NPS.APJE-CLASE IV

Lic. Bibiana Cañás de Ameal
CLASE IV
IV-1 Nature vs. Nurture? Instruccionistas vs. Seleccionistas?
Interacción entre genes y ambiente
El genoma humano contiene instrucciones para el desarrollo del cuerpo, incluso para el
desarrollo de la estructura de nuestro cerebro. Entre el 50 y el 70 por ciento de todos los
genes se cree que están en el cerebro. Pero probablemente no tenemos la suficiente
cantidad de genes para dar cuenta de la activación de los trillones de conexiones
sinápticas de nuestro cerebro.
Los genes dictan que nosotros tendremos un cerebro humano con ciertamente el mismo
tipo de circuitos, pero las diferencias específicas existirán y las conexiones de los
circuitos determinados por la actividad sináptica que resulta del propio desarrollo más
la estimulación ambiental, esculpirán el cerebro individual.
Actualmente no quedan dudas sobre la gran influencia de la experiencia en el desarrollo
cerebral. Ya no se continúa debatiendo “natura vs. nurtura”, “genes vs. ambiente”,
“instrucción vs. selección”, sino que se estudian las importantes influencias de cada
uno.
Quizás el mayor representante contemporáneo del seleccionismo neural es Gerald
Edelman, premio nobel 1972. Edelman halló que las sinapsis en el cerebro, tal como los
animales en su ambiente, compiten por permanecer vivas. Como ya dijimos las sinapsis
que son usadas compiten satisfactoriamente y sobreviven, mientras aquellas que no son
usadas perecen. Las
influencias externas seleccionan las sinapsis adecuadas para
reiniciar o reforzar ciertos patrones de actividad neural que las involucra.
Los seleccionistas asumen que los factores genéticos y no genéticos interactúan en cada
escalón del desarrollo. La selección opera sobre las conexiones preexistentes formadas
por los genes (que hacen que las proteínas ayuden a los axones guía a llegar a su
destino) trabajando concertadamente con factores no genéticos (químicos de la madre
por ejemplo). Pero los genes y los químicos no son enteramente responsables de estas
conexiones iniciales. Los seleccionistas también asumen que hay un amplio monto de
circunstancias fortuitas involucradas, terminales y dendritas que están en la misma zona
tienen la oportunidad de formar conexiones sinápticas. Como resultado, en cambio del
plan general genéticamente programado, opera la naturaleza individual desde la cual la
experiencia y el aprendizaje hacen su propia selección.
Las conexiones sinápticas que reciban inputs sobrevivirán más fácilmente y hasta
podrán modificarse, mientras que aquellas que no los reciban, morirán. Esto ocurrirá
durante toda la vida del ser humano, más allá de los grandes momentos de poda
neuronal de la infancia y la adolescencia.
La actividad neuronal que promueve la formación de sinapsis y nuevas ramificaciones
resultado de la estimulación externa y la propia maduración cerebral, también está
involucrada en la eliminación y estabilización de las sinpasis ya formadas.
IV-2 En el cerebro, “lo que no se usa se pierde”
Pero cómo el “uso previene la pérdida”? Qué ocurre entre una célula postsináptica y su
terminal
presináptica para asegurar que una conexión sobreviva? O para ser más
positivo, cómo la actividad fortalece las conexiones y hasta es capaz de crear nuevas?
A mediados del siglo xx, Donald Hebb, psicólogo canadiense, propuso que si dos
neuronas son activadas al mismo tiempo y una es presináptica a la otra, entonces la
conexión entre ellas se fortalecerá. En las palabras de Hebb: “Cuando un axón de la
célula A está lo suficientemente cerca como para excitar la célula B, o repetidamente
toma parte en su activación, algún proceso de crecimiento o cambio metabólico tiene
lugar en una o en ambas células tal que la eficiencia de A, como una de las células que
disparan a B, se incrementa”. La esencia de la idea de Hebb ha sido capturada por el
slogan “Cells that fire together wire together” (traducción literal: “células que se
disparan juntas se conectan juntas”, es decir, permanecen más sensibles para activarse
nuevamente ante la repetición de los mismos estímulos).
