Embriología del Sistema Nervioso

DESARROLLO DEL SISTEMA NERVIOSO
Es un proceso muy complejo que se inicia en las primeras semanas de la vida embrionaria, cuando
algunas células del embrión quedan determinadas para formar el tejido nervioso.
El Sistema Nervioso, al igual que la piel, se desarrolla a partir del ectodermo, que es una de las tres
capas embrionarias al inicio de la gestación.
El proceso de desarrollo del Sistema Nervioso se lleva a cabo en diversas fases durante las que el
Sistema Nervioso es una estructura extremadamente dinámica, con una gran capacidad de cambio.
Cada una de las fases del proceso requiere una gran precisión y de su correcta ejecución depende
la organización y el funcionamiento posterior del Sistema Nervioso.
Marcando el Desarrollo del Sistema Nervioso: Neurulación del
Embrión
Morfogénesis del individuo: proceso general de la adquisición de la forma y caracteriś ticas
generales de la especie. Este proceso comienza en la fecundación con la formación del cigoto, que
da paso al desarrollo embrionario-fetal.
La morfogénesis del Sistema Nervioso comienza en un periodo muy temprano de la vida (3ª
semana embrionaria). Anterior a esto el embrión es un disco formado por 2 capas de células
(epiblasto e hipoblasto).
Gastrulación: Es una fase embrionaria que se inicia al comienzo de la 3ª semana en la que se
forman las capas embrionarias de las que se desarrollarán todos los órganos corporales, incluido
el SN. Este proceso se inicia al producirse una invaginación (el nódulo primitivo y la lin
́ ea primitiva)
en la parte dorsal del disco embrionario dando paso a una gran movilización de células hacia el
interior del disco.
Consecuencia de la movilización: Se forma una capa embrionaria intermedia por lo que el disco
embrionario pasa a estar formado por 3 capas (Figura 8.1):
 Endodermo: es la capa más interna del disco embrionario y de sus células se originan el
sistema digestivo, respiratorio y algunas glándulas.
 Mesodermo: es la capa intermedia y de ella derivan los tejidos cartilaginoso, óseo y muscular,
la dermis de la piel, el corazón, los vasos y las células sanguíneas, los riñones y el sistema
reproductor.
 Ectodermo: es la capa más externa del disco embrionario y de él derivan la epidermis de la piel
y el SN.
Entre estas 3 capas embrionarias se establece una gran interacción y a partir de ellas comienzan
a desarrollarse todas las estructuras del organismo.
Neurulación del embrión: proceso mediante el cual el SN se origina del ectodermo. Consiste en que
una parte del ectodermo queda determinada como tejido neural y se forman las primeras
estructuras neurales embrionarias.
Este proceso tiene 2 pasos consecutivos:
 La inducción neural, en este primer paso se marca el territorio neural del ectodermo.
 Se forman las estructuras neurales iniciales (tubo neural y cresta neural) a partir de las cuales
se desarrollarán todas las que configuran el SN.
Inducción Neural del Ectodermo
Inducción Neural: consiste en que una parte del ectodermo queda determinada como tejido del que
se originará el SN, es decir, como neuroectodermo.
Este proceso tiene lugar cuando en el mesodermo se forma la notocorda: prolongación precursora
de la columna vertebral que define el eje céfalo-caudal del embrión (Figura 8.1), la cual establece
con el ectodermo una intensa interacción fundamental para el proceso de la inducción neural.
Los datos apuntan a que, la parte del mesodermo que contiene la notocorda envia
́ unas señales
inductoras al ectodermo desencadenando su diferenciación como neuroectodermo (modelo más
sólido actualmente).
Investigaciones de Spemann, propone que: En el desarrollo normal del embrión el mesodermo va
a provocar la inducción neural de una parte del ectodermo mediante señales inductoras y el resto
del ectodermo, al no recibir estas señales, se desarrolla como tejido epidérmico (piel) y no como
SN.
Pero, en los últimos 20 años se ha perfilado un modelo de acción de las sena
̃ les inductoras neurales
que es algo más complejo que el propuesto por Spemann. Se considera que: La primera acción del
mesodermo está dirigida por unas moléculas (las protein
́ as morfogenéticas óseas) que promueven
la diferenciación del ectodermo en tejido epidérmico, al mismo tiempo que inhiben activamente su
determinación neural. Esta inhibición hace que para que se produzca la inducción neural deban
actuar (ahora si)́ las señales inductoras que neutralizarán las protein
́ as indicadas promoviendo así
la determinación neural del ectodermo.
Otra explicación alternativa: El destino del ectodermo, por defecto, es desarrollarse como
neuroectodermo, y el hecho de que esto no sea así se debe a que actúan señales inhibitorias que
impiden la neurulación de una parte del ectodermo y lo convierten en tejido epidérmico.
De cualquier modo, lo esencial es que, con la inducción neural se establecen los lim
́ ites del
neuroectodermo.
