Guía Académica Fundamentos de Psicobiología Final Octubre 2022 PDF

UNIDAD 2: ORGANIZACIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO Objetivos de la unidad Identificar la estructura y funciones de las células nerviosas. Comprender la organización del sistema nervioso. Mapa conceptual de contenidos 17 Ab...

UNIDAD 2: ORGANIZACIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO Objetivos de la unidad Identificar la estructura y funciones de las células nerviosas. Comprender la organización del sistema nervioso. Mapa conceptual de contenidos 17 Abordaje teórico de los contenidos Generalidades El sistema nervioso se encuentra conformado por millones de células nerviosas (entre ellas las neuronas y otras células auxiliares) interconectadas entre sí, haciendo imposible contabilizar el número de conexiones existentes a lo largo de este complejo sistema funcional. Sin embargo, esta compleja estructura está perfectamente diseñada y organizada deforma tal que permite al ser humano hacer frente a un mundo cambiante, siendo capaz de captar estímulos, procesarlos y emitir una respuesta acorde a cada situación. La organización del sistema nervioso es jerárquica, ya que este sistema cuenta con diferentes estructuras anatómicas que cumplen funciones más o menos determinadas, pero que necesitan de la interacción entre ellas para cumplir con su cometido de forma satisfactoria. En definitiva, para comprender este complejo sistema, se debe iniciar estudiando y conociendo cómo están estructuradas las células que lo conforman, comprendiendo sus características estructurales y funcionales; entender cómo funcionan de manera aislada, para luego agruparse en circuitos y dar como resultado el procesamiento de información compleja como respirar, movernos, percibir, memorizar, comunicarnos, emocionarnos o tomar decisiones. Células del sistema nervioso El sistema nervioso está constituido básicamente por dos tipos de células, las neuronas y las células gliales o neuroglias. A continuación, se detallan cada una de ellas. Neurona Las capacidades cognitivas que poseen los seres humanos reflejan la actividad de las células nerviosas conocidas como neuronas. Estas estructuras se consideran los componentes 18 fundamentales para comprender la actividad mental, y dada su gran complejidad, llevó a Ramón y Cajal a denominarlas “las mariposas del alma”. Las neuronas por sí solas no podrían explicar el complejo funcionamiento de la actividad mental, por eso es indispensable entender que todo proceso cognitivo es el resultado de la conformación y activación de redes o circuitos neuronales. El encéfalo humano cuenta con aproximadamente cien mil millones de neuronas, las cuales tienen la capacidad de conectarse o formar redes neuronales con otros miles de neuronas más. De esta manera, las neuronas son capaces de recibir información de otras neuronas, procesarla y enviarla inmediatamente hacia otras células aledañas. En definitiva, se considera que la base del funcionamiento neuronal se fundamenta en la función integradora que realiza cada neurona. En este punto, es necesario describir la forma en que las neuronas consiguen conectarse con otras, y de esta manera, cumplir su objetivo de transmitir señales nerviosas. Las neuronas constan de una estructura especializada que les permiten captar señales nerviosas, procesarlas y enviar señales de respuesta hacia otras neuronas; proceso conocido como transmisión sináptica. Este proceso conlleva una compleja activación de componentesintra y extracelulares gracias a fenómenos electroquímicos que se analizarán a complejidad en unidades posteriores. El estudio estructural de las neuronas fue realizado por Camilo Golgi y Santiago Ramón y Cajal quienes, gracias a estudios de tinción, lograron analizar con precisión el tejido nervioso. En un inicio, Golgi pudo observar que la célula nerviosa estaba conformada por una larga prolongación cilíndrica (axón) y otras prolongaciones más pequeñas (dendritas); sin poder definir exactamente su función en la relación que existía entre las células. Posteriormente, Ramón y Cajal manifestó que cada célula constaba de una zona receptiva (dendritas), una estructura conductora (axón) y una zona transmisora (terminal axónico). A su vez, él consideró que las neuronas se comunican entre sí a través de sinapsis (término 19 introducido por Sherrigton), y dedujo que la comunicación entre neuronas se establece en una dirección, es decir, desde el axón de la neurona hacia las dendritas o cuerpo neuronal de otra neurona. Se consideró que existe una organización en donde cada célula se comunica con otras células en puntos especializados de contacto sináptico. Al hablar de la capacidad que tienen las neuronas de conectarse entre sí, es posible deducir que, a lo largo de la vida, los circuitos neuronales puedan modificarse gracias a la experiencia. Con esta idea nace el concepto de plasticidad neuronal, característica mediante la cual, nuestro sistema nervioso es capaz de modificar su estructura y funcionamiento de acuerdo con las demandas ambientales o tras lesiones cerebrales. Esta capacidad de reestructuración que tiene nuestro sistema nervioso es mayor en edades tempranas, momento durante el cual se generan un mayor número de conexiones neuronales que le permiten al niño adquirir un sinnúmero de conocimientos. Sin embargo, este complejo proceso no termina ahí; a lo largo de los años somos capaces de generar nuevos conocimientos gracias a la experiencia, permitiendo modificar constantemente circuitos cerebrales hasta edades avanzadas. Con esto, se ha descrito que, a cualquier edad, existe la posibilidad de generar nuevas neuronas en determinadas regiones cerebrales. Estructura y funcionalidad de la neurona No existe una estructura típica que compartan los millones de neuronas que forman el sistema nervioso. Sin embargo, todas ellas presentan características comunes en cuanto a su estructura (figura 6). De esta manera, una neurona contiene una membrana que permite limitar entre el interior y exterior de la célula (membrana neuronal); estructura que le permite funcionar como una unidad independiente. Existen sustancias contenidas en el interior y exterior de la neurona (sales y otras sustancias químicas disueltas en agua), siendo diferente su concentración en los ambientes intra y extracelular. Esto representa una característica fundamental para permitir la 20 conducción de la información a través de la neurona. La membrana neuronal se encuentra formada por una doble capa fosfolipídica que contienen diferentes tipos de proteínas. Esta característica le permite a la neurona regular de manera selectiva el intercambio de sustancias entre el interior y exterior de la célula; proceso mediante el cual, las proteínas facilitan que, diversas sustancias puedan atravesar la membrana y producir cambios funcionales en la neurona. Además, a lo largo de la membrana, existen canales iónicos que, al momento de interactuar con sustancias, también actúan como zonas de intercambio de sustancias entre el ambiente intra y extracelular. Finalmente, hay que considerar que esta característica de la membrana neuronal permite que se produzca la conductividad de las señales electroquímicas a lo largo de una neurona hasta poder generar sinapsis con otras neuronas. Como estructura macroscópica, en todas las neuronas se pueden distinguir tres zonas claramente diferenciadas: las dendritas, el axón y el cuerpo o soma neuronal. A continuación, detallamos cada una de ellas. Las dendritas corresponden a unas prolongaciones cortas que nacen del soma neuronal y cumplen la función de ser los espacios de recepción de contactos sinápticos de otras neuronas (espacio postsináptico). En esta estructura se ubican receptores especializados que interactúan con las moléculas de neurotransmisores vertidas en el espacio sináptico; lugar en donde se produce la sinapsis. Muchas neuronas contienen varios troncos dendríticos, los cuales se ramifican varias veces, y multiplican el número de ramas dendríticas, y, por ende, extienden el espacio o superficie de conectividad con otras neuronas. Cabe señalar que, esta gran arborización dendrítica, permite que una neurona pueda establecer miles de sinapsis al mismo tiempo, y muchas de ellas, se producen sobre pequeñas protuberancias de las dendritas llamadas espinas dendríticas. El axón por su parte corresponde a una prolongación más larga y delgada que las dendritas, que nacen igualmente desde el soma neuronal. Las neuronas poseen un solo axón y corresponde 21 a la zona por donde se propaga la información hacia otras células. El axón a su vez consta de tres zonas: el axón propiamente dicho; el cono axónico que cumple de función de integrar las señales que recibe la neurona (ubicado próximo al soma neuronal); y el botón terminal o terminal axónico, en donde se almacenan los neurotransmisores en unas vesículas y es el lugar más próximo al lugar donde se produce la sinapsis (elemento presináptico). Los neurotransmisores son transportados desde el soma celular a través de microtúbulos hacia las vesículas ubicadas en el botón terminal para luego ser eliminadas en el espacio sináptico por un proceso denominado exocitosis. Existen dos tipos de transporte de sustancias a lo largo del axón; un transporte anterógrado (desde el soma hasta el terminal axónico) y otro retrógrado (desde el terminal axónico hasta el soma). Estos mecanismos son fundamentales para el correcto funcionamiento celular. El axón, en la mayoría de las neuronas, está cubierto por una membrana o capa aislante conocidacomo vaina de mielina, la cual está compuesta por lípidos y proteínas. Esta estructura facilita la transmisión de las señales nerviosas a través del axón, permitiendo que dicha transmisión sea rápida y eficiente. Además, existen segmentos libres de mielina a lo largo del axón denominados Nódulos de Ranvier, espacios en donde se produce el intercambio de sustancias químicas entre el interior y exterior de la neurona. En cuanto a la estructura interna, una neurona posee los mismos organelos que cualquier célula corporal, en donde cada uno de ellos cumple funciones vitales para el correcto funcionamiento de la neurona. En el siguiente gráfico podemos distinguir las funciones de cada estructura subcelular. 