Esta teoría que originalmente ha dado cuenta de la naturaleza del aprendizaje y la
memoria como ya veremos, ha sido usada para explicar otros aspectos de la función
sináptica, especialmente la construcción de sinapsis durante el desarrollo.
Bastante se ha descubierto sobre los neurotransmisores que subyacen a la plasticidad de
Hebb. Por ahora
podemos decir que la liberación de glutamato desde las terminales
presinápticas tiene como objetivo dos clases de receptores postsinápticos, unos graban
que la célula post estuvo activa y otros graban cuál fue la terminal presináptica que los
contactó. De este modo, la célula post es capaz de detectar la con- currencia de pre y
postsináptica actividad y entonces ayudar a conectar esa célula con todas las terminales
presinápticas que fueron activadas cuando la neurona postsináptica disparó su potencial
de acción.
Parece muy confuso, no??? Pero es así, tal cual ocurre. Vuelvan a leerlo lentamente y
luego continúen con la lectura que ampliará estos conceptos.
Hebb sugería que en virtud de incrementar la eficiencia de las conexiones y
consolidarlas, algo como nuevos crecimientos necesitaban ocurrir. Había poca evidencia
en ese momento sobre lo que hoy ha sido observado puntualmente: la estimulación
provoca actividad neuronal que induce al crecimiento.
Los estudios de Eric Kandel (Premio Nobel 2000) y sus colegas de la Universidad dí
Columbia
han demostrado que la plasticidad neuronal es acompañada por
ramificaciones de los axones y la formación de nuevas sinapsis durante el desarrollo
y el aprendizaje. Una vez que esto ocurre, el potencial de acción que viene desde el
axón será más efectivo en activar la célula postsináptica porque activará más sinapsis
de esa célula.
Continuamos viendo como la selección (por estimulación ambiental) y la instrucción
(dictada por los genes) caminan juntas en el desarrollo cortical.
Ambas, selección e instrucción, nos dicen en última instancia, que lo que un circuito
neuronal hará y cómo lo hará está determinado epigenéticamente, es decir, por la
influencia de genes y ambiente (tanto externo como interno).
IV-3 Human cortical developmental - INVESTIGACIÓN
El desarrollo del cerebro humano es estructural y funcionalmente un proceso no lineal y
entender la maduración del cerebro normal es esencial para entender los desórdenes del
desarrollo.
La naturaleza heteromodal del desarrollo cognitivo del cerebro es evidente gracias a los
estudios de imágenes funcionales (fMRI, PET)
Estos estudios muestran cambios regionales en la densidad de la materia gris durante la
infancia y adolescencia con un imcremento
prepuberal seguido de una pérdida
postpuberal.
La densidad de la materia gris en MRI es una medida indirecta de una compleja
arquitectura de la glía y de neuronas con dendritas y procesos sinápticos. Los estudios
de su maduración muestran una pérdida en su densidad todo el tiempo, que tiene
correlatos con los hallazgos postmorten de incremento de poda sináptica durante la
adolescencia y temprana adultez.
El estudio que les comentaré sobre desarrollo de materia gris se realizó con una muestra
de 13 personas de 4 a 21 años que fueron escaneados con MRI cada 2 años por un
término de 8 a 10 años.
La hipótesis de la investigación es que el desarrollo de materia gris en niños hasta la
temprana adultez sería no lineal como se describió antes y progresaría en forma
localizada en cada región específica coincidiendo con la maduración funcional. Además
las regiones asociadas con las funciones más primarias (por ejemplo el córtex motor
primario) se desarrollarían más temprano comparadas con las regiones que procesan
conductas más complejas e integrativas (lóbulos frontal y temporal).
Los resultados muestran alta heterogeneidad: el desarrollo de la materia gris aparece
siguiendo la secuencia de la maduración funcional, con las regiones sensoriomotoras
primarias seguidas por los polos frontal (gusto - olfato) y occipital madurando primero y
el resto del córtex desarrollándose en la dirección parietal- a- frontal (de atrás hacia
delante).
