NEUROPLASTICIDAD

NEUROPLASTICIDAD

Dra Verónica BurónNeuróloga Pediatra

Clínica Alemana

Introducción

• Por mucho tiempo se decía que el sistema nervioso , era una estructura inmutable y anatómicamente estática; una vez concluido su desarrollo, era una entidad terminada , definitiva que solo era mutable por lesión o degeneración y era irreparable

• Ramon y Cajal “las neuronas tienen incapacidad de proliferación y de diferenciación. Es por esta razón que una vez terminado el desarrollo , las fuentes de crecimiento y regeneración de axones y dendritas se secan irrevocablemente . En el cerebro adulto las vías nerviosas son algo fijo terminado, inmutable . Todo puede morir, nada puede regenerarse “

Plasticidad neuronal: Definición• “Es la habilidad de hacer cambios adaptativos relacionados

con la estructura y función del sistema nervioso”. • Incluyen cambios morfológicos en áreas cerebrales por

alteraciones en redes neuronales, cambios en la conectividad , en la generación de nuevas neuronas y cambios bioquímicos

• La reoorganización neuronal que ocurre con el expertise refleja la optimización de los recursos neurocognitivos para lidiar con la compleja carga computacional que se necesita para alcanzar rendimientos elevados. Con el tiempo de práctica y la consolidación del proceso, se producen modificaciones cerebrales.

• La plasticidad neuronal no es un estado ocasional, sino que permite al cerebro humano adaptarse al medio, a los cambios fisiológicos y las experiencias

Adult Neuroplasticity: More Than 40 Years of Research Neural Plast. 2014; 2014: 541870 Experts bodies, experts minds: How physical and mental training shape the brain

Plasticidad neuronal

• Durante el aprendizaje ocurren cambios tanto pre como postsinápticos

• Cualquier experiencia puede cambiar el cerebro.• Nosotros aprendemos recordamos , creamos

nuevos pensamientos , cambiamos nuestras conductas a lo largo de nuestras vidas.

• Estos requieren cambios en los circuitos neuronales subyacentes

• Los cambios plásticos son área dependiente, de acuerdo a la función

Harnessingthepowerofneuroplasticityforintervention Bryan Kolb* and Arif Muhammad June2014|Volume8|Article377 |

Plasticidad

• La actividad genética determina aspectos de la organización celular, pero hay diferencias en los contactos y arborecencias sinápticas

• “Si tenemos 10 neuronas y cada una hace 10 conexiones , difícilmente 10 genes pueden contener suficiente información para estas conexiones

• La plasticidad hay que verla como una propiedad fundamental del desarrollo cerebral , y no solo como una respuesta a lesión

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• Los procesos del desarrollo cerebral son 1)Inducción neural2) proliferación de neuronas y glias 3) Migración celular4) Muerte celular 5) Diferenciación celular6) Formación de sinapsis 7) “Pruning” : poda de sinapsis

• Desarrollo y aprendizaje NO son constructos separados , si no un continuo. Hay cambios progresivos y regresivos en ambos y las consecuencias de estos cambios estan ligadas a la existencia de una arquitectura neuronal y la madurez del sistema

• DEFINICION • Desarrollo : se refiere a cambios en un organismo

producto del crecimiento, maduración y/o experiencia

• Aprendizaje: adquisición de nuevas habilidades o conocimiento a través de la instrucción o experiencia.

• Desarrollo y aprendizaje como un continuo que influyen en la plasticidad neuronal

• Desarrollo es guiado por mecanismos experinecia espectante, pero también recibe influencia de mecanismos experiencia dependiente y viceversa

• Los mecanismos • Experiencia espectante : utilizan información

ambiental común a todos los miembros de la especie a lo largo de la evolución; poseen un periodo de tiempo específico

• Experiencia dependiente . Son sensibles a inputs específicos de experiencias individuales

• Los mecanismos de plasticidad que subyacen al aprendizaje, son experiencia-dependientes y son sensibles a la experiencia individual y no están limitados temporalmente

• Ej lenguaje ; es un ejemplo del cambio de plasticidad basado en experiencia espectante a experiencia dependiente

• Los lactantes discriminan sonidos fonéticos de todos los idiomas . Al exponerlo a un idioma, va perdiendo esta capacidad , mientras va aumentando su lengua nativa .

• Desarrollo y aprendizaje son un continuo pues la evolución va modificando un sistema ya existente, no se crea un sistema totalmente nuevo

• Un mecanismo específico de la mente para adquirir conocimiento es explotando internamente la información que ya está almacenada, redescribiendo , o rerepresentando en diferente formato la representación interna

• El cerebro maduro tiene un repertorio mas amplio de experiencias previas.