Seguidamente, en este proceso de interacción, el mesodermo promueve la proliferación (el
nacimiento de las células por mitosis sucesivas) de las células del neuroectodermo formándose
una placa neural más gruesa en la superficie dorsal media del disco embrionario (18 dia
́ s
embrionarios – 18E). (Figura 8.4). Esta placa es la precursora del SN, sus células han quedado
determinadas para desarrollarse como células nerviosas y formarán tejido nervioso.
Además, en esta 1ra fase de la neurulación se produce la regionalización (identidad a las distintas
regiones, quedan determinadas para formar un determinado tejido nervioso) de la placa neural.
Tras esta regionalización la placa sigue su proceso de cambio.
2º paso de la neurulación: consiste en transformar la placa neural en 2 estructuras:
 Tubo neural
 Cresta neural
Este proceso comienza cuando la placa neural se pliega sobre sí misma y aparece en la lin
́ ea media
un surco neural flanqueado por 2 pliegues. Estos pliegues neurales se fusionan en la zona medial
de la placa y van cerrando el surco formando un tubo neural hueco.
Las aperturas transitorias (neuroporos rostral y caudal) al final de la 4ta semana desaparecen
porque el tubo neural ha terminado de fusionarse completamente. El cierre de los neuroporos es
una fase muy importante el desarrollo del embrión porque si no se realiza correctamente se
producen una gran variedad de malformaciones congénitas.
 Fallo en el cierre del neuropopro caudal: produce malformaciones en la médula espinal,
denominadas malformaciones de espina bif́ ica
 Fallo en el cierre del neuroporo rostral: produce malformaciones en el encéfalo (anencefalia)
y en el cráneo, que queda escindido.
Las alteraciones en el cierre del tubo neural pueden ser debidas a mutaciones genéticas o a la
intervención de factores ambientales que alteran el proceso de inducción y/o fusión del tubo.
Al cerrarse el tubo neural, la parte externa de cada pliegue neural se separa del tubo y del
ectodermo adyacente. Estas dos zonas escindidas de los pliegues neurales se fusionan y forman
una estructura que se denomina cresta neural (Figura 8.5C). La cresta se sitúa entre el tubo neural
y el ectodermo, ocupando una posición, primero dorsal y después lateral al tubo neural.
Formación de las divisiones del sistema nervioso
En el curso del desarrollo del tubo neural se van a originar todas las neuronas y las células gliales
que formarán el SNC, mientras que en la cresta neural se originarán, además de otras, las células
del SNP. Este proceso se lleva a cabo por la sucesión de una serie de fases, denominadas fases
del desarrollo.
Desarrollo del Tubo Neural: se forman las vesículas encefálicas
Las divisiones del SNC comienzan a esbozarse en un periodo muy temprano del desarrollo. A partir
de que se cierra el neuroporo rostral se inicia un periodo de transformación rápida del tubo neural
en el que se esbozan la forma y los lim
́ ites de las diferentes divisiones del SNC.
El proceso de transformación comienza con la dilatación del tubo neural en la región cefálica.
Al final de la 4ª semana el tubo neural se ha empezado a curvar por las flexiones mesencefálica
y cervical y se aprecian 3 vesić ulas en esta regiónel prosencéfalo, el mesencéfalo y el
rombencéfalo.
Lámina terminal: limite anterior del tubo neural en este periodo.
 En el prosencéfalo se distinguen ya 2 abultamientos laterales que son las vesic
́ ulas ópticas.
 En el rombencéfalo se extiende la zona caudal del tubo neural (la futura medula espinal).
En la 5ª semana
El prosencéfalo se divide en 2 vesić ulas:
• Telencéfalo (anterior): se esbozan los hemisferios cerebrales al formarse 2 vesić ulas laterales
que sobrepasan la lámina terminal.
• Diencéfalo
– En esta semana el mesencéfalo permanece como una única vesić ula.
– En el rombencéfalo se producen varias trasformaciones:
 se establece el límite con el mesencéfalo al formarse el istmo
 el rombencéfalo se divide en 2 vesic
́ ulas:
1. Metencéfalo (más allá de): se forma la flexión pontina que plegará el metencéfalo
hacia atrás contra el mielencéfalo.
2. Mielencéfalo (médula)
El interior hueco del tubo neural a lo largo de las vesić ulas cefálicas y de la zona caudal (médula
espinal) configura las cavidades del futuro sistema ventricular (ventrić ulos encefálicos y canal de la
médula espinal) (Figura 8.6)
El tubo neural se segmenta: factores que establecen los lim
́ ites
En las primeras semanas del desarrollo embrionario humano, el tubo neural presenta un patrón
caracteriś tico de segmentación: Las vesić ulas anteriores están divididas en segmentos llamados
neurómeros, que desaparecerán en el desarrollo posterior.
En el romboencéfalo se delimitan una serie de segmentos abultados llamados rombómeros (Figura
8.7): son como unidades repetidas pero con identidad propia, marcados por el patrón regular de
entradas y salidas de los nervios craneales.
Esta segmentación también es evidente en la zona caudal del tubo neural en la que comienzan a
formarse los ganglios espinales.