22 Figura 6. Estructura interna y externa de la neurona (Pinel, 2007) 23 Clasificación de las neuronas Las neuronas cuentan con una estructura celular particular; a su vez, existen diversas formas de los cuerpos celulares, dendritas y axones de las células nerviosas lo cual ha llevado a que existan diferentes clasificaciones. A continuación, se detallan las clasificaciones clásicas basadas en la cantidad de prolongaciones que tienen las neuronas (figura 7) y en base a su función. De acuerdo con la cantidad de prolongaciones: - Neurona multipolar: considerada la más común y abundante en el sistema nervioso central; cuenta con un axón y varias ramificaciones dendríticas que emergen desde el soma celular. Las células piramidales de la corteza cerebral e hipocampo, las células de Purkinje del cerebelo y las motoneuronas son de tipo multipolar (multipolares de axón largo - Golgi tipo I); y otras neuronas que realizan contacto con neuronas próximas y están dentro de la misma unidad funcional (multipolares de axón corto - Golgi tipo II). Las neuronas multipolares poseen funciones de tipo motor y asociativa. - Neurona bipolar: aquellas neuronas que poseen un axón y una dendrita que nacen de zonas opuestas del soma celular. Las neuronas de los sistemas sensoriales (ej: células bipolares de la retina), son de tipo bipolar, por ende, en su mayoría cumple una función aferente. - Neurona unipolar: aquellas neuronas que poseen una sola ramificación que nace del soma neuronal. Estas neuronas igualmente se encuentran en los sistemas sensoriales y en el sistema nervioso autónomo; por ejemplo, las células del sistema somatosensorial (detectar el tacto, cambios de temperatura, información de articulaciones y órganos internos) y nociceptivo (dolor). En algunas neuronas esta única prolongación se divide en dos ramas, en donde una porción cumple la función de recepción de 24  información y la otra la conduce como si fuera un axón. A estas neuronas se las conoce como pseudounipolares. Las neuronas unipolares y pseudounipolares cumplen una función aferente. Figura 7. Clasificación de las neuronas según su estructura (Del Abril, et al., 2016) De acuerdo con su función: - Neuronas sensoriales: son aquellas neuronas que se encargan de captar la información del medio externo o interno, a través de los órganos sensoriales, y conducirla hacia el sistema nervioso central (aferente). - Neuronas motoras (motoneuronas): aquellas encargadas de transmitir señales desde el sistema nervioso central hacia los músculos para permitir el movimiento o hacia 25  glándulas (eferente). Están ubicadas en la médula espinal y el área 4 de Brodman. - Interneuronas o neuronas de circuito local: neuronas que se encuentran ubicadas entre las neuronas motoras y sensoriales del sistema nervioso central. Se encargan de formar circuitos con neuronas próximas analizando pequeños fragmentos de información. Por su parte, las interneuronas de relevo permiten conectar circuitos de interneuronas locales de una región cerebral con aquellas de otras regiones. Esta característica funcional de las interneuronas permite entender la forma en cómo nuestro cerebro es capaz de procesar información compleja como el lenguaje, memoria, percepción, toma de decisiones, etc. En este punto, es importante detallar que existen dos tipos de estructuras macroscópicas en el sistema nervioso; aquellas formadas por los cuerpos celulares de las neuronas y aquellas formadas por axones. Al conjunto de cuerpos celulares en el sistema nervioso central se lo conoce como núcleos, en tanto que en el sistema nervioso periférico reciben el nombre de ganglios. A su vez, al conjunto de axones en el sistema nervioso central se lo llama fascículos, y en el sistema nervioso periférico, nervios. Estructuras de las células gliales (neuroglia) Las neuronas que conforman el sistema nervioso central requieren de otras células para su óptimo funcionamiento y soporte estructural dentro del complejo entramado donde están alojadas. Existen una cantidad de células de soporte que sobrepasan el número de neuronas llamadas células gliales o neuroglía. Fue a partir del estudio de Rudolf Virchow en 1859, que se descubrieron algunos tipos de células gliales, existiendo en el sistema nervioso central los astrocitos, oligodendrocitos y las microglías; en tanto que, en el sistema nervioso periférico encontramos las células de Schwann. 26  Astrocitos Son las células que más abundan en el sistema nervioso central y toman este nombre por su forma estrellada, dando lugar a varias extensiones desde su cuerpo celular. Se encuentran en contacto con los vasos sanguíneos y envolviendo a las membranas de los somas neuronales y dendritas (figura 8). En cuanto a sus funciones tenemos que: - Regulan la transmisión sináptica, ofreciendo las condiciones óptimas y necesarias para que se produzca la transmisión de señales entre las neuronas. Además, cuentan con la capacidad de eliminar neurotransmisores como el glutamato que favorece a la excitabilidad neuronal; proceso que refleja la importancia de la interacción entre neuronas y astrocitos. - Intervienen en los procesos de reparación y regeneración del tejido nervioso luego de producirse una lesión. En principio se creía que únicamente los astrocitos intervenían al momento de cicatrizar el espacio donde se destruyen neuronas tras la lesión, y por medio de un proceso de fagocitosis, degradar y digerir los desechos de las células muertas. Sin embargo, en los últimos estudios se ha demostrado que cumplen una función vital en la restauración de las neuronas lesionadas, liberando factores de crecimiento para regenerarlas. - Participan en el mantenimiento de la barrera hematoencefálica al estar adheridos a los vasos sanguíneos. De esta forma, participan en la barrera que impide que puedan ingresar sustancias tóxicas, así como favorecer al intercambio de sustancias entre la sangre circundante y el tejido nervioso. - Colaboran en el suministro de nutrientes a las neuronas gracias a que sus prolongaciones se encuentran rodeando los capilares y las membranas del soma neuronal. De esta manera, se logra una adecuada distribución desde el sistema 27  circulatorio de nutrientes, oxígeno y hormonas hacia las neuronas, y a su vez, eliminar sus desechos. Figura 8. Astrocitos (Pinel, 2007) Oligodendrocitos Estas células tienen la característica de poseer pequeñas prolongaciones enrolladas alrededor de los axones, las cuales le proporcionan una capa de membranas llamada mielina. Ya conocemos que esta vaina, formada por lípidos y proteínas, mejoran la transmisión de los impulsos nerviosos. Un dato interesante de estas células es su tardío desarrollo, ya que se originan en el momento en el que las neuronas se han formado por completo en el sistema nervioso central y han creado conexiones sinápticas (figura 9). Células de Schwann Grupo de células que cumplen funciones similares a los astrocitos y oligodendrocitos, pero que las cumplen alrededor del sistema nervioso periférico. Es decir, están ubicados entre los 28 somas neuronales, intervienen en la fagocitosis de desechos en daños de los nervios periféricos, así como formar la vaina de mielina alrededor de los axones del sistema nervioso periférico (figura 9). Microglía Células pequeñas ubicadas a lo largo del sistema nervioso central ubicadas entre las neuronas y las otras células gliales. Estas células intervienen al momento en el que se produce una lesión o inflamación del sistema nervioso, a partir de lo cual, proliferan y migran a la zona del daño para fagocitar los restos celulares o neuronas dañadas y promueven su reparación. Se lo asocia por su gran implicación en la defensa inmunitaria del sistema nervioso. Figura 9. Mielinización de los axones del SNC por un oligodendrocito y mielinización de los axones del SNP por células de Schwann (Pinel, 2007) 29 Divisiones del sistema nervioso El sistema nervioso se encuentra organizado de una forma tal que permite entender la complejidad de su funcionamiento. El sistema nervioso consta de dos componentes separados anatómicamente: el sistema nervioso central (SNC) y el sistema nervioso periférico (SNP). El SNC está constituido a su vez por el encéfalo y la médula espinal, y el SNP por los ganglios y nervios periféricos que permiten conectar al SNC con todo el organismo. Es fundamental conocer la íntima relación funcional que existen entre estos dos sistemas ya que, mediante la recepción de señales sensoriales