Mecanismos de la Percepción, la Consciencia y la Atención

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El caso del hombre que sólo podía ver una cosa a la vez. Paciente con problemas para orientarse y atribuía sus problemas a su incapacidad para ver correctamente.
Se encontró que si se ponían enfrente suyo dos objetos al mismo tiempo, sólo podía ver uno de ellos, ya estuvieran uno al lado del otro, uno encima del otro o incluso uno oculto parcialmente por el otro. Fotografías de caras y objetos individuales, incluso si eran complejas, podían ser identificadas, pero no si la foto incluía dos objetos, sólo podía identificarse uno de ellos de cada vez. Si se presentaba una frase en una línea, sólo podía leerle la palabra más significativa, pero si se presentaba una palabra extendida por toda el área que ocupaba la frase previa, podía leerse la palabra en su totalidad. Si se le mostraban dibujos uno encima de otro, podía ver uno pero negaba la existencia del otro.

Principios de la organización del sistema sensitivo

Las regiones sensitivas de la corteza cerebral son de tres tipos diferentes:

  1. La Corteza de sensitiva primaria de un sistema es la región de la corteza sensitiva que recibe la mayor parte de su entrada directamente de los núcleos de talámicos de relevo de ese sistema. Por ejemplo, la corteza visual primaria es el área de la corteza cerebral que recibe la mayoría de su input del núcleo geniculado lateral del tálamo.
  2. La Corteza de sensitiva secundaria o corteza sensorial de asociación unimodal de un sistema es la región de la corteza sensitiva que recibe la mayor parte de las señales de la corteza sensorial primaria de dicho sistema o de otras regiones de la corteza sensitiva primaria o de otras áreas de la corteza sensitiva secundaria del mismo sistema.
  3. La Corteza de asociación o de asociación polimodal es cualquier región de la corteza que recibe señales de más de un sistema sensitivo. La mayoría de las entradas llegan a través de las regiones de la corteza sensitiva secundaria.

Las interacciones entre estos tres tipos de cortezas sensitivas se caracterizan por tres principios básicos: Organización jerárquica, separación funcional y Procesamiento en paralelo.

Organización Jerárquica

Una jerarquía es un sistema cuyos miembros pueden ser asignados a niveles o rangos específicos de los unos respecto de los otros. Las estructuras sensoriales se organizan en una jerarquía según la especificidad y complejidad de su función. A medida que se avanza por un sistema sensitivo desde los receptores a los núcleos talámicos, a la corteza sensitiva primaria, a la corteza sensitiva secundaria y a la corteza de asociación, se encuentran neuronas que responden óptimamente a estímulos de complejidad y especificidad crecientes. Cada nivel de la jerarquía sensorial recibe las señales de niveles inferiores y añade un nuevo análisis antes de pasar dichas señales a un nivel superior de la jerarquía.

La organización jerárquica del sistema sensorial resulta evidente tras la comparación de las lesiones a distintos niveles: cuanto más alto sea el nivel dañado, más específico y complejo será la alteración, por Ej.: la destrucción de los receptores de un sistema sensitivo produce una pérdida completa de la capacidad de percepción de ese sistema sensorial, como la ceguera o la sordera). La destrucción de una región de asociación o de la corteza sensitiva secundaria produce déficit sensitivos complejos y específicos, al mismo tiempo que las capacidades sensoriales básicas permanecen inalteradas. El problema del Sr. P era de percepción visual y no de sensación visual.

Los psicólogos, en reconocimiento a la organización jerárquica de los sistemas sensitivos, a veces separan el proceso general de la percepción en dos fases, sensación y percepción. La sensación es el proceso de detectar la presencia de estímulos, y la percepción es el proceso de nivel superior que incluye la integración, el reconocimiento y la interpretación de modelos completos de sensaciones.

Separación funcional

Lo que caracteriza la organización de los sistemas sensoriales es la separación funcional; cara uno de los tres niveles de la corteza cerebral de cada sistema sensitivo, primario, secundario y de asociación, contiene varias regiones funcionalmente distintas que se especializan en distintos tipos de análisis.

Hace años, al principio se suponía que las regiones primarias, secundarias y de asociación de un sistema sensorial eran cada una funcionalmente homogéneas, que actuaban conjuntamente para realizar la misma función.

Procesamiento en Paralelo

Los sistemas sensitivos son sistemas paralelos, aquellos en los que la información fluye a través de los compones por múltiples vías. Los sistemas paralelos se caracterizan por un procesamiento en paralelo.

Antes se pensaba que los distintos niveles de la jerarquía estaban conectados en un en serie, en el que la información fluye entre los componentes por una única vía.
Existen 2 corrientes paralelas de análisis en nuestro sistema sensorial:

  1. Capaz de influir en nuestra conducta sin que seamos conscientes de ello.
  2. Influye en nuestro comportamiento con la participación de nuestra percepción consciente.

La existencia de estos dos tipos de corrientes paralelas va en contra de nuestra intuición y al mismo tiempo es importante.

Modelo actual de la organización del sistema sensitivo

Los sistemas sensitivos son jerárquicos, funcionalmente segregados y paralelos; sin embargo, en la década de los 60, se pensaba que eran jerárquicos, funcionalmente homogéneos y seriales.

Los sistemas sensitivos se caracterizan por la división del trabajo: constan de muchas regiones especializadas a muchos niveles, interconectadas por muchas vías paralelas. Aún así, los estímulos complejos suelen percibirse como un todo integrado, no como combinaciones de atributos independientes. ¿De que manera combina el cerebro los atributos sensitivos para producir percepciones integradas? Esto se conoce como el problema de la integración.

Parece ser que las percepciones son un producto de la actividad combinada de muchas regiones corticales de cada sistema sensitivo. Las distintas regiones corticales de cada sistema sensitivo están estrechamente interconectadas por las principales vías ascendentes de la jerarquía sensorial, por las vías menores descendentes y por una red de conexiones laterales entre las regiones al mismo nivel de la jerarquía.

Aunque la mayoría de las neuronas sensitivas transmiten información desde los niveles inferiores a los superiores de su jerarquía sensorial respectiva, algunas la conducen en dirección opuesta (desde los niveles superiores a los inferiores). Por ejemplo, se llaman vías corticofugales a grupos de neuronas que conducen información desde áreas sensitivas corticales a áreas subcorticales. Las vías coricofugales son uno de los medios por los que los procesos cognitivos, tales como la atención, pueden influir en la percepción, lo cual se llama influencia de arriba abajo.

Mecanismos corticales de la visión

Intervienen en la visión la totalidad de la corteza occipital así como amplias regiones de la corteza temporal y la parietal. La corteza visual primaria se localiza en la región posterior de los lóbulos occipitales, gran parte de ella oculta tras la cisura longitudinal. Las áreas de corteza visual secundaria se sitúan en dos regiones generales: la corteza preestriada y la corteza inferotemporal. La corteza preestriada es la banda de tejido del lóbulo occipital que rodea a la corteza visual primaria. La corteza inferotemporal es la corteza de la región inferior del lóbulo temporal. En varias partes de la corteza cerebral se encuentran áreas de corteza asociativa que reciben input visual, pero el área más amplia está en la corteza parietal posterior.

Conforme a la organización jerárquica general de la corteza sensitiva, el principal flujo de información visual va desde la corteza visual primaria hasta diversas áreas de la corteza visual secundaria y de ahí a áreas de la corteza de asociación. A medida que se asciende por esta jerarquía visual, los campos receptores de las neuronas son más grandes, y los estímulos a los que responden las neuronas son más específicos y complejos.

Escotomas: conclusión visual

La lesión de una zona de la corteza visual primaria produce un escotoma o zona de ceguera en la zona correspondiente del campo visual contralateral de ambos ojos. A los pacientes neurológicos que supuestamente tienen una lesión en la corteza visual primaria se les suele aplicar una prueba de perimetría. Mientras se mantiene inmóvil la cabeza del paciente sujetándole la barbilla, éste fija la mirada de un ojo en un punto de fijación de la pantalla. Un pequeño destello de luz centellea entonces en diversos puntos de la pantalla y el paciente aprieta una tecla para que se registre cuando ha visto el destello de luz. Después se repite todo el proceso con el otro ojo. El resultado es un mapa del campo visual de cada ojo, que pone de manifiesto cualquier área de ceguera.

Muchos pacientes que sufren extensos escotomas no son conscientes de su anomalía, alguno de ellos por el fenómeno de conclusión visual. Un paciente con un escotoma que mire una figura compleja, parte de la cual incida en el escotoma, suele decir que ve una figura completa. En algunos casos, esta conclusión puede depender de las capacidades visuales residuales en el escotoma; no obstante, la conclusión visual también ocurre en casos en que dicha explicación puede descartarse. Por ejemplo, algunos pacientes con hemianopsia (escotoma que cubre la mitad del campo visual) puede que vean una cara entera cuando enfocan la vista en la nariz de una persona, incluso si el lado de la cara correspondiente al escotoma se ha cubierto con una cartulina blanca.

El caso del psicólogo fisiológico que hacía desaparecer las caras.
Sufría un gran escotoma cerca de la fóvea durante las crisis de migraña y que le hacia desaparecer las caras .

Escotomas: visión ciega

La presentan los pacientes con escotomas debidos a lesión en la corteza visual primaria. La visión ciega es la capacidad que tienen tales pacientes de responder a estímulos visuales que inciden en sus escotomas, aun cuando no son conscientes de los estímulos. De todas las capacidades visuales, la percepción del movimiento es la que tiene más probabilidades de persistir tras un daño de la corteza visual primaria. Por ejemplo, un sujeto puede extender el brazo y alcanzar un objeto que se mueva en su escotoma, aun cuando asegura no verlo.

El caso de DB:, el hombre desconcertado por su propia visión ciega.
Pese a que el paciente no era consciente de “ver” en su campo visual ciego, el izquierdo, se obtuvieron pruebas de que :

  1. podía llegar a ver estímulos en el campo visual izquierdo con una exactitud considerable.
  2. Podía diferenciar la orientación de una línea vertical de otra horizontal o diagonal, y
  3. Podía diferenciar las letras “X” y “O”.

Se han propuesto dos interpretaciones neurológicas de la visión ciega:

  1. Consiste en que la corteza estriada no se ha destruido por completo y los islotes de células funcionales restantes pueden mediar algunas capacidades visuales sin que haya una conciencia de ello.
  2. La otra es que las vías visuales que ascienden directamente a la corteza visual secundaria desde estructuras subcorticales in pasar a través de la corteza visual primaria permiten mantener algunas capacidades visuales sin que haya una consciencia cognitiva. Existen algunas pruebas a favor de ambas teorías, pero ninguna concluyente. Puede que ambos mecanismos contribuyan al fenómeno.

Consciencia visual y actividad neural

Nuestras percepciones visuales a menudo son diferentes de la realidad física del input visual porque la actividad de las neuronas corticales visuales suele asociarse con las propiedades de la percepción más que con las del estímulo físico.

A veces vemos contornos visuales donde no los hay, los cuales se denominan contornos subjetivos, que vemos debido a que las neuronas estriadas e incluso unas cuantas neuronas de la corteza visual primaria, responden como si hubiera contornos reales cuando aparecen en sus campos receptores los contornos subjetivos con la orientación apropiada.

Una indicación similar la aportó un estudio de RMf de sujetos que estaban viendo una ilusión cromática. La actividad en las áreas de la corteza preextraída se relacionaba más estrechamente con los colores que se percibían que con la longitud de onda de los estímulos reales.

Áreas funcionales de la corteza visual secundaria y de asociación

La corteza visual secundaria y las regiones de la corteza de asociación que participan en el análisis visual se componen todas de diferentes áreas, cada una de ellas especializada en un tipo concreto de análisis visual. Esto se ha estudiado bastante en el macaco. Las lesiones selectivas de las distintas áreas producen distinta pérdidas visuales, y existen diferencias anatómicas entre las áreas. Las diversas áreas funcionales de la corteza visual secundaria y de asociación del macaco están prodigiosamente interconectadas. Mediante estudios de marcado anterógrado y retrógrado se han identificado numerosas vías de interconexión. Aunque las conexiones entre las diferentes áreas son prácticamente siempre recíprocas, el principal flujo de información se da en sentido ascendente en la jerarquía, desde las áreas más simples a las más complejas.

La TEP y la RMf se han usado para identificar diversas áreas de la corteza visual en seres humanos, y hasta ahora se han identificado unas doce áreas funcionales diferentes en la corteza visual humana. Muy similares en cuanto a localización, características anatómicas y función a las de los macacos.

Corrientes dorsal y ventral

La mayor parte de la información visual llega a la corteza visual primaria pasando por los núcleos geniculados laterales del tálamo. En la corteza visual primaria, la información procedente de los dos núcleos geniculados laterales se recibe, se combina y luego se separa en múltiples vías que proyectan por separado a las diversas áreas funcionales de la corteza visual secundaria y, después, a las de la corteza de asociación.

Muchas de las vías que transfieren información proveniente de la corteza visual primaria a través de diversas áreas especializadas de la corteza secundaria y de asociación forman parte de dos corrientes principales: la corriente dorsal y la corriente ventral.

La corriente dorsal fluye desde la corteza visual primaria a la corteza preextraída dorsal, y de ahí a la corteza parietal posterior.

La corriente ventral fluye desde la corteza visual priamria a la corteza preextraída ventral y de ahí a la corteza inferotemporal.

Ungerleider y Mishkin propusieron que la corriente dorsal está implicada en la percepción de “dónde” se localizan los objetos, y la corriente ventral lo está en la percepción de “qué” son los objetos.

La principal implicación de la teoría del “donde” frente al “qué” y de otras teorías de procesamiento paralelo de la visión es que las lesiones de algunas áreas de la corteza pueden suprimir ciertos aspectos de la visión, dejando otros intactos. De hecho, la prueba más convincente de esta influyente teoría deriva de la comparación de los efectos específicos de la lesión de las corrientes dorsal y ventral. Los pacientes con una lesión en la corteza parietal posterior suelen tener dificultades para alcanzar con precisión objetos que no tienen dificultad en describir; y a la inversa, los pacientes con una lesión en la corteza infero-temporal a menudo no tienen problemas para alcanzar hábilmente objetos que les cuesta describir.

Existe una alternativa a esta teoría. Goodale y Milner argumentaron que la diferencia clave entre la corriente dorsal y la ventral no es el tipo de información que transmiten, sino en qué se empela esa información. Apuntaron que la función de la corriente dorsal pudiera ser dirigir las interacciones comportamentales con los objetos, mientras que la de la corriente ventral sería mediar la percepción consciente de los objetos. Esta es la teoría del “control del comportamiento” frente a la “percepción consciente”

Esta teoría puede explicar fácilmente los dos hallazgos neuropsicológicos que constituyen la base de la teoría del “dónde” frente al “qué”, ya que sugiere que los pacientes con daño de la corriente dorsal pueden tener un bajo rendimiento en pruebas de localización y movimiento debido a que la mayoría de este tipo de pruebas implican medidas manipulativas; y que los pacientes con daño de la corriente ventral pueden tener un bajo rendimiento en pruebas de reconocimiento visual porque la mayoría de dichas pruebas implican un informa verbal, y por lo tanto, consciente.