Esta segmentación, en el eje antero-posterior es continuación del proceso de regionalización y está
dirigida por la expresión de genes homeóticos que progresivamente van marcando la identidad de
las distintas regiones del encéfalo embironario. Estos genes, denominados genes homeobox o
genes Hox, se expresan en el tubo neural en el mismo orden lineal en el que están en los
cromosomas y cuyo patrón espacial de expresión establece que cada rombómeros es un
compartimento repetido, pero separado de los adyacentes y con identidad propia.
La expresión de los genes Hox en los rombómeros: está relacionada con la diferenciación de las
neuronas reticulares y las neuronas de los núcleos sensoriales y motores de los nervios craneales.
Esta expresión, no solo han de seguir un patrón espacial adecuado, sino también un adecuado
ritmo temporal; porque si se producen alteraciones espacio-temporales aparecen malformaciones
en el desarrollo del SN.
Se establece el Patrón Dorso-Ventral en el tubo neural: regionalización
funcional
Se establece en gran parte de la extensión del tubo neural un patrón dorso-ventral, que diferencia
y separa las células que llevarán a cabo funciones sensoriales de las que intervendrán en la
coordinación motora.
Este patrón determina que las células que van a desempena
̃ r funciones motoras ocupen una
posición ventral en el tubo neural y que las que se ocuparán de funciones sensoriales se ubiquen
en posición dorsal.
El patrón dorso-ventral también se establece por mecanismos de inducción. (Figura 8.8): las
señales inductoras dorsalizantes provienen del ectodermo dorsal a la cresta neural e inducen la
diferenciación de la placa alar (techo) de las células que intervendrán en la coordinación sensorial
y de la cresta neural, mientras que las señales inductoras ventralizantes provienen de la notocorda
e inducen la diferenciación de la placa basal (desde el diencéfalo hasta la médula espinal) de las
células que intervendrán en la coordinación motora.
Surco limitante: separa las placas alar y basal.
Las 5 vesic
́ ulas segmentadas originan las divisiones y estructuras del SNC
A las 5 semanas un embrión humano tiene 5 vesić ulas encefálicas y una prolongación caudal del
tubo neural, que se han segmentado y han adquirido una regionalización funcional general (dorsal:
sensorial – ventral: motora)
En las próximas semanas del desarrollo, las células de la pared de estas vesić ulas y de la zona
caudal del tubo neural llevarán a cabo un acelerado proceso de división y la pared se irá
engrosando. Se produce un crecimiento diferencial (no homogéneo) en las diferentes zonas, lo que
provocará la aparición secuencial de las diversas estructuras que forman las distintas divisiones del
SNC maduro.
El engrosamiento de la pared de las distintas vesić ulas provocará la formación de las divisiones del
encéfalo y sus distintas estructuras.






En el telencéfalo de los hemisferios cerebrales primitivos se formarán la corteza cerebral y las
estructuras subcorticales.
En el diencéfalo se formarán sus 4 componentes: tálamo, hipotálamo, subtálamo y epitálamo.
En el mesencéfalo se formarán los colić ulos.
El posterior desarrollo de la zona dorsal del mesencéfalo con influencia del mesencéfalo
adyacente provocará eldesarrollo del cerebelo.
En la zona ventral del mesencéfalo se desarrollarán las estructuras del puente.
El mielencéfalo formará el bulbo raquid
́ eo.
El engrosamiento de la zona caudal del tubo neural provocará la formación de la médula
espinal.
Desarrollo de la Cresta Neural: formación del SNP
La cresta neural, que se extiende desde la vesić ula diencefálica hasta el extremo caudal del tubo
neural, es la que origina el SNP.
Al comienzo de su desarrollo se sitúa dorsal al tubo neural y después se parte en 2 mitades que se
colocan a cada lado del tubo en interacción con el mesodermo subyacente.
El mesodermo que bordea el tubo neural está segmentado en bloques llamados somitas: unidades
precursoras de la musculatura axial y del esqueleto.
A partir de la 4ª-5ª semana las células de la cresta neural, agrupadas junto a los somitas a ambos
lados de la región caudal del tubo neural, formarán los ganglios espinales que se localizarán a
intervalos regulares (marcados por los somitas) a lo largo de la región caudal del tubo neural.
Esta organización segmentada (1o somitas – 2o ganglios espinales) establece la organización
segmentada madura de la médula espinal.
Hacia la 6ª semana del desarrollo se producirá la unión entre estos ganglios periféricos derivados
de la cresta neural y la médula espinal, comenzando a adquirir su organización madura
caracteriś tica.
Las células de los ganglios espinales, situadas en el margen dorso-lateral de la médula espinal,
empiezan a extender 2 prolongaciones:
– una hacia la periferia (centrif́ uga). Las prolongaciones centrif́ ugas se unen a los axones en
crecimiento de las células del asta ventral de la médula espinal que se dirigen hacia los somitas y
juntos forman los nervios espinales.
– otra central (centrip
́ eta) que se dirige hacia el asta dorsal de la médula espinal. Las
prolongaciones centrip
́ etas forman las raić es dorsales de los nervios espinales.
La formación de los ganglios craneales no parece depender de la interacción con el mesodermo,
pero al igual que la de los ganglios del SN autónomo, siguen procesos similares a los que se
producen en los ganglios espinales.
