ALGUNOS ASPECTOS DESCRIPTIVOS DEL ALGUNOS ASPECTOS DESCRIPTIVOS DEL DESARROLLO DEL CEREBRO HUMANO.DESARROLLO DEL CEREBRO HUMANO.

“TEORÍA DE LA RECAPITULACIÓN”

• La teoría de la “Recapitulación”, La teoría de la “Recapitulación”, fué propuesta por por el fué propuesta por por el zoologo zoologo alemán Ernst Haeckel (1866).alemán Ernst Haeckel (1866).

• Haeckel fué contemporáneo de Haeckel fué contemporáneo de Darwin y Darwin y seguidor de la teoría de seguidor de la teoría de la evolución.la evolución.

• Como un intento para desarrollar Como un intento para desarrollar la teoría de la evolución, a partir la teoría de la evolución, a partir de la de la observación de embriones observación de embriones de diferentes especies.de diferentes especies.

• Haeckel propuso que Haeckel propuso que los los organismos repiten o organismos repiten o “recapitulan” la historia evolutiva “recapitulan” la historia evolutiva de la especie, durante su de la especie, durante su desarrollo embrionario.desarrollo embrionario.

CURSO TEMPORAL DE EVENTOS CRÍTICOS CURSO TEMPORAL DE EVENTOS CRÍTICOS EN EL DESARROLLO DEL CEREBRO EN EL DESARROLLO DEL CEREBRO

HUMANOHUMANO

FORMACIÓN DE LA PLACA Y EL TUBO FORMACIÓN DE LA PLACA Y EL TUBO NEURALNEURAL

El desarrollo de todo el organismo, se genera a partir El desarrollo de todo el organismo, se genera a partir de una sola célula “totipotencialde una sola célula “totipotencial”: el cigote.”: el cigote.

Hacia la tercera semana de gestación, el disco Hacia la tercera semana de gestación, el disco embrionario embrionario bilaminar,bilaminar, se transforma en se transforma en trilaminar,trilaminar, lo lo cual da origen a la fase de cual da origen a la fase de “gastrula”.“gastrula”.

Durante esta fase, se produce el engrozamiento del Durante esta fase, se produce el engrozamiento del ectodermo, para formar la ectodermo, para formar la “placa neural”.“placa neural”.

Este proceso tiene lugar mediante Este proceso tiene lugar mediante “señales de “señales de inducción”, inducción”, procedentes del mesodermo.procedentes del mesodermo.

ETAPAS EN LA FORMACIÓN DE LA ETAPAS EN LA FORMACIÓN DE LA PLACA Y EL TUBO NEURALPLACA Y EL TUBO NEURAL

La formación de la La formación de la “placa “placa neural”, neural”, se induce desde el se induce desde el mesodermo embrionario.mesodermo embrionario.

A lo largo de la placa neural, se A lo largo de la placa neural, se forma el forma el “surco neural”.“surco neural”.

Los pliegues laterales Los pliegues laterales eventualmente se fusionan eventualmente se fusionan dorsalmente, dando lugar al dorsalmente, dando lugar al “tubo neural”.“tubo neural”.

Permanecen temporalmente Permanecen temporalmente dos aperturas: los dos aperturas: los “neuroporos”,“neuroporos”, caudal y caudal y cefálico.cefálico.

El cierre de estos dos orificios, El cierre de estos dos orificios, se produce se produce al final de la cuarta al final de la cuarta semana de gestación.semana de gestación.

TUBO NEURALTUBO NEURAL

Fotografía de Fotografía de microscopio microscopio electrónico, en la cual electrónico, en la cual se muestra se muestra el tubo el tubo neural.neural.

El El notocordio,notocordio, sitio sitio desde el cual se desde el cual se induceinduce la la placa neuralplaca neural, se , se observa debajo.observa debajo.

Las paredes del Las paredes del tubo tubo neural,neural, muestran las muestran las estructuras celulares en estructuras celulares en formación.formación.

