<mte y Tejedor- .rcfkj:.:n cl -detcrio-irc motor que los ~ El im;radü rie moo-, m d ta.o~o }" dis-f"'""""' del cerebdo se illiS!ra e¡¡ la 4-17. o:rei:·io de Vaci!an-1<: muestra um disposición ~ de células. No hay capas ""'2Cl<rís-'tias en cl cerebelo~ hipocampo y~ cerebral a~nque las Wubs de estas :regianes están ea. mudra.s Ge sus ;oneriones son: las apr~ l~ .8 ettebclc OC Tejedor tenia :nudlti menos céllllhs granulares fi:l.ie m11 rerehclo oomia!., kB que podri2.-ori­~na.rse dd: fano de~ céi.Ws ~ :migrar o fon:nar ~iones adecuadas.

:,, La at.mfi.a del oerebdo tainbié:a es ew~ m Tam~te. de -3.Cilerrlo con

-,.~LOGif:. --'SJOLOG!Cli

Figura 4-17 Mutaciones cerebelosas del ratón. La columna izqui~:rda muestra cortes del cerebelo - ó :normal a.;-~s niveles ?e rnagnificaci6n_(x25'. )(66, y x2SO). La columna media muestra Visiones campa~:~~ e~ ~ura...'l.te e1eQ.or: ~dVlértase la ausencia casi completa de células granulares, mientras que el alineanüento de las ::.::t de ¿ur~e ~ne:as) es dnor;iat La columna de la derecha muestra secdones del mutante ce rebelar

zwaesu:.....:·tma ;~u~~:n gl=~elo ce;;~:~;:-i°Ed!':n~ estratificación acostumbrada de células. Jtrnbos mutantes

el~~6Dl ~:ii:s ;::_ u:a &i~"' ge1:r~ ;X:;n d d'es<::rrollo de aí8 tipo "'>"'Si•'.'JC&oo'• r.....o.s c"S·Dir:dtoo d!~ ~tes o&Di~~Ecs: ':"i.G0:efre-~ 1:.r.n cco:c-dm1<m.:...

B~ ~©f.ifu<b se de: ~l!l:Id:i:©,§ .~í._i¡Xt}i" etfu,Ia,t-es dh;f_f::~f'.cs qn.e zs~ <léo:'i¿::r;:c-[1l;;t1tt. CJ:.'.i ·m:1©'"2f'!.1W3 L0$ rcglsi;; ía emer,.,scr1ci:a de esta <C®J!""ila •Olbr<M•f'""' •>Clli l!l)d~"11.bkm,e¡21l<efal0<»:it<!!as. S'in embar20, una nc-ción qf1.© ~ rodos fas fu"t-e~g;¡<l'.om-e-.s ~ q:ue et yrcc'CSo .í'.o ~g,ula;;i varias $'1~ .

di'! condicia-aes hloquinú-. rle oout:raf i."1-ttins::eco es el

COI:!:trc-!as el ~Jro!W tle tlii'.lie. ~ par-fifo:::~.iffi2'.' ü"'e de i:aflue,,¡_~ 1ia mdl:,;;;;eira t'fi ;,;-i :t?Rpcl. & la ~uL~1-cfó:rr en cl crecin;-jento dcl

°HJ.M:& • de ~$ie :;§s,. }os sustancia que ~~~e t<J ~e;aJo :ü,;;;lli'n@s <l.e-Ios ganglios espinales JI~ :00S ~ dd 9~..a :aenr:i:ow- .filmp-átiro {1'lzv~-Mogta.,.~ I982}, Esta -~ es d ~r de creciroi~to ~iioso. Su d~nhrimie-nto les valió a ~M~y Cohw cl ~o Nobcl m !986.. Originalmente, el FCN se ~ttói ei-m. mMl. ~ de Iug&e.s inrn1suaks~ in_c,b]y-endo ias glándulas sa.Ii­Wm§ @d. mim,, ciertm tmn<r.u·es de Ia piel y cl veneno de !a rerpiente. Más ~ttmmtf:,, las ~ t~ilC'aS bicq~ han revelado su: pre&ncia en d. ~ ~ Las ín.~dores esrab!ecier-on _que si administraban FCN a oo fiero ~ se 00~ mm f-0.rmaciós 00 ganglios simpáticos con mmidwi mu~ &e ]O m-ml Esras Wulas: e,,"<rn t21nbién mayores y poseían mm~ - (F-• 4-l8j. fil lo sdminísfra¡,.,; jlOStoatalmente, el FCN

i {a) ~u ~to de ias dhllas del sis!~ nervioso simpático. Más lf~~te me ha mw que cl. factor de ~mo nervioso puede invertir b ~ ~os de una droga qiue de:siruy-e sclectivarnente ]as células 1

~ ~ q®e ~enea ~oo transmiro~ sináptiros. · Parte 'lid~ er:. d FCN smge de la pos:iliilidad de q_l.!e sea u-n ejemplo

&e ~ de t1mtrú~ en cl' dwnroUo dcl sisaema ne,_"'Vioso. Pilede haber ~~~cada ~ ronOOJ.a.Mo tHli tripa panfcuiar de cé!uhi eo. uo.

¡w<JJWo .Id -· c>¡)Ocillco.

Xi'umcl6-~ ereci.miemto y d€$arro.Ilo del encMal.o Wfo tvnd@@li msillllda rofil:'tr;ai:~e 1a b-'i.U::!V.:' stic:ru.; de :.::,¡,;:;,-- !!1rw m.r;r1dón ndt.:cu<l<.b __

"" E] ~ µeri-Od:.~ EifW..a E. mucl!<k-' y es::e s.:; h<!;ce más. t.!.Fg-.:.;_;te ~ cl ~ la p-~hl2i6:Et &"!tenm cc::r; :oill:íar i?~ füerrtes cie

l'S!COLOC:A FJS!OLC-'..?!C-~

ít'igm-a _4~IS Efectos del factor de crecimiento nervio-­a~ (FCN). La figura superior muestra un ganglio espi­z:al creciendo aislado en el exterior del ctierpo (in vi.tto} sin la presencia 'de FCN. La folograffa inferior es de un gangJio e1;1pinal creciendo bajo circutuJtancias similares pero con FCN añadido a la so~uci6n en que está bañS:do. Esta ñgu:ra muestra UXIa marcada prolife­ración de procesos axonales que palien en todas las· direcciones. (De R. Levi.Montalcini, Science, vol. 143 [enero de 1964]: 1os.110, Figuras 1, 2 y 10. Copyright ©.19?4 d'e la A.sociaciói:. Am.ericana-paxa el .?rogreso de Ciencia.)

alimentos de muchas naciones. Durante muchós años se ha creído que el encéfalo eya men.qS suscepti_ble a los efectos de la dieta que otras partes del cuerpo. Ciertamente, es verdad que eI encéfalo adulto se ve rnucho menos afectado por la dieta o la sobre·alimentacióit de IO que lo son ta m;;yoda de !os otros' órganos. Pero hoy" en dfa existe ev¡deñcia de oue fa mainutrición deterio­ra. d encéfalo, especfahneilte durante el óes'ario!io !emprer:o. '.,)e- !iecho, varias

;-J-_:i.::ta.':. /~- :~·:z.b'.".st;;'i.r.:::.ún rp::e t-e <le.r, ::::, :4.nt.e ;os -;>crictlos criüccs tld_ des.ar:rciío r: J ~2ZD 1:4: b.1s:· :-,1Hn ;:an:b!os irreversi.-

~-.:~~~ =12

=:·1=~~~f~~;i rarrz C'S~pficffir~ & dur-~ ~:::~!: ~ ,e:f::ectm rlf; la deswm·:taj;as st~Jcs. de }0$0 e.féet-0! de fa:;; rlcl!ici~rrias <lfetéü~ ""~ J'~ '!"" la '""'JC!fa. de esios es:tt.~ :a m::<lres e viven en os"'"""""'ói2s~das (~ ct zt, 19g1}..

lill!imd.'<ii<l &rl':e:o de .ros efectos de !a rr,;ahnarrición tnnprana. por ios . . mm¡:"10m;n ruñoo desnutridn:s ron p;:irej,;as am.irol que no teJt2an

delicic!Jlcio m!ri<ioolOI ~""I""'"- Les estudio' en Mror...o, Oile, Yugoslavia y s~ - mottrado que red.oce poste:riormente !a ejecu-cifm<srr mltdlM~IOS;de ~& mentcl{fizan:i$ 1974-). La rlesnutri-ci6n se~ .mis: oom~re :en en una clase de pobreza que -~ mptme erras !"'''"'·""' barreras desa.nnilo _del 1lffio~ sm embargo~ ;m;~ de mes muestran qL-<e ios po.steri;):res de::tea~o:ros oonductua-

!;!;es~:::: de 1a ~~itla !f:!l que cl niño esruvo en un periodo de -fil ~ de :recuperación oonduc-~ S. k ~ón re d:a más en vi& que si se da pronto. -

Un ~ ~ de rehabmtacicm:s nutritivas y oonductua.I_es puedeP: ~~ !m: ~ de severas m:a.h1utriciooes temprana,, espec!almente si ~ a la eQ.ad de dos aiios oon mantten!dos en la .adoiesceru:ia ~ ~y Wmid::. 1911; Meya J F.;mis, 1975). Esta inv~ti­~ s-; hizo ron h:uérfu.nos oorea.nos que fueroa adoptados por familias ™"ikas:u de d;ue ~ T~ = niños pro""Crillm. de oñamtos y eran """""""doánoo añoo cuan<lo fueron adoptados. El esrudio re hizo retrospro­~ mo es, - basado en registros ilisponibles cuando los niñas eJ!U Ñniesgep!es Loo niños se dividían en tres grupos de acuerdo a sus

- a la calad de lldmisiiín en la apcia:

1L · - severos. más allá del teroer pm:enb1 (de acuerdo con las

- ""'1C!IMS}. . . • • • 2. - ~ de los pero:ntiles 1eroera a Vlgesimo cuarto. l. Bies:~ m d ~o quinto peroentil o por encima.