Resumen: La descripción de la morfogénesis de las 2 partes del SN explica en términos
embriológicos que el SNC y el SNP son 2 sistemas separados, ya que cada uno se origina de una
zona distinta de la placa neural, pero también que su separación anatómica no es total y que
mantienen una constante interacción funcional.
La morfogénesis se lleva a cabo por la sucesión de una serie de fases que requieren una gran
precisión. Estas fases son secuenciales para cada célula, pero coexisten en el SN en desarrollo si
se comparan células de diversas estructuras.
Proliferación celular
Es la fase en la que nacen las células (neuronas y células gliales) que componen el SN.
Neuroepitelio: delgada capa de tejido que forma la pared del tubo neural en la 4a semana del
desarrollo. Está formado por células germinales embrionarias llamadas células madre del SN
(porque sólo originarán células nerviosas), que a partir del cierre del neuroporo rostral del tubo
comienzan la fase de proliferación celular (gran actividad mitótica).
¿Dónde están las células Madres? Zonas Proliferativas
Durante la mitosis las células madre se sitúan en la zona ventricular mientras que en el periodo
intermitótico ocupan la zona marginal. Esta distribución aporta al neuroepitelio una apariencia de
estar formado por capas (pseudoestratificada).
De las divisiones rápidas de las células madre nacen células progenitoras que también se dividen
con gran rapidez. Estas divisiones se producen en la zona ventricular del neuroepitelio. La zona
marginal está formada por células en periodo de interfase. (Figura 8.13)
Las divisiones mitóticas de las células progenitoras originan en principio otras células progenitoras
y, tras varias divisiones, éstas realizan una última división que produce neuronas inmaduras (no se
dividen más) o glioblastos (si pueden dividirse durante toda la vida).
Muchos de los glioblastos que se originan en la zona ventricular se diferencian en un tipo de glia
́
llamada glia
radialque
es
caracteri
s
tica
de
esta
zona
durante
el
periodo
embrionario.
́
́
Gran parte de la proliferación celular se produce en la zona ventricular de las diferentes regiones
del tubo neural:
– Zona ventricular: las células se dividen sucesivamente hasta que han proliferado una gran
cantidad de las neuronas inmaduras que formarán las diferentes estructuras del SNC y muchos
glioblastos (esto es lo visto hasta ahora).
Pero, hay otras zonas proliferativas:

Zona Subventricular: Segunda zona proliferativa en el neuroepitelio del telencéfalo. Se
forma sobre la zona ventricular con células progenitoras y glioblastos que se desplazan a

ella en un periodo temprano del desarrollo y en ella nacen neuronas inmaduras de pequeño
y mediano tamaño y la gran mayoria
́ de las células gliales. Esta zona es además
fundamental porque en ella nacen neuronas en la edad adulta.
Capa granular externa: Segunda zona proliferativa del cerebelo. Se forma en la zona
externa del neuroepitelio del cerebelo. En ella proliferan las neuronas inmaduras que se
diferenciarán en células granulares y el resto de interneuronas del cerebelo. (La primera
zona proliferativa del cerebelo es la tip
́ ica zona ventricular del neuroepitelio del techo del IV
ventrić ulo en la que proliferan las neuronas que se diferenciarán en células de Purkinje,
células de Golgi y células de los núcleos profundos)
En el proceso de proliferación del tubo neural se originarán los distintos tipos de neuronas y
células gliales que forman la sustancia gris y la sustancia blanca del SNC.
En el proceso de proliferación de la cresta neural se produce un proceso mitótico acelerado por el
que se originan muchas células del SNP (todas las neuronas y la glia
́ de los ganglios craneales y
espinales, las células de Schwann y las células de los ganglios del SN autónomo).
¿Qué será: Neurona Inmadura o Glioblasto?
Distintas posibilidades respecto al origen de las neuronas inmaduras y los glioblastos. A. Las células
progenitoras son pluripotenciales y generan indistintamente neuronas inmaduras y glioblastos. B.
Sólo hay un tipo de cálulas progenitoras, que primero origina neuronas inmaduras, y después
glioblastos. C. Actualmente se considera que existen dos tipos de células progenitoras, uno que
origina las neuronas inmaduras y otro del que derivan los glioblastos, o sea, que la determinación
proviene ya de las células progenitoras.
Tiempo de Nacimientos: Neurogénesis
Neurogénesis: nacimiento de las neuronas. Ocurre con la última división de las células
progenitoras.
Un aspecto importante es que la neurogénesis no ocurre simultáneamente en las distintas zonas
del tubo neural de modo que cada una tiene su propio periodo de neurogénesis. La mayor parte
de la neurogénesis se produce en el periodo prenatal, pero hay excepciones:
– Neurogénesis postnatal. Ejemplo, en nuestra especie: las células granulares del cerebelo, hasta
el séptimo mes de vida postnatal.
En cualquier región del tubo neural nacen antes las neuronas de proyección que las
interneuronas (neuronas de circuitos locales).
