Introducción a Neurociencia  A fines del siglo XX asistimos a una revolución en biología que no tiene precedentes en la historia. Los conocimientos sobre el cerebro avanzan a tal ritmo, que cada día se percibe más su impacto social.

¿Qué son la conciencia y la mente humana ? ¿Por qué experimentamos emociones? ¿Por qué aparecen las enfermedades psiquiátricas o neurológicas? Estas son algunas preguntas básicas que la neurociencia intenta contestar en beneficio de la humanidad.


La Neurociencia estudia el sistema nervioso desde un punto de vista multidisciplinario, esto es mediante el aporte de disciplinas diversas como la Biología, la Química, la Física, la Electrofisiología, la Informática, la Farmacología, la Genética, etc. Todas estas aproximaciones, dentro de una nueva concepción de la mente humana, son necesarias para comprender el origen de las funciones nerviosas, particularmente aquellas más sofisticadas como el pensamiento, emociones y los comportamientos.

El Sistema Nervioso El sistema nervioso humano contiene aproximadamente 100 mil millones de neuronas. Consiste en el sistema nervioso central (encéfalo y médula espinal) y el sistema nervioso periférico que incluye los nervios vegetativos, sensoriales y motores. El sistema nervioso se organiza en circuitos y sistemas que controlan funciones como la visión, respiración y comportamiento.

La posibilidad de estudiar la biología de la neurona en cultivo y comprender los mecanismos moleculares y genéticos que intervienen en la función neuronal ha permitido desarrollar nuevas estrategias terapéuticas.

¿Por qué necesitamos el Sistema Nervioso? La concepción evolutiva es central en neurociencia. El sistema nervioso aparece básicamente como una necesidad de los animales de moverse o desplazarse. Para esto es necesario captar las características del medio ambiente, hacer una representación mental adecuada de la realidad exterior e interior y predecir el impacto de las acciones y los acontecimientos externos. El sistema nervioso es anticipatorio y realiza todo el tiempo hipótesis o representaciones sobre el mundo externo.


Neurociencia y salud El mejor conocimiento del cerebro permite comprender y tratar mejor las enfermedades que afectan al sistema nervioso, tanto psiquiátricas como neurológicas. Esto permite nuevos tratamientos mucho más eficientes y seguros para enfermedades de enorme impacto social como Depresión, Demencia, Esquizofrenia, Enfermedad de Parkinson o accidentes cerebrovasculares. Los tratamientos han dejado de ser empíricos y no ocasionan tantos efectos adversos. En los próximos años vamos a asistir a nuevas formas de tratamientos que van a implicar, además de nuevos fármacos, el transplante de células progenitoras de neuronas o modificadas genéticamente para que cumplan la función de neuronas faltantes y la terapia génica, es decir, la intervención directa en el genoma de las células nerviosas con fines terapéuticos.


Neurociencia, Informática y Robótica La comprensión del sistema nervioso también tiene un interés productivo o industrial. Ejemplo de ello es el diseño de los nuevos aparatos inteligentes, sean computadoras o robots. La inteligencia artificial se basará cada vez más en una emulación de la Biología. El cerebro funciona de una manera radicalmente diferente a como lo hace una computadora o a un robot actual, los mecanismos por los cuales se procesa la información son inmensamente más complejos y sutiles en los circuitos neuronales. Las neuronas se comunican a través de un alfabeto de sustancias químicas llamadas neurotransmisores. A su vez, las señales no sólo hacen silenciar o activar una neurona sino que también modifican sus propiedades al interactuar indirectamente con los genes.  Por ejemplo, un aprendizaje elemental como ser reconocer el peligro frente a la electricidad o el evitar comportamientos con consecuencias negativas (como el dolor o el gusto desagradable) implica millones de eventos moleculares, incluyendo cambios a nivel de la expresión de genes y nuevas conexiones entre las neuronas.


                                       

Neuronas y Neurotrasmisión 

¿Cómo está formado y cómo funciona el Sistema Nervioso?


El sistema nervioso está constituido por dos grandes tipos de células: las neuronas y las células gliales. Las neuronas cumplen la función de recibir e integrar información y de enviar  señales a otros tipos de células excitables a través de contactos sinápticos.

