Desarrll y maduración de la función cerebral S. Martínez. Institut de Neurciencias. UMH-CSIC. Universidad Miguel Hernández Intrducción Durante el desarrll cerebral existen perids específics para el desarrll de determinadas estructuras cerebrales. Cm cnsecuencia de ell, ests perids vienen caracterizads pr la puesta en marcha y/ maduración funcinal de ls sistemas neurales derivads de estas estructuras. El cncer ests perids es fundamental para pner en práctica ls mecanisms necesaris que favrezcan el adecuad desarrll de ests sistemas y actuar sbre ells utilizand ls estímuls más adecuads. Un cerebr bien frmad es requisit necesaris para desarrllar un pryect de vida y mantener niveles de autnmía y mas duraders. La actividad del cerebr influye sbre la mental y física del individu. Repasarems ls perids crítics del desarrll cerebral en humans, desde sus aspects mrflógics y funcinales, que representan la platafrma sbre la que deben articularse las actuacines que pretenden mejrar la función cerebral. Aspects imprtantes del desarrll neural: Durante las primeras fases de la vida embrinaria la infrmación genética (puesta de manifiest pr la expresión de genes) regula de frma precisa el desarrll del tub neural (estructura que dará lugar al cerebr). Las células del tub neural prliferan dividiéndse para riginar abundantes neurnas (y ls trs tips de células del sistema nervis, cm la glia). Estas neurnas una vez generadas sn prtadras de la infrmación necesaria para mverse siguiend rutas migratrias adecuadas y establecer ls cntacts (sinapsis neurnales) crrects cn tras neurnas cn trs tips de dianas, cm ls músculs (pr ejempl). Esta infrmación genética cnfiere a la células cerebrales la identidad para diferenciarse en diferentes tips funcines (según el neurtransmisr que usen serán activadras inhibidras y según su mrflgía Fig.1 serán neurnas lcales de pryección; bien serán células de la glia). Prliferación: La prliferación (multiplicación) celular durante las primeras fases del desarrll prduce un aument muy significativ del vlumen cerebral debid a la generación de células nuevas. En ls ds primers meses de vida embrinaria (entre la semana 6 y la 8 de gestación) se prducirán casi tdas las neurnas que el cerebr va a tener a l larg de la vida (uns 100 billnes)(fig. 1). Aunque en trs mamífers se ha encntrad un prces de neurgenesis (frmación de nuevas neurnas a partir de prgenitres), en el hmbre parece que este prces n es muy imprtante. La velcidad de la división celular esta regulada pr la expresión de genes del desarrll, siend diferente entre las regines del tub neural. Así las regines que prliferan mas se harán grandes, cm la crteza cerebral del telencéfal; mientras que las que prliferan mens se quedarán relativamente más pequeñas, cm el mesencéfal (Fig. 2).
Alteracines del prces de prliferación y generación neurnal prducen severas malfrmacines y anmalías cerebrales, que si llegan a termin aparecen cm anenecefalia, esquizencefalia, asciadas a cerebrs pequeñs (micrcefalias). Aunque la mayría de las casines ls embrines sn abrtads. Crteza Mesencefal Mesencefal Crteza Migración: Las neurnas generadas en el epiteli ventricular han de mverse hacia tras partes mas superficiales de la pared neural para frmar acumulacines celulares que se llaman núcles capas (dependiend de la frma de agruparse). En líneas generales las neurnas de un núcle suelen estar prcesand el mism tip de infrmación. La migración neurnal curre en la crteza cerebral entre la 8 y la 10 semanas de gestación, pare establecer las capas crticales, que estarán cmpletas hacia el sext mes. Hacia el 7 mes empiezan a aparecer las diferencias estructurales entre las regines funcinales del cerebr. Per, sin embarg la crteza del recién nacid es también es muy inmadura, cn abundantes células en las vapas II y IV, que se diferencias después del nacimient (G. Meyer. Genetic cntrl f neurnal migratins in human crtical develpment. Springer. 