por parte de receptores ubicados a lo largo del organismo, el SNP las transmite hacia el SNC para su procesamiento, y éste a su vez, genera respuestas que serán enviadas hacia los órganos efectores (músculos y glándulas) a través de los nervios del SNP (figura 10). Figura 10. A la izquierda, estructura del sistema nervioso central y periférico. A la Derecha, las divisiones principales del sistema nervioso central, el cerebelo y la médula espinal (Waxman, 2011) 30 Dentro del SNC, en el encéfalo se puede distinguir tres zonas: el encéfalo anterior (hemisferios cerebrales, diencéfalo), tallo cerebral (mesencéfalo, puente y bulbo raquídeo) y cerebelo. En estas áreas del sistema nervioso se produce el procesamiento de información compleja, tanto motora, sensorial, emocional y comportamental, además de contar con núcleos involucrados en varios reflejos y funciones de supervivencia. A su vez, la médula espinal, es una estructura que consta de 31 segmentos medulares a través de los cuales nacenlos nervios espinales que se dirigirán hacia todo el organismo. La médula espinal cumple funciones vitales al ser la principal vía por donde se transmite información que proviene desde el organismo hacia el encéfalo y viceversa; además, de ser considerada la estructura medular del arco reflejo (cuadro 1). Cuadro 1. Principales divisiones del sistema nervioso central (Waxman, 2011) 31 Por su parte, el SNP se subdivide en dos componentes denominados sistema nervioso somático (SNS) y sistema nervioso autónomo (SNA), los cuales contienen fibras aferentes (sensorial) y eferentes (motor). El SNS permite conectar al SNC con los músculos de los cuales tenemos un control voluntario (musculatura esquelética), a través de sus fibras eferentes. A la vez, mediante las fibras aferentes, el SNS transmite señales desde los receptores de la piel, músculos esqueléticos y órganos sensoriales hacia el SNC. El SNA o vegetativo por su parte, permite conectar al SNC con los músculos, órganos y glándulas de las cuales no tenemos un control voluntario. A través de sus fibras aferentes llevan información proveniente de los órganos internos hacia el SNC y ejerce control de la musculatura lisa, cardíaca y de diversas glándulas por medio de fibras eferentes. El SNA está integrado por el sistema nervioso simpático y el sistema nervioso parasimpático; sistemas que trabajan de forma paralela. El primero de ellos es un sistema que se activa al momento en el que nuestro organismo debe realizar un mayor gasto de energía (por ejemplo, cuando hacemos deporte o nos enfrentamos a una situación de peligro). La activación simpática produce cambios fisiológicos por la secreción de hormonas como la adrenalina, provocando, midriasis (dilatación pupilar), taquicardia (aumento de la frecuencia cardíaca), aumento de la presión arterial, aumento del flujo sanguíneo en la musculatura esquelética, estimula la sudoración, inhibe el sistema digestivo, entre otros. Por su parte, la activación parasimpática tiene como objetivo conservar y restaurar la energía, volviendo al organismo a un estado de reposo. Algunos de los cambios fisiológicos incluyen, constricción pupilar, disminución de la frecuencia cardíaca, estimula el sistema digestivo, etc. (figura 11) 32  Figura 11. Divisiones del sistema nervioso central y periférico (Pinel, 2007) Nervios Los nervios corresponden al conjunto de fibras nerviosas que forman parte del sistema nervioso periférico, y cumplen la función de transmitir señales en sentido bidireccional (del sistema nervioso central hacia el organismo y viceversa). Tomando como referencia el punto de partida de los nervios periféricos, existen nervios craneales y espinales (raquídeos). Los primeros parten en su mayor de zonas del tallo encefálico y controlan la actividad de cabeza y cuello a nivel sensorial y motor. Por otro lado, los nervios espinales tienen sus raíces en diferentes zonas de la médula espinal y controlan la actividad de diferentes órganos y músculos corporales. 33 Este conjunto de nervios periféricos consta de 4 tipos de fibras nerviosas: - Fibras aferentes somáticas: transmiten señales nerviosas desde la piel, músculos esqueléticos y órganos sensoriales hacia el sistema nervioso central. - Fibras aferentes viscerales: llevan señales nerviosas desde los órganos internos hacia el sistema nervioso central. - Fibras eferentes somáticas: transmiten información procedente del sistema nervioso central hacia los músculos esqueléticos, controlando el movimiento. - Fibras eferentes viscerales: controlan la actividad motriz de la musculatura lisa, cardíaca y de glándulas. Los nervios craneales son un grupo 12 pares que nacen del encéfalo y la mayoría de susraíces surgen del tronco encefálico y se dirigen a diferentes puntos periféricos, inervan estructuras de la cabeza, cuello y algunas zonas torácicas permitiendo el control motor y sensitivo (figura 12). 34  Figura 12. Zonas corporales controladas por los nervios craneales (Felten y Shetty, 2010) Los nervios espinales o raquídeos surgen de diferentes zonas de la médula espinal y van a controlar la actividad sensitiva y motora de músculos esqueléticos y órganos internos (actividad motora y visceral). Están distribuidos en 5 grupos de nervios de acuerdo con las zonas medulares de donde nacen, constituyendo un total de 31 pares ubicados a cada lado de sus diferentes segmentos: - 8 pares cervicales. - 12 pares torácicos. - 5 pares lumbares. 35  - 5 pares sacros. - 1 par coccígeo. Cada nervio se une a la médula espinal a través de dos raíces, una ventral (anterior) y una dorsal (posterior). Las primeras están formadas por los axones que transmiten señales motoras desde la médula espinal (fibras eferentes somáticas y viscerales); y las segundas, por los axones que transmiten señales sensitivas hacia la médula (fibras aferentes somáticas y viscerales). Los cuerpos celulares de estas neuronas (sensitivas) se localizan fuera del sistema nervioso central formando los denominados ganglios raquídeos (figura 13). La unión de las fibras aferentes y eferentes dan lugar a nervios mixtos (transmisión de impulsos nerviosos motores y sensitivos. Figura 13. Ubicación de los nervios espinales (Felten y Shetty, 2010) 36 Actividades y estrategias de aprendizaje Elabore un mapa conceptual de la clasificación de las células nerviosas (neuronas y glías), describiendo las características estructurales y funcionales. Dibuje una neurona, identifique sus diferentes estructuras y describa las funciones de cada una. Elabore un mapa conceptual de la clasificación de nervios craneales y espinales, con una breve descripción de cada uno. Autoevaluación de la unidad 1. ¿En qué consiste la transmisión sináptica y cuáles son sus componentes? 2. ¿En qué se diferenció la teoría reticular de Camilo Golgi de la teoría celular de Ramón y Cajal? 3. ¿Qué características tiene la membrana celular y cuáles son sus funciones dentro de la sinapsis? 4. ¿Qué es una fibra nerviosa y en qué se diferencian las aferentes de las eferentes? 5. ¿Cómo están constituidos los nervios espinales y cómo se adhieren a la médula espinal? 6. ¿En qué se diferencian el sistema nervioso simpático y el parasimpático? 7. ¿Qué son las interneuronas y cuál es su función principal? Referencias bibliográficas Carlson, N. (2014). Fisiología de la conducta. Pearson. Del Abril, A., Ambrosio, E., Calleja, M., Caminero, A., García, C., Higuera, A., y González, P. (2016). Fundamentos de psicobiología. Sanz y Torres. Felten, D., y Shetty, A. (2010). Netter. Atlas de Neurociencias. Elservier. Haines, D., y Mihailoff, G. (2018). Principios de neurociencia. Elservier. 37 Kandel, E. (2019). Principios de Neurociencia. McGraw-Hill. Morillo, L. (2007). Guía neurológica 7. Asociación Colombiana de Neurología. Pinel, J. (2007). Biopsicología. Pearson. Purves, D., Augustine, G., Fitzpatrick, D., Hall, W., Lamantia, A., Mcnamara, J., y Williams, S. (2010). Neurociencia. Médica Panamericana. Soriano, C., Guillazo, G., Redolar, D., Torras, M., y Martinez, A. (2007). Fundamentos de Neurociencia. UOC. Rubin, M., y Safdieh, J. (2008). Netter. Neuroanatomía esencial. Elservier. Turlough, M., Gruener, G., y Mtui, E. (2012). Neuroanatomía clínica y neurociencia. Elservier. Waxman, S. (2011). Neuroanatomía clínica. McGraw-Hill. 38  UNIDAD 3: DESARROLLO EMBRIONARIO DEL SISTEMA NERVIOSO Objetivos de la unidad Conocer las diferentes etapas que contempla el desarrollo embriológico del sistema nervioso. Comprender el proceso mediante el cual las diferentes estructuras que conforma el sistema nervioso se desarrollan. Mapa conceptual de contenidos 39 Abordaje teórico de los contenidos Generalidades El desarrollo del sistema nervioso es un proceso complejo y dinámico que se inicia desde etapas muy tempranas del desarrollo embrionario, gracias a las instrucciones dadas por nuestro programa genético, el cual dirigirá la formación y especialización de los diferentesórganos y sistemas corporales. La complejidad con la que el organismo responde a los diferentes estímulos ambientales, se da gracias a la activación de millones de neuronas que conforman billones de circuitos nerviosos; estos pasan por procesos complejos de formación y especialización, por tal motivo es fundamental entenderlos desde su desarrollo inicial. A partir de la fecundación, se produce una reproducción celular que dará lugar a los diferentes, tejidos, órganos, aparatos y sistemas corporales. Luego de formarse el cigoto (unión entre un óvulo y un espermatozoide), se producirán cambios significativos que irán estableciendo estructuras cada vez más complejas. El sistema nervioso central y periférico tiene su inicio en la tercera semana de gestación (morfogénesis), previo a este momento, el embrión está formado por dos capas de células (epiblasto e hipoblasto). Es a partir de la tercera semana cuando esta capa bilaminar se transforma en un disco trilaminar con el proceso de gastrulación que da lugar a la formación de una capa intermedia, quedando el embrión dividido en tres capas que a su vez darán lugara la formación de los diferentes órganos corporales. El proceso de gastrulación ocurre cuando se produce una invaginación en la zona dorsal del disco embrionario, lo cual da lugar a una movilización masiva de células hacia el interior del disco. Este proceso da lugar a una capa embrionaria intermedia, quedando conformado en el embrión tres capas bien definidas: ectodermo, mesodermo y endodermo (figura 14). 