Un poco de historia... El científico español Santiago Ramón y Cajal logra describir por primera vez los diferentes tipos de neuronas en forma aislada.

Al mismo tiempo plantea que el sistema nervioso estaría constituido por neuronas individuales, las que se comunicarían entre sí a través de contactos funcionales llamados sinapsis (teoría de la neurona).


La hipótesis de Cajal se oponía a la de otros científicos de su época que concebía al sistema nervioso como un amplia de red de fibras nerviosas conectadas entre sí formando un continuo (en analogía a los vasos sanguíneos).

Estructura de la neurona   Las neuronas se componen básicamente de tres partes:


  • el cuerpo neuronal o
  • una prolongación larga y poco ramificada llamada
  • prolongaciones muy ramificadas alrededor del soma llamadas

En forma esquemática, se puede decir que las dendritas actúan como antenas que reciben los contactos de otras células. En el soma se lleva a cabo la integración de toda la información obtenida en las dendritas. Finalmente el axón transmite a otras células el mensaje resultante de la integración.


Forma de las neuronas La forma de una neurona depende de la función que cumple, es decir de la posición que ocupa en la red de neuronas y de los contactos que recibe.



Plasticidad Neuronal  El concepto de plasticidad neuronal se refiere a la capacidad del sistema nervioso de remodelar los contactos entre neuronas y la eficiencia de las sinapsis. La plasticidad neuronal puede explicar ciertos tipos condicionamientos y de capacidad de aprendizaje.


El establecimiento de sinapsis se realiza por un crecimiento del axón hacia la célula "blanco".  Este proceso es guiado por sustancias químicas que liberan las células que indican el trayecto de crecimiento del axón y cuando debe detenerse y establecer un contacto sináptico.


Sinapsis: Comunicación entre neuronas SinápsisLas neuronas se organizan en redes y sistemas. El contacto entre ellas se realiza a través de contactos funcionales altamente especializados denominados sinapsis. La mayor de parte de las sinapsis son de tipo químico, es decir, utilizan moléculas llamadas neurotransmisores para comunicarse entre sí.

Diferencia entre hombres y otros mamíferos Existen grandes homologías o semejanzas estructurales y funcionales entre el sistema nervioso central del ser humano y el de otros mamíferos. Todos usan tipos de neuronas y sistemas de señalización muy similares. Sin embargo, el sistema nervioso central humano se diferencia del resto por la gran expansión de la corteza cerebral, particularmente en regiones como la corteza pre-frontal y las regiones corticales que permiten el lenguaje y ciertas propiedades de la conciencia superior.

Una diferencia notoria entre el cerebro humano y el de otros mamíferos está relacionada con los mecanismos que controlan el desarrollo y maduración. En el hombre, el cerebro toma años en madurar completamente. De forma que ciertas regiones del cerebro humano continúan desarrollándose por años, enlenteciendo la velocidad de maduración pero aumentando significativamente la cantidad de unidades de procesamiento neuronal.



Desarrollo del Sistema Nervioso Durante el desarrollo embrionario los miles de millones de neuronas que componen el cerebro son formadas por el epitelio neuronal y se desplazan para ubicarse en los sitios definitivos y establecen conexiones con otras.



Maduración de la corteza cerebral



Mientras se construye el cerebro durante el desarrollo embrionario, tiene lugar un proceso de selección constante, en donde se seleccionan aquellas neuronas que van a sobrevivir y las que van a morir. También comienzan a seleccionarse aquellas conexiones entre células nerviosas y sucesivamente otros niveles de organización más complejos.



La primera figura (izquierda) muestra un sector de la corteza cerebral observada al microscopio luego de una tinción de las neuronas y fibras nerviosas en el nacimiento. En la siguiente figura (centro y derecha), se muestran dos momentos del desarrollo postnatal. Se puede observar el aumento progresivo del número de fibras (axones y dendritas) durante la maduración de la corteza cerebral, sin un aumento del número total de neuronas en el mismo sector.