2007). La diferenciación de las células de la crteza sigue a su migración y es variable según el tip neurnal: en al crteza cerebral sus células se diferencian primer las pirámides de las capas 5 y 3 (hacia las semanas 26 y 27), mientras que las interneurnas aparecen al mism tiemp aprximadamente, per maduran mas tarde, inclus en la vida pstnatal. Las alteracines de la migración generan la distribución anómala de las células (ectópias celulares) que en much cass se ascian a un cerebr cn pcas circunvlucines (macrgiria y/ lisencefalia), epilepsia y un gran retras psicmtr. Sinaptgenesis: El establecimient de cntacts (sinapsis) entre las neurnas es un prces fundamental para permitir un adecuad funcinamient cerebral. A través de las sinapsis, y mediante el us de neurtransmisres, una neurna transfiere infrmación a la neurnas siguientes, y así sucesivamente para establecer ls circuits del cerebr. Ests circuits funcinan integrand y trasmitiend infrmacines variadas, pr l que se clasifican cm circuits visuales (ls encargads de manejar la infrmación visual), auditivs (si la infrmación es auditiva), mtres (si transmiten órdenes mtras), etc. En la crteza cerebral ls circuits van prcesand infrmación cada vez mas elabrada, que discurre desde las áreas cerebrales primarias ( que reciben infrmación única y directa) hacia áreas de asciación, dnde ls circuits transmiten infrmación de varias categrías (plimdal). El desarrll de las cnexines entre neurnas es muy variable según las áreas cerebrales: mientras que las pryeccines del tálam a la crteza se pueden ver hacia la semana 11-13 de desarrll, ls axnes entran en la placa crtical (futura crteza cerebral) en las semanas 23-25, arbrizándse dentr de la crteza en la semana 28. Las cnexines entre capas crticales se desarrllan hacia las semanas 26-29 en la crteza visual, per las cnexines entre areas crticales (hrizntales) sl se desarrllan en la etapa fetal tardía y pstnatal temprana. Así las cnexines entre V1 y V2 de la crteza cerebral maduran hacia ls 4 meses de edad pstnatal.
En relación cn el desarrll de las sinapsis hay ds elements imprtantes: - El patrón tempral del desarrll sináptic de las diferentes regines - El máxim númer de sinapsis pr unidad de vlumen en diferentes regines y estadis del desarrll. Es psible que el pic máxim de sinapsis pr unidad de vlumen determina la cmplejidad del prcesamient neurnal de una región determinada. El prces de frmación de sinapsis varia en las regines cerebrales, siend en general mas precz en regines cn funcines mas básicas, mientras que en las regines implicadas en aprendizaje y adaptación sn mas tardías. La sinaptgénesis en la crteza cerebral curre de frma masiva en ls ds primers añs de vida, per cn un patrón diferente para cada región (Fig. 3). Est, Fig.3 junt cn el prces de mielinización (ver mas abaj) marca de frma muy imprtante el desarrll de la función de ls sistemas relacinads cn estas regines. Ahra bien, la frmación de cntacts sináptics estables, necesaris para la transmisión de las señales entre las neurnas, es muy dependiente de la función; es decir, de la interacción cn factres ambientales (epigenétics) que pueden mdificar de frma muy significativa el prces. Cm vems la frmación de sinapsis es mayr durante ls 2 primers añs de vida en la mayría de las áreas crticales, l que cnlleva un increment del gast energétic cerebras en estas edades tempranas, necesari para mantener la gran actividad sináptica. Esta es asu vez necesaria para mantener ls cntacts. Aquí estriba la ptencialidad de la atención temprana, que actuand sbre el ambiente puede mejrar el desarrll y la maduración cerebral. Este aument de la densidad sináptica va asciad al aument del vlumen de la crteza cerebral y el crecimient del cerebr (Fig. 4). Las crteza smatsensrial y la visual sn las primeras en alcanzar el máxim vlumen, seguidas de la tempral y parietal de asciación, para ser las más tardías la prefrntal y la tempral lateral. Fig.4 Una vez acabad este prces de frmación sinaptica cmienza un prces de pda sináptica