Los ~ &em.uti.d'OS se desa.rrollaron bien en sus familias adGptiv~ ~ todos :a exmaer las ~ ooreo::.rras de peso y_ :alt:w:a, aunque no """"'™""las""""""'~~ al a y el .mfu:is do !os logros ~ la modi;a de los tres grn¡ios adoplados a la edad de dos aiios, ~ .,..,,,m las - americanas (F¡gura 4-19}. Enm: aquellos que se ~ ~ de los OO. -OO.. los lliilos del grapo l (los que suf~ sew::ra ~ pn:::coz} no ü::::am.:aban suficientemente ms normas amen~ Glll2S. I""" im lliiios de los o1ros dos grnpos .si lo hacian. Aunque ~istian ~-....; .. ~"""la desmmicióo ¡ireooz estas diferencm """"mós !lil:a peqocila Este~ 1m estudio irnportmll: debido a que demucs­!!>i que !m dmm de ...nas desiil!t.riciom:s preroa:s pll«len ser superados SI la ~ wmit:W:a pr.nito r a mantenida_

& los estumm neur~ y ne'.?rcq1J.imioo! se ha enfatizado la &pc..mmcia ai6ca de Za &::mui4"'Íci6§l " ~ ;espect~ ~ d~erio~~ poste: ñm &:~ la:s me!:tt:ales. 1J976t rcrn;;_roo ::::,_ h;___,,..~a- ~,:;; t.i.

-~ G h de'Si"1L"lrició3 !:"illi.-aIJ-!e e]_ pi!D.C""lC dt:

~$- · ,:..sJCOLOGIA FlSJQI/JGJCA

Fi9'1'2;i;. 4°19 Eféctos Eobre el crsciwJento, la ircteliga'i.cia }~ los logros, de la adopción. _temprana y tardía de rifios C.esnutri.clos. Los grupos de nutrición: l, desnutri0

dos severos a su admisión en la agencia de adopción~.;;:, desnutri­dos moderados, y 3, bien l'l.Utri­

dcs._:·.(Los resultados de la adop­ción· temprana proceden de W"mick, Meyer y .Ha..-ris, 1975; los resultados de _]a adopción tardía provienen de Nguyen, Meyei y

¡ Winick, 1977 .)

' Figura: 4-20 Tasa de desarrollo del encéfalo en relación con el

1 nacimiento. La escalá de tiempo '. es -distinta paia diversos a..'lima­Jes. osciiandO entre días y meses. Esta figura muestra que los perlodOs mtiximos de desarrollo del encéfa1 bastante diferen­tes para animales distintos. La ra­ta, por ejemplo, muestra princi­palmente un incremento post~ natal del peso del encéfalo. En contraste, el principal des.arrollo del encéfalo del cobaya se pro­Q.uce antes del nacimiento. {Adaptado de.Dobbing, 1972.)

// ,'' f

Pe•centiles de altura (normas coreanas}

Estaninas de CI (normas de EE.UU.)

1 :;opción tardía

crecimiento encefálico. Estos periodos varían para animales distintos (Figu­ra 4-20}. En humanos el periodo de crecimiento más rápido del encéfalo y, de acuerdo con Dobbing, de máxima vulnerabilidad a Ja malnutrición se da en Ja última fase del embarazo y los primeros meses de vida postnatal. Una malnu­trición similar en ei adulto produce efectos despreciables.

Los experimentos con animales han mostrado algunos efectos perrnanen· tes de la desnutrición durante los periodos tempranos de crecimiento rápido del encéfalo. Se ven afectados el tamaño y el peso de1 cuerpo así como la estructura del encéfalo y la conduela (Dobbini, 1974). Por ejemplo, el tamaño del cerebelo en las ratas es especialmente sensible a la desnutrición postnata!,

o o. E ·2

8 • "O

" • "C ·¡; , o 6 o.

DE:slL:r."'ROLW DEL· SIS/Y.=:.;.¡¡Jf_ NERVIOSO A LO LARGO DEL CJCLO VJ'I' Al.,

ya que esta estr'2Cill,rE . .'O.e f.::inn'i': en este. animal" principalmente jus.'.o después del nacimiento-.

Las cP.:as de muchas especieS nacen en un estado ahameilte inmaduro tanto anatómica como oonducü..1a1mente. Por en humanos el peso del encefufu- en cl mtclnriento es s:ofa:mente una cuarta parte de su peso adulto. Cooductu:ahnent.e,, los pequeños de muchas son totalmente depen-dientes de En estas especies d encéfalo y la conducta

De acuerdo ron estudios recie.ntes, los sucesos y las raradetsricas temprana: pueden afect3r al crecimiento y desarroOO- de los circmt:os dcl encéfalo~ ·

Se ha visto La variación de ta experiencia dt1rante el desarrollo l.ernpra-alk:ra rrn.1,-::JLOS a.sped:os de fa. conducta,· 1a anaiomia del

neu:rai ((iottiieb, 1976; Rosenzweig y Bennett, 1977, inla¡prc,.,ciiim de estos descubrimientos sugiere· que la experiencia

di:ierentes en el desarrollo y que es rmportante distin-g:~ ei desarrollo, modular el desarrollo y puede mmttener ka oontinmrión de! o sus_ resultados (Figura 4-21}. P~ eí papel mits es la .. inducción del deSafrolio.

Ail!UnúS tratamientos como la adminis.tracíón temprana de h~ sexuales., c;.-illtllzar el desarrollo en un tipo de cüerpo rnas-culiao o femenino (romo veremos en e1 Capitulo 1J}. ¿Puede t~ger ia experien­cia u papá tan impresionante? La evidencia es escasa, pero la impronta* puede ser un tjempio Ge iru:iueción experienciai. de üñ patrón de c~nducta. Por ejempk¡~ crías de pato real fueron cr,iados durante sus primeras 8 a.JO semanas ron. otras especies de patos. Según crecían. los machos. se les daba la oportuni­dad de aparearse ron patos reales o oon patos de laS especies con las que habían sido criados. Mientras que todos loS machos criados_ normaiménte elegían patas real~ dt>s tercios de Ios animales experimentales elegían otras especies (Sehutz. ! 965).

Tenenios mis evidencia de. modulaciones del desarrollo por la experiencia. Podemos encontrar efectos negativos y positivos. Por ejemplo, «la exposición a ciertos sonidos puede aumentar o reducir:- el tiempo de incubacíón en em­briones de codorniz.... La exposición temprana a la luz facilita la aproximación conductual de ros: pollos jóvenes: a una luz parpadeante, mientras que fci exposíción temprana a sonidos retraSa la aproximación a una fuente de parpa­deo visual» (Gottlieb,. 1976~ p. 32}. El reconocimiento temprano-de las vocali­zaciones de la especie y de loo padres depende de que el embrión se exponga a tipos especiíicos de estimub:ción auditiva antes de I,a salida del huevo (Hall y O~!'l!l7}.

Como veremos.. se ha det~..ostrada d papeí de la experiencia en el manteni­miento del desarrollo con Cxoerimentos en el sistema visual. La privación

~ H~ tmducidQ d tennino {dmp:ri!'.l~ poi;' !o.pn:.mtz.. aunque es tarn.t:ITT:n L"'CCuente su emplee sia tt-atlucir o tradacidc ramo troq~a. (N. de fas TT.i

PS!COLOGIA F'ISJOL'JCJCA

FfgT .. Ka. 4>21 l'.lu.straci6u esque­máti.C2 "' 2 diferentes tipos de efectos óe la ex:periencia. sobre el desa:r:rollo del enc&falo (a)'ver­sus (b}. I.a eX:pe-:ri.enda puede in­ducir cambios, aquí vemos el ciecL.-n.íentc de un grupo de ter­minales ax6nicos. (e) versus (d). La experiencia puede modular el desarrollo, incrementando aqui el crecimiento para alcanzar an­tes la meseta. (e} versus (f). La experiencia puede mantener el crecimiento. Aquí las ternunacio­nes disminuyen a menos que haya experiencia.

