MÓDULO II

CAPÍTULO 6. LOS NIVELES DE MAYOR ESCALA ESPACIAL.

Los niveles de mayor escala espacial son el nivel de los sistemas y el nivel de las regiones corticales, los mapas, las láminas y las columnas. Un sistema es un conjunto de componentes localizados en varias regiones del SN y enlazados funcionalmente por medio de fibras (axones) de proyección.
En el SN humano se distinguen sistemas funcionales: los sistemas sensoriales, el sistema motor y sistemas reguladores que no son parte directa de la actividad sensorial o motora, pero que la influyen.
Los mapas las laminas y las columnas; es el nivel que estudia la organización celular, las conexiones y el funcionamiento de la corteza cerebral.
Sistema sensorial.
La información del medio que recogen los sistemas sensoriales es utilizada por el organismo para la percepción, el control del movimiento, la regulación de los órganos internos y la regulación del nivel de alerta. Esto se puede llevar a cabo por dos propiedades: todos sus componentes están conectados de manera precisa para analizar y combinar los atributos del estimulo, y porque este complejo y preciso interconectado puede ser modificado por la experiencia.
El conocimiento del mundo se construye a partir de los estímulos que recogen la visión, la audición, el olfato, el gusto y la sensibilidad somática. Los sistemas sensoriales son el canal de entrada de la informaciones SN extrae algunos de los elementos de información de los estímulos y los combina. Los sistemas sensoriales extraen solo algunos de los elementos del estimulo, ignoran otros y luego, la información resultante es interpretada en el contexto de la estructura propia del cerebro y de la experiencia previa del organismo. Las percepciones son estructuras creadas en el interior, que derivan de información externa, pero que son elaboradas de acuerdo a las particularidades del procesamiento y a los límites impuestos por la estructura del SN y la experiencia previa del organismo. El funcionamiento de los sistemas sensoriales depende de la interacción de mecanismos ascendentes, van del receptor periférico a la corteza cerebral y son dirigidos por los estímulos; los mecanismos descendentes, son gobernados por los objetivos del organismo y van desde la corteza a la periferia. Es la acción conjunta de estos dos tipos de mecanismo lo que produce las sensaciones, origina las percepciones, activa memorias almacenadas y forma la base de la experiencia consciente.
La diferencia entre sensación y percepción puede explicarse como el resultado de la existencia y la interacción del mecanismo descendente y ascendente. Los exteroreceptores de la visión, la audición, el olfato y el tacto proporcionan información sobre el mundo externo, pero el SNC también recibe información originada en los interoceptores que detectan cambios del propio cuerpo. Hay receptores propiceptivos en los músculos, los huesos y las articulaciones sobre la postura, la dirección y la velocidad del movimiento; hay receptores que detectan cambios en el medio interno; esta información es utilizada por el SNC para regular el movimiento y la actividad interna del organismo. La información sensorial también es utilizada para mantener los niveles de activación. En su camino hacia el tálamo y la corteza, todos los sistemas sensoriales se conectan con la sustancia reticular del tronco cerebral, estructura critica en la regulación del nivel de alerta.
Principios de organización de los sistemas sensoriales: La mayoría de los sistemas sensoriales tienen tres componentes, que de la periferia al centro son: 1) un receptor 2) una vía sensorialconstitutida por estaciones de relevo y fibras de conexión 3) aéreas corticales ha las que se proyecta la vía sensorial y que realizan el procesamiento más complejo. Tanto las vías sensoriales como las regiones corticales tiene una estructura que responde a principios: a) una organización topográfica b) una segregación funcional c) un procesamiento serial d) un procesamiento en paralelo e) una estructura jerárquica.
Receptores periféricos: El contacto inicial con el mundo externo se realiza a través de los receptores, que son neuronas especializadas en captar una forma específica de energía. La energía del estimulo es codificada a la entrada del SN por los receptores, cuya función es la de traducir una forma específica de energía externa en un patrón de descarga neuronal. Estímulos de naturaleza diversa, que excitan a receptores específicos, son traducidos al código en común de todas las neuronas del SN: el patrón de descarga de los PA. Por eso, en su señal de salida, los receptores codifican info acerca de cuatro tipos de atributos del estimulo: a) la modalidad b) la localización c) la intensidad d) la duración. La modalidad está determinada por el tipo de energía que transmite el estimulo y también por los receptores y el sistema sensorial sobre el que actúan. La localización del estimulo es codificada por la distribución de los receptores periféricos activados y no activados en el marco de un sistema organizado topográficamente. LA intensidad del estimulo es codificada por la respuesta graduada de la señal de entrada del receptor y luego por la frecuencia de descarga de la señal de salida del receptor. El receptor está relacionado con la célula ganglionar, cuyo cuerpo celular está ubicado en el ganglio sensorial; la célula ganglionar es la neurona de primer orden de toda vida sensorial. El receptor puede ser una especialización de una de las prolongaciones de la propia célula ganglionar, o puede ser una célula diferente como es el caso de los receptores visuales y auditivos.
Vías sensoriales: En su forma más simple está formada por tres neuronas: a) neurona de primer orden es una célula de morfología bipolar, una de sus prolongaciones está en contacto con el receptor y la otra ingresa al SNC donde hace sinapsis con la neurona de segundo orden. El axón de la segunda neurona se decusa y hace sinapsis con la neurona de tercer orden, localizada en el tálamo. El axón de la tercera neurona se proyecta a la corteza sensorial primaria correspondiente. Dentro de las vías, se distinguen las “estaciones de relevo”. Estas consisten en un conjunto ordenado de cuerpos neuronales e interneuronas, que está localizado en sectores delimitados de las astas grises de la medula, de los núcleos del encéfalo y de la corteza cerebral. Hacen sinapsis con las fibras que viene de la etapa anterior así c como las interneuronas que conectan los cuerpos de las neuronas de proyección entre sí y con otras estructuras, En ellas se transforma la info recibida. Las fibras que conectan las estaciones en su camino hacia la corteza son los axones de las neuronas de proyección, cuyo cuerpo forma parte de la estación de relevo. Las fibras se agrupan en haces de sustancia blanca.