• Hebb “el cerebro se adapta al medio basado en su experiencia y desarrollo”.

• Así neuroplasticidad pensamiento y aprendizaje cambian la estructura física y la organización funcional del cerebro

Ejemplos de neuroplasticidad • Al comparar la representación cortical de los

dedos de los músicos vrs los no-músicos , se vió que ésta era mayor en los músicos y era edad dependiente en relación a la edad en que comenzó a tocar.

• Estudios en ratas : ratas entrenadas por 25 dias en una serie de patrones visuales cambiantes : la corteza visual de los animales entrenados tenían aumento en dendritas en 2 tipos de neuronas ,y no así en un tercer tipo: , lo que demuestra el efecto del entrenamiento en conectividades específicas

Cambios estructurales:

• A nivel estructural , uno de los primeros estudios fue en taxistas de Londres:

• El hipocampo posterior era de mayor volumen en taxista que el de controles;

• Es mayor en relación al tiempo que llevaban manejando (hipocampo tiene importancia en representación espacial)

• Concluyen que regiones relevantes para una cierta tarea son directamente influenciados por la experiencia

Estudios funcionales • Estudios funcionales (RNMf) muestran que con el

entrenamiento la señales muestran una disminución en magnitud y/o extensión de la actividad , lo cual refleja cambios en la eficacia sináptica .

• Esto es porque se van a fortalecer conexiones entre neuronas que contribuyen a dicha tarea efectivamente y se van a debilitar aquellas conexiones que no participan .

• Esto se va a traducir en una poda de las sinapsis sobreproducidas en etapas tempranas del desarrollo

• Es decir, hay una retención selectiva de las sinapsis

Estudios funcionales

• Otros estudios muestran que en niños va aumentando la señal en áreas prefrontales y parietales , lo que esta relacionado con la memoria de trabajo (working memory)

• Los mecanismos experiencia –espectante en etapas tempranas del desarrollo llevan a un exceso de sinapsis y posteriormente van a eliminar aquellas innecesarias

• Los mecanismos experiencia dependiente van a guiar la creación y fortalecimiento de las sinapsis basados en las experiencias y necesidades de un organismo individual

• Metaplasticidad : es la propiedad de la plasticidad sináptica puede cambiar funciones de una plasticidad y activaciones previas

• Es decir, la plasticidad es plástica por si misma y la forma en que el cerebro responde al medio es consistente con el medio neural existente, la causa ( ej aprendizaje o desarrollo) y las consecuencias conductuales del cambio .

Periodos sensibles del desarrollo

• Los aprendizajes en los periodos sensibles estan en el fundamento de futuros aprendizajes

• Representa los periodos del desarrollo en que ciertas capacidades pueden ser modificadas por la experiencia

• Periodos críticos son periodos sensibles que resultan en cambios irreversibles en la función cerebral Tienen una ventana de tiempo muy restringida, determinando la eficacia de ese proceso en forma permanente

• Ej el imprinting filial (Lorenz) Por un corto periodo después del nacimiento los animales aprenden a reconocer a sus padres . Esto va a tener influencia a largo plazo en el desarrollo emocional y conductual del individuo

Knudsen Journal of Cognitive Neuroscience 16:8, pp. 1412–1425


• Muchos aspectos cognitivos , emocionales son marcados por un periodo limitado de la vida, periodo crítico como por ej

-percepción de profundidad (requiere visión binocular)

-lenguaje requiere exposición a lenguaje-la habilidad de formar lazos sociales y respuesta al stress requiere de interacción precoz y positiva con su cuidador



• Representación ocular en corteza visual primaria : la información que se origina en OI o OD llega a corteza visual (capaIV) a traves del tálamo Estas conexiones son optimizadas con por la experiencia visual del primer mes de vida

• Si cerramos un ojo (deprivación monocular) se eliminan selectivamente las conexiones del ojo cerrado . Después del periodo crítico, no se recupera el patrón de representación típico , aunque se haya reestablecido la visión binocular


Periodos sensibles del desarrollo • Conductas complejas pueden requerir de varios

periodos sensitivos : circuitos de bajo nivel terminan antes que aquellos de nivel superior . Por ej : Circuitos responsables de la fusión binocular termibna mucho antes que el periodo sensitivo par el análisis de objetos complejos.