AJ : 1 -----" \

Con ·experiencls

jl ¡1i·c;-• '"'·' '•-l'!J!f" o

'ª ·a e 1 r c:r:c"" '-'~-_,,~~

Tiempo __ _

Sín experienc:a

Tiempo-

sensoríal iniciada poco después del nacimiento y continuada durante varias semanas 'puede ·producir la atrofia de algunas de las células en desarrollo: ((SÍ

no lo. ut!lizas, lo pierdes>).

Privación visual y falta de uso

Hay gente que no ve claramente las formas con un ojo, incluso sí esta sano y la imagen de la forma se enfoca en la retina. Este deterioro de la visión se conoce como ambliopía (de las palabras griegas para <<sombrío)) o «embota· do» -y para ({Visión1>). Se puede' observar un ejemplo de este trastorno e~ la gente con un «ojo perezoso)1: un ojo vuelto hacia dentro o hacia fuera (ojo cruzado). Algunos niños nacen con este tipo de mal aiinea.1niento de los ojos. Estos niños (<ven doble>1 en vez de ver una imagen fundida. Si el ojo desviado no se alinea quirúrgicamente antes de:· que la persona n!ciince la infancia tardía, se deteriora h: ·-.'is:.6n. En el rr.Omcnto en cue !.a perso,::• rdcan::r.? la edad adulte, hay una supresión virtualme1üe :cut! del p;;trón ''·-~ v¡sió:-. Jel ojo

DESARROLLO DEL"SJSTE1\;;}. ],r¿:RJ/JOS() LO L5.RGO Dt1 c;.:;;,o ;'.j;/J,

ó:;~\'i&do. La realineació:r. de }o:s ojos en :12 '!::¿ad s.d.ult<· '.'<": c~·st<.:.~:;-a Ia visión cxc.cta del gtra,:io. Edo es sorp:-ende~Jte, /ª ,::i_;e <~ :i 1::.rgv d:',; de~arrallo la persor:;;;. Iz itcz cn.0:a E est~·, ojo de fo:rn:.c r,;:",;·:na~ ·· la~ célula::;

l~s. ~Jjos q~e &pa:·ezczn VíSíOtr; el O,YJ ve tics imcg'°"'" S";,}::Z-rz,C.as. Esut ccnG'.c!L:r::, r;-'.:": ;::1i) :s·:r;~ carntios con el Es'<:s ob::o:·~n·aci.oGé'.s din:icas -Z.e l:urnanos sugieren r;_ue la inuo;ua: de los u.los dun¡::'.ft d dt:S<±rrol!o t.c:mp':"Z<H) pue-Se ca::-r1biar conexiones o !os cir:::ui~.;)s del ~ncéf.s.Jo.

Otras formas de oueden set más sutife-s. La priv2.ción pzrG:al de ~a visión de la forma durante Iaf-gos periodos de !.a infa;:,cia ;,ue:den dar lugz:r a déficit que persisten i.11duso cuando Ios probkmas ópticos s-e corrigen con gorfas en la edad adulta. E2"to es espedahncnte probable que suceda cuando !os defectos de·1os niños pequeños son o su!iks y de dificil valoración. El astigmatismo es un trastorno en d que las líneas en algunas orlentacio~ nes no ap'irecen tan c!arJ.s com-0 en otras. Esto oc.urte (?!ando fa forma· del globo ocular uo es cxactamerae esférica, Los niños con esla incapacidad están parcialmente privad.os de ínP',;t visual, ya que no :ecibe~ estímulos d~ros de ciertas dfrecciones.. Pnsteriormente, cuando su ast1gmat1smo se dcscuore, las

no pueden proporcionar una correcd6n com-píetarnente adecuada, Pues·· to que este input -visu.aí anorma.i corr1enzó a -darse pronto, los circuitc)S encefá­licos fueron can;b-iados ap2rentemen:te de un modo permanente.

La comprensión de las es.esas de la arnbliopia en humanos ha avanzado ·mucho con los experimentos de visual en .animales. Estos experi­n-:ientos: han revelado algunos cambios iniciales que están relacionados ccn -la ausencia de en1pteo del sístema v-isnai durante los periodos críticos tempranos. La privación de luz en ambos ojos en los animales (privación binocular) oroduce cambios estructura!es en !as neuronas corticales v¡suaies. Los aninia­Íes criados sin input visual muestran una pérdida 'de espinas dendríticas y una reducción de la densidad sináptica. Cragg (1975) enfatizó que estos efectos se daban más extensamente durante el periodo temprano de desarrollo sináptico_ dt> la corteza visual (Figura 4-22).

El" trabajo pionero de Hubcl y V/ieseI, que recibieron el Prc111io Nobel en 1981, mostró que la privación de luz a un ojo (privación monocular) produ­ce cambios estructurales y funcionales mucho más profundos de la corteza visual. La privación de la visión de un ojo en una cría Qe gato o de m_ono lleva a ona ausencia de respuesta por el ojo priv<Jdo cuando_ d •unn1;.:I alcanza la edad adulta. Esto se ilustra en una gráfica, denominada habitual­mente histograma de dominancia octi?art que representa la amplitud de la respuesta de una neurona a estímulos presentados al ojo izquierdo o a! . derecho. La mayoría de las neuronas corticales se excitan igualmente con el input ~n cualquier ojo (Figura 4-23}. Hay ·pocas neuronas que. se activen solamente por inputs en un ojo. Cuando ha existido privación monocular durante d desarrollo temprarm del animal, ."e produce un sorprendente cam­bio en Cste gráfico. La mayoría de las células nerviosas corticales re~ponden solamente a inputs del ojo no privado, En gatos d período susceptible para producir este efecto se da durante los cuatro meses in}ciales de vida. En primates no humanos el periodo sensible" se extiende.ª Ja edad de s~i~ meses. Los mecanismos propuestos este electo r:.os bnndan una pos1b;e com" prensión d~ las fcrmas de de.scri12s al cornier1:.::o de esta se:c.cióD_. :::.f

}''ig-rr:ra 4 .. 22 'Des2·c:::0Dc de fa :~c:r'<sza yi::::,nal del gatc. 3i desaü· :n:\,)}o si;:,¿;:::,tj_r,:c se p::-oC.uce rr!.á;;

i.::,ter:-s;;_;·:ne:··:·,~.12 (et.el.e iu:. dias 8 al · :7 .ié-;;s:.>w0s ciel.. n2cimie11!0, tm

pos~.~cc~o ;:;.i:.:-o".:tfs el cLlaJ .. s.1 i.IH!O

pr:ed.:e ~ens:r p:"ofu;:das in:D.tu.:in· cia:i!, Ad:viérta.se i2-.'1''ll:ién que el rv2;::·~ iel €;T;.CéfalO y el Volumen ¡·_,2-~tüs.r a;_;,;_11/:'nttt. de fonna para­lsl<'t y pYE:e<o:rJen al ·desarrollo siü náptico (!.Captado de C:ragg, 1875.)

SiritpSi$ ;-:0" ne u-ron& -12.000

8.000

4.000

50 5-5 fa 20 30- 40 1 os Adulto Gestación. . Edad en días

Nac1m1ento

ha sugerido que durante -el de-sarroi!o ten1prano de una persona, !os axones ·que representan inputs de cada ojo ~<comp;tc:n;> por los lugares sinápticos. Las sinapsis activas, utilizadas, llegan a Ser conexiones efectivas y predominan sobn! las sinapsis inactivas, que no se han en1pleado. _

Los investigadores taffibién proponen una explicación como e>;ta para dar cuenta de la ambliopía produclda por 'desalineamiento de los ojo:;. Se produjo un animal réplica de esta condición humana cortando los- rnUscu!os de un Jado del ojo de gatos jóvenes (Hubei y Wiesel, 1965). El histograma de dominancia ocular de estos animales revela que laS células de Ja corteza visu:od muestran una sensibilidad binocular enorrñemente reducida. Hay una proporción mu~ cho mayor de excitación por estimulación del ojo derecho o e! izquierdo de Ja que se da en Ios anírnales controi. Este efecto se de-ly:.. a que después de la intervención, las células de la corteza visual no reciben inputs sincrónicos de ambos ojos.

· Exposición temprana a patrones visuales

Al nacimiento la corteza visual es bastante inmadura, y la mayoría de las sinapsis aún no se han formaúo. Esto da lúgar a la cuesti6n de si !a experien· cia te1nprana afecta al desarrollo de la corteza visual. La evidencia citada en Ja sección previa muestra que la ausencia de utilización persistente da lugar a cambios en la estructura y la respuesta de las vías vísua!es. La modificabilidad del encéfalo en desarrolÍo también se evidencia cuando !os animales se expo­nen a ciertos patrones durante el desarrollo ten1prano.

Los experimentos en que Jos patrones visuales se manip11lan de forma temprana en ia vida del anímal han empicado patrones como líneas horizon­tales o verticales (Blakemore, 1976), un campo de estas lineas vistas. a través de anteojos (Hirsch y Spinelli, 1971) o pequeiíos puntos de luz (Peltigrew y Freeman, 1973). Este es un campo muy controvertido. Algunos grupos de investigación indican resultados que difieren de los de otros. Sin embargo, el peso de Jos resultados más frecuentes sugiere que estas diversas experii:.:i;cias visuales durante los períodos de vida criticos tempranos, modiHcan las rés­puestas de !as cé.lulas nerviosE.s en )q cortezz v'.::;;_i,,Í, El período sensible para t:S'¡.(~{; F.fec;~GS tS: e'. m!SIT!O qw r:~ iL ;;f'e;: r,S ÓC pr+.'::'.c:lÓn monocular.