El mayor respaldo para la teoría del “control del comportamiento” frente a la “percepción consciente” es la confirmación de sus dos premisas básicas:

  1. Que algunos pacientes con lesiones bilaterales que afectan a la corriente ventral no tienen una experiencia consciente de ver y, aún así, pueden interaccionar con los objetos bajo guía visual, y
  2. que algunos pacientes con lesiones bilaterales de la corriente dorsal pueden ver objetos de manera consciente, pero no son capaces de interactuar con ellos bajo orientación visual.

El caso de D.F., la mujer que podía asir objetos que no era consciente de ver.
D.F. tiene una lesión bilateral en la corteza ventral preextraída, lo cual interrumpe el flujo de la corriente ventral. Es capaz de responder con precisión a estímulos visuales que no es consciente de ver. Pese a su intensa discapacidad para reconocer el tamaño, la forma y la orientación de los objetos visuales, D.F. presentaba una notoria precisión para guiar los movimientos de las manos y los dedos hacia esos mismos objetos.

El caso de A.T., la mujer que no podía asir con precisión los objetos desconocidos que veía.
Mujer con lesión en la región parietoccipital, lesión que probablemente interrumpía la corriente dorsal. Podía reconocer objetos e indicar su tamaño con los dedos, pero ponía mal la mano en los movimientos dirigidos a un objeto.

Prosopagnosia

La prosopagnosia es un trastorno neuropsicológico del reconocimiento visual, cuya investigación ha procurado un mayor apoyo a la teoría del “control del comportamiento” frente a la “percepción consciente”.

La prosopagnosia es una agnosia visual para las caras.

Una agnosia consiste en una ausencia de reconocimiento que no puede atribuirse a una deficiencia sensitiva, o a un deterioro verbal o intelectual.
La agnosia visual es una agnosia específica para estímulos visuales, los pacientes pueden ver los estímulos visuales, pero no saben lo que son.

Las agnosias visuales en sí mismas suelen ser específicas para un aspecto determinado del input visual, y se denominan acorde a ello; por ejemplo, la agnosia de movimento, la agnosia de objetos y la agnosia de color son dificultades para reconocer el movimiento, los objetos y el color, respectivamente. Se supone que cada agnosia visual específica es consecuencia del daño de un área de la corteza visual secundaria, la cual media el reconocimiento de ese atributo en concreto. Los pacientes con prosopagnosia son personas con una agnosia visual que les impide reconocer caras.

Los pacientes con prosopagnosia pueden, por lo general, reconocer una cara en tanto que una cara, pero tienen problemas para reconocer a quién pertenece. A menudo dicen ver una maraña de rasgos faciales individuales (ojos, nariz, barbilla, mejillas, etc), que por alguna razón nunca se funden en un todo fácilmente reconocible. En casos extremos, no pueden reconocerse a sí mismos.

La idea de la prosopagnosia como una alteración específica del reconocimiento de rostros se ha cuestionado. Lo que se ha sugerido es que las personas con prosopagnosia tienen un problema general de reconocimiento de objetos específicos que pertenecen a categorías más complejas de objetos (p. ejem. Coches o casas determinadas), y no un problema específico para reconocer caras.

R.P., un caso típico de prosopagnosia.
Es un caso típico de prosopagnosia; manifestó una grave alteración de la capacidad de reconocer caras e identificar expresiones faciales, pero no otros problemas de reconocimiento. Tras una evaluación más exhaustiva, se comprobó que tenía problemas para reconocer todos los objetos con superficies curvas complejas, no sólo caras.

El diagnóstico de prosopagnosia se asocia con daño de la corriente ventral en el área limítrofe entre los lóbulos occipitales y temporales. Esta área de la corteza ha llegado a conocerse como el área fusiforme de la cara.

El hecho de que la prosopagnosia provenga de una lesión bilateral de la corriente ventral sugiere que la función de la corriente dorsal puede estar intacta. En otras palabras, sugiere que los pacientes con prosopagnosia pueden ser capaces de reconocer inconscientemente las caras que no pueden reconocer conscientemente. Por increíble que parezca, de hecho esto es lo que sucede; la respuesta de conductividad de la piel indica que las caras estaban siendo reconocidas de forma inconsciente por zonas no dañadas del cerebro (Tranel y Damasio).

Áreas de la corriente ventral especializadas en el reconocimiento de categorías específicas de objetos

El descubrimiento de que existen áreas de la corteza humana que parecen estar especializadas en el reconocimiento facial (área fusiforme de la cara), ha motivado la búsqueda de áreas corticales que pudieran estar especializadas en la percepción de otras categorías de objetos. Los estudios que han usado neuroimagen funcional han identificado diferentes áreas de corriente ventral humana que parecen activarse específicamente ante la vista de seres humanos, gatos o casas.

Respecto a las áreas especificas de categorías para el reconocimiento visual de objetos, hay dos cosas importantes:

  1. Hay más de un área de la corriente ventral que responde a cada categoría de objetos; 
  2. Se da una gran superposición entre las áreas que responden a diversas categorías de objetos; las áreas específicas de reconocimiento visual de objetos están intercaladas con circuitos para reconocer otros objetos, de ahí que no sea probable que el daño cerebral produzca casos de agnosia que sean específicos para una sola clase de objetos.

Atención selectiva

Sólo percibimos conscientemente una pequeña parte de todos los estímulos que excitan nuestros órganos sensoriales en un momento determinado, e ignoramos el resto; el proceso por el que esto sucede es la atención selectiva.

La atención selectiva presenta dos aspectos: mejora la percepción de los estímulos que constituyen su objetivo, e interfiere con la percepción de los estímulos que no constituyen el centro de su atención.

La atención puede centrarse de dos modos distintos: mediante procesos cognitivos internos (atención endógena) o mediante sucesos externos (atención exógena). Por ejemplo, la atención puede concentrarse en la superficie de una mesa porque se están buscando las llaves (atención endógena) o puede retirarse de allí porque el gato ha volcado una lámpara (atención exógena). Se piensa que la atención endógena está mediada por mecanismos neurales de arriba a abajo (desde los niveles superiores a los inferiores), mientras que la atención exógena se supone mediada por mecanismos neurales de abajo a arriba (desde los niveles inferiores a los superiores)

Hay un fenómeno llamado ceguera al cambio. Al sujeto se le muestra una imagen fotográfica sobre una pantalla de ordenador y se le pide que señale cualquier cambio que se produzca en la imagen en cuanto lo advierta. La imagen se compone de dos imágenes alternantes con un desfase inferior a una décima de segundo entre ellas. Las dos imágenes son idénticas excepto por un aspecto. La mayoría de los sujetos pasan muchos segundos mirando la foto buscando algún cambio. ¿Por qué ocurre la ceguera al cambio? Porque cuando observamos una escena no conservamos ningún recuerdo de las partes de la escena sobre las cuales no centramos nuestra atención. El fenómeno de la ceguera al cambio no ocurre sin que haya breves intervalos entre las imágenes, aunque apenas provocan un parpadeo. Sin los intervalos, no se requiere memoria y los cambios se perciben inmediatamente.

Moran & Desimone fueron los primeros en demostrar los efectos de la atención sobre la actividad nerviosa en el sistema visual. Entrenaron a monos para que miraran fijamente un punto fijo de la pantalla, mientras registraban la actividad de las neuronas en una región preestriada que forma parte de la corriente ventral que es especialmente sensible al color. En uno de los experimentos, registraron la actividad de las neuronas individuales que respondían a barras de luz rojas o bien verdes. Cuando el mono era entrenado para llevar a cabo una tarea que requería prestar atención a la clave roja, ésta aumentaba y la verde disminuía, y al revés.

Experimentos similares, se llevaron a cabo con humanos, usando técnicas de neuroimagen funcional. Corbetta y Colbs. presentaron una colección de estímulos móviles coloreados (de distintos tamaños) y pidieron a los sujetos que los clasificaran según el movimiento, el color o la forma. La atención a la forma y al color produjo un aumento de la actividad en las regiones de la corriente ventral; la atención al movimiento produjo un aumento de la actividad en la región de la corriente dorsal.

Otro estudio con sujetos humanos, Ungerleider y Haxby, mostraron una serie de caras a los sujetos; se les preguntó si esas caras pertenecían a la misma persona o si estaban colocadas en la misma posición respecto al marco. Cuando los sujetos mostraban atención a la identidad, las regiones de la corriente ventral eran más activas. Cuando los sujetos prestaban atención a la posición, las regiones más activas eran las de la corriente dorsal.

¿Cómo operan los mecanismos de la atención selectiva? Conforme a las teorías actuales, las representaciones neurales de diversos aspectos de una presentación visual compiten uno con otro. Se piensa que la atención selectiva opera reforzando las representaciones de los aspectos que esperaban y debilitando los otros (Chun y Marois) En general, la anticipación de un estímulo aumenta la actividad neural en los mismos circuitos afectados por el estímulo en sí mismo ( Carlsson et al.,)

Un experimento de neurociencia cognitiva efectuado por Kastner y sus colegas (1998) ejemplifica el tipo de pruebas en que se basan estas teorías. Los investigadores utilizaron RMf para cuantificar la actividad en varias áreas de la corteza visual durante la presentación visual de un objeto y luego de cuatro. Primero, demostraron que la actividad producida por la presencia de un único objeto declinaba pronunciadamente cuando los otros tres objetos se presentaban junto a él. Segundo, demostraron que la magnitud de este declive era menor si se les decía a los sujetos que atendieran al primer objeto.

Los movimientos oculares a menudo desempeñan una función importante en la atención visual, pero es importante tener en cuenta que la atención visual puede cambiarse sin cambiar la dirección del enfoque visual. La atención encubierta es un cambio de la atención visual sin el correspondiente movimiento ocular.

Una característica de la atención selectiva es el fenómeno de la fiesta, que es la prueba de que aunque se centren tanto en una conversación que no sean conscientes de otras conversaciones que tengan lugar a su alrededor, la mención de su nombre en una de las otras conversaciones atraerá inmediatamente su atención sobre ella. Este fenómeno sugiere que el cerebro es capaz de bloquear todos los estímulos de la consciencia, excepto aquellos de una clase particular, al tiempo que controla de forma inconsciente los estímulos bloqueados por si surge algo que requiera atención.

El caso del hombre que sólo podía ver una cosa a la vez.
Podía identificar objetos en cualquier parte de su campo visual si se le presentaban individualmente; por tanto, no sufría ceguera ni otras alteraciones del campo visual. El suyo era un trastorno de atención visual. Padecía simultagnosia, una dificultad para atender a más de un objeto visual a la vez. El problema del paciente se asociaba con un daño en la corriente dorsal ya que es ésta la encargada de localizar los objetos en el espacio. El daño que se asocia con la simultagnosia es por lo general bilateral.
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Sistema Sensitivomotor

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Tres principios de la función sensitivomotora

Los tres principios del control sensitivomotor son:

  1. El sistema sensitivomotor está organizado jerárquicamente; 
  2. El output motor está guiado por el input sensitivo y 
  3. El aprendizaje cambia la naturaleza y el lugar (locus) de control sensitivomotor.

El sistema sensitivomotor está organizado jerárquicamente
El funcionamiento del sistema sensitivomotor está dirigido por órdenes que fluyen en cascada en sentido descendente a través de los niveles de una jerarquía, desde la corteza de asociación hasta los músculos. Las órdenes que surgen de la corteza de asociación, antes que planes de actuación, especifican metas. La corteza de asociación no interviene en los detalles. La principal ventaja de esta organización jerárquica es que los niveles superiores de la jerarquía quedan libres a fin de realizar tareas más complejas.

El sistema sensitivomotor son sistemas jerárquicos en paralelo; esto es, son sistemas jerárquicos donde los mensajes fluyen a través de los niveles por múltiples vías. Esta estructura paralela permite a la corteza de asociación ejercer el control sobre los niveles inferiores de la jerarquía en más de un sentido.

Las jerarquías sensitivomotoras se caracterizan por una separación funcional. Es decir, cada nivel de la jerarquía sensitivomotora suele estar compuesto por distintas unidades (estructuras neurales), cada uno de los cuales realiza una función diferente.

En suma, el sistema sensitivomotor (así como los sistemas sensitivos expuestos en el Capitulo 7) es un sistema paralelo separado funcionalmente, y jerárquico. La principal diferencia entre los sistemas sensitivos y el sistema sensitivomotor es la dirección principal del flujo de la información. En los sistemas sensitivos, la información fluye primordialmente en sentido ascendente a través de la jerarquía. En el sistema sensitivomotor, lo hace en sentido descendente.

El output motor está guiado por el input sensitivo
El sistema sensitivomotor supervisa continuamente los efectos de sus actividades y utiliza esta información para regularlas. En la mayoría de los casos, esta retroalimentación sensitiva desempeña un papel importante dirigiendo la continuidad de las respuestas que ha producido. Las únicas respuestas que habitualmente están influidas por la retroalimentación sensitiva son los movimientos balísticos .

El caso de G.O., el hombre con demasiada poca retroalimentación.
G.O. tenía grandes problemas para realizar acciones complejas, tales como abotonarse o recoger monedas. Otros problemas derivaban de su incapacidad para ajustar su output motor ante alteraciones externas inesperadas. No obstante, el mayor problema de G.O. era su incapacidad para mantener un nivel constante de contracción muscular. En tareas como sujetar un bolígrafo o llevar una maleta, no le bastaba la información visual para poder corregir cualquier error que se produjera en el output motor ya que, después de cierto tiempo, no tenía indicios de la presión que estaba ejerciendo sobre el objeto. Estos problemas se explican como consecuencia de la carencia de retroalimentación sensitiva.

Muchos de los ajustes que ocurren en el output motor como respuesta a la retroalimentación sensitiva están controlados de manera inconsciente por los niveles inferiores de la jerarquía sensitivomotora, sin que participen los niveles superiores.

El aprendizaje cambia la naturaleza y el locus sensitivomotor
A lo largo de las etapas iniciales del aprendizaje motor, cada respuesta individual se lleva a cabo bajo control consciente; luego, después de mucha práctica, las respuestas individuales reorganizan en secuencias de acción integradas y continuas que fluyen suavemente y que se modulan mediante retroalimentación sensitiva, sin control consciente. Si se piensa en las habilidades sensitivomotoras que se han adquirido (p.ej., escribir a máquina) podrá comprenderse que la mayor parte del aprendizaje sensitivomotor se caracteriza por la organización de respuestas individuales en programas motores continuos, así como por la transferencia de su control a los niveles inferiores del sistema nervioso.

Esta sección se centra en las estructuras neurales que cumplen un papel importante en el control de una conducta voluntaria (por ejemplo, coger una manzana de un árbol). Ésta comienza a nivel de la corteza de asociación y disponen las principales señales motoras a medida que descienden por la jerarquía sensitivomotora hasta los músculos esqueléticos que, finalmente, ejecutan los movimientos.