El córtex
temporal superior, que contiene las áreas de asociación que integran
información de distintas modalidades sensoriales, madura último. La maduración de la
corteza también aparenta seguir la secuencia de evolución en la cual estas regiones
fueron creadas.
Estas comparaciones con el desarrollo cortical normal pueden ayudar a entender
algunos desórdenes del neurodesarrollo en la infancia como la esquizofrenia o el
autismo.
Time-Lapse Imaging Tracks Brain Maturation from ages 5 to 20
Imágenes de fMRI de niños y adolescents saludables de 5 a 20 años de edad (15 años
de desarrollo cerebral). El rojo indica mayor cantidad de materia gris, el azul menor
cantidad. La materia gris disminuye de atrás hacia adelante durante la maduración
cerebral y la poda de las conexiones neuronales. Las zonas de las funciones más
básicas maduran más temprano mientras que las funciones de nivel más alto
maduran más tarde. El córtex prefrontal que se encarga del razonamiento y otras
funciones “ejecutivas” emerge tarde en la evolución y es casi el último en madurar.
Estudios en gemelos han demostrado que el desarrollo de las áreas que maduran
más tarde está menos influenciado por la herencia que las áreas que maduran más
temprano. 17/05/2004
Source: Paul Thompson, Ph.D.
UCLA Laboratory of Neuroimaging
IV-4 Resultados de la investigación:
El estudio muestra una alta heterocronicidad del desarrollo cortical humano, sugiriendo
que las subregiones en forma indvidual siguen temporariamente distintas trayectorias de
maduración en las cuales las áreas de asociación de alto nivel maduran después de las
regiones sensoriomotoras de bajo nivel, es decir, cuando las funciones que ellas integran
han madurado. Además aparece que las áreas corticales filogenéticamente más antiguas
maduran más temprano que las más nuevas
La maduración del lóbulo frontal progresa en una dirección atrás-adelante, comenzando
en el córtex motor primario (el giro precentral) y se propaga hacia la zona anterior
sobre el giro frontal superior e inferior, desarrollándose último el córtex prefrontal. Por
lo tanto, el polo frontal madura aproximadamente a la misma edad que el córtex motor
primario.
En la mitad posterior del cerebro, la maduración comienza en el área sensorial primaria,
extendiéndose lateralmente sobre el resto del lóbulo parietal. Similar al polo frontal, el
polo occipital madura temprano. Los lóbulos temporales laterales son los últimos en
madurar.
Entonces, la secuencia en que madura el córtex coincide con las etapas relevantes de
desarrollo cognitivo y funcional. Partes del cerebro asociadas con las más básicas
funciones maduran más temprano: las regiones sensoriales y motoras maduran primero,
seguidas por las áreas involucradas en la orientación espacial, el desarrollo del lenguaje
y atención (más arriba y más debajo de los lóbulos parietales). Más tarde maduran las
áreas que procesan las funciones ejecutivas, atención y coordinación motora (lóbulos
frontales).
El polo frontal, relacionado con el gusto y el olfato, y el polo occipital relacionado con
el córtex visual, también maduran temprano. Esta secuencia de maduración se reflejó
con picos en los valores máximos de sustancia gris. Visualmente el córtex prefrontal y
el
parietal inferior del hemisferio izquierdo maduran más temprano que
las
correspondientes regiones del lado derecho. La causa puede deberse al hecho de que la
mayoría de los sujetos en esta muestra son diestros de mano, con un hemisferio
izquierdo dominante que madura más temprano.
El lóbulo temporal sigue un patrón distinto de maduración. Los polos temporales
maduran más temprano. La mayor parte del resto de esta zona maduró durante el tiempo
que duró el estudio, excepto una pequeña región en la parte posterior del STG (giro
temporal superior), que parece madurar última. En los humanos el córtex temporal, en
particular la parte posterior del surco temporal superior, el
STG, es un sitio de
asociación heteromodal (junto al prefrontal y al parietal inferior) y se relaciona con la
integración de la memoria, la asociación audiovisual y el reconocimiento de objetos. Por
lo tanto, la corteza temporal continúa su maduración después que las otras áreas de
asociación que ella integra estén relativamente desarrolladas.