12314',Sef;R e filJ!pd~ -N !1:!1':1m·OO.a:mcfan~

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-

Envejecimiento del encéfalo

Envejecimiento normal

(1976, 19Sl) encohtreron un agicup,ao:.ic1üo único de ctlulas nerviosas en 'Jna de la corteza recíbía inputs desde las vibri'.:;a.s

La la pici es caracterisfic::L Los pelos afü''"'d'~ de forma en todos !d'S animales <le. Ja misma

4~24). En la r.egión de la ctrrteza donde están vibtisas, observó de células !!amó a }a forma en que fas parecer paredes de 0n

La Figr1ta 4-24 muestra la distribución de estos barriles. corticales con:espon<le al mapa de Si se secciona vibri.S2 entre uno y cuatro días después dcl. sus barriles no se desarro!Lan. Sin los barriles que representan v1bris.as adyacentes

1a capacidad de un animal para ofer también afecta a tas &i desartcilo, Los estudios de Mcisami

mostraron de las ratas son inlcer>01Hl1".io1in ''itien!" sólo en !.a faringe.

tan¿ttana, la rzt.a puede c~>¡nm. ¡xocc nasal- oo es es1timul1;du

someter a la rata a esta oclusión durante semanas, cl crecimiento de los bultx)s olfatorios de t&.tas --fa

recibe inputs. de los receptores sensoriales n.asrdes-. una áiierencio en t.a,,"'!'.l.año enLre los bll!bcs que recibían input.s: de l.os

de los norrml..!e~ El bulbo· olfatorio conectado al orJficio obstruido atrofia

Hemos dado s6io unes pocos ejemplos de; los muchos experimentos que muestran cómo los estimulos seru;t)riaies influyen en el desarroHo de la estrucQ tura la función del encéfalo. Los efectos dlfie~n en función de variables romo edad del sujeto, la duráción Ge la experif<Ji~a y la estimulaci6IÍ dada._

J:il paso del tiemptt ooS proporciona una acumulaci6n de a1egrías Y penas -quizás riqueza y fama- y· un declinamiento progresivo de muchas de nuestras capacidades. Los cambios con Ia edad parecen ser inevitables en Jos sistemas biológicos. Vamos a revisar primero algunas de 1as características de1 envejecimieñto normal. Veremo.s despuCs,algunas de las exageraciones patológi­cas del proceso de envejecimiento. especialmente la enfermedad de Alzheimer.

Muchos aspectos estructurales y funcionales cambian a lo largo del ciclo de la vida humana. Aunque respondiendo más lentamente, parece inevitable que con fa: edad, muchas de nuestras capacidades rognitivas rnue~tren pequeños cambios a través del periodo adulto h2Sta iicanzamos una edad avanza-da. ¿Qué le ocurre: a la estructura del desde fa adoiesrencia hasta ei · día en que tenemos un pequeño olv}OO y caminamos más indecisamente? ¿La estructura del encéfalo cambia constantemente a W largo del ciclo vital de cualquier animal? Los datos de las autopsias humanas nos dan algunas pistas sobre cómo cambia el encéfalo progresivamente durante la edad adulta.

Los cambios en la estructura del encéfalo que arompafu.m al envejecimien­to pueden verse a diferentes niveles, desde las estroct~m subécluiares ha'Sta la morfología global del end:ía!o. Las diferencias en ei peso 00 eru:::éfu...ío se han