Como cosecuencia de esta actividad proliferativa, la pared del tubo neural se irá engrosando y se
formarán secuencialmente las distintas estructuras que componen el SNC.
Viajando a Casa: la Migración Celular
Las neuronas inmaduras se desplazan desde la zona en la que han nacido hasta su zona de
destino. Al iniciar esta fase de migración las neuronas se sitúan entre la zona ventricular y la zona
marginal del neuroepitelio y forman la zona intermedia o capa del manto, su ubicación en esta zona
es transitoria porque prosiguen su desplazamiento hasta alcanzar su destino definitivo.
¿Qué tren tomar?: Mecanismos de Migración en el Tubo y Cresta Neurales
En el TUBO NEURAL la mayoria
́ de las neuronas inmaduras migran guiadas por las células de glia
́
radial que nacen en la zona ventricular al mismo tiempo que lo hacen las neuronas inmaduras.
– Función de la glia
́ radial en la migración neuronal: es fundamental ya que sirven de soporte
mecánico a las neuronas inmaduras para su desplazamiento a través del neuroepitelio.
Las neuronas en migración se desplazan por las prolongaciones gliales con un movimiento
ameboide. Este mecanismo de migración, que conlleva la interacción entre las neuronas y la glia
́
radial, está controlado por moléculas de la membrana celular.
– Las moléculas de adhesión celular neurona-glia
́ (MAC-Ng):
• Realizan el reconocimiento de las prolongaciones de la glia
́ radial para iniciar la migración, y
• Controlan la adhesividad de las neuronas migratorias a las mismas para permitir el
desplazamiento de las neuronas.
Una vez terminada la migración, las células de la glia
́ radial adquieren otras funciones.
El mecanismo de migración guiada desde la zona ventricular por la glia
́ radial se considera universal
para todas las células del SNC en desarrollo.
En la corteza cerebral, las neuronas migratorias se establecen en las capas siguiendo un patrón de
dentro hacia afuera en relación con la fecha de su nacimiento, con una excepción: en la capa I,
aunque es la más superficial, se instalan las primeras neuronas que nacen en el neuroepitelio
telencefálico. Todas las neuronas de la placa cortical ascienden por las capas formadas antes,
hasta alcanzar la capa I, y luego descienden hasta ocupar su capa.
En la corteza del cerebelo hay 2 patrones de migración (recordar que hay 2 zonas proliferativas):
Las células que proliferan en la zona ventricular siguen la secuencia habitual de migración a través
de la zona intermedia hasta situarse en su capa.
Las células granulares del cerebelo, que proliferan en la capa granular externa, siguen la secuencia
inversa, éstas migran guiadas por la glia
́ radial desde la capa granular externa hasta alcanzar la
localización en su capa.
Controversia ¿dónde finalizan su migración y establecen su destino las neuronas?:
– Teoria
́ preformacionista: considera que el destino de las células está ya preestablecido antes de
iniciar su migración
– Teoria
́ epigenética (opuesta): la posición que toma una neurona al terminar su migración puede
estar determinada por la interacción que establece con el entorno al que llega, con las células
previamente establecidas.
Sin embargo, hay acuerdo en que terminan su migración cuando se altera la adhesividad de las
células por cambios en la activación de las MAC, y por la participación de las moléculas de la matriz
extracelular.
En la CRESTA NEURAL las células siguen un mecanismo diferente de migración ya que llegan a
su zona de destino ayudadas por moléculas de la matriz extracelular.
El inicio de la migración de las células de la cresta neural lo determina la maduración de la matriz
extracelular que la bordea. Estas células migran guiadas por las via
́ s que establecen las moléculas
de esta matriz y su destino depende totalmente de la ruta que ésta les marca.
VIAS-MIGRACION
Hay 2 via
́ s de migración de las células de la cresta
neural:
1.
Via
́ dorsolateral: las de la región craneal del
embrión migran a través de una via
́ lateral bajo la
superficie del ectodermo y la matriz extracelular que
las guia
́ determina que se diferencien en células no
neurales.
2.
Via
́ ventromedial: las de la región del tronco
lo hacen por una via
́ central que discurre entre el tubo
neural y los somitas, y la matriz extracelular que las
guia
́ determina que se diferencien las distintas células del SNP y las células de la médula
suprarrenal.
Durante la migración celular, en la superficie de la membrana de las células migratorias se activan
receptores para las moléculas de adhesión celular; los cambios que se producen en éstos y en los
componentes de la matriz extracelular, determinan si las células se adhieren con más fuerza entre
sí o con las sustancias de la matriz extracelular, y si terminan o no la migración.
Cada población es distinta: la diferenciación neuronal y formación de las via
́ s de conexión
Cuando la neurona termina su migración comienza a madurar. La maduración incluye su
diferenciación y la fromación de las via
́ s de conexión.
La diferenciación neuronal
En esta fase la neurona adquiere las caracteriś ticas morfológicas y fisiológicas de la neurona
madura (adulta).
La diferenciación morfológica básica de una neurona está programada antes de que alcance su
destino, pero, el pleno desarrollo de su arborización depende del entorno de las neuronas y de las
interacciones que se establecen entre ellas.