Condiciones negativas para el cerebro Se pueden citar ejemplos de algunas condiciones comunes que modifican negativamente el proceso de construcción del cerebro, como lo son  la desnutrición en el niño y la exposición a estrés psicológico perinatal. En ambos casos, se alteran los mecanismos génicos y moleculares que permiten la neurogénesis o el crecimiento de las neuronas. De forma que defectos sutiles en el desarrollo neural puede condicionar fuertemente las características de nuestro ser (por ejemplo, bajo nivel intelectual en niños carenciados de hierro y proteínas) y la predisposición a desarrollar enfermedades en la edad adulta (por ejemplo, depresión en niños altamente estresados). Es probable que en los próximos años vamos a conocer mejor el desarrollo neural al punto que podamos explicar y predecir las condiciones que predisponen, por ejemplo, a la esquizofrenia.


 Los gemelos idénticos El proceso de selección neural durante el desarrollo permite explicar, por lo menos en parte, por qué los hermanos gemelos que tienen patrimonio genético idéntico, tienen ciertas características diferenciales de la personalidad. Eso se explica porque la selección natural de las neuronas y de los circuitos que las relacionan fue llevando a los gemelos por caminos de desarrollo diferentes. Pero también diferencias en la forma de pensamiento, el procesamiento lógico y hasta la imaginación podría ser explicados por procesos de selección más complejos que tienen que ver con la preponderancia de una región del cerebro sobre otras o la forma que se procesa una determinada información.


De manera que el cerebro humano lleva un tiempo de construcción de muchos años y luego continúa remodelándose en cada momento. Cuando memorizamos, aprendemos o nos enfrentamos a una situación de estrés estamos poniendo en marcha procesos de modelaje (o respuestas plásticas) que nos permiten hacer representaciones mentales más apropiadas del medio y seleccionar las conductas más apropiadas.

Descubren por qué ciertas células nerviosas no se Regeneran







7 de junio, 2002. WASHINGTON : Científicos de Estados Unidos descubrieron por qué ciertas células nerviosas no se pueden reparar por sí solas, un hallazgo que podría ayudar a las investigaciones de terapias para las lesiones del cerebro y la médula espinal.


Cuando las células nerviosas o neuronas se desarrollan, dan lugar al crecimiento de una extremidad larga, llamada axón, que envía mensajes, así como otras ramas más pequeñas llamadas dendritas, que reciben mensajes. Por lo general, el daño nervioso incluye la pérdida de un axón.


La investigación con ratas reveló que los axones de los nervios en la retina pueden crecer de nuevo durante las etapas embrionarias, pero pierden esta facultad un día después del nacimiento. Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford se propuso descubrir el porqué.


Investigaciones previas revelaron que las neuronas recibían señales inhibitorias de otras células del sistema nervioso, llamadas células gliales.


Científicos han estado explorando si la producción de fármacos para detener dichas señales podría hacer que los axones crecieran de nuevo.


El equipo de Stanford, usando tejido retineano de rata, descubrió que otras señales celulares de la retina en maduración, llamadas células amacrinas, también ordenaban a las neuronas que no crecieran de nuevo. El mensaje, al parecer, es irreversible.


"Una vez que se emite la señal, (las neuronas) recuerdan que la recibieron, aunque eliminemos la señal", dijo Ben Barres, un neurobiólogo de Stanford que trabajó en el estudio.


Al mismo tiempo, la capacidad de crecimiento de las dendritas aumenta en gran medida, según el estudio, publicado en la edición del viernes de la revista Science. El trabajo fue dirigido por el investigador de la Universidad de Stanford, Jeffrey Goldberg.


El estudio "indica que una mejor comprensión del cambio en el desarrollo axonal a dendrítico puede incluir la clave para la regeneración" del sistema nervioso central, escribieron científicos de la Universidad de Montreal en un artículo adjunto publicado por la misma revista.


Los investigadores de Stanford desean estudiar los genes en acción en las jóvenes neuronas embrionarias y compararlos con los que hay en las neuronas más viejas que han perdido su capacidad de regeneración, comentó Barres.


"Si logramos comprender las bases moleculares... tenemos la esperanza de que nos dará alguna idea de cómo podemos revertirlo", explicó Barres.


Es necesario realizar trabajos más profundos para determinar si los hallazgos se extienden a las células cerebrales y si las neuronas humanas se comportan como las neuronas de las ratas. Los sistemas son similares, según Barres.

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