Corteza de asociación sensitivomotora

La corteza de asociación se sitúa en lo más alto de nuestra jerarquía sensitivomotora. Existen dos zonas principales de corteza de asociación sensitivomotora: la corteza de asociación parietal posterior y la corteza de asociación prefrontal dorsolateral. Los expertos están de acuerdo en que estas dos zonas se componen a su vez de varias áreas distintas, cada una de las cuales tiene una función diferente; sin embargo, no lo están respecto a cuál es la mejor manera de dividirlas.

Corteza de asociación parietal posterior
Antes de que pueda iniciarse un movimiento eficaz se requiere cierta información. El sistema nervioso necesita saber la posición inicial de las partes del cuerpo que van a moverse y necesita saber la posición de cualquier objeto externo con el que vaya a interaccionar el cuerpo. La corteza de asociación parietal posterior desempeña una función importante integrando estos dos tipos de información y dirigiendo la atención.

Hemos visto que la corteza parietal posterior se clasifica como corteza de asociación porque recibe imput de más de un sistema sensitivo. Recibe información de los tres sistemas sensitivos que participan en la localización del cuerpo y de los objetos externos en el espacio: el sistema visual, el sistema auditivo y el somatosensitivo. A su vez, una gran parte del output de la corteza parietal posterior se dirige a zonas de la corteza motora, las cuales se sitúan en la corteza frontal: a la corteza de asociación prefrontal dorsolateral, a las distintas zonas de la corteza motora secundaria y al campo ocular frontal .

La lesión de la corteza de asociación parietal posterior puede producir una serie de anomalías sensitivomotoras, incluyendo anomalías de la percepción y de la memoria de las relaciones espaciales, de la precisión de alcanzar y asir los objetos, del control de los movimientos oculares y de la atención. No obstante, la apraxia y la negligencia contralateral son dos de las consecuencias más llamativas de la lesión de la corteza parietal posterior.

La apraxia es una alteración de los movimientos voluntarios que no puede atribuirse a una simple anomalía motora (p.ej., parálisis o debilidad) o una falta de comprensión o motivación. Es de señalar que los pacientes con apraxia tienen dificultades para realizar movimientos específicos cuando se les pide que los hagan, especialmente si están fuera de contexto. No obstante, suelen ser capaces de hacer estos mismos movimientos en condiciones naturales, cuando no están pensando en ello. Aunque los síntomas de la apraxia son bilaterales, por lo general se debe a una lesión unilateral del lóbulo parietal posterior izquierdo o de sus conexiones.

La negligencia contralateral es una alteración de la capacidad del paciente para responder a estímulos en el lado del cuerpo opuesto (contralateral) a la sede de la lesión cerebral.

La alteración suele asociarse con extensas lesiones del lóbulo parietal posterior derecho.

El caso de la Sra. S., la mujer que giraba en círculos.
Ha perdido por completo la noción de “izquierda” con respecto tanto al mundo como a su propio cuerpo. Por ejemplo, se queja de que sus raciones de comida son demasiado pequeñas, o se maquilla sólo la mitad derecha de la cara; es casi imposible tratar esto debido a que no se puede atraer su atención hacia ello. Ha desarrollado estrategias para enfrentarse a su problema: no puede mirar hacia la izquierda, directamente, no puede volverse hacia la izquierda; de modo que lo que hace es volverse a la derecha, y a la derecha haciendo un círculo hasta que encuentra lo que quiere. Es un caso de negligencia contralateral.

A la mayoría de los pacientes con negligencia contralateral les cuesta responder a lo que está situado a la izquierda. ¿Pero a la izquierda de qué? En la mayor parte de ellos, las dificultades de respuesta ocurren cuando se trata de estímulos que se localizan en la izquierda egocéntrica , la cual se define en parte por coordenadas gravitacionales porque cuando los pacientes inclinaban la cabeza, su campo de negligencia no se inclina normalmente con él.

Además de no poder responder a los objetos en su izquierda egocéntrica, muchos pacientes suelen no responder a la parte izquierda de los objetos, independientemente de si los objetos están en su campo visual. En la corteza parietal del primate se han encontrado neuronas que tienen campos receptores egocéntricos y otras con campos receptores basados en el objeto.

Se presenta un ejemplo de negligencia contralateral basada en el objeto: en este ejemplo, los pacientes tenían fallos en responder a la mano derecha de un investigador que estaba enfrente de él independientemente de su posición específica en el campo visual del paciente.

Un estudio somatosensitivo de la negligencia contralateral ha demostrado asimismo que no hay una forma sencilla de definir el campo de negligencia. Se encontró que los pacientes eran más sensibles a contactos en su “desatendida” mano izquierda si tenían los brazos cruzados.

Los pacientes con negligencia contralateral a menudo no pueden responder a estímulos visuales presentados en la izquierda de su cuerpo. Ya hemos aprendido en los capítulos precedentes que el fallo en percibir conscientemente un objeto no significa necesariamente que el objeto no se perciba. Dos tipos de pruebas sugieren que la información sobre objetos que no son percibidos por pacientes con negligencia contralateral es, de hecho, percibida inconscientemente. En primer lugar, cuando se presentaron repetidamente objetos en el mismo punto a la izquierda a pacientes con negligencia contralateral, tendían a mira al mismo punto en los siguientes ensayos aunque no tenían consciencia de los objetos; en segundo lugar, los pacientes podían identificar con más facilidad dibujos fragmentados (parciales) vistos a su derecha si se habían presentado versiones completas a la izquierda, donde no se percibían conscientemente.

Corteza de asociación prefrontal dorsolateral
Recibe proyecciones de la corteza parietal posterior y envía proyecciones a áreas de la corteza motora secundaria, a la corteza motora primaria y al campo ocular frontal. También existen proyecciones de vuelta de la corteza prefrontal dorsolateral a la corteza parietal posterior.

La corteza prefrontal dorsolateral interviene en la evaluación de los estímulos externos y el inicio de las reacciones voluntarias a ellos. Esto se basa en las características de respuesta de neuronas en esta área de la corteza de asociación. La actividad de ciertas neuronas depende de las características de los objetos, la de otras de la localización de los objetos, y la actividad de otras depende de una combinación de ambos factores. La actividad de otras neuronas prefrontales dorsolaterales se relaciona con la respuesta más que con el objeto: es propio de dichas neuronas empezar a disparar antes de la respuesta y continuar hasta que se ha consumado la respuesta. Hay neuronas en todas las áreas corticales motoras que empiezan a disparar anticipando una actividad motor, pero las de la corteza de asociación prefrontal disparan primero.

Las propiedades de respuesta de las neuronas prefrontales dorsolaterales y el patrón de conexiones entre esta área y otras de la corteza sensitivomotora sugieren que la decisión de iniciar un movimiento voluntario puede ser tomada en dicha área de la corteza. No obstante, es más probable que tales decisiones provengan de una interacción entre la corteza prefrontal dorsolateral y la corteza parietal posterior.

Corteza motora secundaria

Las regiones de la corteza motora secundaria son aquellas que reciben una gran parte de su input de la corteza de asociación y que envían una gran parte de su output a la corteza motora primaria. Durante muchos años sólo se conocían dos regiones de corteza motora secundaria: el área motora suplementaria y la corteza premotora. Las dos amplias áreas pueden verse en la superficie lateral del lóbulo frontal, justo delante de la corteza motora primaria. El área motora suplementaria rodea la parte superior del lóbulo frontal y se extiende hacia abajo por la cara media dentro de la cisura longitudinal, y la corteza premotora discurre formando una banda desde el área motora suplementaria hasta la cisura lateral.

En los últimos años, esta idea simplista de dos áreas de corteza motora secundaria se ha hecho más compleja. Las investigaciones neuroanatómicas y neurofisiológicas con monos han puesto de relieve que existen al menos siete áreas diferentes en cada hemisferio: dos áreas motoras suplementarias diferentes (AMS y preAMS), dos áreas premotoras (dorsal y ventral) y tres pequeñas áreas (áreas motoras cinguladas) en la corteza de la circunvolución el cíngulo.

Recientes estudios de neuroimagen funcional han sugerido que la corteza motora secundaria del ser humano es similar a la de otros primates. Existen pruebas de que existen al menos dos áreas motoras cinguladas en los seres humanos y existen razones para subdividir tanto el área motora suplementaria como la corteza premotora. Sin embargo, aún no se ha logrado acuerdo acerca de las delimitaciones precisas de estas áreas recientemente identificadas ni siguiera sobre si sería mejor clasificarlas como corteza motora secundaria o como corteza de asociación.

Para ser calificada como corteza motora secundaria, un área ha de estar conectada apropiadamente con otras áreas sensitivomotoras. Desde una perspectiva funcional, la estimulación eléctrica de un área de corteza motora secundaria produce típicamente movimientos complejos, que a menudo implican a ambos lados del cuerpo, y las neuronas de un área de corteza motora secundaria suelen activarse más justo antes de que se inicie un movimiento voluntario y continúan activas durante el movimiento.

En general, se cree que las regiones de la corteza motora secundaria participan en la planificación de patrones específicos de movimientos tras recibir instrucciones generales de la corteza prefrontal dorsolateral.

Las pruebas a favor de dicha función proceden de estudios de neuroimagen cerebral en los que se han medido los patrones de la actividad cerebral mientras el sujeto se imaginaba a sí miso realizando una serie particular de movimientos o planificando la realización de esos movimientos.

Pese a la evidencia de semejanzas entre las áreas de corteza motora secundaria, se ha dedicado un considerable esfuerzo a descubrir sus diferencias. Ninguna de las teorías desarrolladas ha recibido un apoyo consistente.

Una interesante línea de investigación sobre las neuronas de la corteza promotora se ha centrado en cómo codifican las relaciones espaciales. Muchas neuronas promotoras responden al tacto, y cada una de ellas tiene un campo recepto somatosensitivo en una parte determinada del cuerpo. Muchas de estas neuronas también responden a input visual y son por tanto denominadas neuronas bimodales . El campo receptor de una neurona bimodal es siempre adyacente a su campo receptor somato sensitivo. Por ejemplo, si una neurona bimodal tiene su campo receptor somatosensitivo en la mano izquierda, su campo receptor visual está por lo general en el espacio adyacente la mano izquierda. Es de señalar que el campo receptor visual permanece próximo a la mano izquierda independientemente de dónde está la mano izquierda o de dónde se centran los ojos. Está claro que una neurona semejante se dedica a programar los movimientos de la mano izquierda.
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Desarrollo del Sistema Nervioso

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Introducción

El sistema nervioso no es una red estática de elementos interconectados, tal como implica el modelo de esquema de conexiones; es más bien un órgano vivo con plasticidad ( que puede cambiar), el cual se desarrolla y cambia continuamente en respuesta a sus programas genéticos y a la interacción con su medio ambiente.

Hay tres puntos clave en el desarrollo neural:

  1. La complejidad y el prodigio del desarrollo neural, 
  2. El importante papel que desempeña la experiencia y 
  3. las nefastas consecuencias de las anomalías del desarrollo neural. 
Esta sección desarrolla estos tres puntos y culmina con una exposición de dos devastadores trastornos del desarrollo neural humano: el autismo y el síndrome de Williams.

El caso de G.
G. con 13 años medía 1.35 y pesaba 28.1 kilos. No controlaba la vejiga o los intestinos. Desde los 20 meses había pasado la mayoría de los días atada a un orinal y en una pequeña y oscura habitación cerrada. Su única vestimenta era un trapo con correas que le impedía mover cualquier parte de su cuerpo que no fuera pies y manos. Su padre y hermano casi nunca le hablaban. Sólo se le daba de comer cereales o comida para niños. La grave privación que sufrió le dejó graves cicatrices. Se hizo un gran esfuerzo para dar marcha atrás en su desarrollo. Aunque manifestó cierta mejoría en los años posteriores a su rescate, podía verse claramente que nunca alcanzaría algo que se aproximara a un desarrollo psicológico normal. Está claro que la experiencia desempeña un importante papel en los procesos de desarrollo neural.

Desarrollo cerebral postnatal en bebés humanos

La mayor parte de nuestro conocimiento sobre el desarrollo neural procede del estudio de especies no humanas. Hay, sin embargo, un aspecto en el que el desarrollo del cerebro humano es único: se desarrolla bastante más lentamente que el de otras especies y no alcanza su plena madurez hasta el final de la adolescencia.

Crecimiento postnatal del encéfalo humano
El encéfalo humano crece considerablemente después del nacimiento, su volumen se cuadriplica. Este aumento de tamaño no se debe, sin embargo, al desarrollo de neuronas adicionales. A excepción de unas cuantas estructuras ( p.ej., el bulbo olfativo y el hipocampo) en las que continúan produciéndose muchas neuronas nuevas durante los años adultos, todas las neuronas que compondrán el encéfalo humano adulto se han desarrollado y migrado a su lugar apropiado en el séptimo mes del desarrollo prenatal. Parece ser que el crecimiento postnatal del encéfalo humano proviene de otros tres tipos de crecimiento. Sinaptogénesis, mielinización de muchos axones y aumento de la ramificación de las dendritas.

Se ha dado un particular interés por la formación postnatal de sinapsis debido a que se asume que la cantidad de conexiones entre neuronas en una región determinada del encéfalo es un índice de la capacidad analítica de esa región. Parece haber un incremento en el ritmo de formación de sinapsis en toda la corteza humana poco después del nacimiento, pero hay diferencias entre las regiones corticales en el curso de este desarrollo. Por ejemplo, en la corteza visual y auditiva se da una primer salva de sinaptogénesis en el cuarto mes postnatal, y la máxima densidad sináptica se consigue en el séptimo u octavo mes; mientras que la sinaptogénesis en la corteza prefrontal ocurre a un ritmo relativamente regular, alcanzándose la máxima densidad sináptica en el segundo año de vida.
La mielinización aumenta la velocidad de conducción axónica, y la mielinización de diversas áreas del encéfalo humano durante el desarrollo es aproximadamente paralela a su desarrollo funcional. La mielinización de las áreas sensitivas tiene lugar en los primeros meses inmediatamente después del nacimiento, y la mielinización de las áreas motoras le sigue pronto; mientras que la mielinización de la corteza prefrontal continúa hasta la adolescencia.

La pauta de ramificación dendrítica duplica a la de migración neural. Así como las células de las capas más profundas son las primeras en migrar a su lugar definitivo y las células de capas progresivamente más superficiales migran a su través para alcanzar sus lugares de destinó, la ramificación dendrítica progresa desde las capas más profundas a las más superficiales.

El desarrollo postnatal no es una vía de sentido único; se dan cambios regresivos además de crecimiento: una vez alcanzada la máxima densidad sináptica, hay períodos de pérdida sináptica. Al igual que los períodos de sinaptogénesis, los períodos de pérdida sináptica ocurren en momentos diferentes en diferentes partes del encéfalo. Se ha sugerido que el exceso de producción de sinapsis puede subyacer a la mayor plasticidad que tiene el encéfalo joven.

Desarrollo de la corteza prefrontal
La corteza prefrontal presenta el período de desarrollo más prolongado de cualquier región cerebral. Se piensa que su desarrollo es en gran parte responsable del curso del desarrollo cognitivo humano, que ocurre aproximadamente en el mismo período.