La disposición de los cuerpos neuronales en la estaciones de relevo y de las fibras de proyección en los haces blancos responde a un orden. Este refleja la disposición de los receptores en la superficie receptora, de manera que cualquier sección de la vía sensorial representa un mapa topográfico de la superficie receptora; esta organización topográfica llega hasta las áreas primarias de la corteza cerebral y se extiende a las áreas secundarias. La vía refleja la densidad con que se distribuyen los receptores en la periferia, de manera que las zonas de la superficie receptora con mayor concentración de receptores, estarán representadas por una mayor densidad de fibras en los haces y de neuronas en las estaciones de relevo.
En cada una de las estaciones de relevo, la info sensorial inicialmente recogida por los receptores sufre transformación sucesiva, por lo que a la corteza cerebral llega info elaborada. El análisis de la info en varias etapas sucesivas recibe el nombre de procesamiento serial, típico de las vías sensoriales; también es un principio de organización y de funcionamiento de las vías eferentes y de la propia corteza cerebral durante la elaboración más compleja de la información. Las estaciones de relevo son además un punto en el que la información sensorial puede interactuar en la salida motora del nivel correspondiente, lo que se conoce como integración sensorio motora.
Segregación funcional: Se extiende desde los receptores hasta la corteza primaria y es una característica también de la especializacion funcional de la corteza de asociación. El concepto de segregación funcional significa que el SNC no tiene homogeneidad funcional, sino que cada una de sus partes está especializada en un tipo específico de procesamiento.
Una consecuencia de la segregación funcional es que cuando se apoya en vías paralelas otorga la ventaja de poder procesar simultáneamente distinto tipo de info. El procesamiento en paralelo es la modalidad de trabajo UE permite analizar simultáneamente distintos aspectos de un fenómeno a través de múltiples vías de procesamiento. Las vías en paralelo no son idénticas.
El procesamiento serial sugiere una jerarquía con niveles subordinados. La organización jerárquica se verifica en dos aspectos de la actividad de las neuronas de una vía sensorial: el cambio en los campos receptivos y la especificidad de la neurona. El campo receptivo de una neurona sensorial es el área de la periferia en la cual la aplicación de un estimulo evoca una rta en la neurona. En una neurona de primer orden el campo receptivo, es pequeño, mientras que en una neurona de segundo orden es mas amplio; esto se debe a que la neurona de segundo orden recibe sinapsis de varias neuronas de primer orden y esto hace que su campo receptivo resulte de la superposición de los campos receptivos de las neuronas que la sinaptizan. Otro rasgo de la org jerárquica esta en las propiedades de rta de las neuronas cambian según el nivel en el que se encuentren. A medida que se asciende en la jerarquía, las neuronas responden a atributos más abstractos y más específicos de los estímulos.
La mayor parte de las fibras de las neuronas sensoriales de segundo orden, antes de llegar al tálamo, cruzan al otro lado de la línea media. Este punto tiene una localización constante y diferente para cada vía y se denomina punto de decusacion. La vía motora se decusa a nivel del tronco cerebral. LA decusacion de las vías sensoriales y motora tiene por consecuencia que el hemisferio derecho controla la sensibilidad y actividad motora del hemicuerpo izquierdo y el hemisferio izquierdo, la sensibilidad y actividad motora del hemicuerpo derecho. Todas las vías sensoriales, excepto la olfativa, hacen sinapsis en el tálamo, en donde se encuentra la neurona de tercer orden. Estas neuronas forman un nucleo para cada modalidad. Los núcleos sensoriales talamicos muestran también segregación funcional. Los axones de las neuronas de tercer orden se proyectan a la corteza cerebral siguiendo los principios de segregación funcional y organización topográfica. Desde el tálamo, hay también proyecciones hacia otras estructuras.
Procesamiento cortical: En la corteza se llevan a cabo los procesos más complejos y allí la info se recombinan para representar los atributos más específicos de los estímulos. La corteza también opera de acuerdo a los principios de segregación funcional, procesamiento en serie y en paralelo. Las cortezas sensoriales primarias son las regiones que reciben la proyección desde el tálamo y son la puerta de entrada de cada vía sensorial a la corteza. La corteza sensorial secundaria es el área que recibe la proyección desde la corteza primaria de la misma modalidad y que está a su vez interconectada entre sí. La corteza terciaria, es multimodal o multisensorial a la que recibe proyección desde más de un sistema sensorial. Cada nivel cortical recibe señales desde el nivel anterior y agrega un nuevo análisis y recombinación de la info sensorial. Esta organización jerárquica determina los efectos de las lesiones; así una lesión en la vía sensorial, el tálamo o la corteza primaria producirá déficit elementales como la perdida de la sensibilidad en un parte de la superficie receptora, mientras que la lesión en áreas secundarias no afectara las sensaciones elementales pero afectara el reconocimiento perceptivo, y una lesión en las áreas terciarias afectara procesos cognitivos más complejos y multisensoriales.
Mapas topográficos, láminas y columnas.
Mapas topográficos: Las neuronas en los núcleos y axones en los haces de proyección se disponen de manera ordenada. Este orden refleja, y representa dentro del SN, la disposición sensorial y la densidad de los receptores ubicados en la superficie sensible de la periferia. El mismo orden caracteriza la proyección desde el tálamo hacia la corteza sensorial primaria y la disposición de las neuronas dentro de la misma corteza primaria, de manera que puntos de estimulación próximos a la periferia activan neuronas próximas a la corteza cerebral. El principio general que rige para las áreas de proyección primaria de las vías sensoriales es que neuronas adyacentes en la corteza cerebral tiene campos receptivos adyacentes.
Estudio de los mapas topográficos: Se utiliza la técnica de los potenciales evocados. 1) Se colocan electrodos sobre la corteza cerebral, que registran la actividad eléctrica de las neuronas subyacentes a cada electrodo 2) Se aplican estímulos a distintas partes de la superficie receptora 3) Se correlaciona la región del cuerpo estimulada con la localización del electrodo que registra mayor actividad. De esta menara se traza un mapa cortical que representa topográficamente la disposición de los receptores en la periferia.