TUBO NEURALNOTOCORDIO

FORMACIÓN DEL TUBO NEURALFORMACIÓN DEL TUBO NEURAL

Fotografías de Fotografías de embriones al inicio de la embriones al inicio de la 4° semana de gestación.4° semana de gestación.

En A. En A. El surco neural es El surco neural es profundo y está abierto profundo y está abierto e toda su extensión.e toda su extensión.

En B. En B. Ya está formado el Ya está formado el tubo neuronal, pero está tubo neuronal, pero está ampliamete abierto en ampliamete abierto en los extremos cefálico y los extremos cefálico y caudal caudal (neuroporos).(neuroporos).

A. B.

ESTADIOS DE LA NEUROGÉNESISESTADIOS DE LA NEUROGÉNESIS(Brown et al, 1991)(Brown et al, 1991)

1.1. Génesis de la células nerviosas: Génesis de la células nerviosas: proliferación, especificación y migración.proliferación, especificación y migración.

2.2. Establecimiento de conexiones: Establecimiento de conexiones: crecimiento de axones, crecimiento de crecimiento de axones, crecimiento de dendritas, formación de sinápsis dendritas, formación de sinápsis (“sinaptogénesis”).(“sinaptogénesis”).

3.3. Modificación de conexiones: Modificación de conexiones: muerte celular programada (“apoptosis”), muerte celular programada (“apoptosis”), “poda sináptica”, reorganización de “poda sináptica”, reorganización de conexiones.conexiones.

4.4. Plasticidad en el adulto: Plasticidad en el adulto: procesos de aprendizaje y regeneración procesos de aprendizaje y regeneración

FORMACIÓN DE LOS HEMISFERIOS FORMACIÓN DE LOS HEMISFERIOS CEREBRALESCEREBRALES

Fotografía de un corte transversal a través Fotografía de un corte transversal a través del dienscéfalo y las del dienscéfalo y las vesículas cerebralesvesículas cerebrales, en embrión humano de , en embrión humano de 50 días (7 50 días (7 semanas) semanas) aproximádamente. aproximádamente.

ESQUEMA DE LAS “VESÍCULAS ESQUEMA DE LAS “VESÍCULAS CEREBRALES” CEREBRALES”

La formación de las vesículas cerebrales, tiene lugar durante La formación de las vesículas cerebrales, tiene lugar durante la la cuarta y quinta semana de gestación. cuarta y quinta semana de gestación. El El prosencéfalo prosencéfalo y el y el rombencéfalorombencéfalo se dividen cada una en dos, para formar las se dividen cada una en dos, para formar las cinco vesículas.cinco vesículas.

ETAPA DE LAS “VESÍCULAS ETAPA DE LAS “VESÍCULAS CEREBRALES II”CEREBRALES II”

CRECIMIENTO DE LOS HEMISFERIOS CRECIMIENTO DE LOS HEMISFERIOS CEREBRALESCEREBRALES

A.A. Superficie dorsal del cerebro Superficie dorsal del cerebro anterior, que muestra el techo anterior, que muestra el techo ependimal, desplazandose en ependimal, desplazandose en dirección dorso-medial dirección dorso-medial (flechas.)(flechas.)

B.B. Los hemisferios crecen a partir Los hemisferios crecen a partir de las paredes laterales del de las paredes laterales del cerebro anterior. cerebro anterior. Se expanden Se expanden en todas las direcciones en todas las direcciones (flechas).(flechas).

C.C. Los Los ventrículos cerebrales ventrículos cerebrales crecen hacia los lóbulos crecen hacia los lóbulos temporales.temporales.

DOS MECANISMOS PARA LA DOS MECANISMOS PARA LA ESPECIFICACIÓN DEL FENOTIPO CELULARESPECIFICACIÓN DEL FENOTIPO CELULAR

El SN tiene una amplia El SN tiene una amplia diversidad de tipos diversidad de tipos celulares (fenotípos).celulares (fenotípos).

Estos fenotipois se generan Estos fenotipois se generan a partir de células a partir de células “precursoras” “precursoras” indiferenciadas, que se indiferenciadas, que se dividen (mitosis) dividen (mitosis) mediante mediante dos mecanismos diferentes.dos mecanismos diferentes.