40 El sistema nervioso se configura a partir de una zona del ectodermo gracias a un proceso denominado neurulación. Este proceso consiste en que una parte del ectodermo dará lugar al tejido nervioso que, a su vez, formará las distintas estructuras neurales. Existen dos etapas consecutivas para esto: en la primera, denominada inducción neural, se marca el territorio neural del ectodermo y este originará el sistema nervioso. Esta parte, denominada neuroectodermo, se forma gracias a señales inductoras provenientes de la notocorda (estructura del mesodermo), la misma que desencadena su diferenciación, aquella zona del ectodermo restante que no ha recibido las señales de la notocorda formará el tejido epidérmico (piel). Posterior a la inducción neural, alrededor del día 18 del desarrollo, el mesodermo induce la proliferación celular del neuroectodermo que forma la placa neural, siendo de mayor grosor en la superficie dorsal media del disco embrionario. Esta placa neural, será la precursora del sistema nervioso a partir de su regionalización, que se da gracias a patrones de expresión génica que aportarán identidad a las distintas regiones de la placa neural. 41  Figura 14. Primeras fases del desarrollo embrionario (Felten y Shetty, 2010) Formación del tubo neural: sistema nervioso central La segunda etapa del proceso de neurulación consiste en la formación de dos estructuras a partir de la transformación de la placa neural. Esta etapa inicia cuando la placa neural se dobla dando lugar a la aparición de un surco neural en la línea media (línea primitiva) y a los pliegues neurales a cada lado de este surco. Más tarde, estos pliegues neurales se fusionan en la línea media de la placa, formando un tubo neural hueco. Alrededor del día 23 gran parte de este tubo se ha fusionado quedando abierto aún los extremos, y aproximadamente a la cuarta semana los neuroporos caudal y rostral que quedaron abiertos, se cierran por completo. Esta fase es muy importante para el desarrollo del embrión, ya que si no ocurre de forma adecuada puede dar lugar a malformaciones congénitas. Es así como, si ocurre un fallo a nivel del cierre del neuroporo caudal, las alteraciones se observarán a nivel de la médula espinal (espina bífida) y de otras estructuras como meninges, vértebras, músculos y piel, en cambio, si el fallo ocurre a 42 nivel del neuroporo rostral, las alteraciones se darán a nivel del encéfalo. Estas alteraciones en el cierre del tubo neural pueden darse debido a mutaciones genéticas o factores ambientales (ingesta excesiva de alcohol, falta de ácido fólico, déficit de vitamina A, tratamiento con talidomina) (figura 14-16). Figura 15. Formación del tubo neural (Felten y Shetty, 2010) 43  Figura 16. Formación del tubo y crestas neurales (Felten y Shetty, 2010) Formación de la cresta neural: sistema nervioso periférico Una vez cerrado el tubo neural, se da lugar a la formación de la cresta neural, la parte externa de cada pliegue se separa del tubo y del ectodermo y estos pliegues divididos se fusionan formando la cresta neural que ahora se sitúa entre el tubo neural y el ectodermo (figura 16). 44 Desarrollo del tubo neural A partir del cierre del neuroporo rostral, en el tubo neural se da una serie de transformaciones en donde se establece la forma y los límites de las diferentes divisiones del SNC. En primer lugar, ocurre una dilatación a nivel de la región cefálica del tubo neural; al final de la cuarta semana el tubo neural se empieza a curvar y se observan tres vesículas: prosencéfalo, mesencéfalo y rombencéfalo. Una semana más tarde, el tubo estará segmentado en cinco vesículas encefálicas ya que el prosencéfalo se divide en telencéfalo y diencéfalo, el mesencéfalo permanece sin dividirse y el rombencéfalo forma el metencéfalo y el mielencéfalo. El embrión entonces a las cinco semanas cuenta con cinco vesículas encefálicas y una prolongación a nivel caudal del tubo neural, las mismas que a lo largo del desarrollo darán lugar a las diferentes estructuras del SNC. Este proceso ocurre gracias a que tanto la pared de las vesículas como del tubo neural atraviesan por un proceso de división mitótica que permite la proliferación celular y engrosamiento de dichas paredes. Al ser un proceso heterogéneo en las diferentes zonas, la aparición de las estructuras del SNC ocurre de forma secuencial. Del telencéfalo se formará la corteza cerebral y las estructuras subcorticales, del diencéfalo el tálamo, hipotálamo, epitálamo y subtálamo. En el mesencéfalo se formarán los edículos y las estructuras del tegmento. Del metencéfalo se dará lugar al puente y al cerebelo y finalmente del mielencéfalo al bulbo raquídeo. El engrosamiento de la zona caudal del tubo neural origina la médula espinal (figura 17). Segmentación del tubo neural Las diferentes vesículas del tubo neural se segmentan durante las primeras semanas de desarrollo, a cada segmento se lo denomina como neurómero. Estos desaparecerán a lo largo 45  del desarrollo con excepción en la zona del romboencéfalo, en donde cada rombómero (segmentos repetidos, pero con identidad propia) marcará el punto de entrada y salida de los nervios craneales de acuerdo con la señalización genética. En la zona caudal del tubo neural también se evidencia con claridad esta segmentación que dará paso a la formación de los ganglios espinales. El proceso de segmentación está dirigido por la expresión de genes que van marcando la identidad de las diferentes zonas del encéfalo en el embrión. Figura 17. Desarrollo del tubo neural humano entre la cuarta y quinta semana de gestación (Felten y Shetty, 2010) 46 Figura 18. Desarrollo del tubo neural humano a los 3 meses de gestación (Felten y Shetty, 2010) Establecimiento del patrón dorso-ventral del tubo neural Al momento de desarrollarse el tubo neural, luego de la diferenciación de los segmentos que darán lugar a las zonas donde se ubiquen las raíces de los nervios craneales (romboencéfalo) y a los ganglios espinales en la zona caudal del tubo; existe un proceso en el cual se establecerá un patrón dorso-ventral para diferenciar y determinar las células que se encargarán de funciones sensoriales y otras de la actividad motora. Las células que se van desarrollando en la zona ventral del tubo neural, se encargará de 47 desempeñar funciones motoras; en tanto que, las células ubicadas en la zona dorsal del tubose encargarán de funciones sensoriales. El establecimiento de este patrón dorso-ventral se produce por mecanismos inductores a través de señales provenientes de la notocorda y el ectodermo dorsal. Las señales procedentes de la notocorda (señales inductoras “ventralizantes”) inducen la formación de la placa del suelo en la línea media ventral del tubo neural. Posterior a esto, gracias a las señales inductoras de estas regiones (notocorda y placa del suelo) diferenciarán las células encargadas de la coordinación motora. Por su parte, las células especializadas en la información sensorial se forman gracias a señales inductoras “dorsolizantes” provenientes del ectodermo dorsal que darán lugar a la placa del techo (figura 19). Figura 19. Establecimiento del patrón dorso-ventral del tubo neural (Del Abril, et al., 2016) Desarrollo de la cresta neural (SNP) Desde etapas tempranas del desarrollo embriológico, el sistema nervioso inicia ya su separación funcional en SNC y SNP. Es a partir del desarrollo de las crestas neurales, que se 48 origina el sistema nervioso periférico debido al desarrollo paulatino de células especializadas. Las crestas neurales, que tras el cierre del tubo neural se ubican en la zona dorsal como dos mitades alrededor de este, se encuentran agrupadas como grupos de células junto a las somitas (unidades precursoras de la musculatura axial y del esqueleto). A partir de este momento, estas células de la cresta neural forman los ganglios espinales a lo largo de la región caudal del tubo neural. En la sexta semana de gestación, se produce la unión entre estos ganglios periféricos con la médula espinal, mediante la extensión de dos prolongaciones, una hacia la periferia y otra central que se dirige hacia la asta dorsal de la médula espinal. Estas prolongaciones centrales darán lugar a las raíces dorsales de los nervios espinales; por su parte, las prolongaciones periféricas. que se unen a los axones en crecimiento de las células de la asta ventral de la médula espinal y que se dirigen hacia las somitas, formarán los nervios espinales. Además, cuando se encuentran formados los ganglios del SNP y las prolongaciones de los nervios periféricos, las células de Schwann se sitúan a los axones periféricos y formarán la vaina de mielina a su alrededor (cuarto mes de desarrollo) (figura 20). 