Láminas y columnas: La corteza cerebral tiene 3 a 6 capas que se distinguen por el tipo de células y fibras que contienen. La organización laminar ordena las conexiones de entrada y de salida. Las cortezas sensoriales primarias tiene seis capas; la entrada de info desde el tálamo se hace sobre todo por la capa 4, y la salida es por las capas 2, 3, 5 y 6. La capa 1 plexiforme es la mas superficial, tiene pocos cuerpos neuronales y está constituida por una densa red de fibras; a esta capa llegan prolongaciones de fibras que se originan en otras áreas corticales y el tálamo, que establecen conexiones con las dendritas apicales (del ápice) de células cuyo cuerpo se localiza en otras capas. La capa 4 granular interna está constituida por células granulosas y estrelladas. Las capas 3 piramidal externa, 5 piramidal interna y 6 multiforme contienen células piramidales con cuerpo mediano, grande y axones largos, estructuras apropiadas para el envió de la info a distancia. Los axones de las células piramidales de la capa 3 se proyectan a áreas corticales del mismo hemisferio por medio de fibras de asociación y al hemisferio por fibras de proyección. La capa 5 contiene las células piramidales más grandes, con axones que se proyectan hacia los ganglios de la base, el tronco cerebral y la medula; esta capa es muy prominente en la corteza motora primaria. La capa 6 contiene distintos tipos celulares, entre ellos células piramidales que se proyectan al tálamo.

CAPÍTULO 7. EL SISTEMA SOMATOSENSITIVO.

El sistema somatosensitivo es el sistema que procesa las sensaciones corporales. Una parte del sistema es exteroreceptiva porque analiza los estímulos que la piel de nuestro cuerpo recibe desde el exterior. Otra parte es propioceptiva porque está dedicada a los estímulos que se origi8nan en nuestro propio cuerpo, como resultado de la postura o el movimiento. El sistema está constituido por cuatro modalidades de sensibilidad somática, cada una de las cuales se origina en un grupo de receptores específicos, y posee vías sensoriales en paralelo que conducen la info somática hacia el tronco, el tálamo y corteza cerebral.
El tacto es la modalidad que permite la textura de los objetos y el desplazamiento de los mismos sobre la piel. Se origina en receptores periféricos especializados, de distinto tipo, que están localizados en las capas superficiales y profundad de la piel. Entre los receptores de la piel, hay algunos de adaptación rápida, como los corpúsculos de Meissner, que se encuentran en gran número en zonas sensibles reaccionan rápidamente ante el contacto de un objeto. Otros receptores, como los discos de Merckel, son de adaptación lenta, son numerosos y descargan durante todo el tiempo que persiste un estimulo. La vía táctil está constituida por tres neuronas: el receptor ubicado en la piel se conecta con una prolongación de la neurona sensorial de primero orden; el axón de esta neurona ingresa al SNC la raíz posterior medular y asciende por le cordón posterior de la medula hasta hacer sinapsis con la neurona sensorial de segundo orden. Los axones de esta segunda neurona se decusa y siguen un curso ascendente a lo largo del tronco formado un haz llamado lemnisco medio hasta hacer sinapsis con la neurona de tercer orden localizada en el tálamo. El axón de la tercer neurona se proyecta a la corteza soma sensitiva primaria (SI). Esta vía se conoce como vía lemniscal. La corteza SI ocupa a la circunvalación parietal ascendente, inmediatamente por detrás de la cisura de Rolando.
La propiocepcion es la modalidad que nos informa sobre la posición y el desplazamiento de los segmentos corporales. Los receptores de esta modalidad están localizados en las articulaciones, tendones y músculos, y se activan cuando una articulación se pone en movimiento, cuando un tendón es sometido a tensión y cuando el musculo modifica su longitud por contracción o relajación. Las fibras que conducen esta información, aunque de manera segregada, siguen por la medula el mismo camino que la modalidad anterior, la vía lemniscal y también terminan en la corteza SI.
La tercera modalidad es la nociocepcion. Los receptores de esta modalidad están localizados en la piel y reaccionan específicamente cuando una noxa incide en la piel y daña el tejido. La vía ascendente de esta modalidad se llama vía espinotalamica. En este caso, el axón de la neurona sensorial de primer orden localizada en el ganglio de la raíz posterior de la medula ingresa a la medula y establece inmediatamente sinapsis con la neurona de segundo orden, cuyo cuerpo está localizado en el asta posterior de la medula. El axón de la segunda neurona cruza hacia el lado opuesto y asciende por el cordón lateral hasta el tálamo, donde hace sinapsis con la neurona sensorial de tercer orden. La tercera neurona envía su axón hacia la corteza SI.
La cuarta modalidad es la temperatura; los receptores periféricos reaccionan según la temperatura del objeto que toma contacto con la piel. La vía dentro del SNC es la vía espinotalamica. Las cuatro modalidades del sistema somatosensitivo originadas en un lado del cuerpo, se proyectan sobre el área SI del lóbulo parietal contralateral, que es el de área de proyección primaria de la sensibilidad somática.
Las fibras de cada una de3 las modalidades somatosensitivas están topográficamente ordenadas a la largo de toda la vía. Cada raíz posterior de la medula contiene fibras procedentes de la región dermatoma. A partir del extremo caudal de la medula, las primeras fibras en ingresar son las que recogen la sensibilidad de los dermatomas inferiores del cuerpo, y a medida que ascienden por la medula, ingresan nuevos contingentes de fibras provenientes de los dermatomas más próximos a la extremidad cefálica. Los nuevos contingentes de fibras ingresas a la vía sensorial adosándose a los que ya han ingresado antes, de esta manera la vía tiene una disposición ordenada, somatotópica, que reproduce la disposición de los receptores en el cuerpo a lo largo de toda la vía sensorial.
La organización jerárquica de la vía somatosensitiva se expresa en la modificación de los campos receptivos de las neuronas de primero orden, segundo y tercero. Los campos receptivos de las neuronas de la vía somasosensitiva muestran una organización jerárquica, y por eso, la extensión del campo receptivo de la neurona depende del lugar que ocupe en la org jerárquica. La neurona de primer orden solo responde a estímulos aplicados dentro de su campo receptivo. Varias neuronas de primer orden hacen sinapsis con las neuronas de segundo orden, y como resultado la neurona de segundo orden se activa por estímulos aplicados en una región más amplia. El campo receptivo de las neuronas de tercer orden es el producto de la superposición de los campos receptivos de las neuronas de segundo orden que la sinaptizan.
La información táctil sobre un objeto es fragmentada por los receptores periféricos que reaccionan a propiedades físicas específicas del objeto. Esta info es integrada e interpretada en el cerebro y la corteza cerebral es el lugar en el que se realiza esta integración. La corteza somatosensitiva tiene tres partes: a) La corteza somatosensitiva primaria SI b) La corteza parietal posterior, corteza de asociación multimodal.