A partir de la semana 15 y después del nacimiento hay un segundo periodo de maduración que
está relacionado con la formación de las vías de conexión y el periodo de establecimiento de
conexiones que son fundamentales para la completa diferenciación neuronal.
La maduración de la neurona implica, además de unas caracteriś ticas morfológicas, la adquisición
de propiedades fisiológicas especif́ icas.
Los impulsores del urbanismo neural: el cono de crecimiento y los factores que guia
́ n los axones
hacia sus destinos
El complejo proceso de crecimiento de la neurona inmadura depende de los conos de crecimiento.
Éstos existen en todos los extremos de las prolongaciones neurit́ icas (axones y dendritas) que
están desarrollándose y son los que propulsan su crecimiento.
CONOS-CRECIMIENTO
Los conos de crecimiento extienden y retraen los
filopodia (simple extensión del terminal a modo de dedo)
que se agarran al substrato en el que crecen y tiran del
cono de crecimiento, promoviendo a su vez el
estiramiento de las neuronas (axones y dendritas).
Estos movimientos del cono están controlados por el
citoesqueleto celular.
Otro de los objetivos de los movimientos del cono es
captar del entorno neuronal nuevo material de carácter
nutritivo para promover el crecimiento global de la
neurona. Estas sustancias que favorecen el crecimiento
de las prolongaciones se llaman sustancias neurotróficas. La primera sustancia neurotrófica se
descubrió en el SNP y se denominó factor de crecimiento nervioso (FCN).
Los factores que contribuyen a guiar los axones hacia sus destinos implican tanto procesos de
reconocimiento molecular o de afinidad quim
́ ica como soportes de tipo mecánico.
Proceso de afinidad quim
́ ica (propuestas):
 Desde las zonas de destino (dianas) de los axones emanan sustancias que los dirigen hacia
ellas. Estas sustancias con esta capacidad directriz se denominan sustancias neurotrópicas.
(Propuesto por Ramón y Cajal)
 Hipótesis de la quimio afinidad. Según esta hipótesis cada célula tiene su propia señal de
identificación quim
́ ica y sus axones en crecimiento se dirigen hacia señales complementarias
especif́ icas liberadas por las neuronas con las que contacta. (Propuesto por R. Sperry,
menos aceptada)
Soportes mecánicos: Se ha comprobado que los axones se dirigen a sus blancos (estructuras de
destino) guiados de diversos modos por soportes mecánicos del entorno en el que crecen. Este
entorno lo proporciona la matriz extracelular, y parece que en ella se pueden establecer rutas o
senderos que guia
́ n los axones a sus destinos y repelen e impiden la extensión de otros axones
próximos.
El balance que se establece entre las distintas moléculas de la matriz extracelular va cambiando
durante el recorrido del axón y cuando el axón llega a su destino un nuevo entorno extracelular
puede señalar la detención del crecimiento del axón. Este es un mecanismo útil para los primeros
axones que crecen en una estructura (axones pioneros). Los que crecen posteriormente pueden
seguir las rutas marcadas por estos pioneros o agruparse en torno a éstos y a otros para dirigir su
crecimiento. Este mecanismo se denomina fasciculación (viajar juntos) y se apoya en las
propiedades de adhesión de las MAC.
Fasciculacion
Control de poblaciones: supervivencia y muerte neuronal
En todo el SNC se produce una neurogénesis excesiva: Un gran número de las neuronas que nacen
en el proceso de neurogénesis, aunque se diferencien y completen el crecimiento de sus axones y
éstos lleguen a sus destinos, afrontan una batalla en la que mueren.
Esta muerte celular natural llamada apoptosis o muerte celular programada (porque está dirigida
genéticamente) sucede en cantidades importantes durante el desarrollo normal, con una tasa entre
el 25%-75% de las poblaciones iniciales y ocurre en el último periodo prenatal y en el periodo
postnatal temprano.
La muerte neuronal es una fase del desarrollo tan importante como la neurogénesis. Es el
mecanismo que permite controlar y establecer las poblaciones neuronales realizando un ajuste
adecuado entre las poblaciones que emiten axones (presinápticas) y las poblaciones diana (blanco)
que los reciben (postsinápticas).
Factores implicados en la supervivencia neuronal
LAS DIANAS DE LOS AXONES son uno de los factores implicados en la determinación de las
poblaciones neuronales.
– Experimentos ya clásicos en la investigación del desarrollo demostraron que las motoneuronas
que no podia
́ n realizar sinapsis porque se eliminaban sus células diana antes de que sinaptaran
sobre ellas, moria
́ n. También demostraron que si el área diana de los axones aumentaba, se
reducia
la
muerte.
́
La explicación respecto a qué podia
́ n proporcionar estas diana para promover la supervivencia de
las neuronas llegó con el descubrimiento del FCN, la primera sustancia neurotrófica conocida.
