El documento resume los conceptos clave de la neuroplasticidad. Explica que la neuroplasticidad permite modificar circuitos neuronales mediante experiencias, con cambios en pensamientos y comportamientos. También describe tres beneficios principales de la neuroplasticidad: 1) es necesaria para el desarrollo postnatal, 2) permite adaptarse a nuevas demandas, y 3) puede compensar funciones perdidas reorganizando el sistema nervioso.

1. Neuroplasticidad Karla Noriega Jorge Pacheco Darío Villanueva

3. “… en los centros adultos las vías nerviosas son casi fijas, terminadas, inmutables. Todo puede morir, nada puede ser regenerado. Queda para la ciencia futura cambiar, si es posible, este severo decreto.” S. Ramon y Cajal, 1928

4. Neuroplasticidad Es la capacidad de modificar mediante la actividad neuronal generada por una experiencia circuitos neuronales con el cambio subsecuente de pensamientos, sensaciones y comportamientos. El sistema nervioso humano, a diferencia de otras especies animales, nace inmaduro . Esto es una ventaja ya que la organización y función de este sistema puede ser controlado dependiendo de los inputs del ambiente.

5. Esquema general de la plasticidad neuronal

6. Beneficios de la neuroplasticidad Es necesaria para el desarrollo neural postnatal Permite que el sistema nervioso se adapte a nuevas demandas Puede compensar o reorganizar el sistema nervioso para reemplazar funciones perdidas

8. 1. Desarrollo postnatal El desarrollo postnatal normal del sistema nervioso es una expresión programada de la plasticidad neuronal que puede ser afectada externamente por eventos tales como cambios en las demandas del ambiente o inputs sensoriales, e internamente por medio de la actividad intelectual. La deprivación de inputs sensoriales causa cambios detectables en la función neuronal de la corteza sensorial cerebral. Errores en el desarrollo postnatal también puede causar anormalidades. La falla del bloqueo de sinapsis o poda inadecuada de neuronas puede jugar un rol en los desórdenes del desarrollo.

9. Estudio de Wiesel y Hubel

10. Estudio de Wiesel y Hubel

11. 2. Adaptación a las demandas cambiantes Durante la infancia temprana, y por un período crítico , los circuitos de la corteza cerebral poseen un estado de alta plasticidad que hace que puedan modificarse fácilmente. La adquisición de nuevas habilidades requiere de procesos externos activos. Principio “Usalo o piérdelo”

12. Neuroplasticidad en el ciclo vital

13. Neuroplasticidad en el ciclo vital

14. Períodos críticos de plasticidad cortical Ejemplos: Los niños con cataratas sufrirán ambliopía a menos que se operen antes de la pubertad. Los resultados de los implantes cocleares son mejores cuando la operación se realiza a edad temprana. La adquisición de un segundo lenguaje debe ser antes de la pubertad para adquirir una fluidez completa. Existe una mayor capacidad para recuperarse del trauma en la infancia.

15. 3. Compensación al daño e injuria Un ejemplo típico de la expresión de la plasticidad neuronal es la recuperación posterior a un AVE isquémico. La reorganización del SNC hace que otras partes tomen funciones pérdidas. Esta reorganización inducida por la injuria involucra el crecimiento de áreas corticales representativas de las estructuras corporales dañadas, lo cual provee el sustrato neuronal para la adaptación y recuperación de las habilidades motoras. También se ha visto que individuos que se adaptan a miembros artificiales inducen cambios plásticos en sus sistemas motores y propioceptivos.

16. Compensación al daño en un cerebro en desarrollo Existen “sistemas secundarios paralelos del cerebro”, estos corresponden al tracto vestibuloespinal, reticuloespinal, tectoespinal, rubroespinal y olivoespinal los cuales tienen mayor importancia en el período neonatal. La existencia de estas vías suplementarias hace posible su utilización en muchos casos en los que las vías fundamentales han sufrido una perturbación de cualquier tipo.

17. Compensación al daño en un cerebro en desarrollo El déficit funcional motor de los niños con PC muy temprana a desaparecido prácticamente a los 7 años en el 50% de los casos. En estos niños la lesión del tracto corticoespinal en un lado puede ser compensado por el tracto corticoespinal contralateral, ipsilateral a los músculos afectados.

18. Desventajas de la neuroplasticidad Diversos síntomas de enfermedades se han asociado a la neuroplasticidad: Dolor neuropático central Tinitus Espasmos Sincinesias El síndrome de miembro fantasma es un ejemplo claro de una anormalidad central que es referida como periférica.

19. Síndrome del miembro fantasma

20. Desventajas de la neuroplasticidad Las alteraciones incluyen: Cambios en el procesamiento de input sensoriales (distorsión de sonidos) Sensibilización central o periférica que lleva a una hipersensibilidad (hiperacusia e hiperalgesia) Redirección incorrecta de la información que puede ser causa de sincinesias, sinestesias o alodinia. Como mecanismo compensador a una pérdida motora se puede producir aumento del tono y los reflejos, cuando estos cambios son exagerados pueden producir espasticidad e hiperreflexia.

22. Mecanismos productores de plasticidad neuronal Deprivación de inputs sensoriales. Injurias en nervios sensoriales como trauma, inflamación, compresión o irritación. Estimulaciones sensoriales nuevas o sobreestimulación. Injurias sobre el SNC como AVC o TEC. Cambios morfológicos secundarios al envejecimiento o químicos.