El mapa somatotópico en SI: Las cuatro modalidades somatosensitivas se disponen ordenadamente a lo largo de las vías paralelas y arriba de manera ordenada al área SI de la corteza cerebral, formando un mapa de superficie del cuerpo. El método que permitió describirlos es el de la estimulación y el registro que utiliza la técnica de los potenciales evocado. 1) Se colocan electrodos sobre la corteza cerebral, registran la actividad eléctrica de las neuronas subyacentes a cada electrodo 2) Se aplican estímulos a distintas partes de la piel del cuerpo 3) Se correlaciona la región del cuerpo estimulada con la localización del electrodo que registra mayor actividad. Así se pudo trazar un mapa cortical que representa topográficamente el hemicuerpo contralateral.
Hay una desproporción en la superficie de la corteza somatosensitiva correspondiente a la corteza del tórax. Esta desproporción se debe a la densidad de receptores localizados en cada área, y la desproporción responde a la importancia funcional de cada área.
Mountcastle (1984) descubrió una penetración del microelectrodo de SI, en todas las capas que atravesaba, registraba actividad relacionada con un único tipo de receptores provenientes de una localización corporal. Si se realizaba una nueva penetración en una región próxima, podían registrarse nuevamente a través de todas las capas, actividades correspondientes a otra modalidad, correspondiente a la misma región corporal. De esta manera los distintos receptores somestesicos localizados en el dedo índice, se proyectan sobre SI, en columnas paralelas. Cada columna responde a un tipo de receptor somestesico y corresponde a una localización corporal. A su vez, las columnas que responden a un mismo tipo de receptor tienden a agruparse y a predominar en una parte de SI. Si esta subdividida en cuatro regiones paralelas diferentes. Por lo tanto, hay cuatro homúnculos dispuestos como hileras a lo largo de SI, que ocupan las regiones denominadas: 3a, 3b, 1 y 2. Cada una de estas está constituida por columnas que responden a una modalidad de sensibilidad somática; la región 3ª recibe info proveniente de receptores propioceptivos de los músculos; 3b recibe info proveniente de receptores táctiles; el área 1 desde receptores táctiles de adaptación rápida; y el área 2, desde receptores propioceptivos de las articulaciones. La info somatosensitiva proveniente de los núcleos talamicos específicos llega a las cuatro regiones de SI, pero sobre todo a las áreas 3ª y 3b. Las neuronas de 3ª y 3b envían prolongaciones a las áreas 1 y 2, y el área 1 envía prolongaciones al área 2. A su vez, las cuatro regiones envían prolongaciones a S2 y a la corteza parietal posterior.
Hay cuatro características de importancia, si se va desde el surco central hacia atrás, y considerando las areas 3a, 3b, 1 y 2 podemos encontrar cambios en la naturaleza de la actividad detectada por los microelectrodos. Estos cambios se pueden resumir en: 1) El tamaño de los campos receptivos se hace mayor 2) Las modalidades somatosensitivas tiene a converger en células comunes 3) Las propiedades de respuestas se hacen más complejas.
La experiencia puede modificar el mapa somatosentivo de SI.
En los monos el nervio mediano conduce la info somatosensitiva (SS) de los dedos 1 a 3 de la mano. Se produjo la sección quirúrgica del nervio mediano, con la consecuente anestesia de los dedos 1 a 3y la interrupción de las entradas a la corteza somatosensitiva primaria de la info proveniente de los dedos. Antes y varias semanas después de la sección del nervio, se investigo la representación cortical de la mano y se encontraron diferencias debidas a la privación sensorial. Se produjo una reorganización por la cual las áreas corticales que antes respondían a estímulos aplicados a los dedos 1 a 3 respondían ahora a estímulos aplicados a otros dedos de la misma mano. La plasticidad consiste en que un grupo de neuronas corticales antes relacionadas con el procesamiento de la info sensorial de un área cambian para analizar la información proveniente de otra área. Estos cambios se deben a modificaciones en las conexiones entre las neuronas y NO a modificaciones en su número. También la denervación completa del miembro superior, por sección quirúrgica de todos los nervios que conduce info sensorial del miembro superior, produce una reorganización del mapa somatotópico, en el que se observa la reducción de las áreas que representaban a la mano debido a la expresión de las áreas correspondientes a la cara. Permite interpretar el “miembro fantasma”. Pacientes que han sufrido la amputación de uno de sus miembros superiores refieren “sentir” el miembro amputado. La sensación del miembro fantasma se produce cuando se estimulan áreas específicas del rostro del mismo lado. La interpretación es que la ausencia de entradas sensitivas desde el miembro amputado y que esto conduce a una reorganización del mapa cortical en el que las áreas correspondientes al rostro se expanden e invaden las áreas correspondientes al miembro superior.
Los experimentos mencionados sugerían que el mapa somatotópico era plástico. Jenkins (1990) introdujeron a un momo adulto a aumentar el uso de la punta de sus dedos 2, 3 y 4 dándole una recompensa alimenticia; el entrenamiento fue largo. Antes y después del entrenamiento, se estudiaron los mapas corticales correspondientes a los dedos de la mano mediante técnicas de estimulación y registro. El mapa correspondiente a los dedos de la mano se había modificado como resultado del entrenamiento y mostraba un aumento de la representación cortical de los dedos 2, 3 y 4. La conclusión de los autores fue que la practican expande la representación cortical de aquellos dedos que han sido sometidos a una actividad diferencial.
Pascual-Leone (1993) estudiaron sujetos adultos con magneto encefalografía, una técnica que permite determinar con detalle el tamaño y la localización de las áreas corticales activadas. Estudiaron sujetos que habían aprendido a leer Braille con su mano derecha; compararon el tamaño de las áreas correspondientes al dedo índice de la mano derecha con el de la mano izquierda y con sujetos que no leían Braille; se mostro un incremento de las áreas corticales correspondientes al dedo índice de la mano derecha de los lectores de Braille.

Elbert (1995) compararon la representación cortical de los dedos de la mano izquierda de los músicos que tocaban instrumentos de cuerda con la mano derecha y con sujetos no músicos. Encontraron un tamaño mayor en la mano sometida a una actividad táctil discriminativa mayor. Estos estudios muestran que el mapa cortical puede reorganizarse, no solo como resultado de la privación sensorial extrema, sino también como resultado de la experiencia.