Especificación “por linaje” Especificación “por linaje” o intrínsecao intrínseca. La división . La división celular es asimétrica.celular es asimétrica.

La especificación La especificación “inductiva” o extrínseca“inductiva” o extrínseca. La . La división celular es simétricadivisión celular es simétrica.

MIGRACIÓN CELULARMIGRACIÓN CELULAR

Finalizado el ciclo de divisiones Finalizado el ciclo de divisiones mitóticas, las neuronas en mitóticas, las neuronas en formación migran entre la formación migran entre la superficie interna superficie interna (Zona (Zona Ventricular) Ventricular) y la superficie y la superficie externa del tubo neural.externa del tubo neural.

Este procso dará origen a la Este procso dará origen a la formación de la corteza formación de la corteza cerebral, cuyo primordio es la cerebral, cuyo primordio es la Placa Cortical.Placa Cortical.

El desplazamiento de las El desplazamiento de las neuronas se realiza mediante la neuronas se realiza mediante la adhesión de las células, a la adhesión de las células, a la estructura radial de la glía.estructura radial de la glía.

FORMACIÓN DE CÉLULAS EN EL SNC FORMACIÓN DE CÉLULAS EN EL SNC (HISTOGÉNESIS)(HISTOGÉNESIS)

Las células Las células neuroepiteliales neuroepiteliales originan todas las originan todas las neuronas y células macrogliales.neuronas y células macrogliales.

Las neuronas se originan a partir del Las neuronas se originan a partir del Neuroblasto Neuroblasto apolar.apolar.

El antecedente de las neuronas se denomina El antecedente de las neuronas se denomina neuroblasto multipolar.neuroblasto multipolar.

Las células gliales se originan de Las células gliales se originan de glioblastos, glioblastos, que a que a su vez dan origen a su vez dan origen a astroblastos astroblastos y a y a oligodendroblastos.oligodendroblastos.

Las células Las células microgliales, microgliales, derivan de células derivan de células mesenquimatosas.mesenquimatosas.

MODELO DE LA MIGRACIÓN NEURONAL (Rakic, 1995)MODELO DE LA MIGRACIÓN NEURONAL (Rakic, 1995)

• Después de su última división mitótica, grupos de neuronas migratorias, Después de su última división mitótica, grupos de neuronas migratorias, atraviezan la atraviezan la Zona Intermedia y la SubplacaZona Intermedia y la Subplaca, interactúan con , interactúan con aferentes que aferentes que llegan del tallo cerebral del tálamo y de la corteza.llegan del tallo cerebral del tálamo y de la corteza.

• Las últimas neuronas en ser generadas Las últimas neuronas en ser generadas sobrepasan a las primeras . sobrepasan a las primeras .

• Las Las columnas celulares comparten un origen común, columnas celulares comparten un origen común, pero se diferencian en pero se diferencian en el tiempo en el cual fueron generadas.el tiempo en el cual fueron generadas.

LAMINACIÓN PRENATAL DE LA CORTEZA LAMINACIÓN PRENATAL DE LA CORTEZA CEREBRALCEREBRAL

Generación de neuronas corticalesGeneración de neuronas corticales durante la durante la gestación, en mono rhesus. Marcación celular gestación, en mono rhesus. Marcación celular mediante tiamina radiactiva, administrada a la madre.mediante tiamina radiactiva, administrada a la madre.

ORIGEN DUAL DE LA CORTEZA CEREBRALORIGEN DUAL DE LA CORTEZA CEREBRAL

Marín-Padilla (1998), ha propuesto la teoría Marín-Padilla (1998), ha propuesto la teoría del “origen del “origen dual de la corteza cerebral”.dual de la corteza cerebral”.

El desarrollo del neocortex se inicia con el El desarrollo del neocortex se inicia con el establecimiento de una establecimiento de una lámina plexiforme primordial lámina plexiforme primordial (LPP).(LPP).