que eliminará aquells cntacts n funcinales mens adaptativs. En esta fase influencias del entrn que pueden alterar la función tienen una gran imprtancia, y ns permiten adaptar nuestr cerebr al entrn en el que ns mvems. Est curre durante la adlescencia y es la base de ls cambis imprtantes característics de este perid (incluyend la resilencia prtección, que ns va a permitir desarrllar mecanisms de resistencia a factres ncivs interns y externs). - D. Rmer and E.F. Walter. Adlescent psychpathlgy and develping brain. Oxfrd University Press.2007. - Gu-qiang Bi1 and Mu-ming P Synaptic mdificatin by crrelated activity: Hebb s Pstulate Revised Annu. Rev. Neursci. 2001. 24:139 66
Finalmente cn el prces de mielinización se prduce el recubrimient de ls axnes (fibras nervisas) y la mejra de la transmisión del impuls nervis. Cn ell se cmpleta la maduración cerebral (Fig. 5). Las áreas crticales que intervienen en las funcines mentales más cmplicadas, pr ejempl: la crteza prefrntal drslateral, dnde se encentra el sistema de cntrl ejecutiv del cerebr (cntrla y ejecuta el cmprtamient vluntari del individu), maduran funcinalmente las ultimas en el cerebr (aprximadamente hacia ls 20 añs). Este prces que curre en la adlescencia es fundamental para asentar las cnexines adecuadas que establecerán ls cimients sbre ls que se cnstruyen ls rasgs de la actividad mental futura. En la fase adulta y en el ancian se van perdiend cnexines, per la existencia de plasticidad sináptica puede siempre mantener la actividad cerebral dentr de ls parámetrs idónes. El espectacular desarrll del cerebr en la etapa pstnatal temprana ha generad arguments para pensar en ls beneficis de un cmienz tempran en la educación infantil. Se usan tres arguments basads en ls hallazgs de neurdesarrll para apyar esta iniciativa: - El desarrll de un gran númer de cnexines neurnales durante la primera infancia. - Existencia de perids crítics en ls que experiencia influencia el desarrll del cerebr. - Entrns enriquecids prducen mas sinapsis en mdels animales. Per queda much pr descubrir y entender para pder aplicar de frma definitiva ests aximas a la enseñanza, cn la tranquilidad de estar haciend l adecuad. Veams: 1) Si que hay una mayr facilidad para generar nuevas cnexines en ls nenats, per la sinaptgénesis en cada región va asciada a la maduración paralela de las neurnas a cntactar, así cm el sistema funcinal del que frman parte. Est es necesari para que el sistema de desarrlle de frma armónica. Así que estimular la frmación cntacts entre neurnas n suficientemente maduras frzar el desarrll de cntacts anómals entre regines, n parecen prcederes que deban seguirse en el manej de niñs nrmales. Sin embarg si pueden ser de cierta utilidad si se aplican de frma mderada en niñs cn anmalías de la función cerebral. 2) La existencia de perids crítics para el desarrll de sistemas funcinales. Vams a repasar ls perids crítics que se han vist para ls diferentes sistemas funcinales: - Sistema auditiv: El nenat tiene raznablemente madur este sistema. Las estructuras del órgan están bien desarrlladas y el nervi acústic esta mielinizad, asi cm sus cnexines cn el cllicul inferir y el n. geniculad medial. En cambi la mielinización de las pryeccines auditivas sbre la crteza n se cmpleta hasta ls 4 añs. La función auditiva mejra en ls 2-3 días pstpart pr el drenaje del liquid aminótic retenid en el íd medi. El id extern adquiere la cnfrmación adulta al añ. La agudeza auditiva del nenat es mayr que la del adult para ls misms snd y aumenta hasta ls 7-10 añs. El nenat lcaliza ls snids, a ls 2 meses recnce patrnes temprales de snids y a ls 6-11 mese recnce meldías sencillas cn 3-6 ntas e ientfica la vz humana, recnciend sbretd la materna. - Sistema visual: Durante el sext mes de gestación ls parpads del fet se abren y la fvea (área central de la retina se desarrlla). Al nacimient el nivel de agudeza es 20-30 veces mas baj que en la edad adulta, el fc esta fij a 30 cm de distancia. El n.