Allard (1991) Determinaron que mecanismos subyacentes al establecimiento de estos mapas corticales. Encontraron que las conexiones de entrada a las neuronas corticales se establecen gracias a un mecanismo de disparo sincronizado, conocido con el nombre de plasticidad Hebbiana: si dos o más neuronas disparan juntas, se establece una conexión entre ellas y luego la activación de una puede activar al conjunto. Estudiaron la discontinuidad de la representación de los dedos de la mano 3 y 4 en un mono. Cada dedo contiene una representación cortical delimitada. Pegaron mediante sutura los dedos 3 y 4 de la mano, para que obligadamente sus receptores trabajaran de manera conjunta; cinco meses después, estudiaron el mapa somatotópico y observaron que el límite entre los dedos 3 y 4 había desaparecido y en su lugar, había un franja ancha continua que se activaba con estímulos aplicados a la zona de la sutura; los limites netos entre los dedos 2 y 5 estaban conservados. La desaparición del imite entre los dedos 3 y 4 es un fenómeno de plasticidad cortical regulado por la experiencia y cuto mecanismo subyacente podría ser la sincronización del disparo de las neuronas corticales.
En los roedores, el tacto depende ademas de los pelos del hocico que de los de las patas. Alrededor de cada pelo, hay 100 fibras mielinicas que se activan por movimiento en los bigotes en direcciones específicas. Luego de una estación en el talamos estas fibras llegan a la capa 4 de la corteza, en donde hace sinapsis con neuronas agrupadas en una estructura columna denominada “barril”, un barril por cada pelo. La representación cortical de los pelos en barriles forma un mapa topográfico exacto de la distribución de los pelos que se aplica a un pelo específico. El mapa Si de los roedores tiene ventajas experimentales: 1) Sigue una organización topográfica 2) Se puede manipular experimentalmente de manera más sencilla. 3) Como la corteza de los roedores es lisa, resulta más apta para los estudios de registro eléctrico y de visualización de la activación en vivo mediante técnicas ópticas. Con el modelo de SI de roedores, se ha logrado diferenciar al menos dos tipos de plasticidad:
1) La manipulación sensorial de los pelos produce modificaciones plásticas en la capa 4 solo en etapas tempranas de la vida. En el adulto, las mismas manipulaciones tienden a producir modificaciones plásticas en las capas 2, 3 y 5, pero no producen modificaciones o pocas manifestaciones tardías en la capa 4. Las sinapsis de la capa 4 son plásticas solo durante un breve periodo crítico temprano y que superado dicho periodo crítico son poco modificables, mientras que las sinapsis en otras capas corticales permanecen plásticas durante mucho más tiempo.
2) La reorganización radical más del mapa de barriles solo se produce en neonatos y debido a lesiones de las aferencias sensoriales; los cambios platicos debidos al uso o actividad consisten en modificaciones de los campos receptivos de los pelos, pero nunca consisten en una reorganización radical del mapa.

CAPÍTULO 8. LA INTERTACCION DE LOS FACTORES GENÉTICOS Y AMBIENTALES.

Los factores genéticos: dependen del genotipo de un individuo. Estos dirigen programas internos, predeterminados, de eventos que tiene lugar en todas las células del organismo, implican una predisposición para atravesar determinador procesos. En el nivel molecular, el genotipo; conjunto de los genes expresados en una célula determina su tipo celular y su función. El genotipo de un individuo NO cambia a lo largo de su vida; lo que si cambia, y a cada momento, es el conjunto de genes que se expresan en cada una de los diferentes tipos de células.
Los factores ambientales: son las condiciones del entorno que habita un individuo e incluyen, la alimentación, el clima, la presencia de predadores, la interacción social, el momento del día y del año. En la especia humana, las variables socioculturales, la tecnología, educación y comunicación. Los factores ambientales ejercen su influencia en un individuo a través de la interacción entre las células que procesas sucesivamente la info del ambiente y que ocupan el medio interno de su organismo. En el nivel molecular, dicha interacción esta materializada por la presencia de distintas sustancias químicas que modifican la actividad, e incluso la morfología de las células. El escenario en el que tiene lugar la interacción entre los factores genéticos y ambientales que determinan las características de un individuo es, en el nivel de la célula, ya que la señal que esta recibe para que se desencadene la expresan de un gran numero consiste en una molécula o sustancia presente en el medio interno. Dicha sustancia, puede haber sido incorporada al organismo, o bien puede haber sido sintetizada y secretada por otra célula.
Fenotipo: se refiere a los rasgos que presenta un individuo o especie, como consecuencia de condiciones ambientales y dentro de un rango de posibilidades que impone el genotipo. Los rasgos fenotípicos pueden ser anatómicos, fisiológicos, conductuales o cognitivos.
La interacción genético-ambiente: Es la base de procesos que se producen en tres escalas temporales diferentes: 1) El despliegue del comportamiento en curso en la situación actual 2) El desarrollo individual 3) La evolución de la especia a la que el individuo pertenece.
Dos ramas de la biología estudian la historia de los cambios producidos por la interacción genético-ambiental, según la escala temporal a lo largo de la cual se producen estos cambios y según la naturaleza del mecanismo subyacente a los mismos.
1) La biología evolucionista: estudia la historia de las interacciones genético-ambientales, constituye el proceso de evolución biológica, que ha resultado en el origen de nuevas especies a partir de especies anteriores. Los cambios afectan a la población de invidividuos, las especies y el mecanismo subyacente a dichos cambios se basa en la variación de los rasgos fenotípicos presentes entre los individuos de la población y en la mayor tasa de reproducción de algunos de esos individuos. El interés de los biólogos evolucionistas se centra en las diferencias observadas entre especies diferentes, pero también entre individuos de la misma especie, ya que dichas diferencias son la causa del cambio evolutivo.
2) La biología del desarrollo: estudia la historia individual de interacciones genético-ambientales. Constituye el proceso de desarrollo biológico, que en los humanos puede alcanzar decenas de años, desde el inicio de la vida intrauterina hasta su muerte. Los cambios observados a lo largo del desarrollo constituyen sucesivas transformaciones del individuo. El interés de los biólogos del desarrollo se centra en la búsqueda de los procesos del desarrollo y de los mecanismos subyacentes que comparten las distintas especies.
Los procesos de evolución biológica por selección natural.
