Desarrollo del cerebro

Desarrollo del cerebro

Maduración del cerebro de los vertebrados

El sistema nervioso central de los humanos se empieza a formar cuando el embrión tiene unas dos semanas. En los embriones de los vertebrados, el sistema nervioso central comienza como un tubo que rodea una cavidad llena de fluido. A medida que el tubo queda cubierto bajo la superficie de la piel, el extremo anterior crece y se diferencia del resto por la formación del cerebro posterior, el medio y el anterior. El resto se convierte en la médula espinal. Al nacer, el cerebro humano pesa alrededor de 350 gramos, para el primer año de vida, pesa un kilogramo, cerca de su peso adulto de entre 1200 y 1,400 gramos.

Generación y desarrollo de las neuronas

Las neuronas en desarrollo proliferan, migran, se diferencian, se mielinizan y forman sinapsis.

La proliferación: se refiere a la producción de nuevas células. Este proceso es similar en todos los vertebrados, excepto para la cantidad de divisiones de las células. Por ejemplo, los cerebros de los humanos difieren del de los chimpancés principalmente porque las neuronas siguen proliferando más tiempo en los humanos.

Migración: una vez que las células se han diferenciado como neurona o glías (tejido que rodea y protege a las células nerviosas), migran. Algunas neuronas migran mucho más rápido que otras. Algunas de ellas, al migrar, se mueven de forma radial (del interior del cerebro al exterior), otras tangencialmente (por la superficie del cerebro) y otras tangencial y después radial. Durante este proceso salen al rescate las sustancias llamadas inmunoglobulinas y quimiocinas, estás son las responsables de guiar la migración de las neuronas. Un déficit de estas sustancias genera una migración defectuosa, un cerebro de tamaño más pequeño, menor crecimiento de los axones y retraso mental. En el otro extremo, los excesos de inmunoglobulinas se ha ligado a algunos casos de esquizofrenia.

Diferenciación: al principio una neurona primitiva luce como cualquier otra célula. La neurona se diferencia de otras gradualmente y forma su axón y dendritas. El axón crece primero, en muchos casos la neurona migrante arrastra su creciente axón como una cola, en otros casos, el axón tiene que crecer hacia su objetivo abriéndose paso entre una maraña de otras células y fibras. Cuando la neurona migrante llega a su destino, las dendritas se empiezan a formar.

Mielinización: es el proceso mediante el cual las glías producen las cubiertas de lípidos aislantes que aceleran la transmisión en los axones de muchos vertebrados. La mielina se forma primero en la médula espinal y después en el cerebro posterior, el medio y el anterior. A diferencia de la rápida proliferación, la mielinización continúa gradualmente durante muchas décadas.

Sinaptogénesis: la formación de sinapsis. Este proceso inicia antes del nacimiento pero continúa durante toda la vida. No obstante el proceso se desacelera a medida que envejecemos.

¿Nuevas neuronas?

En el siglo XIX se pensaba que en la adultez no era posible generar nuevas neuronas, pero se ha demostrado lo contrario. Estudios basados en la concentración de carbono 14 en el ADN han concluido que generamos nuevas neuronas prácticamente durante toda nuestra vida, especialmente en los receptores olfatorios y en el hipocampo, pero también informaron que es probable que en la corteza cerebral del adulto no se generen nuevas neuronas.

Es importante saber que aunque generamos nuevas neuronas durante nuestra vida, a medida que envejecemos nuestras neuronas se van volviendo menos cambiantes.

Proyecciones de los axones

Un famoso biólogo, Paul Weiss, llevó a cabo un experimento que consistió en injertar una pata extra a una salamandra y luego esperó a que le regeneraran axones. Cuando los axones llegaron a los músculos, la pata extra se movía en sincronía con las demás.

Weiss descartó la idea de que cada axón se proyecta a exactamente al músculo correcto en el miembro extra. En cambio sugirió que los nervios se ligaban a los músculos de forma aleatoria y luego enviaban una serie de mensajes, cada uno de ellos sintonizando a un músculo diferente. Cada músculo recibí muchas señales pero respondía sólo a una.

Weiss estaba equivocado, evidencia posterior sugirió que cada axón encontraba exactamente el músculo correcto.

En un estudio, Roger Sperry, ex alumno de Weiss, cortó los nervios ópticos de algunos tritones. El nervio óptico dañado volvía a crecer y a conectarse con el tectum (el área visual principal de los peces, anfibios, reptiles y aves. Cuando se formaban las nuevas sinapsis, el tritón recuperaba la vista. Repitió lo mismo pero girando el ojo 180 grados, el tritón recuperó la vista pero ahora veía al revés. Con este resultado pudo concluir que los nervios vuelven a conectarse en los mismos lugares.