Teoria
́ neurotrófica: las neuronas nacen en cantidades muy superiores a las necesarias y deben
competir entre ellas para obtener el factor trófico (el FCN) que es producido en cantidades limitadas
por las células diana con las que establecen contactos. Este factor trófico de las dianas actúa
retrógradamente en las neuronas promoviendo su mantenimiento y supervivencia de modo que
sobreviven las que tienen más acceso a él. (supervivencia de las más aptas, sim
́ il con la selección
natural)
La familia de los factores neurotróficas o neurotrofinas tiene una importancia crucial para la
supervivencia neuronal porque las neuronas que no obtienen una cantidad suficiente de estas
protein
́ as se ven abocadas a la muerte (Fig. 8.31).
LOS AXONES AFERENTES Y LAS SINAPSIS que establecen las neuronas con las Dianas.
Cuando los axones en crecimiento llegan a sus diana establecen contactos con las neuronas del
mismo. En estos puntos de contacto entre los axones aferentes y las neuronas de destino, se
forman unas estructuras especializadas en la transmisión de señales neurales, denominadas
sinapsis. El perio
́ do en el que se forman las sinapsis se denomina sinaptogénesis, el cual comienza
muy pronto en el desarrollo; de modo que, mientras unas neuronas están proliferando, otras ya
están formando sinapsis.
Tanto en el SNC como en el SNP, la
sinaptogénesis se lleva a cabo en dos
fases:
1. Fase de sobreproducción en la que
se forman numerosas sinapsis
provisionales.
2. Fase en la que se eliminan muchas
de las que se realizaron inicialmente y
se reorganizan las restantes.
Primero se forman sinapsis sobre las
dendritas de las neuronas diana y
más tarde se forman las sinapsis
sobre los cuerpos celulares.
Resultados de diversos experimentos
indican que las conexiones sinápticas
que se establecen sobre una diana
regulan la cantidad de neurotrofina
que ésta produce y, por tanto, la
cantidad que estará disponible para
ser captada por los terminales que
llegan a ella. En este sentido, cuantas
más sinapsis se establecen en una
diana mayor es la posibilidad de que
sobrevivan
las
neuronas
que
establecen sinapsis con ella (Fig.
8.31).
Se ha demostrado que los terminales presinapticos (aferentes) son muy importantes para la
supervivencia de las neuronas postsináptica (diana), ya que si se elimina se produce un gran
aumento de muerte neuronal en las dianas; la magnitud el efecto es diferente dependiendo del
perio
́ do en que se eliminen las aferencias.
FACTORES ENDOCRINOS donde están implicadas hormonas gonadales o sexuales.
Estas hormonas son fundamentales durante el desarrollo perinatal (se define como el perio
́ do que
comprende desde la 22 semanas de gestación (154 dia
s)
hasta
el
te
rmino
de
las
primeras
4
́
́
semanas de vida neonatal (28 dia
́ s) porque establecen las diferencias morfológicas y fisiológicas
del SN que subyacen a las diferencias conductuales caracteriś ticas de cada género.
Hipótesis de la organización: planteaba que en el desarrollo perinatal los andrógenos (hormonas
masculinas) diferencian los tejidos neurales responsables de la conducta reproductora. Se ha visto
asi,́ la importancia de estas hormonas como factores epigenéticos del desarrollo.
En diferentes especies, incluida la humana, el SN tiene caracteriś ticas dimórficas entre los géneros,
influyendo sobre las poblaciones neuronales. Este dimorfirmo sexual depende de los efectos
organizadores que ejercen las hormonas sexuales en periodos perinatales (cuando se produce la
muerte celular programada), crit́ icos para el desarrollo neural. El entorno hormonal al que está
expuesto el SN en el periodo perinatal favorece o perdujica la supervivencia neuronal estableciendo
diferencias entre las poblaciones neuronales de ambos sexos (se puede observar en las estructuras
sexualmente dimórficas de los circuitos neuronales que controlan las conductas reproductoras en
mamif́ eros).
Se remodelan las via
́ s de conexión
Después de que se han ajustado las poblaciones neuronales el SN experimenta durante el periodo
postnatal un remodelado que es fundamental para su funcionamiento, que incluye:
Una gran eliminación de sinápsis establecidas previamente (por falta de precisión en la inervación
o porque la célula diana recibia
́ un número erróneo de aferentes).
Una causa de eliminación de sinápsis es la muerte neuronal, como se ha visto, al desaparecer los
contactos que habia
́ n formados. Pero hay otros factores que provocan posteriormente una gran
pérdida de contactos sinápticos, como la eliminación de colaterales de axones en determinadas
zonas como el cuerpo calloso. Se produce una “poda” de muchos colaterales y se eliminan sus
contactos sinápticos.
Y una reorganización de los contactos que establecen los terminales que permanecen.
El proceso de remodelación sináptica coincide con el comienzo de la actividad neuronal y se ha
comprobado que la actividad sináptica es fundamental para que se mantengan las conexiones
neurales ya que las que no se usan o se usan a destiempo se eliminan.
Hipótesis de la competencia: los aferentes que llegan a una diana compiten entre sí y sólo
establecen contactos fuertes los que tienen mayor actividad. Hubel y Wiesel en la década de 1960
indicaron que la fuerza de la sinapsis depende de su coactivación, de manera que las sinapsis
coactivas se hacen estables, mientras que las que están inactivas (especialmente cuando otras
están activas), se debilitan y son eliminadas.