~-4-24: 1 ~ j'" #'líl. de 'les {:s} ~ ;de1 ~ V H ~det ~-9, _¿;_

:l<::de.~ss ,ciJ!m.fleb~Eak ~

~~~

PSJCOLOGlfl J"fS!OLGGICJ!

<"JJ11e1ecnn1ento es un estado vari;i.h!e. Ei dec!iv~ es evídem.e en to<lns ).as per~na.:;, pero es exager:ada 'CD. .ai:gur.c.&. A algunos investíg<ill·üíes esto !es sírvro

-p;;:r;: ertfatiz2-r la. contribución gene::íca dd envejecímieuto y refUerzan la idea de tlUe si se quiere ·vivir ~·hay que buscar padres y abuelos ,que hayan: vivido mucho.

Frecuentemente se observa que _Ios pliegues de !a corteza cerebral· de les encéfalos de personas mayores re hzn atrofiado y qu-e Jos ventrículos !ate­-rales se han agrandado. Estos cambios son marcado$, .sin embargo, sólo en !os casos se11eros de la ,,;nfe-nnedad· de Alzheimer, Jo que discutiremos bre· vemcnte.

Una ri;e>1ida común 'de fa estructura emple;id;;. ten los estudios del ciw('.j('.ci­mie~to encefálico es d nfrmero de célufas neur:tks y gliales en volU.mcncs concretos de u.~'~ it,_ves1ígadores toman regiones específicas y cuer.t?.n ci número de de varias áre.a:;, prccedenle de: personas que han muerto a diferentes edades. sngicren que lo~ c;unhio~ ccktfan:s comierLtán en l:a tcn;;cra 06-cad:a y >on c~pccilicos de regiones particu­lares.. Más lmportant.e lnc:uw q~ ta ne.duccióri ciel número de céJu\as es la pérdida d-e conexiones ro que es especialmente relevante en !as reglones frontales. Los de TEP Je personas mayores añaden una nueva perspectiva a Jos cambios de! envejecimiento. Los estudios de ancianos i;onnales revclan. que d metaboHsmo éncef3.fico permanece casi constante. E.~tc- esti en mart:aJo contraste con la disminución del melabolismo encefüliro en la enfcnnedad de Alzheimer.

Emplearemos dos reglones del siste~a motor para mostrar !o difereqles que pueden ser los efectos del en,vejecimíento. En la corteza motora un tipo de neurona grande ---la céltda de Betz- comienza a cambiar sobre los SO años, y cuando Ja persona, alcanza los 80, muchas de estas células virtualmente han degenerado del todo (Scheibel, Tomiyasu y Scheibel, 1977). En contra$te,

· ... otras células implicadas en d circuito motor -aq\lellas del área del tronco encef3.Jico llamada oliva inferior- permanecen iguales en número durante al Ínenos ocho décadas d.e vida.

Enfermedad de Alzhei11h2r: una

exa,gera_ci.ón patológica ···:·::del eh,vefa;c;:imientq

En los sistemas nerviosos jóvenes, las lesiones de muchas partes del encéfa. lo y la m6dula espinal,, índueen el nuevo crecimiento de Jos axones y la formación de nuevas conexiones (Capitulo 16). Pero en los adultos, aunque tambij::n se observ.a la r~ axonal. ésta es mucho menos vigorosa. Adcn:iás,, varios investigadores {por ejemplo, Scheff, Bernardo y Co1mari., 1978) han mostrado qU;e los.é'Qcéfalos de ,ratas viejas son mucho. menos capaces de desarrollar colalerales axó~icas después de lesiones de un tracto del encCíaJo, Así, parece .que los encéfalos de animales viejos son menos capaces que los enttfalos de íos jóvenes para compeusar anatómicamente la reducción progre-siva de células y sinapsis.

Desde. princlpiOs de este SigÍo,,'la población de 65 años de edad en los Estados Unidos se ha multiplicado por ocho. En el año 2000 habrá al menos 30 millones de personas en este grupo de edad. La mayoría de las personas que

.,-a!capzan esta edad liega a eíla felizment~ cori vidas productivas, aunque a un ·pasQ- más lento dcl qui:. Jos caracterizaba años atrás. Sin embargo, se hace sorprendentemente claro que hay un número creciente de personas mayores: a Jo_s que la edad les trae una agonía particular, el trastorno llam<ido enfr.rrnedad

1&e A!I~er~ éc.'.sttl~ pr;;ir !tipo :añru. Hov :se c&miika i1m.asu:!:1'8:0e,cl~q1ll!e1.ll1ita fu:rma m~ ~Jtce ñt: ~ mda;

IW&i.a ~ la vií@, !a.~~- ~:en rli:a, l'ne11ot as[ 2 ~nes de ;runwriicwnns Lie ''5 años de edM_ sufn::n rli:: ~ & A11:.~~ 'Jl i';:J

¡)WC\@J"'i"o arwjei-'mi""" &. ~ ;qwe e:;;le m'imeJ@ de

"""" ~%h"'U!~~:óa :i:iv.a tlef ~10 ~mal~~ ro.mo ~ ire:n:ri:2. de ~ ~Wrrtrm ~"$e$. Ew~t~~ f:S,[e de

:a ~lo rodo, es ~ re~-n que ·ros p;aciem:es &e AJ-

4!e ;;su2D~ -a ~j,¡;ye;r*

-alfisedes­""'''"'" fmn.ilitc"'O• 45:n llimlin~ ~..4lte,,

Eeis li:rk~ es, 13.n rememAmiiín schre !le;;: gr;¡wes ¡w100iaE t:J1&f:: }ta% &e; CB.~Un;:e j;a¡; f"Em·iliz'S di/! ~

dcl ~'tr.t ,je k$ ~.ta re;~· ruta

""I""'""""* ew~ r.::m im; ~ fr-ii1PA.ai,. ~&el efilh..-~~ de es::.os pa-

""'' a;~m""''"""""'*- t.a; ~a. TEP ~~a fila w;::::::::.:<le~g~Ln=o:ss nre.__~ ~. m~a l!l'SZ ~a ~<i'iclll!lJlci;a]l:;wrmo~·Wt:aiia~~~rym~

~<le! - -- Una--..~;¡. la - ... g!uoom . ~ a !la ~ de deterill!mS ~ ne severos (Foster et ~

ll!\lMI. •

--~·los-delm~·­~'m!~de~~~A~~ ~ llltall'll.m:~deb~~~wefib¡iiur­'DS..S:e11T.atade~~ de~ qw:: bm:im sm ~n. _,,,,1a-..1F.,,,.._2Sb!-Los--.. m~ ~,.,..... mra lkiM • ~ ~ ea rl g • a '~ , ~ placas ~ {F~ ~2'.$tj}. Cama~ oomtiene iCJl.l m. ~ ~ ~ ~ ~. m-~de.a ~~ B ~··~~se irdaciooa ,¡jifa l&!!l ¡te 'r::Gl1 Ja~ dd ~ ~~ Los ID.'IJIC:Sti~

---- ~-- li¡Jicos de la~- de -....... .. 1m-de~de-deO-.. ~ im ~:se m ~ Q 'ios cambios de _llll

~de~ dd ~ ~ ~ w:m. clave para la ~~de & Wí!...""1m es«wdioo

qm. ~ d1 rn ·+a ta :nñdro ·~ de :&~de~~se~:a~ ~~um.~ t:kb. ~ aew.r4!1 ;;;. «;ras ~ ¡¿¡"",¡,;¡"""" <ll1:dl ~de~~ sen ai:.-:act;e:r:::.~ de 1"' ~°"""°'' ~' "'ª"'"" '"" lht~de!A~~~~~~rot!a~

PSIDOLOGLA FíSJÜLOGJCA

I'-f¡¡i;;:rn 4-25 (:a) !..ocafu:acién de a r,:6cl\?C$ basal€$ dcl en...."éia!o ~ri.c-r y tlistribuciOO de los ~nteS cOOnergiccs. {b) Ovillos. (a} meurclilirilares "ristoo eu ttna sec-ti6n tran!';versal de la c.orte:za ce­mbra de t1:n:1l; miyc.r. Se­

C"Jtt la f1eclra.. de 1a corte:z.a

cerobntl de lm. ~ " (Fmogr~ cortesí<l d~ F.

(b)

(e)

Corteza cerebra!

"'.':$_ c;L:,,.,,._¡c:;:s~ Lc:s- ~,$_ w~· C::-y"L;¡;,, ~ice D:toiJ0: {79@3-f l!iDt'.Stre-

.~x~ ~ &$r:;J1jt~: 'l.' ~- '"~'"""'- m ¡¡:¡¡ e~ ci:·:.;izs de esti:li

Jo¡i~~- 2" o;~ !t€f tt t'.:::3 5.: ~;-~'?;~iv W..$]]cii6:.i:!iTE}-fOit: .::-:C;a-'7.:-,,."'\-

~' falG~~:E::~~;E:;,::a:~~~~~ ~ ~ ;:k;iz ~,{¡'.~de. J.!:De~ "'rnmMx"" '"'¡,¡"'83 :&.e ~:-ia.

"E::;;: ~m ~ ~~ !;.':'! fa:m:tw

-,,.J;.,,_a;¡ <le Jlme'.ma r,~ e< >!, l9f!'.l~ :¡¡,¡ em!ba:¡;@,, !>o §l<!o'"" h<-~a-rics 11'#X ~ fo ~~&e: e.v-i:&~>~=s s;i h;. g'.1\'81- ~ye-ria de t:Z!lt::a

;n~se:~~mLlfil de d~-Onw ]$$; lmb~~ ~ g ~<t IJl¡s_ mTI..""iti

~ 1 iíll!Sl, °"'" - - ~--'-'tÚSS ~ eadi:r-.-~!a<!e¡!l'-nt.:!.~ ~~ ~*-.P-~q=fz

t""*'m":"lacm""' md>!>l ~o-°""".._""'"'·­~,..,~~- ia.-~ -<Id-~""'.--.. " "dei'~ú · ·~rifmi ifd. ~ t;.r;;-.bi.émr $1e ~en d.~ de~ =~-.. :::,-~de.-...Wm!m-dclo<~ de •r? ~ SR~ me~~ 00~~ ~ ~-ms:e~

-.i.11------"'"""*ª°""~­.. ...,,.i. .. --•--<1,---n. """""""' - - ..,,.,-... podriu ~ "" d ~ d<I ~ u,~qnc~~a~qm:~~

--&a~ -- "'°""" - -<1-.. "............, ...-.. """"""'1-"'-·-*""---­!iP.Ia~m FCN~=ia """"'~!lela~ of<:~,ie~"°" !ld!i J W'*" (!9!!6J, u,,,_,_,_ Sle~~m1\$s.-~Jd.~~odeb.~.B

..,.,... .i. - ~ ..g;.re -~ ~ie.'l"!' lll""-~º "'""'""'·ll'mma« ;;.,& ~"""""' ""'""p;z l"""" <m Y ..-c1~ moilds dcl ~ ¡ietm&a ,,,~

,...c-i.o4-2.

PSfCOLOG!h F'!SJDLOG'._,/f

La investi-;;ación Bn ci:n:rg!a del s.is.t<Sma :nervioso a ,,.~:re-ce que el µresPJlle parezc--d el futcro. Hemos crecido ncost'!»nbr;vl:GS ;.i lix: tr;>.splant-;;cs de corazón, o;w.1:».;s de riik~n .. injertos de ¡::órnea y operaciones similares. Pero ¿qué- hay de lc-s tresplantes encefálicos? ~ periodistas pneqth'1.táTon lli<d vez a Christian ~-t".ard. eJ pr'"u--ner cirujano que trasplantó un cor-c:aón fmmaoo (en 1961), qué pensaba sobre un trasplante encefálico. El 2puntó radas las imponentes dificultades ~ie«s:: conexiones de axones. vasos sanguineos, Il!e-nrfos y todo lo demás. Entonces pareció retroceder ante la verdadera idea a1 advertir que tal operación seña llanada en realidad un trasplante de cuerpo. (Las ·~ciónes de Ias cabezas cambiadas en el ~L)

?occ atrás Ios trasplantes encéfalicos o de cuerpo eran m¡neria de Ja ciencia ficción. Sin ~. 1cs ifmi:>es de lo real se han extendido un pooo. 'ttlás. allá. con las demostraciones del aisla.üiento eritQSG de la ~~Hdad del e:."'lCéfalo de un chimpancé por- Whfte {1976}. Este investigador fue capaz de mantener un ~o a!Siado durante al menos uno o ck1$ d-tª ~i€: su conexión a máquió.as que Je .propor-cicmaban o:xígeno y nutrientes en la circulación.