Aunque no haya una única teoría que explique su función, no obstante, se han relacionado tres tipos de funciones cognitivas con esta área en estudios de adultos con lesión prefrontal. Al parecer, la corteza prefrontal interviene en:

  1. la memoria de trabajo , 
  2. la planificación y ejecución de secuencias de acciones y 
  3. la inhibición de respuestas que son inadecuadas en el contexto actual pero no en otros.

La perseveración es la tendencia a continuar dando una respuesta previamente correcta cuando en ese momento es incorrecta. Por ejemplo, en el llamado error A no-B, Piaget colocó un juguete detrás de una pantalla, los niños de 7 meses alcanzaban la mampara detrás de la cual habían visto que se colocaba el juguete. Sin embargo, si después de varios intentos se colocaba detrás de otra mampara (cuando el niño estaba mirando), la mayoría de los niños seguía intentando obtenerlos detrás de la mampara previamente correcta más que de la pantalla que en ese momento ocultaba el juguete. Diamond planteó la hipótesis de que ese error perseverativo ocurría debido a que los circuitos neurales de la corteza prefrontal no están completamente desarrollados durante dicho período. La sinaptogénesis en la corteza prefrontal no es máxima hasta el comienzo del segundo año de vida, y la ejecución correcta de la tarea en ese estudio implicaba a dos de las principales funciones de esa área cerebral: mantener la información en la memoria de trabajo y suprimir las respuestas previamente correctas pero actualmente incorrectas.

Para apoyar su hipótesis, Diamond llevó a cabo una serie de experimentos comparativos. Primero, demostró que las crías de monos , pero no los adultos, cometían el mismo error perseverativo que los bebés de 7 a 12 meses de la prueba de Piaget. Después encontró que los monos adultos con lesiones bilaterales en la corteza prefrontal dorsolateral cometían errores de perseveración similares a los que hacían las crías de monos. Los monos del grupo de control con lesión en el hipocampo o en la corteza parietal posterior no cometían tales errores.

Efectos de la experiencia en el desarrollo inicial, mantenimiento y reorganización de los circuitos neurales

El desarrollo nervioso se despliega a partir de interacciones entre las neuronas y su ambiente. Este apartado se centra en la forma en que las experiencias del organismo en desarrollo influyen en el desarrollo, mantenimiento y reorganización de los circuitos neurales. El principio fundamental que rige los efectos de las primeras experiencias sobre los circuitos neurales nervioso es sencillo. Las neuronas y las sinapsis que no son activadas por la experiencia por lo general no sobreviven.

Estudios iniciales de la experiencia y desarrollo neural
Muchas de las primeras demostraciones de las repercusiones de las primeras experiencias sobre el desarrollo neural proceden de dos líneas de investigación: el estudio de los efectos de la privación visual temprana y el estudio de la exposición temprana a ambientes ricos en estímulos. Por ejemplo, las ratas que se han criado en jaulas de grupo con muchos estímulos en vez de criarse solas en jaulas estériles (con pocos estímulos) tienen cortezas más gruesas, con más espinas dendríticas y más sinapsis por neurona. En una situación opuesta ocurre lo contrario.

Carácter competitivo de la experiencia y el desarrollo neural
La experiencia fomenta el desarrollo de circuitos neurales activos y el mantenimiento o la reorganización de los existentes, pero en esto parece haber un aspecto competitivo. Este aspecto competitivo queda ilustrado claramente por los perjudiciales efectos de la privación monocular temprana. Cuando solamente se ciega un ojo, se reduce la capacidad de ese ojo para activar la corteza visual, mientras que la capacidad del otro ojo aumenta. Si se priva de luz a un ojo durante varios días en algún momento durante los primeros meses de vida, el sistema se reorganiza; se reduce el ancho de las columnas que reciben input del ojo privado y aumenta el ancho de las columnas que lo reciben del ojo no privado: El momento exacto del período sensible para este efecto es específico en cada especie.

Ya que los efectos adversos de la privación monocular temprana se manifiestan tan rápidamente (esto es, en pocos días), se supuso (incorrectamente) que no podían estar mediados por cambios estructurales. Sin embargo, Antonini y Stryker hallaron que unos pocos días de privación monocular producen un descenso formidable de la ramificación axónica en las neuronas del núcleo geniculado lateral que normalmente transmiten señales del ojo privado a la capa IV de la corteza visual primaria.

El carácter competitivo de los efectos de la actividad neural sobre la reorganización sináptica se ha demostrado asimismo en experimentos realizados con neuronas motoras y células musculares. Lo y Poo estudiaron una preparación in Vitro en la que una célula muscular en desarrollo estaba inervada por dos neuronas motoras en desarrollo. La aplicación de descargas de estimulación eléctrica a una de estas neuronas provocó una rápida degradación de los contractos sinápticos de la otra. Al parecer, las neuronas motoras compiten entre sí por los contactos sinápticos con las células musculares y las sinapsis activas adquieren prioridad.


Efectos de la experiencia sobre los mapas corticales sensitivos topográficos
Roe y colbs. Alteraron quirúrgicamente el trayecto de los axones en desarrollo de células ganglionares retinianas en hurones, de modo que los axones establecieran sinapsis en el núcleo geniculado medial perteneciente al sistema auditivo en lugar de hacerlo en el núcleo geniculado lateral del sistema visual. Sorprendentemente, la experiencia del input visual hizo que la corteza auditiva de los hurones se organizara retinotópicamente (dispuesta como una capa de la retina).

Knudsen y Brainard criaron lechuzas con primas en sus ojos que distorsionaban la visión. Esto llevó a un cambio correspondiente en el mapa auditivo espacial del tectum . Una lechuza criada llevando prismas que giraban el mundo visual 23º hacia la derecha tenía un mapa auditivo que estaba también girado 23º hacia la derecha, de modo que los objetos se oían donde debían verse.

Wekiky y Katz alteraron periódicamente la actividad espontánea del nervio óptico en hurones recién nacidos que acababan de abrir los ojos. Esto alteró la selectividad de la orientación y la dirección a la que respondían las neuronas de la corteza visual primaria en los hurones. Así pues, parece ser que el patrón de actividad neural espontánea que emana de los ojos fetales antes de que se inicie la visión cumple una función en el desarrollo o mantenimiento de la corteza visual.

Varios estudiosos han demostrado que la formación musical temprana influye en la organización de la corteza auditiva humana. Estudios de RMf han demostrado que la formación musical temprana tiende a expandir el área de corteza auditiva que responde a los tonos musicales complejos, y los estudios comportamentales han puesto de manifiesto que la formación musical temprana lleva al desarrollo del oído absoluto .

Mecanismos por los que la experiencia puede influir en el desarrollo neural
Todavía no se conocen bien los mecanismos a través de los que la experiencia ejerce esos efectos. El problema no es la falta de posibles mecanismos, sino más bien que son demasiados. A continuación se indican tres posibilidades.

En primer lugar, se ha demostrado que la actividad neural regula la expresión de genes que dirigen la síntesis de moléculas de adherencia celular (MACs). Así, al influir en la actividad neural, la experiencia podría producir cambios en la adherencia celular.

En segundo lugar, se ha comprobado que la actividad neural influye en la liberación de neurotrofinas. Por lo tanto, al influir sobre la actividad neural, la experiencia podría fomentar y dirigir el crecimiento de neuronas e influir en su supervivencia.

En tercer lugar, algunos circuitos neurales están espontáneamente activos en una etapa temprana del curso del desarrollo cerebral, y para que progresen normalmente ciertos aspectos del desarrollo cerebral se requiere la actividad de estos circuitos De este modo, influyendo en la actividad de circuitos neurales espontáneamente activos, la experiencia podría influir en el curso del desarrollo del cerebro.

Plasticidad neural en adultos

Hasta la última década se pensaba que la neuroplasticidad se restringía al período de desarrollo del cerebro. Los cerebros maduros se consideraban estancados, incapaces de una reorganización sustancial. Ahora es evidente que los cerebros maduros también tienen plasticidad. Ha quedado claro que el cerebro maduro no es un órgano estático, sino que está cambiando y adaptándose continuamente. Examinaremos dos líneas de investigación, aunque hay más.

Neurogénesis en mamíferos adultos
La neurogénesis no se da en adultos. Esto ha resultado ser incorrecto. Antes de los años ochenta, se pensaba que todas las neuronas se producían durante las fases iniciales del desarrollo. Consecuentemente, el desarrollo posterior del cerebro se consideraba como una pendiente en declive: las neuronas mueren continuamente a lo largo de la vida de la persona, y se asumía que las células perdidas nunca eran reemplazadas por células nuevas. La primera contradicción surgió con el descubrimiento del desarrollo de nuevas neuronas en los cerebros de aves adultas. En 1990, los investigadores, equipados con marcadores inmunohistoquímicos que tenían una afinidad selectiva por neuronas originadas recientemente, demostraron de modo convincente que, en efecto, en el hipocampo de la rata se da neurogénesis adulta (Fig. 9.10). Y poco después se descubrió que continuamente se están sumando nuevas neuronas a los bulbos olfativos adultos. Parece ser que en mamíferos adultos la neurogénesis se restringe al bulbo olfativo y al hipocampo.

¿De donde proceden las neuronas creadas por la neurogénesis adulta? Las células madre se producen en lugares determinados de la capa ependimaria que rodea los ventrículos y en la capa de tejido neural adyacente; desde aquí migran a los bulbos olfativos. Por lo contrario, parece ser que las nuevas células hipocampales se producen cerca de su emplazamiento final.

Una línea particularmente prometedora se inició con un estudio de los efectos, en roedores adultos, de vivir en ambientes ricos en estímulos. Resultó que las ratas adultas que habitaban en ambientes “enriquecedores” producían un 60% más de nuevas neuronas hipocampales que las ratas adultas que habitaban en ambientes no enriquecidos, pero hay que señalar que el efecto positivo observado en la neurogénesis en el hipocampo de la rata adulta no es un consecuencia directa de los ambientes enriquecedores, sino que depende en gran medida del aumento de ejercicio físico que suele darse en tales ambientes. Este descubrimiento tiene una implicación sugerente: en vista del hecho de que el hipocampo está implicado en ciertos tipos de memoria, tal vez pueda utilizarse el ejercicio como un tratamiento para aquellos que padecen problemas de memoria.

Efectos de la experiencia sobre la reorganización de la corteza en adultos
La experiencia en la vida adulta puede llevar a una reorganización de los mapas corticales sensitivos y motores. Elbert y colbs. demostraron que los músicos adultos que interpretan instrumentos de cuerda que se tocan con los dedos de la mano izquierda tienen aumentada el área de representación de la mano en la corteza somatosensitiva derecha. Los datos sugieren que es la práctica de la habilidad, más que la fortaleza o la tenacidad de la práctica lo que lleva a la reorganización de la corteza motora.

En otra demostración más controlada de la capacidad que tiene la experiencia para reorganizar el cerebro humano adulto, voluntarios humanos sanos recibieron 1 hora de experiencia táctil durante 20 días. Los sujetos experimentaron patrones de contactos aplicados simultáneamente a las puntas de los dedos pulgar y meñique izquierdos. Había dos condiciones experimentales: en una los sujetos permanecían sentados pasivamente mientras se les administraban los estímulos, en la otra se les pidió que identificaran los patrones de estimulación. Los resultados fueron que en la condición pasiva, las áreas de corteza somatosensitiva se desplazaron más cerca un de otra, mientras que en la condición activa, las áreas de corteza somatosensitiva se desplazaron lejos una de otra.

Trastornos del desarrollo neural: autismo y síndrome de Williams

Autismo
El diagnóstico de autismo se basa en tres síntomas esenciales:

  1. reducida capacidad de interpretar las emociones e intenciones de los demás, 
  2. disminuida habilidad de interactuación social y comunicación y 
  3. preocupación por un solo tema o actividad. 
Otros signos se asocian por lo general, pero no en todos los casos, con él: preferentemente en varones, retraso mental y epilepsia, dificultad para imitar los gestos de otras personas.

El autismo es difícil de tratar. La terapia comportamental intensiva puede mejorar las vidas pero rara vez es posible que una persona con autismo sea independiente.
El autismo es un trastorno heterogéneo. En el autismo, algunas funciones están seriamente dañadas, mientras que otras son normales o incluso superiores.

No todos los pacientes con autismo manifiestan el mismo modelo de alteraciones. Esto sugiere que el autismo no tiene una sola causa y que es mejor considerarlo como un grupo de trastornos relacionados.
Pese a la heterogeneidad del autismo, existen ciertos patrones comunes: la mayoría de los individuos con autismo presentan capacidades preservadas como la capacidad de memorizar, habilidad de completar rompecabezas, capacidad musical y capacidad artística.

Incluso en la categoría aislada de incapacidad de lenguaje, se da a menudo un patrón de alteraciones heterogéneo. Muchos individuos tienen un vocabulario considerable, escriben bien y pueden leer en voz alta incluso cosas que no entienden, sin embargo, los mismos individuos son incapaces de utilizar la entonación para comunicar emociones, de coordinar la dirección de la mirada y la expresión facial con el habla y de hablar metafóricamente.

Eruditos autistas. Son individuos con deficiencias intelectuales que sin embargo manifiestan capacidades cognitivas o artísticas asombrosas y específicas. Las capacidades eruditas pueden tomar muchas formas, como por ejemplo, prodigios de memoria (saben el día de la semana de cualquier fecha futura o pasada, identifican números primos), dibujar y tocar instrumentos musicales.

Algunos casos de eruditos autistas asombrosos
N. era capaz de hacer dibujos con calidad de galería .
Otro erudito era capaz de decir la hora con exactitud de segundos sin mirar nunca su reloj.
Otra podía especificar la anchura de los objetos
T, de 13 años podía interpretar en el piano la pieza más difícil tras haberla oído sólo una vez, incluso tocando de espaldas al piano. Una vez tocó una canción con una mano y otra con la otra mano, mientras cantaba una tercera.
Un par de gemelos autistas daban la fecha de los últimos o próximos 40.000 años. Una caja de cerillas se cayó al suelo. “Ciento once”, gritaron los dos a la vez. Había 111.

Las capacidades eruditas no se desarrollan mediante aprendizaje de memoria o práctica, parece ser espontáneas. Sólo cabe especular que el daño de ciertas partes de su cerebro ha llevado a un exceso de desarrollo compensatorio de otras.

Base neural del autismo. Dos líneas de investigación demuestran que los factores genéticos influyen en el desarrollo del autismo. En primer lugar, se ha encontrado que el autismo se hereda en la familia. En segundo lugar, el desarrollo del autismo está estrechamente relacionado en gemelos monocigóticos: si un gemelo es autista, el otro tiene un 60% de serlo. Aunque esta alta correlación demuestra que el autismo tiene una base genética, también indica que no es totalmente genético. En conjunto, estas dos líneas de investigación sugieren que el autismo está desencadenado por varios genes que interactúan con el ambiente.

El daño cerebral asociado con el trastorno es variable. El daño se ha observado más frecuentemente en el cerebelo y partes relacionadas del encéfalo, pero generalmente tiende a estar extendido por todo el encéfalo.