Los procesos exactos que subyacen a la pérdida de materia gris todavía no son
conocidos. La materia blanca se incrementa en las primeras cuatro décadas por la
mielinización de los axones y podría parcialmente explicar la pérdida de materia gris.
Las diferencias en los tiempos de maduración de las regiones cerebrales puede resultar
de la heterocronía de la poda sináptica cortical. Es interesante observar que en el córtex
frontal, la región dorsolateral es la última en madurar, coincidiendo con su tardía
mielinización y demostrando que la poda y la mielinización pueden ocurrir en paralelo.
Estos descubrimientos pueden tener importantes implicancias clínicas. Por ejemplo, el
autismo, con onset (entrada, acceso) antes de los 3 años de edad, muestra hiperplasia
cerebral global en la materia gris en los primeros dos años de vida y amplios volúmenes
de materia gris frontal y temporal a los 4 años, seguidos por un crecimiento lento en
estas regiones a los 7 años.
La entrada a la esquizofrenia en la niñez, con una edad de acceso alrededor de los 10
años, es asociada con una pérdida brusca de materia gris en la zona parietal, que
progresa durante la adolescencia en un patrón atrás-adelante. Mientras que la
esquizofrenia del adulto (la forma más típica) está más fuertemente asociada con
déficits en la tardía maduración de las regiones temporal y frontal y está asociada con
anormalidades selectivas de regiones heteromodales.
Por lo tanto, alteraciones en grado o tiempo del patrón de maduración normal puede ser
causa de estos trastornos del neurodesarrollo o también pueden manifestarse como
trastornos del aprendizaje cuando las alteraciones son leves.
El sustrato cortical de estos cambios corticales puede ser una combinación de
mielinización, poda sináptica, y cambios en la densidad neuronal, glial, vascular en
diferentes capas corticales.
Los análisis se basaron en 52 scans, de los cuales fueron creados 1976 modelos
anatómicos, de 13 sujetos estudiados con un promedio de 125 de CI, por lo que refleja
un sesgo en el estudio del National Institute of Mental Health. Las diferencias de género
en la maduración cerebral no pudieron ser exploradas porque eran sólo seis varones y
siete mujeres en la muestra.
De todas formas estos hallazgos brindan importante información sobre la secuencia de
maduración del desarrollo temprano del cerebro y su relación con las etapas cognitivas
de evolución.
Este trabajo ha sido sostenido por el National Institute of Mental Health Intramural
Funding; la investigación fue concedida por el the National Institute for Biomedical
Imaging and Bioengineering (EB 001561) y el National Center for Research Resources
(P41 RR13642 and R21 RR19771).
Kurt Fisher, neuropsicólogo y director del programa “Mente, cerebro y educación” de la
Universidad de Harvard ha conducido una investigación en la Ed School que ha
revelado importantes correlaciones entre el desarrollo psicológico y el desarrollo
cerebral. Lamentablemente todavía no nos ha llegado completa pero sí sus resultados.
Los niños, adolescente y adultos jóvenes demostraron clara explosiones de óptima
performance correspondientes para habilidades particulares a las edades de 3½-4 ½, 6-7,
10-12, 14-16, 19-21, y 24-26 años. Los estudios de actividad cortical también mostraron
explosiones de crecimiento físico del cerebro a edades similares. Durante
estos
períodos, nuevas formas de procesamiento en el córtex promueven nuevos aprendizajes
y crean una mayor posibilidad de recuperar viejos problemas de aprendizaje.
Ciertamente este trabajo explica mucha de la adaptación del aprendizaje humano y
muestra por qué adultos pueden también aprender nuevos conocimientos. Fisher
reflexiona sobre el hallazgo de los cambios corticales que se relacionan con los cambios
cognitivos. Eventualmente, dice, esta investigación influirá sobre importantes nuevos
desarrollos en la currícula escolar y sobre modificaciones en los estilos de enseñanza.
Pero, agrega, aún hay un montón que no sabemos y debemos seguir investigando, por
cierto.
IV-5 Ambientes estimuladores y plasticidad cortical
Cómo los diferentes ambientes y especialmente el aprendizaje afectan al desarrollo del
cerebro.