Esta lámina representa una Esta lámina representa una organización primitiva organización primitiva presente en anfibios, reptiles y mamíferos.presente en anfibios, reptiles y mamíferos.

A partir de la lámina I, A partir de la lámina I, se originan las demás láminas se originan las demás láminas corticalescorticales.

ESTABLECIMIENTO DE CONEXIONESESTABLECIMIENTO DE CONEXIONES

Una vez que las neuronas Una vez que las neuronas han han migrado hacia sus posiciones migrado hacia sus posiciones finalesfinales, las neuronas , , las neuronas , extienden procesos axónicos extienden procesos axónicos o o dendríticos.dendríticos.

Estos procesos permiten Estos procesos permiten establecer contactos con sus establecer contactos con sus blancos: blancos: otras neuronas asi otras neuronas asi como estructuras efectoras y como estructuras efectoras y receptoras. receptoras.

La estructura básica en este La estructura básica en este proceso son proceso son los “conos de los “conos de crecimiento”.crecimiento”.

Estos Estos conos escrutan el medio conos escrutan el medio ambiente ambiente y encontrar la y encontrar la dirección apropiada.dirección apropiada.

CRECIMIENTO DE AXONES, DENDRITAS Y CRECIMIENTO DE AXONES, DENDRITAS Y SINÁPSISSINÁPSIS

Desarrollo de células Desarrollo de células piramidales, localizadas piramidales, localizadas en lámina V.en lámina V.

En En gatos,gatos, al momento al momento del nacimiento, la célula del nacimiento, la célula mide mide 700 micras 700 micras y tiene y tiene 900 espinas dendríticas900 espinas dendríticas..

En En humanos,humanos, la célula la célula piramidal mide piramidal mide 1700 1700 micras y tiene 2000 micras y tiene 2000 espinas dendríticasespinas dendríticas..

FORMACIÓN DE SINÁPSISFORMACIÓN DE SINÁPSIS

Una vez formadas las Una vez formadas las conexiones, conexiones, se produce la se produce la formación de sinápsis.formación de sinápsis.

Durante el Durante el primer año primer año post-natal, post-natal, se produce un se produce un fenómeno de fenómeno de proliferación proliferación de sinápsis.de sinápsis.

En el En el “pico” “pico” de aumento de aumento de la densidad sináptica, de la densidad sináptica, alrededor de los 2 años, alrededor de los 2 años, se se alcanza hasta el doble de alcanza hasta el doble de las sinápsis del adulto.las sinápsis del adulto.

MODIFICACIÓN DE CONEXIONESMODIFICACIÓN DE CONEXIONES

• La primera de estas modificaciones es la La primera de estas modificaciones es la “muerte celular programada” (apoptosis). “muerte celular programada” (apoptosis).

• Este proceso Este proceso elimina una cantidad variableelimina una cantidad variable, , pero usualmente apreciable de neuronas que pero usualmente apreciable de neuronas que han enviado axones a blancos.han enviado axones a blancos.

• La muerte celular, probablemente La muerte celular, probablemente elimina elimina “errores” en los patrones iniciales de “errores” en los patrones iniciales de conexiones, e iguala el número de células pre conexiones, e iguala el número de células pre y post sinápticas.y post sinápticas.

• El mecanismo es complejo, implica la El mecanismo es complejo, implica la actividad eléctrica entre proyección nerviosa y actividad eléctrica entre proyección nerviosa y blanco.blanco.

• Así mismo implica la Así mismo implica la captura de ciertas captura de ciertas sustancias esenciales sustancias esenciales para la supervivencia para la supervivencia (“(“Nerve Growth FactorNerve Growth Factor”).”).

PODA SINÁPTICAPODA SINÁPTICA

La segunda mayor La segunda mayor modificación de conexiones es modificación de conexiones es la la eliminación y reorganización eliminación y reorganización de terminales: “refinamiento de de terminales: “refinamiento de circuitos”.circuitos”.

Cuando los axones alcanzan Cuando los axones alcanzan sus blancossus blancos, ramifican y , ramifican y contactan más células contactan más células postsinápticaspostsinápticas, de las que se , de las que se encuentran en el adulto .encuentran en el adulto .