En los seres humanos, un axón se proyecta siguiendo las moléculas que se encuentran sobre la superficie de la célula, atraído por algunas sustancias y repelido por otras, mediante un proceso que guía al axón en la dirección correcta.

Competencia entre los axones como principio general

Para algunos teóricos, la competencia entre los axones sugiere un principio general conocido como “darwinismo neural”. En el desarrollo del sistema nervioso empezamos con un número mayor de neuronas y sinapsis que el que conservamos. Las sinapsis se forman de manera aleatoria, y luego un proceso de selección retiene alguna y rechaza otras. Los axones y las combinaciones más exitosas sobreviven, las demás fracasan.

El principio de la competencia entre los axones es muy importante pero debemos ser cuidadosos a la hora de compararlo con teoría darwiniana. Las mutaciones de los genes son hechos aleatorios, pero las neutrofinas guían las ramificaciones y las sinapsis de los nuevos axones en la dirección correcta.

Determinantes de la supervivencia de las neuronas.

Al inicio, el sistema nervioso genera muchas más neuronas de las que de hecho sobrevivirán. Algunos axones establecen contactos sinápticos con células que les liberan el factor de crecimiento neural (NGF) u otras neurotrofinas, las cuales promueven la superviviencia y el crecimiento de las neuronas. Las neuronas que reciben las neurotrofinas sobreviven, las otras mueren en un proceso llamado apoptasis.

El sistema del cerebro que lleva a la sobreproducción e neuronas, para después aplicar la apoptosis, permite al SNC empatar la cantidad de axones que llegan con la cifra de células que los reciben.

La vulnerabilidad del cerebro en desarrollo

El cerebro es vulnerable durante el desarrollo temprano; las anomalías genéticas, la nutrición o el entorno químico puede producir muchos defectos del comportamiento. Diversas sustancias que sólo causan problemas temporales leves en adultos pueden afectar de manera permanente al desarrollo temprano del cerebro.

El cerebro de un infante es muy vulnerable a los daños por alcohol. Los hijos de madres que beben demasiado durante un embarazo nacen con el síndrome de alcoholismo fetal, una condición que se caracteriza por hiperactividad, impulsividad, dificultad para mantener atención, distintos grados de retraso mental, problemas motores, defectos cardíacos y anormalidades en el rostro.

La exposición prenatal a otras sustancias también es peligrosa. En promedio, los hijos de madres que consumen cocaína durante el embarazo exhiben una disminución en las habilidades del lenguaje en comparación con otros niños, una ligera disminución en las calificaciones del IQ y una peor audición.

Diferenciación de la corteza

Las neuronas que se encuentran en diferentes partes del cerebro adoptan distintas formas y componentes químicos.

¿Cuándo una neurona decide qué clase de neurona será y cómo? No es una decisión repentina. Las neuronas inmaduras trasplantadas, en experimentos, de una parte de la corteza en desarrollo a otra incrementan las propiedades características de su nueva ubicación. Sin embargo, las neuronas trasplantadas en una etapa ligeramente posterior desarrollan algunas nuevas propiedades y retienen otras de las viejas.

Afinación mediante la experiencia

Debido a que la vida es impredecible, nuestros cerebros han desarrollado la capacidad para remodelarse en respuesta a nuestra experiencia.

Experiencia y ramificación de las dendritas

Nuestros axones y dendritas adultas continúan modificando su estructura toda la vida. Las experiencias guían los cambios neuronales. Un ejemplo sencillo. Hace décadas, lo típico era que una rata de laboratorio viviese sola en una pequeña jaula gris. En cambio, imagine 10 ratas en una jaula más grande y con unos cuantos objetos por explorar. Los investigadores lo llamaron entorno enriquecido. En el entorno más estimulante, la rata desarrollaba una corteza más gruesa, más ramificaciones de dendritas y mayor aprendizaje.

Cabe suponer que los cambios neuronales en un entorno enriquecido dependen de nuevas experiencias interesantes, y en muchos casos, es así.

Efectos de experiencias especiales

Las experiencias especializadas modifican el desarrollo del cerebro en especial, si ocurren temprano en la vida.

Por ejemplo, en las personas que nacen ciegas, la representación del tacto y el lenguaje invade áreas normalmente reservadas a la vista. El hecho de no contar con un sentido, no afecta a los receptores de otros órganos sensoriales. Sin embargo, el no tener un sentido si incrementa la atención hacia otros sentidos y con el tiempo, el cerebro muestra algunas adaptaciones a esa atención.

Efectos del adiestramiento con

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