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“Neurociencia Durante el Periodo Prenatal. Pilar del Cerebro Adulto”
Luis G. Aguayo, Ph.D.Profesor de Fisiología
Universidad de Concepción
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SUB-CELULAR
SINAPSIS
NEURONA
TEJIDO NEURAL
REGIONES Y CIRCUTOS
CONDUCTA
CULTURA Y EDUCACION
NO EXISTEN RELACIONES CAUSALES DIRECTAS EXCLUSIVAS
BASES BIOLOGICAS DE LA CONDUCTA
1. Relevos sinápticos
2. Vías paralelas
3. Organización somatotópica
4. Orden jerárquico
5. Ruido cerebral
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Areas funcionales de la corteza cerebral
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PET (positron emission tomography) scanPET (positron emission tomography) scan
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Circuito de las emociones
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Circuito para establecer memorias de largo plazo
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Sistema interno de regulación actividad cerebral
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Golgi Stain
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La sinapsis
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DESARROLLO PRENATAL
Desde concepción al nacimiento
Controlado por genes
Modulado por factores ambientales: dieta, enfermedades, drogas
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n 13-20 2 a 3 cpas
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Formación del cerebro
Desarrollo cerebral embrionico ocurre rápidamente
Dentro del primer mes, el cerebro esta emergiendo y el embrión esta formando sus partes, desde la medula espinal al cerebro. El cerebro se esta separando en anterior, medio y posterior.
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5 a 6 semanas
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5 a 6 semanas
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5 a 6 semanas
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El cerebro de un feto
Regiones que regulan funciones básicas como respiración y alimentación maduran más temprano que otras que controlan funciones más sofisticadas como lenguaje o razonamiento.
Aun después de 9 meses de desarrollo la corteza no a terminado su desarrollo.
Desarrollo después de nacimiento es tan dramático como antes.
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Nacimiento y crecimiento de neuronas
Neurogenesis ocurre primariamente de 7 a 18 semanas de gestación
A los 4 meses las neuronas están definidas y sobreviven hasta la vejez
Sinaptogenesis ocurre alrededor de 0-2 años.
83% de las conexiones ocurren después del nacimiento.
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Telencéfalo: crecimiento en forma de C
Corteza: Pliegues
9 meses
5 meses
7 semanas
14 semanas
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9 meses
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9 meses
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9 meses
Medulla
CerebroPosterior Pons
Cerebellum
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Controla respiración, digestión, circulación, & control motor fino
9 meses
Bulbo raquídeoPuenteCerebelo
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Cerebro medio
9 meses
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Procesamiento básico visual y auditivo
9 meses
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Tálamo
Hipotálamo
Diencéfalo
9 meses
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9 mesesEstación de relevo sensorial
Intersección del SNC y sistema endocrino
Diencephalon
Tálamo
Hipotálamo
Diencéfalo
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9 meses
Telencéfalo
2 hemisferios Cerebrales
Forma un capa sobre estructuras profundas
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9 meses
Vista de cross-sección
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Hemisferios cerebrales
9 meses
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9 meses
Hemisferios cerebrales
Tálamo
Hipotálamo
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9 meses Conexiones entre telencéfalo y otras estructuras
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9 meses
Cuerpo calloso
Capsula interna
Conexiones entre telencéfalo y otras estructuras
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9 meses
Hippocampus
Telencephalon
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9 meses
Hipocampo
Telencéfalo
Formación de memoria a largo plazo
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9 meses
Hipocampo
Corteza
Capa delgada de células que cubre los hemisferios
Telencéfalo
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Corteza Procesamiento visual de alto orden
Corteza visual
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Procesamiento visual-auditivoRecepción de lenguaje
Corteza visual
Corteza temporal
Corteza
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Integracion sensorialProcesamiento visuo-motor
Corteza visual
Corteza temporal
Corteza parietal
Corteza
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Cognición de alto nivel Control motor
Expresión de lenguaje
Corteza visual
Corteza temporal
Corteza parietal
Corteza frontal
Corteza
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Desarrollo Cortical
Inicio prenatal
Continua hasta adolescencia tardía
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sion de 2 genes mitiva. ripcion. oteinas
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Patologías asociadas a retardo mental
Tay Sachs: Aumento excesivo de gangliosido GM2. Déficit en beta-hexosaminidase A. Fenilcetonuria. Aumento en fenilalanina. Déficit en fenilalanina hidroxilasa. Síndrome de Down. Triplicación del cromosoma 21. Alteración sináptica. Proteína Beta Amiloide aumentada. Superoxido dismutasa (sinapsis, ALS). Síndrome alcoholismo fetal. Microcefalia.