49 Figura 20. Formación de los nervios periféricos a partir de las crestas neurales (Felten y Shetty, 2010) 50  Actividades y estrategias de aprendizaje Elaborar un video explicativo (animado) del desarrollo embrionario del sistema nervioso. Elaborar un organizador gráfico con las fases del desarrollo embrionario. Autoevaluación de la unidad 1. ¿En qué consiste el proceso de gastrulación y qué capa da lugar al sistema nervioso? 2. ¿Cuáles son las etapas de la neurulación y su proceso embrionario? 3. ¿En qué consiste la formación del tubo neural? 4. ¿A partir de qué estructuras se forman el SNC y SNP? 5. ¿Cómo se forman los nervios espinales? 6. ¿Cómo se establece el patrón dorso-ventral del tubo neural? Referencias bibliográficas Afifi, A., y Bergman, R. (2021). Neuroanatomía Funcional: Texto y Atlas, 3e. McGraw Hill. Carlson, N. (2014). Fisiología de la conducta. Pearson. Del Abril, A., Ambrosio, E., Calleja, M., Caminero, A., García, C., Higuera, A., y González, P. (2016). Fundamentos de psicobiología. Sanz y Torres. Felten, D., y Shetty, A. (2010). Netter. Atlas de Neurociencias. Elservier. Haines, D., y Mihailoff, G. (2018). Principios de neurociencia. Elservier. Kandel, E. (2019). Principios de Neurociencia. McGraw-Hill. Pinel, J. (2007). Biopsicología. Pearson. Purves, D., Augustine, G., Fitzpatrick, D., Hall, W., Lamantia, A., Mcnamara, J., y Williams, S. (2010). 51  Neurociencia. Médica Panamericana. Rubin, M., y Safdieh, J. (2008). Netter. Neuroanatomía esencial. Elservier. Soriano, C., Guillazo, G., Redolar, D., Torras, M., y Martinez, A. (2007). Fundamentos deNeurociencia. UOC. Taleisnik, S. (2012). Neurogénesis. Editoral Brujas. Turlough, M., Gruener, G., y Mtui, E. (2012). Neuroanatomía clínica y neurociencia. Elservier. Waxman, S. (2011). Neuroanatomía clínica. McGraw-Hill. 52  UNIDAD 4: ESTRUCTURAS DEL SISTEMA NERVIOSO Objetivos de la unidad - Conocer las diferentes estructuras que conforman el sistema nervioso. - Comprender la relación anatomo-funcional del sistema nervioso y su repercusión en el comportamiento. - Comprender la relación cortico-subcortical en el funcionamiento cerebral. Mapa conceptual de contenidos En la presente unidad estudiaremos las diferentes estructuras que conforman el sistema nervioso central de acuerdo con el desarrollo ontogénico, describiendo sus características anatomofuncionales específicas. 53 Abordaje teórico de los contenidos Médula espinal Al seccionar la médula de forma transversal, se puede diferenciar dos áreas bien definidas. Una zona interna en forma de H, constituida por sustancia gris (cuerpos celulares e interneuronas amielínicas) y una zona externa conformada por sustancia blanca (axones mielínicos). En la sustancia gris se encuentran las astas dorsales, lugar donde llegan proyecciones sensitivas, y las astas ventrales de donde parte la información motora (figura 21). Figura 21. Estructura de la médula espinal (Pinel, 2007) Los 31 pares de nervios raquídeos se unen a cada segmento de la médula espinal a través de las raíces dorsales y ventrales, transmitiendo información sensitiva y motora respectivamente (revisar capítulo 2). Los axones que componen la raíz dorsal (somáticos o vegetativos) proceden de neuronas unipolares y sus cuerpos celulares se ubican en los ganglios, y sus 54  terminales sinápticas seencuentran a nivel de las astas dorsales de la sustancia gris. Por su parte, los axones que forman la raíz ventral parten de neuronas motoras multipolares cuyos cuerpos celulares se ubican en las astas ventrales de la sustancia gris (figura 22). Figura 22. Esquema funcional de la médula espinal (Felten y Shetty, 2010) Estructura del tallo cerebral El tronco del encéfalo es la zona caudal del encéfalo, se extiende desde el límite superior de la médula hasta la región diencefálica. Está conformado por tres estructuras que en orden descendente corresponderían a mesencéfalo, puente o protuberancia y médula oblongada o bulbo raquídeo (figura 23). las funciones principales de esta estructura son: - Contiene las raíces de los nervios craneales para la transmisión de señales motoras y 55  sensitivas de cabeza y cuello. - Funciona como zona de relevo para los tractos sensitivos y motores. - Está conformado por grupos de núcleos que controlan funciones vitales (nivel de alerta, reflejos, control respiratorio, cardíaco, etc.). Al igual que la médula espinal, está formado por núcleos de sustancia gris y por tractos de sustancia blanca. Los tractos del tallo cerebral corresponden a un sin número de fibras nerviosas por lo cual su nomenclatura varía en función del circuito al que pertenecen (ej: lemnisco medial y lateral, fibras transversas, pedúnculos, fascículos, etc.). Figura 23. Estructura del tallo cerebral. A la izquierda se observa desde un plano sagital. A la derecha, su aspecto dorsolateral. (Waxman, 2011) A continuación, detallaremos las estructuras que conforman cada una de las zonas del tallo cerebral. Mesencéfalo Consta de dos partes, el tectum o techo que corresponde a la zona dorsal y el tegmentum que corresponde a la zona ventral del mesencéfalo. 56  El tectum contiene los tubérculos cuadrigéminos inferiores (colículos) que participan en funciones auditivas y los tubérculos cuadrigéminos superiores (colículos) que intervienen en funciones visual. El tegmentum contiene tres núcleos importantes: sustancia gris periacueductal, que interviene enlos efectos analgésicos de los fármacos opioides. Por su parte la sustancia negra y el núcleo rojo forman parte del sistema extrapiramidal interviniendo directamente en el sistema sensitivo-motor. Otra característica anatómica del mesencéfalo es la presencia de fibras de sustancia blanca conocidas como pedúnculos cerebrales encargadas de conectar estructuras del mesencéfalo con la corteza cerebral (figura 24). Figura 24. Núcleos y tractos del mesencéfalo (Waxman, 2011) Puente o protuberancia Se ubica a nivel caudal del mesencéfalo y contiene una masa de fibras ascendentes y 57 descendentes que forman una especie de protuberancia sobre la superficie ventral del tronco cerebral. Entre los tractos que contiene esta estructura están los pedúnculos cerebelosos (superior, medio e inferior) encargados de transmitir señales de forma bidireccional desde el cerebelo a la corteza, puente y bulbo respectivamente (figura 25). Entre los núcleos principales que encontramos en esta estructura tenemos: - Núcleos pontinos: núcleos de relevo de información entre la corteza cerebral y el cerebelo. - Locus coeruleos: es la principal fuente noradrenérgica del sistema nervioso central, está involucrado en la inhibición descendente de la transmisión del dolor y en la respuesta atencional a estímulos biológicamente importantes (ej: dolor). - Núcleos parabraquiales: están relacionados con la regulación del ritmo respiratorio. Figura 25. Núcleos y tractos del puente (Waxman, 2011) 58 Médula oblongada o bulbo raquídeo Corresponde a la zona caudal del tallo cerebral y está compuesto por tractos de fibras nerviosas y núcleos grises. La sustancia blanca está constituida por dos prominencias centrales denominadas pirámides, y, por su parte, la sustancia gris forma dos prominencias laterales llamadas olivas. En la cara ventral se produce el cruce de cada pirámide al otro lado de la línea media, denominado decusación piramidal (figura 26). A nivel dorsal encontramos las columnas blancas dorsales formadas por dos fascículos de sustancia blanca, los cuales terminan en los denominados núcleos de las columnas dorsales (núcleo delgado/grácil y cuneado). Funcionalmente, el bulbo raquídeo es considerado una estructura de relevo de información, recibiendo aferencias desde la corteza cerebral y el núcleo rojo, y enviando eferencias hacia el cerebelo y la médula espinal. Además, en las zonas bulbares se producen el entrecruzamiento de una parte de axones de los núcleos de las columnas dorsales para formar el lemnisco medial (decusación sensitiva o lemniscal); es decir, este cruce de fibras permite la representación sensitiva de la mitad del cuerpo en el hemisferio contralateral. De la misma forma, la decusación motora representa el control del movimiento voluntario de la mitad del cuerpo por el hemisferio opuesto (decusación piramidal o motora); debido al cruce de fibras piramidales en la porción caudal del bulbo, que forma el tracto corticoespinal lateral. Finalmente, el control de funciones vitales como la respiración, control cardíaco y de algunos reflejos (deglución, tos, vómito, náusea), están mediados por los núcleos cuneado y delgado. Por otro lado, los núcleos de varios nervios craneales se ubican en diferentes zonas de esta estructura (facial, motor ocular, glosofaríngeo, vago, accesorio, hipogloso, vestibular, trigémino). 