De &nma más inmediata, acon1ecimientos rnenos ~ para humanos, pre"fumen de trabajos a menor escala, trasplantes d-e pequeñas porciones de eat::'o"iffalo como irtje-rtos. ¿Puede e?áf_aerse una parte del eni>0 Ialo de un animal y donarla a un segundo animal? ~~-a es particularmente 'Importante para Ja posible compensación de traStornos del encéfalo que ~ d~ncias de sustancias químicas espedficas generadas en ciertas regiones del

"'"''"'"" Este campo se ha desarrollado muy rápidame.nte. El trabajo e::coeritnental de Jos años ochenta muestra claramente que les trasplantes encefálicos son factibles Y q- ' tejido añadido llega a formar parte de los ~del encéfalo reCeptor (Sladek y Gash. 1984). De h.eciro estamos aunando esfuerros sistemáticos para r~ áreas degeneradas deJ encéfalo de ~mediante técnicas de injerto, como muestran ~ ejemplos de ra literaturci de investigación amma¡ gene:rat Estos estudios no sólo muestran que las~ células llegan a seT parte del «cableado» del ~ buesped: Jos trasplantes de encéfalo en· varias estudios animales pueden también corregir F..mciones- deterioradas prOducidas por lesiones

encefálicas. La investigación rnueF.ita que de 2lgú·n n)odo el tejido del encéfalo es ·11uc\-lo más fácil c.,' tn:wplant2r que muchos otros tl'jido;; corponJ-;,;;, ya que el tejido nervioso es hl.1:'.:nos probabie qut: s0a rechazado por la ección del sistema inmunológico

La :maye-ria de los estudios de trasplantes ei¡cefálicos han irnplic2cio la inserción de una pequeña parte de tejido dentro cie u11a cavidad del Encé.falo, como el ventrículo o la superficie del cerebro. El tejido donante proviene de encéfalos de embriones o f<;;.-tos an:nw!es, Algunas técnicas de tra.splante más recientes ha.'1 irnpLlcado la ü1yección de células nerviosas er:rJJrionarias dlsociadas, en las regiones encefálicas m.ás profundas. Esta técnica de ínyección implica. UJ>a suspensión de cé!UJas flotando en una solución después de Ja 'interrupción de sus conexiones por medios mecánicas o químicos (Bj6rklund y Stenevi, 1984). La Fígura de Cuadro 4~2 muesi:ra la secuencia de pasos irnpiicados e-n l.a iécnica de suspensión celular.

En un nlli--nero notable de experimentos se ba visto J;:, recuperación f"<.mcional que se produce tras los trasplantes encefálicos. Uno de tales experimentos con ratas examinó el impacto de un trasplante encefálico en la realización de una tarea de laberinto en T que implicaba una alternancia espacial. Después de lesionar la corteza cerebral frontal, las ratas ejecutaban pobremente esta tarea. Sin embargo. se restauraba su ejecución cuando se les trasplantaba tejido cortical frontal de animaies fetales en sus regiones frontales (Labbe, Firl. Mufson y Stein, 1983). Las compens;)cíones de los déficit motores ha sido un tipo común de test empleado para fundamentar las ventajas funcionales de los trasplantes encefálicos . Algunos de estoz tcs:s pretcndet: ha·:::er un :cnod<2.:lo d.e la enfermedad d.e Parkirisorr, ur;. trastorno ir::capacitante encefálico que implica la destrucción de células en un área del tronco encefálico {la sustancia negra}. Estas células contienen una sustancia qu.fmica ---dopamina­que es importante para el funcionamiento apropiado de los circuitos encefálicos que controlan el movimiento. Como paso inicial en la producción de un modelo en roedores de la enfermedad de Parkinson, se destruye la sustancia negra de un lado del tronco encefálico. Esta operación lleva una reducción en el nivel de dopamina similar al observado en los pacientes con enfennedad de Parkinson. Los trastornos motores producidos por es!a operación

de tmstomos nuc nro<lucen matCJ.tdos cictc;icro:, cognitivos. En Jos -Es1adrni ·unidos· aproxiiTiad~ente 3,6 niños de cada 1.000 entre las edades d.e 5 y 17 años tienen nive!es de CI por debajo de 50.

~--- · En esta 'i't:cción discutiremos algunos ejempios reJ1_.1cionado:- con estados coillrol:-idos gcnétkZmcntc y con las- con<licioncs ma!t:rna!cs pre nat<des.

-roración ¿:a cuerpo y a-simetrias postural_es.

""""'""'" díe mtert= de sust.mcia negra obtenidos ¡; cre fle'Va a la :-ecu¡..>eración de loo : } ~~es y a un~ del nivel encefáhco ~ Ge ~ ~rldmid et al .• IOO_L ?age y Bjórklund, ~ t~; ~ et al.. D.979}. Tipos suntbres de _ f de~ negra mm ayudado también a 'fi Ja de~ motores que se dan en Tu ~ 21., 1983} Esto ha originado la ~ encefalicos pueden

is Los e}empfos cie estados controlados genéticamente que producen trastornos f3 del desarroílo se centran en las acciones de genes rnutantes y anomalías

cromosómicas.

A-.cci6nes de- genes rnutantes Muchos trastornos metabólicos .afectan pno(o<ndaoiee<!e el dcS-'.iTro1lo del encé· fakL /üg:mos de ellos, q_u~ están a h<ercncia reces)'J21 geee<ahneei' z;nrsecen pronto en la vida. En cstz rategoda tenemos de den

dilerent<es ilne!'ªY''"''º alteraciones en d metabolismo <le las pratei~ Caracteristicarnen!e, el defecto genCtíco consiste:

en la ausencia de un enzima que contro-ia algún paso bioqtúmico critico en la sfntesis o la de un producto corporal vital. Hay dos resultados principales de déficit cnzimáti!'.OS que pueden afectar a los estados- metabólicos y estnJC.turales del encéfalo: 1} ciertos compuestos alcan­zan rúve1es tóxicos y 2} los compuestos necesarios para funciones o estructuras oo son sintetizados.

Pondremos un ejemplo de la primera clase; se trata de la fenilce!onuria (FCU). un trastorno hereditario recesivo del metabolismo de las proteínas que anteriormente concluía comúnmente en retraso mental. Una de cada 50 perso­nas es un portador heterocigbtico. y uno de cada 10.000 nacimientos es una Yíctima afectada (homocigoto). El defecto básico es Ia ausencia de un enzima necesario para metabolizar Ja feni1alanina, un aminoácido presente en muchos alimentos. La lesión encef'alica producída por ia feni!cetonuria problablemente se debe a que hay un enorme exceso de fenilalanina. Las altas concentraciones de feniialanina en la sangre de los recién nacidos puede tener diversos orígenes y consecuencias. La FCU es un ejemplo de este tipo de trastornos, y las perspectivas más- recientes han sugerido un origen genético más complejo que cl considerado hasta ahora (Rowiey, 1984; Scriver y Oow, 1980).

Ei descubrimiento de la FCU señaló la primera vez que un error innato de metabolismo estaba asociado a retraso mental. Actualmente hay métodos de protección., requeridos por !a ley de los Estados Unidos y de muchos otros paises, que informan del nivel de fenilalanina en los niños a los pocos días · desp-u!s dcl nacimiento. Esto es importante ya que puede prevenirse el deterier. ro del encéfalo mediante la administración de dietas de bajo cpnteni<lo en fenifalanina. La evidencia reciente sugiere qhe el control dietC.tico de Ia fenilce· tonuria es crítico durante los primeros ;_ :os, especialmente antes de Jos dos · años, y que ta dieta puede relajarse durante la edad adulta. Sin embargo, los estudios recientes muestran que las madres con FCU condµctualmente nor­males tienen un alto porcentaje de hijos retrasados menlaJmenle. Esto puede estar relacionado con los ni.Veles de fenilaJanina de fa ma-drc, aunque el lratamicnlo dietético durante el embarazo no r~rccr:: reducir csios efectos fetales (Ko!odny y Cable, 1981).

DESAR.~Oz,ic :JEL SJSTE!vJA NERV.'o.s-o /_ LO ¡,}!.RGC DEL C!CLG .VITAL

El éxito.en el t/8.tar.o~íen.to de la fenik~:.'.ouurl2. e!icendió el er.¡~s:zsmo pz:ra Ia investígzcih:n :sobre el aJ;áJisis. y·posibk :nn::s;1ien~o de t:-r.1ch:;:s ;:-'." forn1zs de retra~ü rr'"nt.:l e _,n!rolaóo :·,o-:- los gf.:;nes que e;t !e;· :<rocesos-rnetabólk.os. Et ariB.\l.si~ cromosb:nico, las técrúc-2s Y Jcs rnodas de visua!izáción fetal son herramientt.s poderosa.z: qicc ;/oporcionanéo Lna mejor predicción y trata1niento cic es:t<: .tit:º <le trasio~~os.

Un extraordinario trastorno neuromg;co de herencra dominante -la ea­fermedad de Huntington.- se describe en el Cuadro 4--3.

Incluso en cl ambiente protegido de la ~atriz, d embrión Y el f?to ~~ son inmunes a ¡0 que está teniendo lugar en el cuerpo de la madre. Co_n~~oones maternas, como las infecciones víricas, exposíción a drogas Y malnutncio~ son ffiuy probablemente causantes de tr~stomos en el desarrollo tlcl fe-to. Co~s~dcr.:­mos ejemplos de trastornos que se derivan de dos de estas cond1c1ones.

Exposición a drogas durante e! embarazo