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8 estados del desarrollo embrionico y fetal
1. Proliferación2. Migration3. Diferenciación4. Crecimiento axonal5. Crecimiento dendrítico6. Sinaptogénesis7. Mielinización8. Muerte Neuronal
Los estados son secuénciales en una neurona, pero todas ocurren simultáneamente a través del desarrollo.
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1. Mitosis 2. Migration 3. Aggregation and 4. Differentiation
5. Synaptogenesis 6. Death 7. Rearrangement
8. Myelination
Desarrollo a nivel celular
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Mielinizacion tiene una larga duración
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Critical Periods
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Estados de Desarrollo del Sistema Nervioso Central e n Humanos
Inducción dorsa l,fo rmación tubo neural
3-4 semanas Esp ina bifidaCraneo b ífido
Inducción ventralCraneo, facial
5-6 semanas Holoprosencefalía. Falla en fo rmaciónde vesiculas telencefalicas.
Actividad proliferativa 8-16 semanas Microencefalía. Injuria química,infección
Migración (neuronas-espongioblastos
12-20 semanas Heterotopia. Colección de neuronas enáreas ectop icas. Microgirias.
Diferenciación (neuronas-glias)
6 meses-madurez Aprendizaje inapropiado. Retardomenta l.
Mielinización 0-2 años4 meses-18 años
Leucodistrofias, fenilketonuria,desnutrición.
Inducción dorsa l,fo rmación tubo neural
3-4 semanas Esp ina bifidaCraneo b ífido
Inducción ventralCraneo, facial
5-6 semanas Holoprosencefalía. Falla en fo rmaciónde vesiculas telencefalicas.
Actividad proliferativa 8-16 semanas Microencefalía. Injuria química,infección
Migración (neuronas-espongioblastos
12-20 semanas Heterotopia. Colección de neuronas enáreas ectop icas. Microgirias.
Diferenciación (neuronas-glias)
6 meses-madurez Aprendizaje inapropiado. Retardomenta l.
Mielinización 0-2 años4 meses-18 años
Leucodistrofias, fenilketonuria,desnutrición.
Inducción dorsa l,fo rmación tubo neuralInducción dorsa l,fo rmación tubo neural
3-4 semanas3-4 semanas Esp ina bifidaCraneo b ífidoEsp ina bifidaCraneo b ífido
Inducción ventralCraneo, facialInducción ventralCraneo, facial
5-6 semanas5-6 semanas Holoprosencefalía. Falla en fo rmaciónde vesiculas telencefalicas.Holoprosencefalía. Falla en fo rmaciónde vesiculas telencefalicas.
Actividad proliferativaActividad proliferativa 8-16 semanas8-16 semanas Microencefalía. Injuria química,infecciónMicroencefalía. Injuria química,infección
Migración (neuronas-espongioblastosMigración (neuronas-espongioblastos
12-20 semanas12-20 semanas Heterotopia. Colección de neuronas enáreas ectop icas. Microgirias.Heterotopia. Colección de neuronas enáreas ectop icas. Microgirias.
Diferenciación (neuronas-glias)Diferenciación (neuronas-glias)
6 meses-madurez6 meses-madurez Aprendizaje inapropiado. Retardomenta l.Aprendizaje inapropiado. Retardomenta l.
MielinizaciónMielinización 0-2 años4 meses-18 años0-2 años4 meses-18 años
Leucodistrofias, fenilketonuria,desnutrición. Leucodistrofias, fenilketonuria,desnutrición.
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Obtención del cableado correcto
Rol de la NaturalezaPrimera fase controlado por los genes
Rol de la experienciaPoda sináptica. Sobrevivencia de la vía mas activa.Muy activa hasta 2 años. Luego hay remodelación
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Long term effects of potential insults during development
From McEwen 1994
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The hippocampus is a target for adrenal steroids. It contains two types of intracellular receptors that regulate gene expression. The mineralocorticoid receptor (MR) is a high affinity receptor that recognizes levels of glucocorticoids that occur during the diurnal rhythm. The glucocorticoid receptor (GR) has somewhat lower affinity than MR and it responds to stress levels of glucocorticoids.