En la California de los años `60 una tranquila revolución se estaba gestando en la
University of Berkeley. En el laboratorio de biología, Mark Rosenzweig y sus colegas
Edward Bennett, Marian Diamond, and David Krech, cuestionaban la larga
permanencia de la separación entre psicología y biología y entre nuestra experiencia
conciente del mundo y los cambios físicos en nuestros cerebros. Su propuesta “la
experiencia puede inducir concretos y observables cambios en la estructura del
cerebro”, influiría profundamente en nuestra comprensión de la relación entre la
educación y la mente humana décadas más tarde.
En Harvard, para esta misma época, David Hubel y Torsten Wiesel estudiaron gatos
recién nacidos, ciegos de un ojo y demostraron que esta deprivación causaba profundos
cambios estructurales en la corteza visual de los gatos. Dejaron claro que una severa
deprivación durante períodos críticos de desarrollo podía tener catastróficos efectos
en el desarrollo del cerebro, pero la cuestión era si lo opuesto era también verdad. Si
experiencias tempranas negativas podían alterar el cerebro, podrían experiencias
positivas mejorarlo? Y podrían condiciones menos severas que la ceguera producir
cambios en la estructura física del cerebro?
Unos años más tarde el equipo de Berkerley completó una serie de experimentos que
comenzaron a contestar esas preguntas. Ellos encontraron que ratas bebés (25 días)
criadas en un ambiente “enriquecido”, con juguetes y actividades sociales (combinación
de estimulación intelectual y social), no sólo eran más inteligentes que las ratas criadas
en ambientes deprivados sino que también el progreso en su performance
correlacionaba con un incremento en el peso de su corteza cerebral. La idea de que el
cerebro como un músculo, puede responder a “ejercicios cerebrales” con crecimiento
físico, sorprendió a muchos y dio fuerza a la poderosa teoría de que todos los aspectos
de la mente, desde la memoria a las emociones, tienen su correlato físico en el cerebro.
Este estudio fue seguido por otros similares que demostraron el crecimiento cerebral
ocurrido en ratas adultas que vivían en un ambiente estimulado, donde debían aprender
a manejar distintos elementos para subirse y realizar los ejercicios, quienes tenían un
mejor desempeño en tareas de resolución de problemas que aquellas ratas de ambientes
solitarios. Estos hallazgos junto con investigaciones similares de la University of
Illinois at Champaign, demostraron que el incremento del peso cortical era acompañado
por un incremento en las ramificaciones de las dendritas y a su vez demostraron que un
crítico componente del ambiente enriquecedor es el que induce al aprendizaje (la
actividad sola no era suficiente para incrementar el córtex de las ratas).
Pero cuidado!!!!!!!!! Grandes cerebros no correlacionan con animales inteligentes, ni
tampoco con seres humanos inteligentes.
Los educadores tienen muy en claro que los chicos que son expuestos a una rica y
variada educación en épocas tempranas de su vida, desarrollan una gran capacidad para
el aprendizaje. Las nuevas conexiones que su cerebro realizó en esos ambientes
enriquecedores y el fortalecimiento de conexiones existentes que no participarán de la
poda neuronal, aumentaron su corteza cerebral en densidad y peso desarrollando las
zonas estimuladas sobre las que se formarán los conocimientos de mayor nivel,
facilitando los mismos.
Recientes investigaciones demostraron que el cerebro está siempre modificándose
debido al aprendizaje y a nuestro ambiente. Las posibilidades del cambio
neuropsicológico son muy altas. La habilidad que tiene el cerebro para modificarse se
llama plasticidad.
Debido a esta habilidad del cerebro para formar nuevas redes neurales, nuevas
conexiones durante el proceso de aprendizaje con la estimulación adecuada, las
alteraciones en su funcionamiento que producen trastornos del desarrollo o del
aprendizaje pueden rehabilitarse o eventualmente lograr el mejor funcionamiento
posible de las áreas con déficts. Ese es el objetivo del tratamiento neuropsicológico. La
recuperación se logra con programas de estimulación (informatizados y no
informatizados) garantizada por la increíble plasticidad cerebral.