La talidomida ( píldora contra las náuseas del embarazo), aumentaba que el niño naciera con autismo. Ya que la prescripción estaba restringida a las primeras semanas de gestación esta relación sugiere que el autismo está producido por un error del desarrollo neural que ocurre en dicho período, se ha demostrado que el autismo inducido por talidomida y el autismo típico se asocian con diversas anomalías de la cara, boca y control ocular.

Rodier tuvo la oportunidad de llevar a cabo una autopsia del encéfalo de una mujer con autismo . Hizo un notable descubrimiento. El tronco del encéfalo era más corto de lo normal, como si una sección de él no se hubiera desarrollado. Los núcleos de esta sección estaban, o bien poco desarrollados o ausentes por completo (oliva superior). Esta configuración se da en los ratones knockout , manipulados genéticamente para que les faltara la expresión del gen conocido como Hox 1. Sin embargo, es poco probable que las desviaciones que ocurren en el mesencéfalo sean responsables de todos, o incluso de la mayoría, de los síntomas del autismo, por otro lado, el gen Hox 1 se ha visto implicado sólo en algunos casos de autismo.

Síndrome de Williams
El síndrome de Williams, al igual que el autismo, es un trastorno de desarrollo asociado con retraso mental y un patrón notoriamente desigual de capacidades y discapacidades.

Por el contrario a las personas con autismo, retraídas emocionalmente insensibles y no comunicativas, las que padecen el síndrome de Williams son sociables, empáticos y comunicativas. Son sus capacidades lingüísticas lo que más ha llamado la atención. Aunque manifiestan un retraso en el desarrollo del lenguaje y deficiencias del lenguaje en la vida adulta, su capacidad lingüística (habilidad de expresión y narración) es notable si se tiene en cuenta su característicamente bajo CI. Se observa que cambiaban el tono, el volumen, el ritmo y el vocabulario de su discurso para atraer la audiencia.

Aunque la mayoría no pueden aprender a leer música, algunas personas tienen un tono casi perfecto y un extraordinario sentido del ritmo. Otra capacidad cognitiva es su capacidad de reconocer caras.

Sin embargo, tienen algunos graves problemas cognitivos, por ejemplo, en relación con la cognición espacial, les cuesta mucho recordar la localización de unos cuantos cubos colocados sobre un tablero de prueba; su lenguaje relacionado con el espacio es deficiente y su capacidad para dibujar es casi nula.

El síndrome de Williams también se asocia con una serie de problemas de salud, entre los que se incluyen varios relacionados con el corazón. Se encontró que el gen que controla la síntesis de elastina en una de las dos copias del cromosoma 7 faltaba en el 95% de las personas con síndrome de Williams. También faltaban otros genes, toda una región del cromosoma 7.

En general, las personas con este síndrome presentan un marcado subdesarrollo de la corteza occipital y parietal, lo que podría explicar su deficiente capacidad espacial; una corteza frontal y temporal normales, lo que podría explicar que mantengan intacta su capacidad de lenguaje; y anomalías en el sistema límbico, lo que podría explicar su cálida simpatía.

Fenotípicamente, suelen ser de corta estatura y tener una nariz pequeña y respingona, orejas ovaladas, bocas grandes labios carnosos, ojos saltones y una barbilla pequeña.
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Daño Cerebral y Plasticidad Neural

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Causas del Daño Cerebral

El estudio del daño cerebral en seres humanos tiene dos finalidades: aumenta nuestro conocimiento del cerebro humano sano y sirve de base para la elaboración de nuevos tratamientos.

Tumores Cerebrales
Un tumor o neoplasia consiste en una masa de células que proliferan independientemente del resto del organismo. Es un cáncer.

El 20% de los tumores encontrados en el encéfalo son meningiomas, tumores que se desarrollan entre las meninges, las tres membranas que recubren el sistema nervioso central. Todos los meningiomas son tumores encapsulados, que se desarrollan dentro de su propia membrana, por lo que son particulamente fáciles de detectar mediante una exploración con TAC, sólo pueden influir en la función cerebral por la presión que ejercen sobre el tejido circundante y casi siempre son tumores benignos ( se pueden extirpar con poco riesgo de que vuelvan a desarrollarse). Desafortunadamente, cuando se trata de tumores cerebrales, el que estén envueltos por membranas es la excepción, más que la regla. Los que crecen en los nervios o en los fascículos se denominan neurinomas estatoacústicos.

Aparte de los meningiomas la mayoría de los tumores encefálicos son infiltrantes y son los que crecen de un modo difuso a través del tejido que los rodea. Suelen ser tumores malignos, difícil de extirpar o eliminar por completo, y cualquier tejido canceroso que permanezca después de la cirugía sigue desarrollándose.

Alrededor de un 10% de los tumores cerebrales no se originan en el cerebro, sino a partir de fragmentos de tumores infiltrantes transportados desde otras partes del organismo hasta el cerebro por el torrente circulatorio, son tumores metastáticos (metástasis = propagación de la enfermedad de un órgano a otro). La mayoría de los tumores cerebrales metastásicos se originan a partir de un cáncer de pulmón. La posibilidad de recuperarse de un cáncer que ya haya atacado dos o más untos independientes es escasa.

Trastornos vasculares cerebrales
Las apoplejías (o accidentes cerebrovasculares) son trastornos vasculares cerebrales que provocan daño cerebral. Hay dos tipos principales: los debidos a hemorragia cerebral y los debidos a isquemia cerebral. Sus consecuencias habituales son amnesia, afasia (problemas de lenguaje) parálisis y coma. La zona de tejido muerto o que está muriendo debido a un accidente cerebrovascular se denomina infarto.

Hemorragia cerebral
Es un sangrado en el interior del encéfalo. Se rompe un vaso y la sangre se infiltra en el tejido nervioso circundante, dañándolo. Una causa frecuente es la rotura de un aneurisma, que es una dilatación patológica de forma abombada en la pared de un vaso sanguíneo. Pueden ser congénitos o el resultado de la exposición a agentes tóxicos vasculares o a infecciones. La tensión arterial elevada es un factor de riesgo.

Isquemia cerebral
Es una alteración del riego sanguíneo a una región del encéfalo. Las tres causas principales son:

  1. Trombosis: se forma un tapón (trombo, que puede estar compuesto por un coágulo de sangre, grasa, aceite, una burbuja de aire, células tumorales, o cualquier combinación de éstas.) que bloquea el riego sanguíneo.
  2. Embolia: similar, pero el tapón (émbolo), es transportado por la sangre desde un vaso más grande hasta un vaso más pequeño. Es un trombo que ha viajado.
  3. Arterioesclerosis: las paredes de los vasos se endurecen, los conductos se estrechan, normalmente por depósitos grasos que pueden conducir a la oclusión completa de los vasos sanguíneos.

Gran parte del daño cerebral que produce la isquemia cerebral tarda uno o dos días en desarrollarse por completo, y se debe a excesiva liberación de neurotransmisores aminoácidos excitadores, en concreto de glutamato (neurotransmisor excitador que predomina en el encéfalo).

Así se piensa que funciona este mecanismo:

  • Obstrucción del vaso sanguíneo
  • Hiperactividad de las neuronas y excesiva liberación de glutamato
  • El glutamato sobreexcita a los receptores del glutamato localizados en las membranas de las neuronas postsinápticas: receptores NMDA (N-metil-D-aspartato) son los más implicados en esta reacción.
  • Penetración de gran cantidad de iones Na+ y Ca2+ en las neuronas postsinápticas.

Esta concentración excesiva interna de iones Na+ y Ca2+ afecta a las neuronas postsinápticas de dos modos: liberan cantidades excesivas de glutamato, difundiendo así la cascada tóxica a otras neuronas, y desencadena una secuencia de reacciones internas que, finalmente destruyen a las neuronas postsinápticas.

El daño cerebral inducido por isquemia tiene tres propiedades importantes:
  1. Tarda cierto tiempo en evolucionar
  2. el daño cerebral producido por isquemia no se produce por igual en todas partes del encéfalo, algunas neuronas del hipocampo son especialmente susceptibles.
  3. los mecanismos de daño inducido por isquemia varían algo de una estructura cerebral a otra.
El descubrimiento de que la excesiva liberación de glutamato ocasiona gran parte del daño cerebral asocialdo con la apoplejía es la posibilidad de prevenirlo bloqueando la cascada glutamatérgica.

La investigación se centra en un antagonista del glutamato que sea eficaz e inocuo para ser utilizados en quienes han padecido una apoplejía.

RNM en T2 infarto hemorrágico en la región temporal izquierda con efecto de masas significativo sobre estructuras medias. Foco de isquemia en regiones talámicas.
Traumatismo cráneo-encefálico cerrado
Cualquier golpe en la cabeza debe tratarse conextrema precaución, aunque no produzca perforación de cráneo, en particular cuando a continuación se manifiestan confusión, trastornos sensitivomotores o pérdida de consciencia.

Las lesiones cerebrales producidas por golpes que no perforan el cráneo se denominan traumatismos craneoencefálicos cerrados.

Las contusiones son traumatismos craneoencefálicos cerrados que suponen la lesión del sistema circulatoria cerebral. Producen hemorragias internas que dan lugar a un hematoma (acumulación localizada de coágulos de sangre en un órgano o un tejido). Ocurre cuando el encéfalo se golpea violentamente dentro del cráneo. La sangre que producen estas lesiones puede acumularse en el espacio subdural (espacio entre las membranas duramadre y aracnoides) y deformar gravemente el tejido nervioso que lo rodea. Las contusiones se dan más frecuentemente en el lado opuesto del encéfalo dañado por el golpe (lesiones por contragolpe), que es que el impacto hace que el encéfalo se golpee dentro del cráneo contra el otro lado de la cabeza.

Cuando hay una alteración de la consciencia tras un golpe y no hay evidencias de que haya contusión u otros daños estructurales, hablamos de conmoción cerebral. Conllevan una alteración temporal del funcionamiento cerebral normal, sin una lesión a largo plazo. Sin embargo, el Síndrome punch-drunk (demencia pugilística cuya causa son miles de puñetazos en la cabeza) consiste en la demencia (deterioro intelectual general) y las cicatrizaciones cerebrales que se observan en boxeadores y otras personas que sufren repetidamente una conmoción cerebral.

Si no se produjera una lesión por una única conmoción, los efectos de muchas conmociones no se sumarían para producir una lesión grave. Uno de los aspecto más peligrosos de las conmociones es la poca importancia que el sujeto les concede.

Infecciones del encéfalo
Una invasión del encéfalo por microorganismos es una infección cerebral y la inflamación resultante es una encefalitis. Existen dos tipos habituales: bacterianas y virales.

Infecciones bacterianas
Cuando las bacterias infectan el encéfalo, suelen llevar a la formación de abcesos cerebrales (bolsas de pus). Cuando se inflaman las meninges hablamos de meningitis, que resultan mortal en el 25% de los adultos. La penicilina y otros antibióticos a veces elimina la infección, peor no pueden anular las lesiones cerebrales ya producidas.

La sífilis es una infección cerebral bacteriana, transmitida a través de contacto con úlceras genitales, que pasa a una fase latente durante varios años antes de hacerse virulenta y atacar a muchas partes del organismo, incluido el encéfalo. El síndrome de enajenación mental y demencia secuela de una infección sifilítica se conoce como paresia general.

Infecciones virales
Hay dos tipos de infecciones virales del sistema nervioso : las que tienen una afinidad particular por el tejido neural y las que atacan al tejido neural pero no tienen por él mayor afinidad que por otros tejidos.
La rabia es una infección viral que tiene una afinidad particular por el sistema nervioso. Los arrebatos de ira provocados por los efectos del virus en el encéfalo aumentan la probabilidad de que los animales con rabia que atacan normalmente mordiento, difundan el trastorno. Aunque los efectos del virus sobre el encéfalo acaban siendo mortales, no suele atacar el cerebro hasta al menos un mes después de haberse contraído, lo que permite la vacunación preventiva.

Los virus de las paperas y del herpes son ejemplos tradicionales de virus que pueden atacar al sistema nervioso pero no tienen una afinidad especial por él. A veces se extienden por el cerebro, pero habitualmente atacan otros tejidos del organismo.

Neurotoxinas
La exposición a cualquiera de una serie de sustancias químicas tóxicas puede dañar el sistema nervioso, que pueden penetrar en la circulación general desde el tubo digestivo, los pulmones o la piel. Por ejemplo metales pesados como el mercurio y el plomo producen una psicosis tóxica ( demencia crónica producida por una neurotoxina).

Algunos de los fármacos antipsicóticos de principios de los años cincuenta tuvieron efectos desastrosos tras varios años de tratamiento. Los pacientes llegaron a manifestar un trastorno motor llamado discinesia tardía (DT). Sus síntomas principales: movimientos involuntarios de succión y chasquido de los labios, sacar y enrollar la lengua, movimientos laterales de la mandíbula e inflar las mejillas.

El daño cerebral producido por los efectos de las drogas de abuso es también un grave problema, por ejemplo, el alcohol produce lesiones cerebrales debido a la combinación de sus efectos neurotóxicos directos con sus efectos sobre el metabolismo de la tiamina.

Algunas neurotoxinas son endógenas, es decir, producidas por el propio organismo del paciente, por ejemplo, el organismo puede producir anticuerpos que ataquen determinados componentes del sistema nervioso.

Factores genéticos
La mayoría de las enfermedades neuropsicológicas de origen genético se deben a genes recesivos anómalas que los padres transmiten a la descendencia, por ejemplo, la fenilcetonuria.

Los trastornos neuropsicológicos hereditarios rara vez se asocian con genes dominantes ya que los genes dominantes que alteran la función neuropsicológica tienden a ser eliminados de la reserva genética, ya que cada individuo que lo porta tiene una mayor desventaja para sobrevivir y reproducirse. Por lo contrario, quienes heredan un gen recesivo anormal no manifiestan el trastorno, y el gen se transmite a las generaciones siguientes.

Hay sin embargo dos situaciones posibles en las que los trastornos neurológicos pueden asociarse con genes dominantes. Una el un gen dominante anómalo que se manifiesta solamente en circunstancias ambientales poco comunes. La otra es un gen dominante anómalo que no se expresa hasta que el sujeto ha pasado con creces la pubertad.

El síndrome de Down es un trastorno genético causado no por un gen defectuoso, sino por un accidente genético que se produce en el 0.15% de los nacimientos. El caso más frecuente sucede durante la ovulación originándose un cromosoma 21 adicional, y cuando el óvulo es fecundado, hay tres en vez de dos, lo cual tiene como consecuencia, además de la desfiguración característica, como es aplanamiento del cráneo y la nariz, pliegues en la piel en el ángulo interno de los ojos, y acortamiento de los dedos, el desarrollo intelectual está retrasado y a menudo se producen complicaciones médicas graves. La probabilidad de que nazca un bebé con el síndrome aumenta con la edad de la madre.

Muerte celular programada
Son los procesos por los que las células se destruyen a sí mismas (apoptosis), lo cual desempeña una función crucial en el desarrollo inicial al eliminar algunas de las excesivas neuronas que se han originado inicialmente.