geneiculad lateral n esta cmpletamente madur (algunas interneurnas llegaran al núcle en la etapa pstnatal). Durante el primer añ pstnatal se desarrlla much la crteza visual. El desarrll de la crteza visual y el establecimient de cnexines adecuadas precisa de la nrmal expsición a estímuls. Esta expsición es necesaria durante ls primers añs de vida, si n se prduce el sistema nunca se desarrllara cn nrmalidad. La visión bincular aparece hacia la sexta semana pstnatal y esta bien establecid para el 4 mes. Hacia el 6 mes de desarrllan ls mvimients cnjugads y la visión del clr. - El lfat y el gust: Ambs están bien desarrllads al nacimient. - Smestesia: El funcinamient adecuad depende de la mielinización de las raíces psterires y del lemnisc medial, que se cmpleta durante el primer añ de vida. Ls mapas smestésics sn alterables a l larg de la vida mediante la experiencia. - Sistemas mtres: La actividad mtra se desarrll tempran durante la gestación. El embrión se mueve durante el segund trimestre de gestación, antes de ser sensible a ninguna estimulación (primacía del sistema mtr sbre el sensrial durante el desarrll). El cmprtamient mtr del embrión se genera espntáneamente y parece ser necesari para inadecuad desarrll de la inervación mtra. Per la actividad mtra del nenat es de tip reflej. El desarrll pstnatal de las habilidades mtras es prgresiv y dependiente del desarrll Fig.6 de la mielinización del sistema (Fig. 6). En relación cn ls sistemas de regulación mtra van madurand de frma precz, except el cerebel dnde la neurgenesis en la capa granular externa cntinua hasta ls 18 mese de vida pstnatal. - Sistemas de integración: Las áreas de asciación: Las áreas crticales de asciación sn la ultimas en mielinizarse, quedand en la crteza frntal la generación de neurnas granulaes. La crteaz frntal madura entre ls 12 y 20 añs. Cmisuras interhemisféricas: Ls axnes cruzan las cmisuras telencefálicas en la etapa fetal, per n sn funcinales hasta much mas tarde. Ls niñs entre 1 y 3 añs presentan funcinalmente un cerebr dividid; entre l 3 y ls 5 añs cmienzan a tener intercambi de infrmación entre las mans y el sistema esta funcinal a ls 5 añs. El tamañ del cuerp calls se ha relacinad cn el ptencial intelectual; aunque cm sabems en el cerebr el tamañ n imprta y en este cas también es aplicable la duda para ests estudis. Sistema limbit: Estructuralmente esta cmpletamente frmad durante el desarrll (entre ls mese 3 y 5 del desarrll). Existe neurgénesis pstnatal en el gir dentad, neurnas de ls grans. Este territri es también dnde asienta la neurgénesis adulta, fenómen relacinad cn su papel en el aprendizaje y memria. Areas del lenguaje: Puest que la mielinización de las áreas crticales de asciación se prduce durante la infacia tardía, parece que la prducción inicial de lenguaje, snids prducids entre el 2 y 3 meses, es prduct de actividad subcrtical. La eclalia característica del 4-7 mes refleja en inici de las cnexines crtic-subcrticales. El aprendizaje de las funcines articuladas del habla cminazan entre ls 16 y 24 meses, manteniendse hasta ls 5-6 añs. El recncimient de snids específics del lenguaje precisa de la expsición al lenguaje al mens antes de ls 6 añs.
Aunque existen ests perids crítics favrecedres del desarrll de ls sistemas neurales, siempre se han pdid recuperar la mayría de las funcines fuera de ls perids, si se actúa cn ls estímuls adecuads. 3) Ls entrns enriquecids aumentan en animales el númer de cnxines y la cmplejidad de ls árbles dendrítics. Per se ha vist que ls estimuls necesaris sn LOS NORMALES para el entrn en el que se desarrlla nuestra actividad; estimulación en exces estimuls extrañs pueden generar el efect invers. Ls prblemas que presentan la discapacidad mental y la demencia Cuand hay prblemas añadids que prducen una alteración en el desarrll y la maduración cerebral bien agentes externs que alteran de frma imprtante la función cerebral aparecen ls estads de discapacidad mental (pr alteracines del desarrll y maduración durante la infancia) la demencia (que suele currir en ancians). Ests estads casi siempre van asciads a estads de dependencia. Es imprtante saber que muchs de est estads tienden a emperar de frma prgresiva sin n se actúa sbre ells. Ahra bien, siempre respnden psitivamente (disminuyend el deterir estructural y permitiend mejres niveles de actividad y adaptación) si se tratan adecuadamente. El cerebr siempre tiene capacidad reactiva. Bibibligrafía adicinal: - Blakemre SJ and Frith U. Cóm aprende el cerebr. Ariel. 2007. - Gardner, H. Arte, Mente y Cerebr. Paidós Surcs. 2005. - Guld S.J. La falsa medida del hmbre. Critica. Barcelna. 2004. - Pincus, J.H. & Tucker, G.J. Behaviral Neurlgy. Oxfr Univ. Press. 2003. - Puelles, L; Martinez, S. Y Martinez de la Trre. Neuranatmía. Panamericana. 2008. - Purves D et al., Principles f Cgnitive Neurscience. Sinauer Assciates. 2008. - Rmer, D. & Walter, E.F. Adlescent Psychpatlgy and Develping Brain. Oxfrd Univ. Press. 2007 - Shnkff JP; Meisels SJ. Handbk f Early Childhd Interventin. Cambridge.2 - Spreen, O; Risser, A.and Edgell D. Develpmental Neurbilgy.Oxfrd Univ P.1995 - Turk, J; Grahan, P & Verhulst, F. Chile and Adlescent Psychiatry. Oxfrd Univ. Press. 2007