Darwin (1859) la teoría de la evolución de las especies se puede resumir en tres principios relacionados: a) El principio de variación b) El principio de herencia c) El principio de selección natural.
Los organismo individuales se enfrentan a la supervivencia y reproducción; que esto acarrea problemas como búsqueda de alimento y atracción de una pareja. La solución a estos problemas por parte de un individuo pone en juego los rasgos fenotípicos que caracterizan a la especie. De acuerdo con el principio de variación, los individuos de una misma especie no son idénticos, sino que difieren entre sí por los rasgos fenotípicos. Según el principio de herencia un individuo comparte mas rasgos fenotípicos con sus progenitores que con otros individuos, los rasgos fenotípicos se transmiten a la descendencia por estar influidos genéticamente. El principio de selección natural se refiere a la conservación de los rasgos fenotípicos favorables para una especie a través de las generaciones, debido a que las variantes que presentan dichos rasgos tiene más éxito de sobrevivir y reproducirse en un ambiente natural particular. Como consecuencia, se produce un pequeño cambio en la composición de la siguiente generación debido al aumento en la cantidad de individuos con rasgos favorables y a la disminución en la de individuos con rasgos no favorables. La evolución se refiere a la suma de los pequeños cambios producidos en la composición de muchas generaciones sucesivas, lo que resulta en la aparición de una nueva especie.
La variación surge de la adaptación a las condiciones ambientales externas. Estos se producen por la recombinación genética resultantes de la unión de las gametas, y las mutaciones causadas por la alteración en la composición química de un gen o en el número o la estructura de los cromosomas. Los seres humanos somos el producto de la evolución biológica por selección natural. Significa, por un lado, los rasgos anatómicos, fisiológicos, conductuales y cognitivos que caracterizan a nuestra especie son producto de variaciones genéticas aleatorias. Por otro lado. La mayoría de los rasgos anatómicos, fisiológicos, conductuales y cognitivos que compartimos con otras especies fueron seleccionados porque favorecieron la supervivencia y la reproducción de ancestros comunes en los ambientes que estos habitan.
Desarrollo del sistema nervioso.
La neurobiología del desarrollo se ocupa del estudio del desarrollo del sistema nervioso. El desarrollo del SN comienza, en el trascurso de la tercera semana de gestación, cuando el embrión se encuentra en la etapa de gástrula. En esta etapa las células del embrión forman las tres capas germinales que darán origen a todo el plan corporal del organismo: a) El ectodermo, la capa mas externa, dará origen a la epidermis, el SN y los órganos sensoriales b) El endodermo, la capa mas interna, dará origen al intestino, el hígado y los pulmones c) El mesodermo, la capa intermedia, dará origen a los tejidos conectivos, los músculos, los huesos y los componentes del sistema vascular.
El embrión comienza a atravesar una serie de procesos que resultan en la formación del SN. Estos procesos son:
a) La inducción neural: es el proceso por el cual se produce la diferenciación neural de una región del ectodermo dorsal, que sucesivamente forma la placa, el surco y el tubo neurales. La placa neural es una estructura aplanada y alargada, originada a partir del engrosamiento de una región del ectodermo dorsal. 18 días de gestación, la placa neural comienza a hundirse en la línea media a lo largo del eje rostro caudal formando el surco neural, a la vez que sus bordes laterales comienzan a elevarse formando los pliegues neurales. Luego, los pliegues neurales se funden a la altura de lo que será la región cervical y progresivamente hacia los extremos. Así, el surco neural se cierra formando el tubo neural, mientras que una población de celular de la región dorsal del mismo se desprende y forma la cresta neural. El tubo neural da origen a las neuronas y a las células gliales del SNC; por otro lado, la cresta neural da origen a varios tipos celulares, entre los que se encuentran las neuronas del ganglio sensitivo y simpático, así como las celular gliales del SNP. En el nivel molecular, la inducción neural consiste en la señalización que ejerce una región del mesodermo mediante la secreccion de una sustancia para que la porción suprayacente del ectodermo dorsal se diferencie en tejido neural. Dicha región del mesodermo conocida como notocorda, es una estructura tubular que se extiende a lo largo de la línea media en la región dorsal del embrión.
b) La configuración regional o modelado del SN: se refiere a los cambios anatómicos que atraviesa el tubo neural, y la disposición de las células que lo componente. SN se desarrolla a lo largo de dos ejes:
1) Dorsoventral: las células que ocupan las regiones dorsales del tubo neural se diferencian en células gliales de la placa tectal, en células de la cresta neural y en interneuronas dorsales. Las células que ocupan las regiones ventrales se diferencian en células gliales de la placa basal, en neuronas motoras y en interneuronas ventrales. En el nivel molecular, la diferenciación de las células de las regiones dorsales y ventrales del tubo neural depende de señales inductoras que dichas células reciben antes de producirse el cierre del tubo neural. Las señales inductoras para la diferenciación de las células de las porciones dorsales del tubo neural involucran a varias sustancias diferentes secretadas por el ectodermo epidérmico. En cambio, las señales inductoras para la diferenciación de las células de las porciones ventrales involucran a concentraciones diferentes de una única sustancia secretada por la notocorda. La configuración de las regiones dorsal y ventral del tubo neural depende inicialmente de señales provenientes de tejido no neural. Luego, la señalización pasa a depender de3 las células gliales de las placas tectal y basal, ya que comienzan a secretar las mismas sustancias secretadas inicialmente por el ectodermo epidérmico y la notocorda
2) Rostrocaudal: la región más rostral del tubo neural da origen al encéfalo, mientras que la región más caudal da origen a la medula espinal. La región rostral se subdivide en tres vesículas y luego en cinco, de las que derivan las distintas partes del encéfalo. Las tres vesículas son, a) el prosencefalo que se subdivide en telencefalo y diencefalo b) el mesencéfalo c) el rombencefalo, que se subdivide en metencefalo y mielencefalo. En el nivel molecular, la subdivisión progresiva del tubo neural a lo largo del eje rostro caudal depende de una combinación de sustancias que actúan como señales inductoras desde la etapa de la placa neural. Inicialmente, un conjunto de proteínas induce a la región rostral de la placa neural para formar tejido característico del prosencefalo, mientras que otras sustancias inducen a la región caudal para formar tejido característico del rombencefalo y a la medula espinal. Más tardíamente, las tres vesículas del encéfalo y la medula espinal se subdividen en regiones más pequeñas, llamados prosómeros en el prosencefalo y rombomeros en el rombencefalo. La configuración característica de estos segmentos más pequeños depende de la expresión combinada de distintos genes que especifican las estructuras que van a desarrollarse en cada uno de los mismos. Las diferencias en la configuración regional del tubo neural, son el resultado de la proliferación localizada de células y su posterior migración a los sitios definitivos que les están destinados para formar estructuras identificables.