6. MR is found in high concentrations in neurons in the hippocampus and in small groups of cells in other parts of the brain. There is also a lower level of expression of MR in many other cells throughout the brain. In contrast, GR is found in many cells -both neurons and glia - throughout the nervous system.
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Besides suppressing neurogenesis, 21d of daily restraint stress reduces branching and total length of apical dendrites of CA3 neurons. Note that the basal dendritic tree is not altered by repeated restraint stress. Repeated stress has also been reported to decrease the length and branching of dentate gyrus granule neurons and CA1 pyramidal neurons. Dendritic remodeling is also produced by daily exposure to elevated corticosterone. Both stress- and glucocorticoid-induced remodeling are reversible.Although glucocorticoids are able to mimic the effects of repeated stress on remodeling of dendrites, glucocorticoids are not acting alone. Excitatory amino acids play a major role in structural plasticity, and they may be responsible for suppressing neurogenesis in the dentate gyrus as well as participating in the remodeling of dendrites.
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Repeated psychosocial stress for 28d causes remodeling of dendrites of CA3 neurons, very much like that found after repeated restraint stress and also that seen in dominant and subordinate rats in the VBS studies described earlier. Unfortunately, we do not know what happens to the dendritic remodeling in the dominant tree shrews! The remodeling of CA3 dendrites can be prevented by daily treatment of intruder tree shrews with phenytoin (Magarinos et al., 1996).As also shown in this slide, chronic psychosocial stress also causes reduced neurogenesis in the dentate gyrus (Gould et al., 1997).The effects of psychosocial stress to suppress neurogenesis can be prevented by daily treatment with the antidepressant, tianeptine. Other antidepressants have been reported to increase neurogenesis in the dentate gyrus, but so far the recent study by Czeh et.al. (Czeh et al., 2001) Is the only one to uses an antidepressant to counteract the effects of an ongoing stress. Tree shrews show behavioral alterations - anhedonia and reduced exploratory activity - that are prevented by treatment with antidepressants. Therefore these results have some relevance to what antidepressant may be doing in depressive illness.
AC-USNC
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Rabia y agresión
Agresión predatoria: habitualmente es un ataque contra una especie distinta, cuyo objetivo es obtener alimentación para subsistir. Se caracteriza por una escasa vocalización y una actividad reducida del sistema nervioso simpático. Esta agresión estáorientada a la cabeza y el cuello.Agresión afectiva: existe una actividad mas alta del sistema nervioso simpático, la que va acompañada de vocalizaciones y cambios posturales frecuentes. Este tipo de agresión no está destinada a matar al oponente.
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SintesisTryptophan Tryptophan
Hydroxylase 5-Hydroxytrophan (5-HTP)
Amino AcidDecarboxylase5-Hydroxytryptamine (5-HT)
Metabolismo5-HT 5-HIAAMonoamine
Oxidase
5-HIAA: 5-Hydroxy indole amine acid
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Desarrollo del sistema visual Estructura adulta
Ojo/retina
Tálamo
Corteza
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Características estructurales1. Columnas de dominancia ocular
2. Estructura laminar en tálamo
Cada región adopta su propia área en la corteza
visual
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Hubel & Weisel
Gatos con deprivación binocular No hay anormalidad en la retina o tálamoProfunda anormalidad en corteza visualProducción de proteínas disminuida, dendritas mas cortas y menor numero, 70% sinapsis. Solo observado en desarrollo temprano, persiste en adultos Deprivación en 1 ojo durante desarrollo tempranoVisión esta alterada, después de restauración
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Ojo/retina
Talámo
Corteza
Resultado de deprivación monocular
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Sale et al., 2007
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ConclusionesDesarrollo depende de genes y medio ambienteDesarrollo ocurre desde etapas tempranas, 30 añosExisten etapas criticas y sensibles. SecuencialesFunciones básicas se desarrollan primeroAlteraciones en el desarrollo: Retardo mentalEstablecimiento de cableado duro, seguido de remodelación Estrés crónico afecta la maduración neuronal Existen ventanas de maduración delimitadas en el tiempoExistencia de enorme capacidad para plasticidad cerebralEstadios prenatales determina bases del cerebro.
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Fin