59  Figura 26. Núcleos y estructuras del bulbo raquídeo (Felten y Shetty, 2010) Cerebelo El cerebelo corresponde a una estructura ubicada en la cara dorsal de la protuberancia (puente) y del bulbo raquídeo. Se encuentra separado del lóbulo occipital por la tienda del cerebelo. Está compuesta por estructuras similares a las del cerebro, pero con funciones y características muy distintas. Se encuentra conformado por una capa de sustancia gris en la periferia, denominada corteza cerebelosa, la cual envuelve a la sustancia blanca. La corteza cerebelosa está formada por tres capas horizontales de células bien diferenciadas (figura 36). La capa más interna denominada capa granular, conformada por muchas interneuronas (células granulares y células de Golgi). Estas células están conectadas con la capa más superficial, denominada capa molecular, mediante las fibras paralelas. La capa molecular a su vez está conformada por las células estrelladas y las de cesto (interneuronas). Finalmente, la capa intermedia corresponde a la capa de células de Purkinje, las cuales son grandes y numerosas. Establecen sinapsis igualmente con las fibras paralelas, por medio de las cuales reciben información proveniente de la médula espinal, formación reticular y núcleos 60 pontinos del tronco cerebral. Las células de Purkinje son las únicas células de proyección de la corteza cerebelosa, y sus axones se proyectan hacia los núcleos profundos del cerebelo. A su vez, estos núcleos son encargados de receptar todas las señales que provienen desde el exterior del cerebelo y enviar de vuelta hacia otras estructuras nerviosas. Los núcleos del cerebelo están compuestos por sustancia gris y se ubican en las profundidades de la corteza cerebelosa, inmersos en la sustancia blanca. Comprenden el núcleo fastigio (cercano a la línea media), núcleos interpuestos (emboliforme y globoso) y el núcleo dentado (ubicado lateralmente) (figura 38). Figura 36. Esquema de la corteza cerebelosa. (Waxman, 2011) La superficie del cerebelo se encuentra formada por muchos pliegues transversales (folia), con varios surcos o cisuras entre ellos, que dividen al cerebelo en tres lóbulos: anterior y posterior (ubicados en la zona dorsal), y floculonodular (zona ventral). La superficie dorsal presenta tres 61 zonas identificadas, una zona media (vermis), una zona intermedia (constituida por las zonas de los hemisferios cerebelosos próximos al vermis) y una zona lateral o hemisferios laterales (figura 37). Figura 37. Esquema anatómico del cerebelo, donde se observan las principales estructuras y lóbulos (Afifi y Bergman, 2021) 62 Figura 38. Esquema que ilustra la localización de los núcleos profundos del cerebelo (Afifi y Bergman, 2021) El cerebelo está compuesto por una red de conexiones bidireccionales por medio de las cuales se conecta con diferentes estructuras nerviosas (figura 39). La información eferente del cerebelo procede desde la zona lateral del cerebelo (núcleo dentado), a través del tálamo, a la corteza cerebral (área motora primaria contralateral). A su vez, recibe múltiples señales corticales aferentes, a través de los núcleos pontinos que se dirigen a éstas mismas zonas del cerebelo (conexión cerebrocerebelo). La información que se dirige desde la zona intermedia y medial del cerebelo (núcleos interpuestos y fastigio), terminan en núcleos del tronco encefálico, los cuales envían información hacia la médula espinal, la cual, igualmente envía información hacia el cerebelo constituyendo la conexión espinocerebelo. Finalmente, los axones que proceden desde el lóbulo floculonodular tienen conexiones con los núcleos vestibulares del tronco cerebral, formando el vestibulocerebelo. (figura 40) Esta relación funcional permite el control de: Conexión espinocerebelo: control del tono muscular, control de músculos proximales y extremidades. Conexión vestibulocerebelo: control de reflejos posturales y equilibrio, coordinación de movimiento ocular. 63 Conexión cereberocerebelo (pontocerebelo): interviene en funciones cognitivas, aprendizaje motor y coordinación de movimientos. Figura 39. Esquema de algunas conexiones del cerebelo. (Waxman, 2011) Figura 40. Esquema explicativo de las conexiones del cerebelo con otras estructuras del sistema nervioso (Afifi y Bergman, 2021 64 Estructuras subcorticales Diencéfalo El diencéfalo es una estructura adyacente al tallo cerebral, ocupando una posición central en los hemisferios cerebrales. Consta de cuatro estructuras: hipotálamo, tálamo, epitálamo y subtálamo. A continuación, se detallan las estructuras y funciones del tálamo e hipotálamo. Tálamo Constituye una estructura de forma ovoide localizado en posición dorsal al hipotálamo, debajo de los ventrículos laterales y a cada lado del tercer ventrículo. Es una estructura conformada de sustancia gris, organizada por grupos de núcleos alrededor de una estrecha estructura de sustancia blanca en forma de Y denominada lámina medular interna. Esta zonadivide al tálamo en tres regiones: anterior, medial y lateral; a partir de lo cual nace la nomenclatura de sus distintos núcleos que se detallarán a continuación. El tálamo es considerado una estructura de procesamiento y relevo de información, ya que por él pasa la mayor cantidad de información sensorial que se proyecta hacia la corteza cerebral. Además, es encargado de retransmitir señales motoras entre estructuras de la corteza, cerebelo y estructuras subcorticales como los ganglios basales y sistema límbico, mediante conexiones bidireccionales (figura 27-28). Núcleos talámicos Se conocen cinco grupos principales de núcleos talámicos de acuerdo con su función (cuadro 2): - Núcleos sensoriales N. geniculado lateral: estación de paso de las proyecciones visuales, recibiendo la información desde el tracto óptico y enviándola hacia la corteza visual, a través de la radiación geniculocalcarina. N. geniculado medial: recibe fibras acústicas del lemnisco lateral y colículo inferior y 65 proyecta información hacia la corteza temporal por medio de la radiación acústica. N. ventral posterolateral: retransmite las señales sensoriales del cuerpo hacia la corteza somatosensitiva cerebral. N. ventral posteromedial: retransmite las señales sensoriales del rostro hacia la corteza somatosensitiva cerebral. - Núcleos motores: N. ventral anterior: se conecta con el cuerpo estriado y proyecta señales hacia la corteza premotora. N. ventral lateral: recibe aferencias del cerebelo y las proyecta hacia la corteza motora primaria. - Núcleos límbicos N. anterior: recibe fibras desde los cuerpos mamilares (hipotálamo) proyectando señales hacia la corteza cingulada. N. dorsomedial: recibe información proveniente de la corteza olfatoria y de regiones de la amígdala y envía proyecciones hacia la corteza prefrontal y el hipotálamo. - Núcleos multimodales (asociativos) N. pulvinar, posterolateral, dorsolateral: presentan conexiones con las áreas de asociación del lóbulo parietal y temporal. - Núcleos intralaminares N. reticular, intralaminar, centromediano: no se conocen con detalle sus proyecciones, sin embargo, interactúan con las áreas motoras corticales, el núcleo caudado, el putamen y el cerebelo. 66 Cuadro 2. Divisiones funcionales de los núcleos talámicos. (Waxman, 2011) Figura 27. Núcleos y proyecciones del tálamo (Felten y Shetty, 2010) 67  Figura 28. Proyecciones del tálamo (Waxman, 2011) Hipotálamo Se encuentra situado en la zona más ventral del diencéfalo y está conformado por varios núcleos que cumplen funciones esenciales para la supervivencia (figura 29). Esta estructura integra una gran multitud de señales provenientes de diferentes estructuras cerebrales permitiéndole coordinar funciones en algunos sistemas efectores como el sistema nervioso autónomo y endocrino. Además, es esencial para mantener la homeostasis corporal (coordinación del control de funciones básicas que proporciona un medio interno estable) y la respuesta ante situaciones adversas (lucha/huida), alimentación y comportamiento sexual. Para cumplir con estas funciones, el hipotálamo cuenta con conexiones aferentes que provienen de estructuras límbicas, tálamo y corteza cerebral, así como aferentes viscerales y somáticas. Los estímulos procedentes de la corteza prefrontal de tipo afectivo y emocional llegan al hipotálamo a través de los núcleos dorsomediales del tálamo. Además, sus eferencias se dirigen hacia estructuras como la hipófisis (a través del tracto hipotálamo- 68 hipofisario), los núcleos anteriores del tálamo (por medio del tracto mamilotalámico) y el hipocampo. - Alimentación Las zonas laterales del hipotálamo están asociadas al comportamiento de ingesta. El núcleo ventromedial es considerado como parte del centro de la saciedad, el cual detiene la sensación de hambre luego de alcanzar niveles altos de glucosa en sangre al ingerir alimentos. Un daño en esta región hipotalámica puede producir anorexia (pérdida de apetito),pérdida grave del peso corporal, así como hiperfagia (exceso en la ingesta) y obesidad. - Función autónoma Las áreas posterolateral y dorsomedial del hipotálamo se consideran la región de activación simpática y, por otro lado, la activación parasimpática está mediada por su región anterior. - Temperatura corporal Algunas regiones hipotalámicas controlan las respuestas autonómicas que provocan pérdida, conservación o producción de calor corporal. - Función endocrina A través de la influencia directa en la secreción de la hipófisis anterior y de otras glándulas de forma indirecta por medio de hormonas liberadoras, el hipotálamo tiene varias funciones endocrinas como la