c) La proliferación de células precursoras de células nerviosas: consiste en la división mitótica de las células precursoras de células nerviosas, cada una dando origen a dos células hijas. Las células hijas pueden también ser células precursoras, o bien diferenciarse en neuronas o células gliales. La tasa de proliferación, el pico de proliferación en las distintas regiones se produce en momentos diferentes. Esto contribuye a os sucesivos cambios en la configuración del tubo neural. La tasa de proliferación va disminuyendo progresivamente. En las etapas más tempranas del desarrollo, cada célula precursora se divide en otra células precursoras que continúan dividiéndose; luego, una de las dos células hijas se diferencia en neurona; y en las etapas mas tardías, se diferencias en amabas. En la génesis glial, ya bien se observa una disminución en la tasa de proliferación, pero a diferencia de las neuronas, las células gliales pueden dividirse una vez diferenciadas. En los procesos de proliferación celular en el SNC, se observa un desplazamiento de los núcleos de las células precursoras durante la división mitótica, desde la zona ventricular del tubo neural en dirección a la zona marginal. Este desplazamiento es indicado por el momento del ciclo celular por el que esta atravesando la célula. Así, la división de la célula precursora en dos células hijas se produce en la zona ventricular. Si las celulares hijas no se diferencian aun, sino que resultan tmb ser precursoras, cada una de ellas se desplaza luego hacia la zona marginal, se produce una síntesis de ADN. Una vez replicado el ADN, la célula vuelve a desplazarse de regreso a la zona ventricular, lista para una nueva división.
d) La migración celular: consiste en el desplazamiento de las células desde las regiones del tubo y la cresta neurales hacia los sitios de destino. Durante la migración celular se produce la agregación selectiva de los cuerpos celulares de las neuronas migratorias en las estructuras identificables del SN, como las capas y núcleos de sustancia gris. La migración celular contribuye a determinar la identidad o fenotipo de las celular. Las células de la cresta neural pueden diferenciarse en otros tipos de células, como células pigmentadas de la piel, o células de las glándulas suprarrenales. En el nivel molecular, la diferenciación celular consiste en la expresión de programas internos que dependen de las sustancias presentes a lo largo del trayecto de cada tipo de célula.
e) La determinación del fenotipo celular: de las células del SN es los procesos por el cual cuna célula precursora se diferencia en una neurona o en una célula glial. En las células que se diferencian en neuronas, el fenotipo incluye rasgos como NT y que receptores específicos van a ser sintetizados y utilizados en las sinapsis con otras neuronas. En el nivel molecular, la determinación del fenotipo celular depende de dos factores. a) La info contenido en programas internos de diferenciación heredada de la célula precursora b) Las sustancias presentes a lo largo del trayecto que recorre la célula en su fase migratoria, que desencadena la expresión de dichos programas internos. En algunas neuronas, la síntesis del nt esa determinado por programas internos. En otras, depende de sustancias secretadas por las células diana, que desencadenan la síntesis de otro nt.
f) La muerte neuronal programada: este fenómeno está relacionado con el proceso de formación de la sinapsis, ya que la supervivencia de las neuronas depende del contacto que logren establecer con sus células dianas.
g) El crecimiento axonal: el axón de una neurona avanza guiado por una estructura ubicada en el extremo, el cono ce crecimiento. La estructura de los conos incluye extensiones muy móviles y flexibles llamadas filopodios, y el flujo de microtubulos desde el núcleo de la célula hacia la nueva prolongación axonal. En el nivel molecular, el cono de crecimiento reconoce y responde a las señales que encuentra a lo largo de su recorrido. Dichas señales involucran a distintas sustancias que se unen a receptores específicos de la membrana del cono de crecimiento, y ejercen una acción atrayente, repelente o adherente sobre el mismo, estimulando o inhibiendo de esa manera su crecimiento en una u otra dirección. Estas sustancias están presentes en el medio extracelular de otras células, en la superficie de axones pioneros con los que el nuevo axón formara un haz de fibras y finalmente en la superficie de la célula diana.
h) La formación de las sinapsis: consiste en tres fenómenos: i) La conexión selectiva entre el axón y la célula diana ii) La diferenciación del cono de crecimiento en un terminal sináptico iii) La síntesis y acumulación de receptores en la célula diana postsinaptica. Una vez producido dicho reconocimiento, el enlace entre la membrana presinaptica del exón y la membrana postsinaptica de la neurona diana depende de la molécula de adherencia celular situadas en ambas membranas, que se unen entre sí. Una vez que las neuronas pre y postsinapticas entran en contacto, el cono de crecimiento comienza a liberar pequeñas cantidades de nt de manera rudimentarias. Luego, su diferenciación en un terminal sináptico depende de sustancias presentes en el medio extracelular. El último de tres fenómenos es: las neuronas de SNC establecen múltiples sinapsis que involucran a distintos nt, Para ello, antes de involucrarse en las distintas sinapsis, una misma neurona inserta en su membrana distintos tipos de receptores específicos para cada nt. En la medida en que se establece sinapsis, se observa una rápida redistribución de los receptores, que se acumulan mucho más densamente en los puntos de la membrana postsinaptica que van a aplicarse a las zonas activas de liberación del nt adecuado de la membrana presinaptica. La redistribución de los receptores en la membrana postsinaptica está gobernada por el terminal sináptico que, además de liberar nt, secreta otras sustancias. Estas provocan cambios en la membrana postsinaptica, que vuelven más estable a la conexión sináptica inicial: i) La reubicación de los receptores existentes desde los sitios no sinápticos hacia los sinápticos ii) La estimulación de la síntesis de nuevos receptores en los sitios post sinápticos iii) Su bloqueo en los no sinápticos.