La muerte celular programada también interviene en el daño cerebral. Parece que cada una de las seis causas de daño cerebral vistas (tumores, trastornos cerebrovasculares, lesiones por traumatismo craneoencefálico cerrado, infecciones, toxinas y factores genéticos) produce sus efectos, en parte, activando programas de autodestrucción.

En un principio se asumió que la muerte de neuronas tras daño cerebral era en su totalidad necrótica (necrosis = muerte celular pasiva resultante de una lesión). Ahora parece ser que si las células no están dañadas demasiado gravemente intentarán conseguir recursos suficientes para suicidarse. No obstante, la muerte celular no es una situación exclusivamente de uno y otro tipo: algunas células lesionadas y moribundas manifiestan signos tanto de necrosis como de muerte celular programada.

Los mecanismos de muerte celular programada son más adaptativos que la necrosis. En la necrosis, las células dañadas se hinchan y se rompen comenzando por los axones y las dendritas y terminando en el soma celular. Esta fragmentación lleva a la inflamación, que puede dañar a otras células vecinas. La muerte celular necrótica es rápida (unas cuantas horas), la muerte celular es lenta (un día o dos). La muerte celular programada procede gradualmente, y comienza por el encogimiento del cuerpo celular. Cuando partes de la neurona mueren los desechos se empaquetan en vesículas. No se produce por ello inflamación y el daño de las células vecinas se mantiene en un mínimo.

Sindromes Neuropsicológicos

Hay cinco enfermedades que se asocian con el daño cerebral: epilepsia, enfermedad de Parkinson, corea de Huntington, esclerosis múltiple y enfermedad de Alzheimer.

Epilepsia
Su síntoma principal es la crisis epiléptica, pero no se asume que todas las personas que sufren crisis epilépticas tengas epilepsia. La etiqueta de epilepsia se aplica sólo a los pacientes cuyas crisis parecen estar generadas por su propia disfunción cerebral crónica (1% de la población). Se caracteriza porque las crisis se repiten de forma espontánea. La tarea de diagnosticar la epilepsia es dificultosa devido a la diversidad y la complejidad de las crisis epilépticas.

Las convulsiones son crisis motoras, a menudo incluyen temblores (clono) rigidez (tono) así como pérdida del equilibrio y la consciencia. Otras muchas crisis implican cambios sutiles del razonamiento, del estado de ánimo o del comportamiento que no pueden distinguirse fácilmente de la actividad normal que se está desarrollando.

Son muchas las causas de la epilepsia, incluidas las causas de daños cerebrales descritos, como virus, neurotoxinas, tumores y golpes en la cabeza, y se han relacionado con ellas unos 70 genes defectuosos diferentes. Muchos de los casos de epilepsia parecen estar asociados con fallos en las sinapsis inhibidoras que hacen que gran cantidad de neuronas disparen en salvas sincronizadas.

El diagnóstico de epilepsia se basa en gran medida en la electroencefalografía (EEG de superficie), asociándolo las crisis con salvas de puntas EEG de gran amplitud., las cuales a menudo se revelan en el EEG de superficie durante una crisis, así como del hecho que, en los períodos libres de crisis, el EEg de superficie de las personas con epilepsia a menudo está salpicado de puntas aisladas. Si bien la observación de descargas eléctricas espontáneas constituye una prueba irrefutable de epilepsia, el hecho de no observarlas no siempre significa que el paciente no la padezca, sino que podría ser que el paciente no ha sufrido descargas durante la prueba, o que éstas no han sido registradas.

Algunos pacientes sufren cambios psicológicos característicos justo antes de una convulsión (aura epiléptica), pudiendo adoptar formas diferentes (p.ej. un olor desagradable, un pensamiento concreto, una sensación vaga de familiaridad, una alucinación o una opresión en el pecho). Las auras son importantes respecto a que dan pistas sobre la localización del foco epiléptico y además avisan al paciente de una convulsión inminente.

La epilepsia se clasifica en dos categorías generales: epilepsia parcial o epilepsia generalizada. Los distintos tipos de crisis son tan diferentes unos de otros que es más adecuado considerar la epilepsia no como una enfermedad única, sino como un conjunto de enfermedades diferentes, pero relacionadas. La epilepsia no tiene una causa única y prácticamente cualquier tipo de alteración cerebral puede provocar crisis.

Crisis parciales
No afecta a todo el encéfalo. Las neuronas epilépticas de un foco disparan todas juntas en salvas, generando un patrón de puntas epilépticas en el EEG. La actividad sincrónica puede mantenerse restringida al foco hasta que la crisis finaliza, o puede extenderse a otras áreas del encéfalo (pero en el caso de las crisis parciales no se extienden por todo el encéfalo). Los síntomas comportamentales dependen del lugar donde se inicien las descargas perturbadoras y de a qué estructuras se extienda, y al no afectar a todo el encéfalo, no suelen acompañarse de una pérdida total de la consciencia o del equilibrio.

Hay dos categorías principales de crisis parciales: simples y complejas. Las crisis parciales simples son aquellas cuyos síntomas son fundamentalmente sensitivos, motores o de ambos tipos y a veces se las llama crisis jacksonianas. A medida que las descargas epilépticas se propagan por las áreas sensitivas o motoras del cerebro, los síntomas se propagan sistemáticamente por el cuerpo.

Las crisis epilépticas complejas a menudo se restringen a los lóbulos temporales (epilepsia del lóbulo temporal). Durante una crisis parcial compleja, el paciente realiza conductas sencillas, compulsivas y repetitivas llamadas automatismos y conductas complejas que parecen casi normales. Presentan gran diversidad.

Aunque parece que los pacientes están conscientes durante las crisis complejas parciales, habitualmente recuerdan muy poco o no recuerdan nada de ellas. La mitad de todos los casos de epilepsia son de tipo parcial complejo (los lóbulos temporales tienen una especial predisposición a adesarrollar descargas epilépticas).

Epilepsia. Antecedentes: Paciente de 14 años de sexo masculino, con epilepsia parcial. Video EEG continuo no puede localizar foco epileptogénico, probablemente fronto-temporal izquierdo. Hallazgos: a.- Estudio basal muestra disminución de flujo, de lóbulo temporal izquierdo. b.- SPECT ictal muestra gran aumento de la perfusión en lóbulo temporal izquierdo especialmente en la región mesial que se extiende a la corteza lateral (flecha corta), con hipoperfusión relativa del polo anterior y región temporal anterior izquierda (flecha larga).
Revista chilena de radiología
ISSN 0717-9308 versión on-line
Crisis generalizadas
Afectan a todo el encéfalo. Algunas comienzan como descargas focales que gradualmente se extienden. En otros casos, las descargas parecen iniciarse casi simultáneamente en todas las partes del encéfalo. Pueden derivar en una patología difusa o pueden iniciarse focalmente en una estructura como el tálamo, que proyecta a diversas regiones del encéfalo.

Se producen de muchas formas.

  • Una de ellas es la convulsión tonicoclónica generalizada (gran dolencia). Los síntomas son: pérdida de consciencia, pérdida de equilibrio y una violenta convulsión tónico-clónica ( convulsión que implica tanto al tono o rigidez, como al clono o temblores). Son manifestaciones comunes morderse la lengua, incontinencia urinaria y cianosis (quedarse azul debido a la extracción excesiva de oxígeno de la sangre durante la convulsión). La hipoxia (disminución de oxígeno a los tejidos, por ejemplo, al encéfalo), que acompaña a una convulsión de este tipo, puede originar por sí misma lesión cerebral, parte de la cual se desarrolla lentamente después de la crisis y está mediada por la liberación excesiva de neurotransmisores aminoácidos excitadores.
  • La segunda es la ausencia típica (pequeña dolencia). Su síntoma comportamental más destacado es la ausencia de pequeño mal –alteración de la consciencia que se asocia con un cese de la conducta que se está desarrollando, una mirada vacía y, en ocasiones, agitación de los párpados. El EEG muestra una descarga de punta-onda de 3 ciclos por segundo, bilateral y simétrica. Las ausencias típicas son más habituales en niños, y frecuentemente desaparecen en la pubertad. A menudo no se diagnostican; por tanto, los padres y los profesores de niños con ausencias típicas consideran que éstos “sueñan despiertos”.

Aunque la epilepsia no tiene cura, la frecuencia y gravedad de las crisis por lo general pueden reducirse por medicación anticonvulsiva, y a veces con cirugía cerebral en situaciones potencialmente mortales.

Enfermedad de Parkinson
Es un trastorno motor que ocurre en la edad madura y el envejecimiento y afecta a alrededor de 0,5% de la población. Es unas 2.5 veces más prevalente en los varones que en las mujeres.

Sus síntomas iniciales son moderados (ligera rigidez o temblor en los dedos) pero aumentan de gravedad con el paso de los años. Los síntomas más frecuentes son: temblor, intensificado por la inactividad, pero no se da durante el movimiento voluntario o el sueño; rigidez muscular; dificultad para iniciar los movimientos; lentitud de movimientos y cara con aspecto de máscara. A menudo se manifiestan dolor y depresión antes de aparecer los síntomas motores graves.

Suelen presentar ciertas dificultades cognitivas, pero no se asocia generalmente a demencia. Son personas que razonan normalmente, atrapadas en cuerpos que no pueden controlar.

El Parkinson no se debe a única causa y en la mayoría de los casos no existe una causa evidente ni antecedentes familiares. Tanto genes anómalos como infecciones cerebrales, accidentes cerebrovasculares, tumores, traumatismos craneoencefálicos y neurotoxinas han sido factores etiológicos en casos concretos.

Se relaciona con la degeneración de la sustancia negra (núcleo del mesencéfalo cuyas neuronas proyectan a través de la vía nigroestriatal al neoestriado de los ganglios basales. El principal neurotransmisor que general la mayoría de las neuronas de la sustancia negra es la dopamina, sin embargo, hay poca dopamina en la sustancia negra y neoestriado de los pacientes con Parkinson a largo plazo.

Los síntomas pueden aliviarse con inyecciones de L-dopa (sustancia química a partir de la cual se sintetiza la dopamina), aunque se va haciendo cada vez menos efectiva con el uso continuado, hasta que sus efectos secundarios, como los movimientos involuntarios, son mayores que sus beneficios.

Se han relacionado con la enfermedad de Parkinson unas diez mutaciones genéticas diferentes, en familias diferentes, cada una de las cuales tenía miembros que sufrían una rara forma de enfermedad de Parkinson de comienzo precoz que se da en una misma familia, por lo que probablemente estos factoras no intervienen en las formas típicas de la enfermedad. No obstante, el estudio de los efectos de estas mutaciones genéticas puede conducir finalmente a un mejor conocimiento de los cambios fisiológicos que subyacen a los síntomas del trastorno.

Corea de Huntington
Es un trastorno motor progresivo propio del final de la vida adulta y la vejes. Es poco frecuente, tiene un marcado carácter genético y se asocia con demencia grave.

Sus síntomas iniciales son de una creciente inquietud, a medida que el trastorno evoluciona derivarán en movimientos de sacudida, rápidos y complejos, de la extremidad completa, más que de músculos aislados y cada vez más graves( no pueden comer sin ayuda, controlar esfínteres o reconocer a sus propios hijos). En última instancia esto lleva al enfermo a total dependencia para las actividades de la vida diaria básicas., deterioro motor e intelectual. No tiene cura, puede tener una evolución de 15 años desde su primera manifestación, y se transmite de una generación a otra a través de un único gen dominante (50% probabilidades)y todas las personas que portan el gen manifiestan el trastorno. El gen de Huntington se transmite fácilmente de padres a hijos debido a que los primeros síntomas de enfermedad no aparecen hasta que el padre ha pasado ampliamente el punto álgido del periodo reproductivo ( sobre los 40 años).

El gen dominante anómalo se identificó en 1993 e igualmente se ha aislado y definido la proteína anormal que produce dicho gen (huntingtina), aunque aún no se han determinado los efectos precisos de ella. La huntingtina se produce en todas partes del encéfalo de quienes padecen Huntington, aunque el daño cerebral se limita en gran medida al neoestriado y a la corteza cerebral. Si uno de los padres tiene la enfermedad, la probabilidad de transmitirla a los hijos es del 50%.

Esclerosis múltiple
La esclerosis múltiple (EM) es una enfermedad progresiva que afecta a la mielina de los axones en el SNC. Ataca a individuos jóvenes en el inicio de su vida adulta. Primero se producen áreas microscópicas de degeneración de las vainas de mielinas, pero acaban por deteriorarse tanto la mielina como los axones asociados, al tiempo que aparecen muchas zonas de tejido cicatrizado endurecido (esclerosis significa endurecimiento)

Es difícil diagnosticarla ya que la naturaleza y gravedad del trastorno dependen de la cantidad, tamaño y localización de las lesiones escleróticas. Además en algunos casos se producen largos períodos de remisión, de más de dos años, durante los que el paciente parece prácticamente normal, sin embargo, estos periodos por lo general son sólo oasis en la evolución del trastorno. Las alteraciones visuales, la debilidad muscular, las parestesias, los temblores y la ataxia (falta de coordinación motora) son síntomas frecuentes de la esclerosis múltiple avanzada.

La epidemiología consiste en el estudio de los diversos factores, como localización geográfica, la edad, el sexo, la dieta y la raza que intervienen en la distribución de una enfermedad en la población.

Los factores ambientales que influyen en la EM dándose mayor incidencia entre personas que pasan su infancia en un clima frío, incluso si se trasladan posteriormente a un clima más cálido. La prueba de que intervienen factores genéticos procede del descubrimiento de que la esclerosis múliple es poco frecuente en determinados grupos étnicos como los africanos y los asiáticos, incluso cuando viven en un medio ambiente en el que la incidencia de la enfermedad es alta en otros grupos. El trastorno se da en el 0.15% de la raza blanca y es aproximadamente dos veces más frecuente en mujeres.

Existe una fuerte predisposición genética a padecerla, y están implicados gran cantidad de genes diferentes, haciendo cada uno de ellos una pequeña contribución.
Es un trastorno autoinmunitario (el sistema inmunitario del organismo ataca una parte del organismo, como si fuera una sustancia extraña), la mielina es el foco de la reacción inmunitaria incorrecta. Puede provocarse un modelo animal de esclerosis múltiple, llamado encéfalomielitis autoinmunitaria experimental, en animales de laboratorio inyectándoles mielina y un preparado químico que estimula al sistema inmunitario. Uno de los enigmas de la esclerosis múltiple es que la respuesta curativa de nueva mielinización, que ocurre en los modelos animales y en las primeras fases de la mayoría de los casos humanos, acaba por fracasar.

Hay una serie de fármacos que retrasan la evolución de la esclerosis múltiple o bloquean alguno de sus síntomas, pero no hay curación.

Enfermedad de Alzheimer
Es la causa más habitual de demencia. Un 10% de la población general con más de 65 años padece la enfermedad y la proporción es del 35% en las personas mayores de 85 años.

Es progresiva. En las primeras fases aparece disminución selectiva de la memoria, en las fases intermedias hay confusión, irritabilidad, ansiedad y deterioro del habla y en las fases avanzadas el paciente se deteriora hasta el punto de que le resultan difíciles respuestas tan simples como tragar o controla la vejiga. Es una enfermedad terminal.