reproducción, conducta sexual, secreciones tiroideas y de la corteza suprarrenal, así como el crecimiento. - Ritmo circadiano Un grupo de células del hipotálamo que conforman el núcleo supraquiasmático funcionacomo un reloj intrínseco de nuestro cuerpo. Muchas funciones corporales, como la 69 temperatura, consumo de oxígeno o el sueño, están influidas por los cambios cíclicos que ocurren a lo largo del día (ritmo circadiano), los cuales pueden modificarse de acuerdo a los cambios que ocurren en la habituación a nuevos lugares dependiendo de la cantidad de luz existente. Existe una relación directa entre el hipotálamo y la glándula pineal, debido a que, en el momento que existe mayor luminosidad (por ejemplo, la luz solar), la glándula pineal suspende la producción de melatonina (hormona del sueño) en respuesta a señales desde el hipotálamo. - Expresión de emociones Debido a las conexiones bidireccionales con las que cuenta el hipotálamo con estructuras límbicas, participa de forma activa en la expresión de emociones como el temor, aversión, ira, conducta sexual y placer. Figura 29. Núcleos del hipotálamo (Felten y Shetty, 2010) 70 Sistema límbico El sistema límbico corresponde a un grupo de estructuras nerviosas que comprenden el lóbulo límbico (circunvoluciones del hipocampo, cingulada y subcallosa), la amígdala, hipotálamo, la formación del hipocampo (hipocampo, circunvolución dentada, circunvolución supracallosa, fórnix, área septal) y la corteza prefrontal. Forma una frontera entre el diencéfalo y el neocórtex, y consiste en una corteza fuera del cuerpo calloso situado en las zonas profundas de los lóbulos temporales. Varias de estas estructuras conforman un circuito complejo conocido como circuito de Papez, el cual se involucra en procesos cognitivos de aprendizaje y memoria (figura 30-32). Además, a las estructuras límbicas se las ha relacionado con la actividad emocional, coordinando sus respuestas autónomas y endocrinas. Figura 30. Ubicación del sistema límbico con relación a la neocorteza. (Waxman, 2011) 71  Figura 31. Principales estructuras del sistema límbico (Pinel, 2007) Figura 32. Esquema de las vías de conexión de estructuras límbicas. (Waxman, 2011) A continuación, se detallan algunas de sus estructuras principales: 72  - Hipocampo Estructura involucrada en el archivo y almacenamiento de la información nueva (cortoplazo), facilitando su consolidación al ser un centro asociativo integrador multimodal. Principalmente, se encarga del material explícito, encargándose el hipocampo derecho de la información espacial y el hipocampo izquierdo del material verbal. Una lesión del hipocampo produciría una incapacidad para el almacenamiento de nueva información (amnesia anterógrada), conservando los recuerdos pasados. Un ejemplo de estas alteraciones se presenta en la enfermedad de Alzheimer, en donde regiones hipocampales se atrofian de forma progresiva y producen una amnesia anterógrada, impidiendo la generación de nuevos recuerdos. - Amígdala La amígdala cerebral es una estructura central en las respuestas emocionales. Dota de significado emocional a las experiencias gracias a las conexiones directas con el hipocampo. Además, se considera que esta estructura nerviosa está implicada en el miedo condicionado ya que, tras estudios con animales, en donde se les ha extirpado las amígdalas (amigdalectomía), los animales no responden con miedo ante un estímulo condicionado que ha estado asociado de forma repetida a descargas dolorosas. Ganglios de la base (cuerpo estriado) Corresponde a una masa de sustancia gris ubicada en las profundidades de los hemisferios cerebrales y se encuentra formado por los núcleos: putamen, globo pálido y núcleo caudado. En la neuroanatomía clásica, se dan varias denominaciones; por ejemplo, a este grupo de núcleos también se los denomina cuerpo estriado; al putamen junto al núcleo caudado se los denomina estriado, y a la unión del putamen con el globo pálido se lo denomina núcleo lenticular (figura 33). 73  Figura 33. Principales núcleos de los ganglios basales. (Waxman, 2011) Existe un gran número de fibras mielinizadas que discurren entre estos núcleos, siendo una de las principales la cápsula interna. Como toda estructura nerviosa, el cuerpo estriado cuenta con conexiones aferentes y eferentes; el núcleo caudado y el putamen constituyen la principal fuente de aferencias desde la corteza sensoriomotora y premotora, sustancia negra y tálamo. Por su parte, el globo pálido es la principal estructura de salida de información hacia el núcleo subtalámico, núcleo rojo y corteza cerebral (figura 34-35). Los núcleos del cuerpo estriado forman parte del sistema extrapiramidal junto a otras estructuras mesencefálicas y núcleos subcorticales; de esta manera, contribuyen al control y regulación motora, interviniendo en el control automático del tono muscular y aquellos movimientos que acompañan al movimiento voluntario. Su lesión puede producir alteraciones en el tono muscular, pobreza del movimiento voluntario (acinesia), movimientos anormalmente lentos (bradicinesia) o movimientos involuntarios anormales (discinesia). Las personas con estas alteraciones pueden mostrar temblor, corea (movimientos involuntarios rápidos) o enfermedad de Parkinson. 74 Figura 34. Ubicación de los ganglios basales con relación a otras estructuras subcorticales. (Waxman, 2011) Figura 35. Ubicación de los ganglios basales con relación al tálamo. (Waxman, 2011) 75 Hemisferios cerebrales Podemos considerar, de manera general, que los hemisferios cerebrales incluyen la corteza cerebral y la sustancia blanca cerebral. La corteza cerebral incluye seis lóbulos de cada lado: frontal, temporal, parietal, occipital, ínsular y límbico; y la sustancia blanca, un sin número de fibras nerviosas que conectan las diferentes áreas del cerebro (figura 41). Figura 41. Principales lóbulos y cisuras de la corteza cerebral. (Pinel, 2007) 76 Corteza cerebral Se considera que la corteza cerebral constituye la estructura nerviosa más evolucionada de la especie humana, y por medio de la cual, somos capaces de pensar, memorizar, hablar, razonar y tomar decisiones. Integra la zona más superficial del encéfalo y está compuesta por el grupo de somas neuronales, denominada sustancia gris. Se encuentra constituida por células organizadas en 6 capas horizontales que representan más de la mitad de toda la sustancia gris del SNC. Las capas I, II y IV son capas receptoras de las aferencias corticales originadas en distintas zonas del SNC. Por su parte, las eferencias se originan en las capas II, III, V y VI, que igualmente tendrán una especificidad de acuerdo con los lugares a donde se proyectará la información. La corteza cerebral, además, está compuesta por surcos, cisuras y circunvoluciones (giros).Los surcos o cisuras separan a los lóbulos frontal, temporal, parietal, occipital entre sí. De esta manera, se pueden delimitar igualmente los giros o circunvoluciones, los cuales permitirán localizar áreas funcionales. Podemos definir las cisuras o surcos más importantes que nos permitirá delimitar los lóbulos y áreas principales de la corteza cerebral. La cisura de Silvio o lateral separa el lóbulo temporal de los lóbulos frontal y parietal. La cisura de Rolando o central separa al lóbulo frontal del parietal. La cisura parietooccipital divide al lóbulo parietal del occipital. Por su parte, la cisura calcarina se ubica en la superficie medial del hemisferio, cerca del polo occipital, extendiéndose hacia adelante por debajo del esplenio o rodete del cuerpo calloso. Los hemisferios cerebrales se encuentran separados por la cisura interhemisférica o longitudinal del cerebro. 77 Por su parte, existen diferentes giros o circunvoluciones en cada uno de los lóbulos. En el lóbulo frontal tenemos el giro precentral, giro frontal superior, medio e inferior; además, en la cara interna encontramos la circunvolución cingulada. El lóbulo temporal contiene cuatro giros delimitados, el giro temporal superior, medio e inferior, además del giro fusiforme en la cara interna. Por su parte, en el lóbulo parietal se delimitan el giro postcentral, el lóbulo parietal superior e inferior, giro supramarginal y angular. Finalmente, en el lóbulo occipital, no hay una delimitación precisa de todos sus giros; sin embargo, uno de ellos corresponde al giro lingual (occipitotemporal lateral) y giro fusiforme (occipitotemporal medial) (figura 42- 43). Figura 42. Hemisferio cerebral izquierdo (vista lateral), donde se muestran los giros y cisuras principales. (Waxman, 2011) 78  Figura 43. Hemisferio cerebral derecho (vista medial). (Waxman, 2011) Áreas funcionales de la corteza cerebral Históricamente se ha intentado delimitar las áreas funcionales del cerebro humano. Varios investigadores han intentado delimitar la división funcional de la corteza cerebral, siendo la clasificación de Brodmann la más utilizada. Esta clasificación se basa en la citoarquitectura en donde se delimitan numéricamente las áreas individuales de la corteza cerebral, lo cual ha permitido la localización de procesos fisiológicos y patológicos. Es necesario diferenciar las áreas funcionales de la corteza cerebral, existiendo áreas primarias, secundarias y de asociación. Las áreas corticales primarias son áreas de recepción de información; las áreas secundarias responsables de la codificación de información recibida desde las áreas primarias, en donde se sintetizan los elementos de cada modalidad sensorial; y las áreas de asociación encargadas de la interpretación de información. 