EJ amb . .:.nte maternal como un determinante 'del desarro!lo del encéfalo .ha originado recientemente un nuevo campo: la teratología conductnai (Tera~oio­gía es el estudio de las deformaciones, del grigo reras, ~{monstruo;1~ Quienes • trabajan en este campo están especialmente interesados en !os efectos conduc~ tuales patológicos de las drogas ingeridas duranre ~ embarazo. El fuerte uso de drogas activas ~nductu~l.mente en los años reclentes ha centrado la aten~ ción en su conexión con vanos trastornos del desarrollo.

PSICOW<.U1 FlSJOLOGiCA

Una vez durante los primeros años del siglo XIX, una muj8r que viv1a en Ja orina del lago Maracaibo en V2nezueJa, se vio afectada por una enfermedad que ha cfedado a muchos de sus más de 3.000 descendientes. Esta comunidad ha llegado a ser una parte hnportarne de una historia genética de detectives que se ha des:ve:ado a través del uso de observaciones interr,;3:cionales mezcl'adas con técnicas contemporáneas neurológicas y genéticas.

Para comenzar esta historia-es importante advertir i::l ·esquema genético que guia el crecin1iento y

de.oamd!o del encÉ{alo puede ser letal para rnuchos humanes, ya que determin<>; íntensmnente la Ocurrencia de trastornos particulares. Cientos de 2nfcrrn2d2des se han atribuido a deficiencias qenélic2s. f:;:¡ alqunos casos estos_ trastoinos aparecen pionto <:n !a vid;!; en ohos casos el tlcscnrollo terr:prano del encéíalo se da normalmente, pero de repente, dur;,i,nte la e-dad adulta, aparece un profundo trastorno del encéfalo con ~oco o ningún avl!'.c. En el ejemplo 01111erior, los descendientes de una persona aflígida están obsesionados por la perspectiva de sucumbir event11_il.lrnente ante un trastorno que ven desarrollado en un padre o en un pariente más-viejo. Uno de los más crueles de estos trastornos controlados genéücamente es la enfermedad de Huntington.

C.,eorge Huntíngton fue un joven médico cuya única publicación (en 1884} fue una descripción de una extraña aílicción motora de un familiar próximo. Observó correctamente que se tratab'a de un trastorno neurológico heredado que se transmitía de generación a generación. Hoy sabemos que está enfermedad se transmite por un gen dominante simple por lo que cada hijo de una victima tiene una probabilidad del 50'%- de desarrollar la enfermedad. Usualmente hace su :primera aparición entré Jos 30 y 45 anos de edad con lo que la mayorla de Jos enfermos ya han tenídc hijc- ' saber si en Ultima instancia sucurr:birían al tra,, __ .. ,). Desgraciadamente, es10 asegura la continuBdón de generadones de indivíduos afectados. a menos que- se pueda desarrollar alguna lécnica que pueda informar a los descendientes de )os pacientes sobr!2 su susceptibilidad genética a la en.fennedad.

La enfermedad de_Huntington se adviene al prmcipio en cambios conductuales muy sutiles: pequef..-as Si'tcudidas d~ !a cara y una cierta torpeza. La suiilidad se pierde rápidamente y pasa a ser una continua corriente de esp;:;.smos involuntarios que

afecta;;_ a todo el cue:po. Los movimientos sin objete, de lo$ ojos. movtm1entos espasmódicos de las piernas y el :r0torcimiento dei cuerpo hacen complicada la respiración y la 21imentación. Con bastante frecuencia

. se hact'i evidente ur1a profunda demencia; en un pequ<,f10 porc'entaje de pacientes, los cambios cognitivos son los signos más ten1pranos de Ja emergencia del tYastorno.

La marca neuroanatómica de l& enfermedad de Huntington es la d.sstrucci6n del núcleo coudado, un c0mposer1le escr:ciz<l de los sistern1's ccie';J;·«les que controlan el movimiento. Un cuadro rnuy iriSle, cuya comprensión eludió a Jos investigado.res dt<:,nte rr:;uchos años.

La primera perspectiva de identificar individuos de riesgo para la enfern1eldad de Huntin9ton Durgió cuando los j¡)··1e-stigadores comenzaron a e~rndiat el pueblo de pc-Bcadores de Venezuela en que se encontraban muchos pacientes. Los patrones de en<logamía en este pueblo aislado aseguraban que el caso simple que ,,pareció midalrriente lúO años atrás se hubiese multiplicado muchas veces y <:r.hora abarcase al menos l 00 casos actuales y varios miles con riesgo de enfermedad. Los investigadores han compilad O' '€íaboradas historias dei linaje de virtualmente todos los individos de este pueblo y obtuvieron muestras de piel y de sangre. Los datos de este grupo combinado:~ con Jos obtenidos de víctimas de la enfermedad de Huntington de !os Estados Unidos han llevado a algunos notables descubrimientos genéticos. Los científicos que trabajan con las herramientas analíticas más modernas de la genética bioqufmica han descubierto un marcador genético de esta enfermedad en la molécula deADN (Gusella et al., 1983; Folsteln et al., 1985). La identificación de este marcador permite estudios que posibilitarán Ja locaiizacíón del locus del gen que falta y las vías que conducen a Ja destrucción del encéfalo. El ·análisis mediante el marcador permite que Jos individuos suscep~ib1.es sean identificados antes de que enfermen. Claramente, esta identificación genética conlleva riesgos personales, pero también permite Ja perspectiva de ayudar a las personas a planificar mejor su futuro. Quizás las técnicas de ingeniería genética nos proporcionarán finalmente una inteivencíón adecuada para prevenir la expansión de esta horrible enfermedad.

".l~"ía ~ filesg-0 ri12 nffios: co:u m.drc!:!.1e &e D~ relaci.onado .et:t:t la 0".1.ad

e11nred:a~

:r~ <J:lre'. ~mt.1jeres

l:LSOO l:LOOG 1:300 l: 100 1:40

~te ruños como eibs ~ tacibi:n:ws '!f (ci.tado- en Abd. 1982). Por ahora, la verdad de esta cbservacián apoyada por ~estudies de ~ Los mños nacidos de madres akohóli­cas moesmtn un perfil distintivo de trastornos anatómicos. fisiológicos y ~ que hoy' se rococe cmno d «rindn:rrne akohólico feta:1» {Abe!. 19"; ~ y J.,_ 1981). Los impor=tes cii:d-Os anatómicos de la ~ :icta1 al akobol induyen cambios distintivos en las carac:tcrlsúcas iat:ia.ies{pm cjcmpio. pUaitc MSal ~forma alter...= de !a :::riz) y en. :bs cara!!'1!e1rktticas de los pUpados. Las deficiencias en el crecimiento intraute-­:rim""" pmi<u..,,,,.,,re eridenres debido a que los niños nacidos de mad= aioobólias ~ meoos altua y peso en el mcimiellto. Poéos de estos llliios se ~ en los años sipientcs al nacimiento (Coiangelo y Jones. 1'82}.. E. problema mas oomún asociado con cl síndrome akohólico fetal es el retrase ~ que puede variar en revuidad .abilque es una catacteristica ~e. No se ha esmbkcido aún un umbral de alcohol para este sindro­:me,, poro esta claro que puede da:rse ron wa ingesta rdañvamente modCrada de ak.obol dwante clamo dd embarazo. Además de.retraso mental. los niños ooo smGrome aloohólioo l':elal muestr.m otros signos nwrolbgioos. Se aprecian etn~ b.iperaa...~ :irñtabiidad. temblor y otros sintomas de inesta~ biiidad mol.ora.. Los investigadores timen 4.llle establecer si estos efectos están fii:mdamero!talmente -mediados por cl :akohol, sus mctaboJitos tóxicos o por los deci.m dcl akoho.t m la salud ~ .y nutricioµal de Ja madre. Otra ~~ es un decto de los lazos cin:::ulatofios entre i:a madre y el hijo. Este Simlit01lll!C ¡ruede ne sc:r dñsti.ntiwo dd akohol; cl emp!ro intenso de rnarihuana ~ ~ ~ dt:d:o Sk:niiar sobre d crecimiento y el desarrollo fetal lflinll""t et al, 19112).

Aihora wmoo a m~ ofrecec ~te !as investigaciones sobre el &tsarrollo del enmalo ;a le la..-gn de dos ~tas de "tiempo enormemente ~ llas ~"!!~de ~te de Wl individuo y los millones. de

rn: L.,.;,. .• ,/

años ie e.volución. Podemos em])lear la z.;1alogia de las conrribnciones distin­tas, pero igualmente esenciales: de. un arquitecco y de un carpintero en- la construcción de una casa. El arquitecto, z.1 preparar los planos, ape!a a una ia.rga historia.,.de conodmiento hum.ano sobre las estructuras que satisfacen las necesidades bás:icaS humanas.: descanso, trabajo, recreo, al¡mentación, cuidado de los niños, etc. La estructura debe ser confortable, segura y suficiente, y debe

- concordar con las inclinaciones de la comunidad. El carpintero tiene que emplear estos planos para construir la casa., traduciendo la información bidi­mensionai dada en ei proyecto en una estructura tridimensional En cierto nUmero de ocasiones durante el proceso de e-0nstrucción, serán necesarios el juicio y la ínterpretación del carpintero. Así, doS casas construidas por diferen~ tes carpinteros a partir de los mismos proyectos no serán idénticas. Otra razón para w· diferencias_ en las casas es que los materiales disponibles para slls construcciones pueden no ser exactamente los mismos. El arquitecto intenta