• Mecanismos • Si la actividad presináptica se anticipa

consistentemente ,(por lo tanto favorece su conducción) la actividad de la neurona postsináptica y su sinapsis se estabiliza y fortalece , influyendo en los patrones de crecimiento de axones y dendritas


Mecanismos básicos de neuroplasticidad

• Mecanismos básicos incluyen • Neurogénesis• Muerte celular programada• Plasticidad sináptica actividad dependiente



Elaboración axonal Eliminación de sinapsis

consolidación de sinapsisC



• Mientras el periodo sensible continúe abierto, experiencias subsecuentes pueden producir cambios estructurales o funcionales al patrón de conectividad inicial

• Cuando el periodo sensible ha finalizado, se pueden producir cambios , pero se requiere de mayor energía para mantener estable esa conectividad Aun cuando haya habido deprivación total, el periodo sensible finaliza con el progreso del desarrollo.

Tiempos de plasticidad del desarrollo

• Se pueden manipular ? • Estudios en lactante , al darle herramientas

tempranamente que facilitan ciertas tareas , antes de la edad que corresponde , facilitan su aprendizaje posterior.

• Es decir, experiencia es un factor crítico en la manipulación de procesos.

Desarrollo y aprendizaje

• En general , el lactante aprende por ensayo-error• En el adulto , opera la “predicción de la señal de

error” y está mediada por Dopamina .• Esta señal de dopamina disminuye , cuando el

individuo aprende a “predecir el evento” , es decir la Dopamina es la señal de aprendizaje.

• Mientras en el lactante esta plasticidad influye en la arquitectura básica de los sistemas neurales , en el adulto va a modificar la arquitectura existente ( modificando y reorganizando )


• Se han encontrado diferentes patrones de activación que son edad y función dependientes

• Ciertas funciones , por ej léxico, muestra aumento o disminución de señal en diferentes áreas del cerebro , que pueden variar con la edad o tarea . Algunas se activan con la edad , son zonas de procesamiento mas tardíos


• La mejoría , relacionada con el entrenamiento intensivo o experiencia se asocian a plasticidad específica para esa tareas

• Los mecanismos experiencia dependiente no difieren mucho a lo largo de la vida

• Regiones inicialmente asociadas a mecanismos experiencia espectante , como habilidades motoras y lenguaje muestran un alto grado de plasticidad a lo largo de la vida


• Hyde hace comparación entre niños pequeños que reciben 15 meses de entrenamiento musical y los que no :

• Se encuentran cambios en el giro precentral , cuerpo calloso y corteza auditiva

• Ademas mejor rendimiento en pruebas de secuenciación motora .


• Hay cambios segun edad . Por ej hay mayor plasticidad para recibir y aprender lenguaje durante la infancia

• Los niños aprenden a discriminar lenguas extranjeras mas rápido que adultos


• La idea que el aumento de la capacidad cognitiva en el niño se relaciona con pérdida mas que ganancia de sinapsis se relaciona con el hecho que en actividades de atención y memoria , durante resonancia magnética funcional (RNMf) muestran una mayor y mas extendida activación en el niño que en el adulto

Plasticidad y Respuesta a lesión

Respuesta a lesion

• Existe la creencia que las consecuencias de una misma lesión son menores a edades tempranas que en la adultez

• Pero..en algunos casos esto no es así • Ej lenguaje : una lesión en el área de lenguaje ,

perisilviana izquierda, en el adulto produce afasia • Si ésta ocurre en niños menores de 5 años, NO se

detecta ningún tipo de disfasia posteriormente • Si el niño es mayor de 5 años : disfasia• Es decir en los primeros 5 años hay mayor

plasticidad para el lenguaje

Respuesta a lesión

• Lóbulo frontal • Lesiones en LF en el adulto no muestran cambios

en el test de inteligencia y función ejecutiva • Si lesión es en infancia , antes del año , se va a

afectar la inteligencia y función ejecutiva • La alteración de la conducta social y función

ejecutiva pueden interferir en su rendimiento académico

Lesión uni – o bilateral

• Hay mayor compensación de lesión si ésta es unilateral

• Niños con lesión bilateral de hipocampo, tienen amnesia profunda la que no se ve en lesiones unilaterales

• El hemisferio intacto asume funciones adicionales • Esto no siempre es sin costo : al asumir funciones

adicionales , puede que algunas funciones propias se vean disminuidas

Cambios en la morfología neuronal • El hipocampo (parte del sistema límbico HPA) regula

la respuesta al stress • Se ha visto retracción de las dendritas de las

neuronas ante stress crónico o administración de corticoides, es decir reduce el número de sinapsis

• En el adulto la mayoría de las neuronas estan altamente diferenciadas , por lo que la restauración no ocurre por reparación, pues carece de las células madre necesarias para la regeneración neuronal

• Pero si podría haber una compensación funcional

Adult Neuroplasticity: More Than 40 Years of Research

Neurogénesis en adulto ?