Puesto que la enfermedad de Alzheimer no es la única causa de demencia, no puede diagnosticarse con certeza basándose en sus síntomas comportamentales, el diagnóstico definitivo lo da la autopsia. Las dos características definitorias de la enfermedad son los ovillos neurofibrilares y las placas de sustancia amiloide (o amilácea). Los ovillos neurofibrilares son marañas de proteínas parecidas a hilos que se forman en el citoplasma de la neurona y las placas amiloides son cúmulos de tejido cicatrizado compuesto por neuronas degenerándose y una proteína denominada amiloide, que está presente en el encéfalo normal sólo en muy pequeñas cantidades. Además se produce una pérdida neuronal importante.

Aunque los ovillos neurofibrilares, las placas amiloides y la pérdida neuronal tienden a darse en todo el encéfalo de los pacientes de Alzheimer, predominan más en ciertas áreas que en otras, prevalecen en particular en estructuras del lóbulo temporal medial, como son la corteza entorrinal, la amígdala y el hipocampo –todas las estructuras que intervienen en diversos aspectos de la memoria- También abundan en la corteza temporal inferior, la corteza parietal posterior y la corteza prefrontal- todas ellas áreas que median funciones cognitivas complejas.

En la enfermedad de Alzheimer hay un componente genético primordial. Las personas con un familiar inmediato víctima de Alzheimer tiene un 50% de probabilidad de verse afectadas por la enfermedad si llegan hasta los ochenta años de edad.

Gran parte de las investigaciones sobre la genética de la enfermedad de Alzheimer se han centrado en las poco comunes formas familiares de manifestación precoz de la enfermedad. Se han encontrado que varias mutaciones genéticas se asocian con el comienzo precoz de la enfermedad, y todas ellas están implicadas en las síntesis de amiláceos o tau, una proteína que se encuentra en los ovillos neurofibrilares.

Un factor que complica la búsqueda de un tratamiento o curación es que aún no está claro cuál es el síntoma primario, cuestión clave puesto que es más probable que se ponga a punto un tratamiento eficaz si las investigaciones se centran en el síntoma primario. Las placas amiloides son el candidato más popular; la hipótesis amiloide mantiene que el desarrollo de estas placas es el síntoma primario del trastonro, que causa todos los demás síntomas. Sin embargo, otros creen que el síntoma primario es el desarrollo del tau y los ovillos neurofibrilares, y otros a su vez apoyan a otros candidatos, por ejemplo, una alteración de la regulación del calcio.

El primer tratamiento se centró en la disminución de los niveles de acetilcolina (agonista polinérgico), ya qué éste fue uno de los primeros cambios neuroquímicos que se detectaron en estos pacientes. Los agonistas colinérgicos se siguen prescribiendo en ocasiones, pero, excepto unos cuantos beneficios menores iniciales en el trastorno, han resultado ser ineficaces. En la actualidad el tratamiento más prometedor es el de la aproximación inmunoterapéutica, que ha utilizado una vacuna amiloide para reducir los depósitos de placas y mejorar el rendimiento en tareas de memoria en un modelo de ratón transgénico de la enfermedad de Alzheimer. En seres humanos se han observado efectos terapéuticos, pero en el 5% de los pacientes se ha dado una inflamación peligrosa en el SNC.


Enfermedad de Alzheimer. Antecedentes: Paciente de 68 años de sexo femenino, consulta por deterioro psico-orgánico de rápida evolución, caracterizado por trastornos de memoria, lenguaje (disminución y procacidad), comportamiento (inquietud permanente y agresividad en el lenguaje). Solo es capaz de seguir órdenes muy simples. Hallazgos: Se observa marcada disminución global de la perfusión cortical, de predominio temporo-parietal bilateral (imagen axial, sagital [flechas] y coronal posterior) áreas azules; con relativa preservación de la corteza sensorio-motor (imagen coronal anterior). Los núcleos basales y estructuras infratentoriales se aprecian de perfusión conservada (cerebelo en tono más intenso).
Modelos Animales de Síndromes Neuropsicológicos Humanos

Puesto que rara vez es posible llevar a cabo en los propios pacientes la experimentación necearia para descubrir la base neuropatológicas de los sñindromes neuropsicológicos humanos, los modelos animales de estos trastornos desempeñan un importante papel en dicha investigación. Incluso los mejores modelos animales de las enfermedades neuropsicológicas presentan sólo algunas de las características de las enfermedades que representan, en consecuencia, los modelos animales han de emplearse con precaución. No es posible evaluar los modelos animales de disfunción neuropsicológica que están investigándose en la actualidad hasta que se ha explorado cada uno exhaustivamente.

Se examinarán tres modelos animales que actualmente son motivo de intensa investigación: el modelo de activación propagada (“Kindling” de la epilepsia), el modelo del ratón transgénico de la enfermedad de Alzheimer y el modelo MPTP4 de la enfermedad de Parkinson.

Modelo de activación propagada de la epilepsia
En 1969, Goddard, McOmtyre y Leech aplicaron una leve estimulación eoléctrica al día a ratas mediante electrodos implantados en la amígdala: No hubo respuesta comportamental a unas cuantas primeras estimulaciones, pero pronto cada estimulación comenzó a provocar una respuesta convulsiva. Las primeras convulsiones fueron moderadas, implicando sólo un ligero temblor de la cara, sin embargo, con cada estimulación posterior las convulsiones provocadas se hicieron más generalizadas hasta que cada convusión afectó a todo el cuerpo. El desarrollo progresivo y la intensificación de las convulsiones inducidas por una serie de estimulaciones cerebrales periódicas llegaron a conocerse como fenómeno de activación propagada (kindling).

Se ha estudiado con mayor frecuencia en ratas sometidas a una estimulación repetida de la amígdala, aunque puede darse también en ratones, gatos, conejos, perros y en diversos primates y puede provocarse mediante la estimulación reiterada de muchas zonas del encéfalo distintas de la amígdala, y puede provocarse asimismo por la aplicación reiterada de dosis de sustancias químicas convulsivas que inicialmente estén por debajo del umbral de convulsión.

La activación propagada presenta características interesantes, hay dos a destacar: los cambios neurales (son permanentes, un sujeto que ha sido sometido a ella y al que luego se ha dejado de estimular durante varios meses sigue respondiendo a cada estimulación de baja intensidad con una convulsión generalizada.), y la segunda es que se origina por la estimulación distribuida en oposición a la masiva. Si los intervalos entre estimulaciones sucesivas son menores de una o dos horas, habitualmente se precisan más estimulaciones para activar en exceso a un sujeto y, en condiciones normales no se da ningún grado de activación propagada si los intervalos son menores de 20 minutos.
La activación propagada reproduce la epilepsia en dos puntos. En primer lugar, las convulsiones son similares a las que se observan en ciertos tipos de epilepsia en seres humanos. En segundo lugar, el fenómeno de activación propagada en sí mismo es comparable a la epileptogénesis (la adquisición o génesis, de la epilepsia) consecuente a un traumatismo craneoencefálico.

Difiere de la epilepsia en un punto importante. Las crisis epilépticas reaparecen espontáneamente, por lo contrario, las convulsiones por activación propagada son provocadas. No obstante, si se somete a los sujetos a ella durante un tiempo muy prologado, puede inducirse un síndrome que s realmente epiléptico, en el sentido de que los sujetos empiezan a mostrar crisis espontáneas y continúan mostrándolas incluso después de que se haya restringido la pauta de estimulación.

Algunos investigadores han empezado a centrarse en la conducta intercrítica (conducta que presentan los epilépticos entre sus crisis) . Para algunos epilépticos, en particular los que sufren crisis parciales complejas, los cambios patológicos en la conducta entre crisis son más perturbadores y más difíciles de tratar que las crisis en sí mismas. Varios estudios de activación propagada han demostrado que los sujetos manifiestan una serie de cambios en la conducta emocional entre crisis que son similares a los observados en humanos con epilepsia.

Modelo del ratón transgénico de la enfermedad de Alzheimer
El término transgénico se refiere al animal en el que se han introducido genes de otra especie.

Una dificultad al estudiar el Alzheimer es que sólo en los seres humanos y en unos cuantos primates relacionados se producen placas amiliodes, consideradas por muchos el síntoma esencial del trastorno, lo cual ha dificultado los estudios experimentales y abordar sus causas, y por todo ello el modelo del ratón transgénico de la enfermedad de Alzheimer resulta tan importante.

Existen varias formas el modelo transgénico de la enfermedad de Alzheimer. En uno, se inyectan genes que aceleran la síntesis de sustancia amiloide humana en óvulos de ratón recientemente fertilizados, los cuales se inyectan en una madre nodriza para que se desarrollen. Cuando los ratones transgénicos maduran, sus cerebros contienen muchas placas amiloides parecidas a las de los pacientes humanos con Alzheimer. Por otra parte, la distribución de las placas amiloides es comparable a la que se observa en pacientes humanos con Alzheimer, dándose las concentraciones más elevadas en estructuras del lóbulo temporal medial (hipocampo, amígdala y corteza entorrinal).

Este modelo no está exento de problemas. El ratón no presenta ovillos neurofibrilares y el grado de deterioro de la memoria cambia poco a medida que el ratón madura y se producen más placas. El modelo del ratón transgénico de la enfermedad de Alzheimer se ha utilizado para desarrollar una vacuna amiloide que se está probando en pacientes humanos.

Modelo MPTP de la enfermedad de Parkinson
El modelo animal preeminente de la enfermedad de Parkinson se desarrolló a partir de un lamentable accidente, que desembocó en un caso anómalo de enfermedad de Parkinson.

Un grupo de jóvenes adictos que manifestaban síntomas parkinsonianos habían consumido recientemente una nueva heroína sintética 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropitidina o MPTP.

Los primates no humanos responden al MPTP como los seres humanos. Los cerebros de los primates expuestos al MPTP tienen una pérdida celular en la sustancia negra similar a la observada en los cerebros de los pacientes de Parkinson. Como la sustancia negra es la principal funente de dopamina del encéfalo, no es de extrañar que se reduzca marcadamente el nivel de dopamina, tanto en el modelo del MPTP como en el trastorno cuando ocurre de forma natural. No obstante, resulta curioso que en algunos monos el MPTP produzca una reducción significativa de dopamina sin provocar ningún síntoma motor pronunciado.

Con este modelo se descubrió que el deprenil , un agonista de las monoaminas, bloquea los efectos del MPTP y posteriormente se demostró que, cuando se administra deprenil a pacientes en la fase inicial de Parkinson, se retrasa la evolución de la enfermedad.
Se han desarrollado varios modelos de ratón transgénico de la enfermedad de Parkinson, pero el modelo MPTP se considera el mejor.

Respuestas de la Plasticidad Neural al Daño del Sistema Nervioso: Degeneración, Regeneración, Reorganización y Recuperación

El daño del sistema nervioso puede desencadenar cuatro respuestas de neuroplasticidad: degeneración, regeneración, reorganización y recuperación de la función.

Degeneración neuronal
Un método muy utilizado para el estudio controlado de las respuestas de las neuronas al daño es seccionar los axones. A esto le siguen dos tipos de degeneración(deterioro) neuronal : degeneración anterógrada y degeneración retrógrada.

  • La degeneración anterógrada consiste en la degeneración del segmento distal –la parte del axón seccionado que queda entre el corte y los terminales sinápticos-. La degeneración anterógrada se produce poco después de la axotomía, ya que el corte separa el segmento distal del axón del cuerpo celular, el cual constituye el centro metabólico de la neurona. En unas cuantas horas, todo el segmento distal se inflama gravemente y en unos pocos días se rompe en fragmentos.
  • La degeneración retrógrada consiste en la degeneración del segmento proximal- la parte del axón seccionado que queda entre el corte y el cuerpo celular. En el caso de la retrógrada el progreso es gradual hacia atrás desde el corte hasta el cuerpo celular. En unos dos o tres días se hacen evidentes cambios importantes en el cuerpo celular de la mayoría de las neuronas axotomizadas que pueden ser degenerativos o regenerativos. Los cambios degenerativos iniciales como una disminución de tamaño, sugieren que la neurona finalmente morirá, por lo general debido a muerte celular programada, pero a veces por necrosis o una combinación de ambos factores. Los cambios regenerativos iniciales, por ejemplo, un aumento de tamaño, indican que en el cuerpo celular se está dando una síntesis masiva de proteínas que se usan para reemplazar el axón degenerado. Pero los cambios regenerativos iniciales del cuerpo celular no garantizan la supervivencia a largo plazo de la neurona: si el axón que se está regenerando no logra establecer contactos sinápticos con el objetivo adecuado, la neurona acaba por morir.

En ocasiones la degeneración se extiende desde las neuronas lesionadas a neuronas ligadas a ellas a través de sinapsis, esto se denomina degeneración transneuronal.

  • Degeneración transneural retrógrada: la degeneración se extiende desde las neuronas que establecen sinapsis con ellas.
  • Degeneración transneural anterógrada: la degeneración se propaga desde las neuronas dañadas a neuronas con las que éstas establecen sinapsis.

Regeneración neuronal
La regeneración neuronal (nuevo crecimiento de las neuronas dañadas) no se da con tanto éxito en los mamíferos y otros vertebrados superiores como en la mayoría de los invertebrados y los vertebrados inferiores. La capacidad de crecimiento axónico certero de los vertebrados superiores durante su desarrollo original, se pierde alcanzada la madurez. La regeneración prácticamente no existe en el XNC de los mamíferos adultos y ene l SNP, en el mejor de los casos, es cuestión de lotería.

En el SNP de los mamíferos el nuevo crecimiento a partir del muñón proximal de un nervio lesionado suele comenzar dos o tres días después de haberse dañado. Hay tres posibilidades, dependiendo del tipo de lesión:

  1. Si la vaina de mielina original de la célula de Schwann permanece intacta, los axones periféricos crecen unos cuantos milímetros al día.
  2. Si se secciona el nervio periférico y los extremos cortados quedan separados unos pocos milímetros, los extremos del axón que se está regenerando suelen crecer dentro de vainas equivocadas y son guiados por ellas hacia destinos equivocados. Esta es la razón por la que a menudo resulta difícil recuperar el uso coordinado de una extremidad afectada por una lesión nerviosa, incluso si se ha producido una regeneración substancial.
  3. Si los extremos cortados del nervio periférico seccionado de un mamífero quedan muy separados o se daña una extensa sección del nervio, puede que no se produzca ninguna regeneración significativa: los extremos del axón que se está regenerando crecen de forma enmarañada en torno al muñón proximal, y la neurona termina muriendo.

El motivo obvio por el cual en los mamíferos se regeneran las neuronas del SNP y no lo hacen las del SNC es que las neuronas del SNP tienen la capacidad intrínseca de regenerarse, mientras que las neuronas del sistema nervioso central no la tienen. Sin embargo, este motivo no es correcto, ya que las neuronas del SNC pueden regenerarse si se trasplantan al SNP, mientras que las neuronas del SNP no pueden regenerarse si se trasladan al SNC. Es evidente el factor ambiental. Las células de Schwann son la clave del problema. Estas células que recubren de mielina los axones del SNP, favorecen la regeneración en el SNP de los mamíferos produciendo tanto factores neurotróficos como moléculas de adhesión celular (MAC).Los factores neurotróficos liberados por las células de Schwann estimulan el crecimiento de nuevos axones, y las moléculas de adhesión celular de las membranas celulares de las células de Schwann aportan las vías a lo largo de las cuales se desarrollan los axones en proceso de regeneración en el SNP.