i) Los efectos de la experiencia: implica la interacción del individuo con su entorno, así como la actividad nerviosa espontanea antes del nacimiento y a lo largo de toda la vida. De esta manera, se ve favorecida la estabilización de las sinapsis involucradas en la actividad a la vez que se produce la eliminación de las sinapsis no involucradas. Este reordenamiento sináptico es de naturales competitiva, es decir que las sinapsis activadas por la experiencia se mantiene a expensas de las sinapsis no activadas que son eliminadas. En el nivel molecular, algunos del los mecanismo que median los efectos de la experiencia sobre el desarrollo posterior del SN involucran a las mismas sustancias que median el crecimiento axonal y la supervivencia de las neuronas que escapan de la muerte programadas. Además, los sistemas de nt que primero comienzan a funcionar influyen en las etapas posteriores del desarrollo.
j) La mielinizacion de las fibras nerviosas: proceso por el cual los axones son recubiertos por la vaina de mielina, cuya función es aumentar la velocidad de conducción del impulso nervioso a lo largo del axón. La vaina de mielina está formada por el enrollamiento de un tipo de célula glial, los oligocendritos , mientras que la que recubre a los axones del SNP está formada por enrollamiento de las células gliales, las células de Schawn. La mielinizacion comienza a los 4 meses de gestación en la medula espinal, y avanza progresivamente hacia el tronco encefálico, el dicencefalo, y el telencefalo. Las ultimas fibras en mielinizarse, hacia el final de la adolescencia, son las UE constituyen la sustancia blanca que subyace a las áreas corticales de asociación. Es necesario que se produzca la mielinizacion de un sistema funcional para el desarrollo de la capacidad resultante de la actividad de dicho sistema

Ejemplo de la interacción de los factores genéticos y ambientales en la determinación de la conducta.
Las diferencias sexuales en la habilidad espacial:
Ratones: ratón de la paradera, los machos de esta especie se diferencian de las hembras por su mejor rendimiento en la habilidad espacial. Su sistema de apareamiento es poliginico (machos con varias hembras). Los machos deben recorrer muchos territorios y regresar a su madriguera. Las hembras permanecen cerca de la madriguera.
La región cortical vinculada con los procesos espaciales es el hipocampo. En los ratones de la pradera, el tamaño del hipocampo es mayor en los machos que en las hembras. En lo ratones del bosque a diferencia de los de la pradera, no hay diferencias sexuales de rendimiento en los laberintos de laboratorio, ni en el tamaño del hipocampo. Otra diferencia es que el ratón del bosque es monógamo, macho y hembra comparten la tarea de cuidar de las crías.
Aves: el ave tordo cabeza marrón, la hembra pone 40 huevos por año en diversos nidos de otras especies, que se encargan del cuidado de los pichones del tordo. Durante el día, la hembra de tordo recorre grandes territorios en busca de nidos que contengan aprox dos huevos. Luego de varios días vuelve a los nidos localizados en días anteriores, y pone un huevo en cada uno. En el tordo cabeza marrón se observo una diferencia un mayor tamaño del hipocampo en las hembras que en los machos.
Humanos: las diferencias sexuales de rendimiento se deben a afectos hormonales: i) Un efecto reforzador de la testosterona en hombres ii) Un efecto inhibidor del estrógeno en mujeres.
Los genes que lograron pasar a las generaciones siguientes no solo son los que se expresan en rasgos que fueron útiles para la supervivencia y la reproducción de las generaciones ancestrales, sino también los que se expresan en rasgos irrelevantes.
Los período críticos del desarrollo: la noción de periodo crítico del desarrollo se refiere al tiempo trascurrido entre momentos precisos de inicio y finalización, durante el cual es necesaria la presencia de estímulos adecuados para que se desarrolle las capacidades que dependen de la actividad nerviosa. Esto se debe a que durante dichos periodos, el SN es más sensible a los efectos de los estímulos externos. En este sentido, la noción de periodo crítico está vinculada con la noción de plasticidad y aprendizaje. La plasticidad se define como la capacidad del Sn de cambiar su actividad como consecuencia de las influencias ambientales, y el aprendizaje se define como la adquisición de información nueva. Los periodos críticos involucran la interacción de factores genéticos y ambientales, ya que el aumento y la disminución de la sensibilidad del SN a las influencias ambientales son consecuencia de la expresión de programas internos de desarrollo.
Aprendizaje en pajaros cantores: Los machos para poder aparearse y como defensa, deben aprender un canto. Pocos días después del nacimiento se inicia un primer periodo crítico para el aprendizaje del cante, la fase sensorial, los pichones escuchan y almacenan en su memoria las canciones producidas por los adultos. A esta le sigue una fase sensomotora, el macho joven comienza a producir subcanciones, es fundamental la retroalimentación auditiva que le permita corregir progresivamente. Por último la fase sensomotora, culmina con la cristalización de la estructura acústica de la canción, una vez que el pájaro logra producir una versión estereotipada del modelo escuchado y almacenado durante la fase sensorial. La memorización de las canciones no se extiende más ala del primer año de vida y no se adquieren nuevas canciones una vez producida la cristalización de la estructura acústica. Los miembros de estas especies son llamados aprendices limitados por la edad.
Los canarios, pueden incorporar nuevas canciones a su repertorio cada año, aunque en un periodo al final de la estación de apareamiento son llamados aprendices abiertos. En el cerebro del canario, el centro vocal superior, un núcleo involucrado de tanto en la producción como en el aprendizaje del canto, tiene un mayor tamaño en los machos que en las hembras. El circuito nervioso involucrado en el aprendizaje del canto, los momentos de inicio y finalización de la sensibilidad a la estimulación auditiva están determinados por el aumento y la disminución de los niveles de testosterona.
La fenilcetonuria: interacción entre los factores genéticos y ambientales. Es un trastorno metabólico que provoca el desarrollo de retraso mental severo, hiperactividad e hiperirritabilidad. Consisten en la ausencia de una enzima hepática, la fenilalanina hidroxilasa, que normalmente convierte la fenilalanina en tirosina. Como consecuencia, la fenilalanina se acumula en la sangre, se convierte en una sustancia neurotóxica que interfiere en el desarrollo normal del cerebro. Los pacientes presentan bajo niveles de catecolaminas, de los nt que se sintetizan a partir de la tirosina. Es una enfermedad hereditaria de transmisión autosomica recesiva. Autosomica porque el gen que codifica la fenilalanina hidroxilasa, se localiza en la brazo largo del cromosoma 12, que es un autosoma. Y es recesiva porque el trastorno metabólico se manifiesta en individuos que poseen ambas copias del gen defectuoso.