, prever algunos de tos problemas de construcción e incluir factores de scguri· dad en loS planos, así que pequeñas desviaciones o errores no deteriorarán seriamente la seguridad o utilidad de la construcción acabada.

_ No somos Jos primeros en utilizar esta ·ana!cgía. Una inteligencia anónima señaló qne U'} bebé es el objeto más complica.do de construir por un trabaja­dor no especializado. Y e! científico psicólogo de la· información J. C. R. Licklider caracterizó a Dios como un gran arquitecto pero un trabajador descuidado.

Los pianos para Ja construcción del' encéfalo tienen ciertas caracte.rísticas que debemos señalar y comentar.

i.·, Los pb'nos nuevos nunca comienzan de la nada, Evidentemente, los planos más antigu.os sen reutilizados y modificados para ajustarse a situaciones especificas. """""

2. No todos los detalles están especificados. Parte del programa está implícito en la lista de materiales y métodos de construcción. Los planos serian desesperanzadoramente complejos y voluminosos si tu· viese que especificarse cada detalle.

3. Se realizan concesiones para la interacción entre los materiales y el ambiente. Un arquitecto sabe cómo se desgastarán ciertos guijarros en un dima dado para producir una apariencia deseada o cómo la planta~ ción de un jardín estabilizará el suelo y embellecerá la ubicación de Ja casa Así. también. los planos genéticos para et encéfalo toman ventaja de la_ información provista por el ambiente. Estos planes tienen en cu:nta la interacción entre.el organismo en desarrollo y su ambiente.

La reutilización y la modificación sucesivas de los planos genéticos signifi­can que las etapas embriológicas de desarrollo de todos Jos vertebrados son similares. Los tubos ncurales tempranos de los: embriones de una rana, una rata o una persona se parecen mucho. Además, las divisiones básicas del encéfalo son las mismas en todas estas formas. Sin embargo, la estructura global ha sido aumentada de escala en los mamíferos., y especialmente en los primates, y algunas partes han sido ampliadas en relación con otras.

El código gen~tico no parece tener cabida para toda la información nece­saria para especificar el diagrama de conex¡ones completo para e.a.da parte del -sistema nervioso. Consigue cierta economía mediante la , aplicación de la

DE.~JlRROLlC DEL S!S'I'i.NJA NERVIOSC /¡ !..O l.~.~:.;:J lH.:L CJCLü V11'/'J, lSS

misma info-;maci&D. a mu~has p2.ft~;s · <listiEtas de !a G.Str..Jci.ur~. Asi. d "'' smo gen puede especifü.:::u as;1ectos de lo!: circtoitos neura.les en Jifrre.ntes :\:;:-cs.s dd encéfuk:l. Ct:élqs.ier r:lEt.ación del ¡ten puede pro<Juó:r además u.na dfarhe;Ccéo ariormcl de iieurc::;as en !;;, cc::i.eza cerebdos.."t y en la ccf1.e:r:z Tam~

bién, ciertas hormonas c;;,t.frn;;lan el cri::chniemo de las cone:::oces neurai:::s e través def siSTerr.a nervios.e, como '-'t:tf:mos en d Capitulo 7. Y finos de:l estabkcimicntü de cc-nexiomos ¡n¡recen no estar ";;,cific~doo, que si:mpíeme:2~ ;,on trabajaOos kx.:aimei!te.

La econorriJ:a de las instrucciones genéticEs y !a adapt2óón a las cir;:;uns­tancia.s indivfduales se fo-gran contando con que el ambiente suminis!ra;á cierta información nro-?Saria para d d¡;sarrollo. Cad:i. especie ha evolucionado eri rdzci6n a un nich.o ecológico p-anicular, y su progran:rn de des2!Tollo utiHza ei amb~eJ:t<-e cc,mt! t2na f11.cntc ;:k". i.nforma<:f6r1 'J z·:;1in:uhció;1. Afi, .,:>úr ejempfu, la :rr.-ayoria de- los '.tCrtebradc-s están expuestos 2 patrones de estimu~ !ación VÚ<l.l<ii de forrr,,a temprD.na después dcl nacimiento. Con el tiempo ó.e e-r,p-os..tciúu., ci p-ízn básico dd sistc1na visual se deja. de !a<lc. Pero fa informaM ción de !1'..s- con-e:úoucs detallad.as y d rnantenimtenro de los circiútos visuales

del ambiente, La coordí.rrn.ci6n ¡:;redsa de los inputs de los Jos un fine '1.juste dd sistema. (kmasia<las variables c:n la

estrucinra de loo o.ics que s.criEn costosas de especificar geneticamente para proporciortE.r u.n perfecto ajuste de- fas dos imágenes rcti­nales. El programa de los genes ha negado hasta nosp.lros a travCs de millones de años de pruebas de en:<a}'o y error, pero cstn !i.i.:nc sus límites, De este modo, son necesarios cier1os ajustes antes de que d individuo comlence una operación,. como hablar. Pequen.os desajustes de las dos im2.genes retinales pueden compensarse con un <(reajuste» menor de las ·OOnexiones visuales cent.~. Pero si d des.ajuste entre los dos ojos es demasiado grande, como cuando los ojos están cruzados;. entonces habitualmente se suprime el input de un ojo. De este m-0do se evita !.a visión doble. La cápacidad de aprender de nuestro ambiente y de nuestra experiencia nas capacita para ajustarnos a ambientes y esn1os de vida particulares. (Los Capítulos 16 y 17 consideracin los mecanismos bioiógjcos dei aprendizaje y la .memoria.)

Ahora podemos ver que Ios C2.lendarios a corto y a !argo plazo proporcio­nan perspectivas compkmentarias del desa.rroifu-. dcl sistema ~oso y la conducta. Apelaremos a ambas perspectivas para aclarar !as relaciones entre encéfalo y la conducta en muchas áreas de la ps-icologia fisiológica.

Resumen • Aspectos fundamentales

1. Los accmtecimiemos en;brio!ógicos tcmp:il.noS. e.'l Ja formación di:l sis-!ema r.,rvioso implican .:.-.a secuencia in­trinsecamente progral!lada de procesos cel:ufares:: a] produc­ción de células nerviosas (pro!iferación cclu!ar). b} desplaza­mh:-nto de c6lu!as. lejos de !a.s regiones de división mitót[ca (migración celular, e} adquisición po:r parte de las i:é!ulas nerviosas, de fonnas dis:ín1ivas (diferenciación celular) y d) pérdida de .algunas células {muerte cel_ular}.

¿. 1.os cawbios fetales y ¡>oslra!;i/es dd enci-fa!o impfí­canº la mielinizac.ión de lo~ 2-1t0'1t:' y cl de.~arrol!o ·de las deru:fri;::s y las si'IB~ls !'.trtw_ue rr.·>cii;;:; neunm,.s ya est:in

en d nactmient<l, la del des-t.nollo de

neuroespcc'.ftci<la<l '"" 1~ •~cría que iltdica que Ja fonnadór. Ce- las: ,¡a.; ntuqJes y fa. :.irmpsis siguen un plan innatc que- especifica las rebciones preci:as entre lo~ axones

15G F~ICOLOG!A FrSIQJ,OGJCA

ttl crcómícnto y las &iulas ::ana par1icufores. La ~xtens16n t~l c.sc;in determinadas e:c~t'ciHncnte las conexiones

es ;r;ateria habltua! de conlr-ov,;nia. Entre ios muchos determinanil':s del desarrollo del

encifdc c,;tfa~ a) !a íníormaciün gefli·tica, 1os facrCre.; de crt;;irr.icn-fe, C-Omo Jos faO(OrCS dt. ni:rvfoso, y cr Ja llLllíÍCÍÓ¡¡.

5. Li expericnc";a afecta al crecimiento y e! desarrnilo dci sistema ricrvió~o. EstO se observ;, mediante experirnen· tos en que !os :mima!es sufren privación sensoria! durante per"1odos L~útícos :cmpranos de su desarrollo. Los resultados iw!ican qnc b e~rcricnda puede iridm:ir y niodu!nr b for. nrnci6n tk sinapis y puede t¡¡¡nbiCn nmnienedas.

6. El ~nc¿fo1o continúa c~mbilindo a lo !argo de !a vida. La edad madun:. conlleva pérdida de neuronas y cone­xiones sinápticas en a!gunns regiones de! encéfalo. En a!gu. n-;,s personas !os camhios son más severos que en otras, y

Lecturas recomendadas

Greenough, W. T., y Juraska, .J. M. (Eds.j (1986}. Develop­mental neuropsyd1obiology. Orlando, Fla.: Academic Press.

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Jaco?son, M. (1978). Devefopmenral neurobiology. New York: Plenum.

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los cambior. patdógico:s se é~'Z.rl en I~. condicib11 c;:¡nocid;, como enfermed~é de Alzheimer o demencia sc:1i!.

7. Pueden C:1.-sc varios tioos óe dnurolios anómalos del encéfalo corrv eonsec·c,enciH de t~'.t$(ornos controlado~ genéticamente .. -Ai¡;:;.;nos son j_¡;,·;;ornos ~le:ab6Jicc.~. como la feni!cetonr.tria (FCU), e impiic:rn un~ inc;;pacidad corpo· ral para sintetizu 1m eU"úma ¡;1artic11\ar. Otros trastornos hered.i!arios, comü Ja enfermedad de Buntington, aparecen ~ólo en Ja edad aduHa. Cada defecto est;i gobernado proba· blemente por lln $O]o -gen.

8. Algunas formas de retraso mental, como el síndrome de Down. i.:slfm rchdo!l:td:rn con lr:is!onms cu !os c-r1>mnso· mas, en esle caso part'icu!ar un número excesivo de ellos.

9. Los deterí1'.lros de! dcsarroilo ict;;J que J!evan a! re· <raso mental pueden deberse a drogas, como d alcohol o la marihuana, si són empleadas durante el embarazo.

Lund, R. D. (1978). Developmem and p!csticity of rhe brain. New York: Oxford University Pre-ss.

Purves, D., y Lichtman, J. \1/. (1985), I'rindp!cs of l!l;ura/ developmef!I. Sunderland, Mass.: Si112uer.

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