La oligodentroglia, que proporciona mielina a los axones del SNC, no estimula ni guía la regeneración, de hecho, libera factores que impiden activamente la regeneración.

En vertebrados inferiores, la regeneración neuronal es extremadamente precisa, tanto en el SNC como en el SNP, e incluso cuando los axones en proceso de regeneración no crecen a través de los restos de las vainas de mielina de las células de Schwann. Esta precisión permite esperar un avance médico : si se pueden identificar y aplicar al encéfalo humano los factores que favorecen la regeneración precisa en los vertebrados inferiores, podría ser posible curar lesiones cerebrales que en la actualidad no tienen tratamiento.

Cuando un axón degenera, de los axones ilesos adyacentes crecen ramificaciones que establecen sinapsis en los lugares que ha dejado vacíos el axón que ha degenerado, esto se denomina crecimiento de brotes colaterales, y pueden crecer de las ramas terminales del axón o de los nódulos de Ranvier de las neuronas adyacentes.

Reorganización neuronal
El cerebro del mamífero adulto conserva la capacidad de reorganizarse en respuesta a la experiencia y también como respuesta a las lesiones.

Ejemplos de reorganización cortical tras daño del sistema nervioso
Los sistemas sensitivos y motores son especialmente aptos para estudiar la reorganización neuronal debido a su disposición topográfica. Se ha estudiado en dos circunstancias diferentes: tras daño de los nervios periféricos y tras daño de las áreas corticales primarias.

  • Kaas y col.(1990). Evaluaron el efecto de realizar una pequeña lesión en una retina y extirpar la otra. Meses después se vio que las neuronas de la corteza visual primaria que originariamente tenían receptores en la zona lesionada, tenían receptores en el área de la retina contigua a la lesión, cambio que empezó a producirse a los pocos minutos de producirse la lesión.
  • Pons y col.(1991) Cartografiaron la corteza somatosensitiva primaria de monos cuyas neuronas sensitivas del brazo contralateral se habían seccionado 10 años antes. La representación cortical de la cara se había extendido sistemáticamente al área original del brazo. El alcance de la reorganización era mucho mayor de lo que se había supuesto que fuera posible: el área de la cara en la corteza somatosensitiva primaria había ampliado sus límites más de 1 cm., posiblemente como consecuencia del intervalo particularmente largo, 10 años, entre la operación y el examen.
  • Jenkins y Merzernich (1987) extirparon el área de corteza somatosensitiva del mono que responde al contacto de la palma de la mano contralateral. Tras varias semanas las neuronas adyacentes a la lesión respondían ahora al contacto con la palma.
  • Saner, Suner y Donoghue (1990) seccionaron en ratas las neuronas motoras que controlan los músculos de sus vibrisas (bigotes). Semanas más tarde la estimulación del área de la corteza motora que previamente provocaba el movimiento de las vibrisas activaban ahora otros músculos de la cara. 

Mecanismos de reorganización neuronal
Se han propuesto dos tipos de mecanismos para explicar la reoganización de los circuitos neuronales: un fortalecimiento de las conexiones existentes, posiblemente mediante la liberación de la inhibición y el establecimiento de nuevas conexiones mediante el crecimiento de brotes colaterales.

A favor del primer mecanismoestan dos observaciones. La reorganización se produce a menudo demasiado rápidamente para que pueda explicarse mediante crecimiento neuronal, y la reorganización rápida nunca conlleva cambios de más de 2 milímetros de superficie cortical. A favor del segundo mecanismo está la observación de que la magnitud de la reorganización a largo plazo puede ser demasiado grande para poder explicarse mediante cambios en las conexiones existentes.

Recuperación de la función tras daño cerebral
La recuperación de la función tras daño cerebral es un fenómeno poco conocido, por la dificultad de llevar a cabo experimentos controlados en nuestras clínicas de pacientes lesionados cerebrales y porque el daño del sistema nervioso puede ser el resultado de una serie de cambios compensadores que pueden confundirse fácilmente con la auténtica recuperación de la función, la cual es menos frecuente de lo que la myoría cree. No obstante, es probable una recuperación sustancial de la función cuando las lesiones son pequeñas y el paciente joven.

Se piensa que la reserva cognitiva (nivel de educación e inteligencia), desempeña un papel importante en la aparente recuperación de la función cognitiva tras daño cerebral. La reserva cognitiva permite realizar tareas cognitivas de modos alternativos.

Los mecanismos de recuperación de la función siguen sin conocerse. Parece probable que la reorganización neural contribuya a la recuperación pero hasta el momento la mayor parte de las pruebas de esta h hipótesis han sido indirectas. La prueba más sólida procede de un estudio en el que se halló que el grado de recuperación motora en pacientes con accidente cerebrovascular se relacionaba con el grado de reorganización cortical motora.

Durante años parecía que la reorganización neural era la única explicación de la recuperación del daño del SNC. El descubrimiento de la neurogénesis en adultos dio lugar a la posibilidad de que la proliferación neuronal intervenga en dicha recuperación, en especial cuando el daño afecta al hipocampo.

Hace poco se ha demostrado que la isquemia cerebral, la cual daña preferentemente al hipocampo, aumenta la neurogénesis en adultos, que muchas de estas nuevas células llegan a formar parte del hipocampo y que estas nuevas células establecen sinapsis y se convierten en neuronas maduras, pudiendo ser posible que este aumento de neurogénesis en adultos contribuya a la recuperación del paciente, aunque no hay pruebas manifiestas de esto. Sin embargo, si esta llega a demostrarse, el ejercicio, que se ha probado que incrementa la neurogénesis en adultos, podría resultar terapéutico para los pacientes con daño cerebral.

Plasticidad Neural y Tratamiento del Daño del Sistema Nervioso

Describimos a continuación las investigaciones en algunas de las nuevas aproximaciones terapéuticas principales, la mayor parte centradas en modelos animales, pero algunas han desembocado en ensayos clínicos con pacientes humanos.

Reducción del daño cerebral bloqueando la degeneración neural
Varios estudios han demostrado que podría reducirse el daño cerebral bloqueando la degeneración neural en pacientes humanos. En un estudio Xu y colaboradores (1990) indujeron isquemia cerebral en ratas limitando el flujo sanguíneo al encéfalo, lo cual tuvo dos efectos: dañó el hipocampo, estructura particularmente vulnerable a las lesiones isquémicas, y produjo una disminución del rendimiento de las ratas ene l laberinto de agua de Morris. Se trató el hipocampo de las ratas del grupo experimental con virus creados por ingeniería genética para que liberasen una proteína inhibidora de la muerte celular programada. Esta proteína previno tanto la pérdida de neuronas hipocampales como la disminución del rendimiento en el laberinto de agua de Morris.

Otras varias sustancias químicas bloquean la degeneración de las neuronas lesionadas. La más estudiada de éstas es el factor de crecimiento nervioso. Los estrógenos tienen un efecto similar. Los estrógenos son un tipo de hormonas esteroides liberadas en grandes cantidades por los ovarios( las gónadas femeninas). Limitan o retrasan la muerte neuronal, efecto que puede explicar por qué varios trastornos cerebrales, por ejemplo, la enfermedad de Parkinsosn, tienen mayor prevalencia en los hombres que en las mujeres.

En general las moléculas que limitan la degeneración neural también favorecen la regeneración.

Activación de la recuperación del daño del SNC favoreciendo la regeneración
Aunque la regeneración no se da normalmente en el SNC de los mamíferos, varios estudios han señalado que puede inducirse. Citaremos tres:

  1. Eitan y col. (1994) Seccionaron el nervio óptico izquierdo en ratas. En las ratas del grupo de referencia, las células ganglionares retinianas, las cuales componen el nervio óptico izquierdo, degeneraron de modo permanente. Las ratas experimentales recibieron una inyección de un agente que es tóxico para los oligodendrocitos, lo que eliminó la capacidad de estas células para bloquear la regeneración. Los nervios ópticos se regeneraron en estos sujetos.
  2. Cheng, Cao y Olson (1996) seccionaron la médula espinal de ratas, haciéndolas así parapléjicas ( con parálisis en la parte posterior del cuerpo). Trasplantaron secciones de nervio periférico mielinizado de un lado a otro del corte. Las neuronas de la médula espinal se regeneraron a través de las vainas de mielina de las células de Schawann implantadas, y la regeneración permitió que las ratas recobraran el uso de sus patas traseras.
  3. Un estudio similar consistió en trasplantar células de la vaina olfativa en lugar de células de Schwann, pero que son similares a ellas, dado que el sistema olfativo es ´unico en cuanto a su capacidad de mantener un crecimiento constante de axones procedentes de nuevas neuronas del SNP dentro del SNC (dentro de los bulbos olfativos). Li, field y Raisman ( 1998) hicieron lesiones en el fascículo corticoespinal de ratas y luego implantaron puentes de células de la vaina olfativa de un lado a otro de la lesión. Los axones crecieron a través de la lesión y la función motora de la pata afectada se restauró en parte.

Activación de la recuperación del daño del SNC mediante transplantes neurales
Vemos dos aproximaciones diferentes: el primero es trasplantar tejido fetal y el segundo trasplantar células madres (hemocitoblastos)

Trasplante de tejido fetal
La primera aproximación a los trasplantes neurales fue reemplazar una estructura lesionada por tejido fetal que pudiera desarrollarse en la misma estructura. Esta aproximación se centró en la enfermedad de Parkinson., cuyos enfermos carecen de las células liberadoras de dopamina de la vía nigroestriatal.

Los primeros indicios fueron positivos en el trnasplante bilateral de células de la sustancia negra fetales en monos tatados con MPTP. Los transplantes de sustancia negra fetal sobrevivieron en los monos tratados con MPTP; inervaron el tejido estriatal adyacente, liberaron dopamina y aliviaron la grave escasez de movimientos, temblor y rigidez producidos por el MPTP.

Poco después se ofrecieron los transplantes neurales como tratamiento de la enfermedad de Parkinson en hospitales de investigación, los implantes de sustancia negra fetal sobrevivieron y liberaron dopamina en el neoestriado anfitrión, y algunos de los pacientes mejoraron.

Los resultados iniciales fueron alentadores, aunque los pacientes de referencia no manifestaron mejoría, los implantes sobrevivieron en los pacientes experimentales y algunos presentaron una ligera mejoría. Desafortunadamente, sin embargo, aproximadamente un 15% de estos pacientes comenzaron a manifestar una serie de movimientos de contorsión y masticación aproximadamente un año después de la cirugía.

Los investigadores todavía no saben como llevar al máximo la supervivencia y crecimiento de los transplantes neurales y como reducir al mínimo sus efectos colaterales.

El autotrasplante de médula suprarrenal consiste en trasplantar a un paciente células de su propia médula suprarrenal al neoestriado, por lo general para tratar la enfermedad de Parkinson. Las células de la médula suprarrenal liberan pequeñas cantidades de dopamina, y existen algunos indicios iniciales de que podrían aliviar la enfermedad de Parkinson.

El paciente R. García d’Orta, que padecía enfermedad de Parkinson quiso someterse a este tratamiento. Tras recomendársele que aún no presentaba garantías, se trasladó a Mexico y allí le intervinieron. Dos semanas después de su regreso a casa murió de accidente cerebrovascular (ACV) ¿Consecuencia de la intervención? Es más que una posibilidad.

Trasplantes de células madre
Las células madre embrionarias son pluripotenciales, es decir, tienen capacidad de convertirse en muchos tipos de neuronas al llegar ala madurez. Se realiza inyectando células madres neurales embrionarias en el lugar dañado. Una vez inyectadas las células madre podrían desarrollarse y reemplazar a las células dañadas bajo la guía del tejido circundante.

Mc Donald y colaboradores inyectaron células madre neurales embrionarias en un área de lesión medular. Sus sujetos fueron ratas parapléjicas debido a un golpe. Las células madre migraron a diferentes áreas en torno al área dañada, donde se convirtieron en neuronas maduras. Las ratas llegaron a ser capaces de soportar su peso con sus patas traseras y andar torpemente.

Sin embargo, todavía se necesita mucha investigación:

  1. Han de elaborarse métodos eficaces de propagación de poblaciones de células madres neurales. Puesto que en algunas partes del mundo se han limitado por leylas fuentes de células embrionarias, los esfuerzos se han centrado en recolectar células madre neurales de cerebros adultos o en tratar de hacer que otros tipos de células madre adultas por ejemplo, las sanguíneas, se conviertan en células madres neurales. Hasta ahora, ningun aproximación ha conseguido un éxito total.
  2. Han de ponerse a punto técnicas para favorecer la supervivencia y maduración apropiada de células madre neurales una vez que se han implantado.
  3. Han de identificarse los factores que impulsan el establecimiento de conexiones correctas con las células supervivientes.
  4. Tienen que elaborarse métodos para estimular la recuperación funcional. Por ejemplo, se ha prestado poca atencional tratamiento comportamental de pacientes con implantes de células madre neurales, lo que probablemente sea un factor importante de su recuperación.

Células madre
Activación de la recuperación del daño del SNC mediante ejercicios de rehabilitación.

Accidente cerebrovascular
Los pequeños accidentes cerebrovasculares producen una zona nuclear de daño cerebral a lo cual sigue a menudo una pérdida de función neural que se extiende gradualmente alrededor de este núcleo.

Nudo y colaboradores (1996) produjeron pequeñas lesiones isquémicas ( producidas por una interrupción del riego sanguíneo) en el área de la mano de la corteza motora de los monos. 5 días después, iniciaron un programa de adiestramiento y práctica manual, que redujo sustancialmente la expansión del daño cortical y mostraron asimismo un mayor grado de recuperación de la utilización de la mano afectada.

Uno de los principios que ha surgido del estudio del desarrollo neural es que las neuronas parecen estar en una situación de competición: compiten con otras neuronas por los lugares sinápticos y las neurotrofinas y las perdedoras mueren.

En un experimento con terapia inducida por restricción se mantuvo sujeto el brazo útil de un paciente con ACV unilateral durante dos semanas mientras se sometía al brazo afectado a entrenamiento intensivo. La ejecución con el brazo afectado mejoró marcadamente aumentando asimismo el área de la corteza motora que controlaba dicho brazo.

Lesión medular
En una aproximación para tratar a pacientes medulares se sujetó con un arnés sobre una cinta rodante en movimiento a pacientes que no podían andar. Aproximadamente un 90% de los pacientes adiestrados llegaron finalmente a andar por sí mismos, en comparación con sólo un 50% de los que habían recibido fisioterapia convencional.

Miembros fantasmas
La peculiaridad más sorprendente del miembro fantasma (seguir sintiendo un miembro amputado) es su realismo. Alrededor del 50% de las personas que lo padecen experimentan dolor crónico grave en su miembro fantasma, lo cual parece deberse a una irritación de los nervios del muñón.
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