Estos experimentos dieron soporte al concepto de plasticidad neuronal, o capacidad de cambio, de
adaptación del SN. Mostraron que la estimulación sensorial en periodos crit́ icos del desarrollo es
fundamental para la configuración de los contactos sinápticos, aunque en el SN también se
produzca actividad espontánea la cual intervienen en la remodelación sináptica.
En general, en el encéfalo humano durante los primeros 4 años después del nacimiento aumenta
progresivamente el número de contactos sinápticos en respuesta a la actividad neuronal, y a partir
de ese periodo y hasta la pubertad se produce una gran reorganización sináptica, pero los periodos
concretos de remodelación son propios de cada región.
La reorganización sináptica aporta precisión y eficiencia de los contactos sinápticos porque se
eliminan muchos de los que no se han utilizado y son superfluos, y se preservan sólo los que han
mostrado su eficiencia en la actividad neural. También reduce su gasto energético general,
permitiendo que pueda disponer de más energia
́ para la actividad de los circuitos neurales que son
esenciales.
Por lo tanto, el periodo postnatal, la primera infancia en humanos, es un periodo en el que las
experiencias que vive cada individuo, marcarán el destino que sus contactos sinápticos tendrán
más adelante.
El SN conserva una capacidad de cambio que permite afinar los circuitos de un modo muy preciso
para lograr su funcionamiento óptimo en un entorno cambiante. Estos perio
́ dos en el que el SN es
vulnerable a influencias que están más allá de la programación intrin
́ seca (genética) del desarrollo
se denomina perio
́ do crit́ ico o perio
́ do de máxima susceptibilidad. Además de la experiencia, otros
factores epigenéticos influyen sobre las distintas fases del desarrollo del SN, como las hormonas
gonadales, la administración de sustancias adictivas (alcohol, drogas, tabaco), los ambientes
enriquecidos o empobrecidos, la nutrición, etc.
¿Hasta cuándo la remodelación?
Cuando los axones han terminado su periodo de crecimiento, han emitido sus colaterales y han
consolidado sus conexiones comienza el proceso de mielinización.
Ésta se da desde el periodo prenatal hasta bien entrada la edad adulta (no termina antes de los 30
e incluso 50 ano
̃ s). Ocurre en ciclos, con una consecuencia ordenada predeterminada, en dirección
caudo-rostral.
Diversas investigaciones apuntan que la mielinización se desencadena con el comienzo de la
actividad neural y que es un proceso dependiente de la experiencia. Se ha demostrado que la
extensión de la sustancia blanca varia
́ entre diferentes sujetos en función de la experiencia y del
entorno cambiante en el que se desarrollan. Cambia con las destrezas que se adquieren (ejemplo
de un pianista experto con más sustancia blanca en determinadas regiones del encéfalo y con
axones con más mialina). En niños que crecen en ambientes empobrecidos el cuerpo calloso es
hasta un 17 % más pequeño que lo normal, y al contrario.
La experiencia influye en la mielinización, y la mielinización influye en la capacidad funcional del
SN, en el aprendizaje y en la adquisición de destrezas. La mielinización es un proceso fundamental
del desarrollo del SN porque la mielina aumenta la velocidad de conducción de las señales neurales
por el axón.
Sin embargo, la mielinización también aporta cierta rigidez a los circuitos neuronales, lo que limita
la formación masiva de sinapsis. La mielina contiene una protein
́ a que impide que los axones se
ramifiquen y establezcan nuevas conexiones. Destrezas como tocar un piano o aprender idiomas
sólo se adquieren bien si se aprenden antes de que termine la mielinización de los circuitos neurales
implicados.
No obstante, el SN adulto sigue manteniendo capacidad de cambio. Sigue produciéndose
sinaptogénesis en la edad adulta, aunque a niveles bajos; ocurre reorganización sináptica. Esta
capacidad de que en los contactos sinápticos se produzcan cambios que reflejan las experiencias
vividas y que permiten la adaptación al entorno cambiante se denomina plasticidad neural, y aunque
es mayor en la infancia, se mantienen durante toda la vida. Desde hace unos años se están dando
a conocer los primeros datos que confirman que en primates adultos, incluido el hombre, se siguen
generando neuronas (a partir de células madre) en el giro dentado del hipocampo y en la zona
subventricular del encéfalo anterior.
De modo general se puede decir que los factores genéticos establecen una organización básica,
que dirige el desarrollo del SN basándose en la superabundancia. En el periodo perinatal y la
primera infancia, la interacción con el ambiente interno del organismo y las experiencias que afronta
el SN producirán cambios en la estructura inicial, que serán fundamentales para configurar la
organización anatomofuncional del SN de cada individuo. Su organización madura, no obstante,
seguirá conservando capacidad de cambio durante el resto de la vida, lo que permitirá aprender,
recordar o recuperar funciones tras lesiones o accidentes. Todo esto demuestra que el SN está
bien adaptado para enfrentarse a un entorno de cambio constante.
https://psicocode.com/psicologia/desarrollo-sistema-nervioso-fases/