IV-6 Cocaína y plasticidad
Anfetaminas y cocaina limitan la habilidad de la experiencia para promover la
plasticidad neuronal en el neocórtex. (Kolb, B. Proc. National Academy of Science. USA 100,
10523–10528 (2003) | PubMed | )
Puede el abuso de drogas interferir con la experiencia y el aprendizaje en la
modificación cerebral?
Los autores investigaron a ratas tratadas con anfetaminas y cocaina y encontraron que
las drogas limitaban la capacidad que tiene un ambiente estimulador para alterar la
estructura dendrítica. Es decir, hallaron que la plasticidad neuronal estaba disminuída.
Esta interferencia puede relacionarse con los déficits cognitivos que están asociados al
abuso de drogas.
IV-7 Cerebros: diferentes pero los mismos
A pesar de la tremenda similiaridad de nuestros cerebros, todos actuamos diferente,
tenemos habilidades únicas y tenemos distintas preferencias, deseos, esperanzas, sueños
y temores. La llave de la individualidaad no puede ser encontrada en la organización
superficial de cerebro (sus divisiones en regiones y áreas) pero sí en el entramado de sus
redes. Para entender las cualidades que definen a una persona necesitamos conocer la
estructura microscópica y las funciones de su sistema neural y especialmente las células
y sinapsis que ellas forman.
Todos los órganos y tejidos del cuerpo están compuestos por células. Pero sólo las
células del cerebro, las neuronas, se comunican directamente una con la otra. No hay
nada mágico en este proceso, las neuronas están construidas de manera que pueden
intercambiar información entre ellas en la forma que otras células no pueden. Patrones
comunes de comunicación entre neuronas aseguran que todos los cerebros humanos
trabajan básicamente del mismo modo y sutiles diferencias en esos patrones de
comunicación dan lugar a cualidades distintivas de cada uno de nosotros.
En las postrimerías del siglo XIX, los científicos debatían ferozmente sobre si el
cerebro estaba formado por un retículo de elementos conectados continuamente (teoría
ventricular sostenida por el anatomista italiano Camilo Golgi) o si eran células
individuales, neuronas, que se comunicaban unas con otras (teoría celular apoyada por
el español Santiago Ramón y Cajal).
Uno de los más tempranos y poco conocidos soldados en la guerra de las neuronas fue
el joven Sigmund Freud. Después de completar su entrenamiento médico en Viena,
Freud aceptó un lugar como investigador y estudió el sistema nervioso de peces y
cangrejos. En 1880, bastante antes que la doctrina neuronal fuera aceptada, él promovió
la idea que las células nerviosas estaban físicamente separadas unas de otras. Este
concepto más tarde fue tema prominente de una de sus incursiones más tempranas en la
teoría psicológica. En “Project for a Scientific Psychology” escrito en 1895 pero no
publicado por muchas décadas, Freud sostiene que “el sistema nervioso consiste en
neuronas construídas similarmente que terminan unas sobre otras”. El introduce el
término “contact barriers” (algo así como límites de contacto) para describir el punto
donde las neuronas se empalman y sugiere que la interacción entre neuronas a través de
“contact barriers” hace posible la memoria, la conciencia y otras facetas de la mente.
Esta noción fue altamente sofisticada para esa época. Freud sintió que el progreso en
entender el cerebro sería demasiado lento para su gusto y así abandonó la teoría neural
de la mente a favor de una puramente psicológica. El resto es historia.
En 1906 Cajal y Golgi compartieron el Premio Nobel por sus investigaciones sobre la
anatomía del cerebro. Pero aún no estaba definitivamente probado que el sistema
nervioso estaba compuesto por células. Con la invención del microscopio electrónico en
1950, los científicos pudieron finalmente investigar el cerebro con suficiente resolución
como para ver que las delgadas fibras que se extienden desde las neuronas no hacen un
contacto físico directo con sus vecinas. Ciertamente ellas están separadas por pequeños
espacios (espacios sinápticos), a través de los cuales el cerebro hace su tarea.
Las preguntas sobre esta clase enviarlas a [email protected] hasta el viernes próx. inclusive.