79 Algunas de las áreas principales de cada lóbulo son (figura 44-45): - Lóbulo frontal Área motora primaria (4): encargada del control motor voluntario (ejecución del movimiento). Las neuronas piramidales de esta área dan lugar a muchos de los axones que descienden por el tracto corticoespinal. Su lesión produce parálisis (hemiplejía derecha- izquierda). Aquí se puede delimitar el homúnculo motor, que hace referencia a un mapa somatotópico del control motor del cuerpo, es decir, que cada región de la corteza motora primaria se especializa en el control de una parte específica del cuerpo. Área premotora (6): encargado del plan motor; es decir el área encargada de la planificación del movimiento. Su lesión produce apraxia. Campo visual frontal (8): implicado en los movimientos oculares. Área de Broca (44-45): zona involucrada en los componentes motores del lenguaje oral y escrito (expresión linguística). Su lesión produce un trastorno del lenguaje conocido como afasia de Broca. Corteza prefrontal (9, 10, 11): constituye gran parte del lóbulo frontal y se lo considera como un área de asociación, debido a que integra información de múltiples señales sensoriales. Se conforma de tres áreas, corteza prefrontal dorsolateral (funciones ejecutivas), corteza prefrontal orbitaria (control conductual e inhibición de estímulos) y corteza prefrontalmedial/cingulada (procesos de motivación e iniciativa). La lesión de la corteza prefrontal produce sintomatología diversa: apatía, desinhibición, pérdida de modales, falta de atención, alteraciones en el juicio y cambios de personalidad. - Lóbulo temporal Corteza auditiva primaria (41): encargada de la recepción de señales auditivas provenientes del núcleo geniculado medial del tálamo. Su lesión produce sordera cortical. 80 Corteza auditiva de asociación (42): ubicada en la circunvolución de Heschl y encargada de la interpretación de la información auditiva que proviene del área auditiva primaria. Su lesión produce agnosias auditivas. Área de Wernicke (22): centro lingüístico encargado de la interpretación del lenguaje oral y escrito. Su lesión produce una alteración en la comprensión del lenguaje denominada afasia de Wernicke. - Lóbulo parietal Área somatosensorial primaria (3, 1, 2): ubicado en el giro postcentral y encargada de la recepción de señales nerviosas provenientes de los núcleos ventral posterolateral y ventral posteromedial del tálamo, que transmiten información de las sensaciones táctiles y corporales. Su lesión produce disminución o pérdida de sensaciones corporales (anestesia). Área somatosensorial de asociación (5, 7, 39, 40): encargada de la interpretación de la información somatosensorial. Además, estas zonas permiten tener conciencia del propio cuerpo, así como de la orientación espacial (hemisferio derecho). Su lesión puede producir diferentes cuadros, como agnosias somatosensoriales (asomatognosia, agnosia digital, entre otras). - Lóbulo occipital Corteza visual primaria (17): recepta señales provenientes de las proyecciones geniculo- calcarinas (información aferente desde el núcleo geniculado lateral del tálamo). Su lesión produce ceguera cortical. Área de asociación auditiva (18, 19): encargada de la integración multimodal de las informaciones visuales, así como sede de la memoria visual. Su lesión produce diferentestipos de agnosias visuales (prosopagnosia, agnosia para objetos, entre otras). 81  Figura 44. Áreas corticales con localizaciones funciones según Brodmann (vista lateral). (Waxman, 2011) Figura 45. Áreas corticales con localizaciones funcionales según Brodmann (vista medial). (Waxman, 2011) 82  Cuadro 3. Áreas corticales especializadas. (Waxman, 2011) Sustancia blanca La forma de entender la complejidad de los distintos procesos neurológicos y cognitivos radica en la inmensa cantidad de conexiones nerviosas existentes en el SNC. Estas conexiones corresponden a la sustancia blanca que ocupa una buena parte de los hemisferios cerebrales y contiene fibras nerviosas mielinizadas de diversos tamaños. Las diferentes zonas de la corteza cerebral, estructuras subcorticales, cerebelo, tronco cerebral y médula espinal están íntimamente conectadas gracias a un sinnúmero de fibras o tractos nerviosos que corresponden a la sustancia blanca. Existen tres tipos de tractos o fibras de sustancia blanca: Comisuras o fibras transversales: conocidas como fibras interhemisféricas, ya que se encuentran formadas por axones que conectan entre sí estructuras de ambos hemisferios. Muchas de estas fibras se ubican en el cuerpo calloso (figura 46), son las de mayor tamaño y surgen de la neocorteza de un hemisferio cerebral y terminan en las zonas correspondientes del hemisferio opuesto. Los bulbos olfatorios y estructuras del lóbulo temporal se conectan 83 por medio de la comisura anterior. Finalmente, la comisura hipocámpica o del fórnix, conecta a ambos hipocampos. Fibras de proyección: encargadas de conectar zonas de la corteza cerebral con estructuras profundas del cerebro y la médula espinal. La cápsula interna, la cual contiene la mayor parte de estas fibras de proyección; y la corona radiada, formada por los axones que se distribuyen por la zona superior de los hemisferios cerebrales (abanico). Además, de manera general, existen dos tipos de estas fibras de proyección, las corticopetales (aferentes), que corresponden a las fibras que transmiten señales desde los núcleos talámicos hacia la corteza cerebral; y las fibras corticofugales (eferentes), que proceden desde la corteza cerebral y se dirigen hacia zonas profundas como el tálamo, tronco encefálico y médula espinal (figura 47). Un ejemplo de este último corresponde al conocido tracto corticoespinal para el control motor voluntario. Fibras de asociación: son un conjunto de tractos nerviosos que permiten conectar diferentes áreas de la corteza cerebral de un mismo hemisferio y le permiten funcionar como un todo de forma coordinada. Tenemos las fibras cortas (fibras e U) que conectan áreas o giros adyacentes. Por su parte, las fibras de asociación largas conectan áreas distantes o lejanas. Aquí tenemos, el fascículo uncinado que conecta los giros inferiores del lóbulo frontal con la porción anterior del lóbulo temporal. El cíngulo, ubicado dentro de la circunvolución del cíngulo, que conecta la sustancia perforada anterior y el giro parahipocampal. El fascículo arqueado conecta las áreas del lenguaje (Wernicke y Broca). El fascículo longitudinal superior conecta áreas del lóbulo frontal con regiones de los lóbulos occipital y temporal. El fascículo longitudinal inferior conecta los lóbulos temporal y occipital. Finalmente, el fascículo occipitofrontal se extiende hacia atrás del lóbulo frontal y sus proyecciones se dirigen hacia el interior de los lóbulos temporal y occipital (figura 46-49). 84 Figura 46. Radiación lateral del cuerpo calloso. (Del Abril, et al., 2016) Figura 47. Fibras de proyección. (Del Abril, et al., 2016) 85 Figura 48. Principales fibras de asociación. (Waxman, 2011) 86 Figura 49. Fibras de asociación (vista lateral y frontal) (Felten y Shetty, 2010) 87 Actividades y estrategias de aprendizaje - Elaborar un mapa conceptual acerca de la estructura de la médula espinal y el troncoencéfalo. - Realizar una revisión bibliográfica de la relación de las estructuras subcorticales con el comportamiento. - Resolución de cuestionarios. - Elaboración de video animado acerca de las áreas cerebrales corticales y sustancia blanca. Autoevaluación de la unidad - ¿Cuáles son las zonas de la médula espinal asociadas con la actividad motora y sensorial? - ¿Cuáles son los núcleos principales del tronco encefálico y su función? - ¿Qué estructuras subcorticales tienen relación con aspectos emocionales y de memoria? - ¿Cuáles son las áreas corticales funcionales de cada lóbulo cerebral? - ¿Qué importancia tiene la sustancia blanca en el funcionamiento cerebral? 88  Referencias bibliográficas Afifi, A., y Bergman, R. (2021). Neuroanatomía Funcional: Texto y Atlas, 3e. McGraw Hill. Bear, M., Connors, B., y Paradiso, M. (2016). Neurociencia. La exploración del cerebro. Wolters Kluwer. Carlson, N. (2014). Fisiología de la conducta. Pearson. Del Abril, A., Ambrosio, E., Calleja, M., Caminero, A., García, C., Higuera, A., y González, P. (2016). Fundamentos de psicobiología. Sanz y Torres. Estévez, F., Webster, F., y Piedra, M. (2020). Cerebelo: no sólo función motora. A propósitode un caso. Rev. Ecuat. Neurol, 29 (3). Felten, D., y Shetty, A. (2010). Netter. Atlas de Neurociencias. Elservier. Haines, D., y Mihailoff, G. (2018). Principios de neurociencia. Elservier. Kandel, E. (2019). Principios de Neurociencia. McGraw-Hill. Pinel, J. (2007). Biopsicología. Pearson. Purves, D., Augustine, G., Fitzpatrick, D., Hall, W., Lamantia, A., Mcnamara. J., y Williams, S. (2010). Neurociencia. Médica Panamericana. Rubin, M., y Safdieh, J. (2008). Netter. Neuroanatomía esencial. Elservier. Soriano, C., Guillazo, G., Redolar, D., Torras, M., y Martinez, A. (2007). Fundamentos de Neurociencia. UOC. Turlough, M., Gruener, G., y Mtui, E. (2012). Neuroanatomía clínica y neurociencia. Elservier. Waxman, S. (2011). Neuroanatomía clínica. McGraw-Hill. 89