Algunas de las ramas Algunas de las ramas axonales iniciales son axonales iniciales son posteriormente eliminadasposteriormente eliminadas, , dependiendo entre otros dependiendo entre otros factores, de factores, de la actividad.la actividad.

ESTADIOS EN LA NEUROGÉNESISESTADIOS EN LA NEUROGÉNESIS(Goodman & Doe, 1993)(Goodman & Doe, 1993)

1.1. Inducción y formación de patrones Inducción y formación de patrones en la región de en la región de formación de neuronas.formación de neuronas.

2.2. Nacimiento y migración Nacimiento y migración de neuronas y glía.de neuronas y glía.3.3. Especificación Especificación de los “destinos” celulares.de los “destinos” celulares.4.4. Guía de los conos de crecimientoGuía de los conos de crecimiento, a blancos , a blancos

específicos.específicos.5.5. Formación de conexiones sinápticas.Formación de conexiones sinápticas.6.6. Obtención de Obtención de “Factores tróficos”, “Factores tróficos”, para supervivencia y para supervivencia y

diferenciación.diferenciación.7.7. Reestructuración competitiva de sinápsis Reestructuración competitiva de sinápsis funcionales.funcionales.8.8. Plasticidad sináptica continuada, durante la vida del Plasticidad sináptica continuada, durante la vida del

organismo.organismo.

DESARROLLO DEL VOLUMEN CEREBRAL TOTALDESARROLLO DEL VOLUMEN CEREBRAL TOTAL

• Volumen cerebral total, por edad, en centímetros cúbicos.Volumen cerebral total, por edad, en centímetros cúbicos.• 224 mujeres; 287 hombres.224 mujeres; 287 hombres.

MODELOS DEL DESARROLLO MODELOS DEL DESARROLLO COGNITIVOCOGNITIVO

VOLUMEN VENTRÍCULOS LATERALESVOLUMEN VENTRÍCULOS LATERALES

• Volumen de los ventrículos laterales, por edad, en centímetros Volumen de los ventrículos laterales, por edad, en centímetros cúbicos.cúbicos.

• Mujeres = 224; Hombres = 287. Mujeres = 224; Hombres = 287.

MODELO DE DESARROLLO COGNITIVOMODELO DE DESARROLLO COGNITIVO

MODELOS DE DESARROLLO COGNITIVO IIIMODELOS DE DESARROLLO COGNITIVO III

DESARROLLO DEL NÚCLEO CAUDADODESARROLLO DEL NÚCLEO CAUDADO

• Volumen del núcleo caudado, en centímetros cúbicos, por edad.Volumen del núcleo caudado, en centímetros cúbicos, por edad.• Mujeres = 224; hombres = 287.Mujeres = 224; hombres = 287.

DESARROLLO DEL VOLUMEN DESARROLLO DEL VOLUMEN DE LA SUSTANCIA BLANCADE LA SUSTANCIA BLANCA

• Volumen de la sustancia blanca, en Volumen de la sustancia blanca, en centímetros cúbicos, por edad.centímetros cúbicos, por edad.

• Mujeres = 287; hombres = 287.Mujeres = 287; hombres = 287.

DESARROLLO DEL CUERPO CALLOSODESARROLLO DEL CUERPO CALLOSO

• Área medial del cuerpo calloso, en centímetros Área medial del cuerpo calloso, en centímetros cuadrados, por edad.cuadrados, por edad.

• Mujeres = 224; hombres = 287.Mujeres = 224; hombres = 287.

DESARROLLO DE LA SUSTANCIA GRIS: DESARROLLO DE LA SUSTANCIA GRIS: LÓBULO FRONTAL Y PARIETALLÓBULO FRONTAL Y PARIETAL

DESARROLLO DE LA SUSTANCIA GRIS: DESARROLLO DE LA SUSTANCIA GRIS: LÓBULO TEMPORAL Y SUSTANCIA BLANCA.LÓBULO TEMPORAL Y SUSTANCIA BLANCA.