• Se ha visto en canarios que el número de neuronas en el núcleo que controla el canto aumenta en primavera . Las hormonas esteroidales (testosterona) tienen rol en estimular este proceso de neuroplasticidad.

• Se ha podido evidenciar neurogenesis en humanos adultos : • El hombre genera 700 neuronas diariamente en la

región hipocampal (Por determinación de 14C ) • Hay al menos 2 regiones en el cerebro adulto en que hay neurogenesis : giro dentado y región subventricilar

• La velocidad de neurogénesis del adulto disminuye con la edad .


Segundo idioma

• Hay evidencia de que la adquisición bilingüe muestra una continua neuroplasticidad en el cerebro del adulto

• Estudios con nuevas técnicas , funcionales (PET ; RNMf , etc) han demostrado que el aprender una segunda lengua (L2) aunque ocurra en la adultez, lleva a cambios funcionales y neurales pareciados a los de la lengua nativa (L1)

• La L2 se acompaña además de cambios anatómicos en la estructura cerebral : aumento sustancia gris , grosor cortical e integridad de sustancia blamca

cort e x xxx ( 2 0 1 4 ) 1 e2 4 Neuroplasticity as a function of second language learning: Anatomical changes in the human brain

Segundo idioma

• Al estudiar L2 se ve aumento de densidad de sustancia gris en lóbulo parietal inferior izquierdo (IPL)en relación a los monolingues

• Esta es mayor si tiene mayor destreza y mayor mientras antes inició el aprendizaje

• IPL es importante en memoria trabajo fonológico, léxico e integración semántica


Areas de aumento de sustancia gris con L2


• Bilingues presentan ventajas en el control cognitivo: con mejor control de conflictos , mejor atención , inhibición de información irrelevante , y cambio de tareas .

• Se asocia a cambios de actividad neuronal en diferentes regiones. Estas forman una red.

Plasticidad y Lenguaje prenatal

• Se expuso prenatalmente (semana 29) a sonidos • Después de nacer se los expuso a estos sonidos y se

midió la activación neuronal • Se encontró una mayor activación neural en el grupo

que “aprendió” en relación al grupo control, sin importar la lengua nativa de los participantes

• Esta activación era mayor en los mas expuestos a este material prenatalmente

• El grupo que “aprendió” presentó una mayor respuesta de activación ante sonidos que incluso no estaban contenidos en el material , que el grupo control

• Esto sugiere un efecto de generalización del aprendizaje

Learning-induced neural plasticity of speech processing before birth PNAS | September 10, 2013 | vol. 110 | no. 37 | 15145–15150

conclusiones• 1.El desarrollo cortical es influenciado tanto por la

actividad genética predeterminada como por los procesos experiencia dependiente

• 2. La actividad experiencia dependiente se inicia prenatalmente y continúa durante toda la vida .

• 3. Los procesos atencionales primitivos del RN (como por ej la tendencia a fijarse en las caras) sirve como input de los circuitos en desarrollo . Estos van a contribuir activamente en etapas posteriores a la especialización de su propio cerebro.

• 4.Existen periodos , ventanas temporales en que los circuitos neuronales cuentan con mecanismos de plasticidad sináptica experiencia-dependiente particularmente facilitados

• Las redes neuronales estan determinadas por factores genéticos e influencias ambientales. La experiencia modifica la arquitectura fundamental de un circuito neural, produciendo patrones de conectividad altamente estables y energéticamente preferidos Esas redes neurales son “el paisaje estable”,

• 5. El cerebro en desarrollo puede mostrar importante plasticidad ante una lesión o daño : en algunos casos una determinada lesión focal es menos pronunciada que en el adulto , en otros casos es lo contrario , con un efecto mas generalizado y extendido a edades tempranas

FIN

Neurogénesis

• Factores que modulan neurogénesis • Hormonales : corticoides

H esteroidfales Moleculares

BDNF (brain-derived neurotrophic factor) VEGF (peripheral vascular endothelial growth factor)

Neurotrasmisores : glutamatoAstroglia


Segundo idioma

• Estudios de sustancia blanca han sido algo contradictorios , pues poco comparables según cuales son los haces estudiados y la edad en que adquieren L2

• Los bilingues tiene valores FA mayores en CC que proyectan a fasciculo longitudinal IFOF y fasciculo uncinado


Segundo idioma


Segundo idioma

• Bilingues presentan ventajas en el control cognitivo: con mejor control de conflictos , mejor atención , inhibición de información irrelevante , y cambio de tareas . Esto se asocia a cambios de actividad neuronal en diferentes regiones, . Estas forman una red , donde el ACC es importante en monitorizar conflictos y la atención.


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