23. Kindling Goddard demostró que la estimulación eléctrica subumbral repetida del núcleo amigdalino en las ratas altera su función comenzando a evocar actividad epiléptica espontánea después de 4 a 6 semanas de estimulación eléctrica. Este fenómeno se llamó kindling y está asociado a múltiples enfermedades (epilepsias, trastorno bipolar, etc)

24. Bases de la plasticidad neuronal Cambios (funcionales) en la eficacia sináptica, el extremo del cual sería desenmascarar las sinapsis durmientes o bien enmascarando las sinapsis eficientes. Reduciendo o modificando la síntesis de proteínas o las actividad de las proteinasas en neuronas. Creando nuevas conexiones anatómicas (brotes de axones y dendritas), eliminando las conexiones existentes o alterando la sinapsis morfologicamente. Eliminando células nerviosas (apoptosis).

25. Cambios funcionales Inputs a las células Activación presináptica Eficacia de la sinapsis Sensibilización Disponibilidad de neurotransmisores Síntesis de proteínas y actividad de las proteasas El balance entre inhibición y excitación del potencial de membrana en reposo

26. Inputs Cambios en los inputs pueden funcionalmente abrir o cerrar sinapsis. Impulsos repetidos en un pequeño intervalo de tiempo generan potenciales postsinápticos excitatorios (EPSP) de amplitud suficiente como para generar un potencial de acción.

27. Inputs

28. Activación presináptica Principio de Hebb “Neuronas que descargan juntas, se interconectan” Algunas sinapsis se hacen más eficientes luego de haber sido activadas. Neuronas que han sido estimuladas juntas establecen conexiones morfológicas que hacen más eficiente la sinapsis. Esto se hace aún más eficiente cuando las descargas se producen de forma sincrónica.

29. Activación presináptica

30. Eficacia de la sinapsis El fortalecimiento de la transmisión sináptica involucra cambios funcionales como aumento de la excitabilidad de los receptores sensoriales, disminución del umbral de transmisión sináptica en neuronas centrales o disminución de la inhibición. Existen en el sistema nervioso sinapsis enmascaradas debido a un alto umbral sináptico o a una muy poca eficacia de transmisión. Estas sinapsis pueden ser “abiertas”, haciéndose funcionales.

31. Alteraciones sinápticas Plasticidad sináptica a corto plazo: Aumento de la concentración de calcio facilita la neurotransmisión Liberación de mensajeros retrógrados (GABA, NO, BDNF, etc) Glías pueden regular el clearence de neurotransmisores Plasticidad sináptica a largo plazo Long term potentiation (LTP) Long term depression (LTD)

32. LTP y LTD

34. Eficacia de la sinapsis

35. Sensibilización La sensibilización puede ser periférica o central. La sensibilización a nivel de los nociceptores puede ser causada por una activación neuronal repetida, por la secreción de noradrenalina desde los nervios simpáticos, la presencia de distintas sustancias moduladoras (PGE2, bradikinina) y estímulos físicos (acidez, calor). La sensiblización central se observa en el asta dorsal la cual es estimulada por la colecistoquinina (CCK) e inhibida por el GABA y los opioides.

36. Sensibilización periférica

37. Sensibilización central

38. Disponibilidad de neurotransmisores La deprivación de inputs sensoriales pueden llevar a una disminución en la expresión del GABA (principal inhibidor del SNC). El aumento de la actividad puede causar el efecto contrario. En el caso del glutamato, la ketamina un antagonista no competitivo de éste, disminuye la plasticidad neuronal.

39. Síntesis de proteínas y de la actividad de las proteasas Las caspasas han sido implicadas en procesos neurodegenerativos producidos por apoptosis, también se ha sugerido que pueden influir en la plasticidad sináptica. Las neurotrofinas son proteínas que regulan la plasticidad sináptica. Su síntesis, secreción y acción está regulada por la actividad eléctrica del SN.

41. Cambios morfológicos Brotes o eliminación de axones o dendritas Formación, eliminación de sinapsis o cambios en el tamaño de las sinapsis. Apoptosis (muerte celular programada)

42. Brotes o eliminación de axones o dendritas

43. Alteraciones morfológicas secundarias a la deprivación sensorial

44. Cambios producidos por la plasticidad neuronal Activación de nuevas regiones cerebrales (re-wiring o re-routing). Re-mapeo del SNC

45. Re- routing

46. Re-mapeo Cambios en la representación neural puede ocurrir como respuesta a las demandas del medio. La extensión de áreas de respuesta ha sido demostrado en la corteza somatosensorial humana. Los cambios dinámicos pueden cristalizarse en cambios duraderos inducidos por la plasticidad inducida por el aprendizaje.

47. Re-mapeo

49. Rehabilitación La rehabilitación es el mejor método conocido para facilitar la expresión de la plasticidad neuronal.

50. Tratamiento de enfermedades secundarias a la neuroplasticidad Tratamiento de estimulación eléctrica (TENS) Terapia de re-entramiento en tinitus (TRT) Tratamiento de sincinesias por medio de ejercicio. Estimulación eléctrica de partes específicas del cerebro pueden acelerar la rehabilitación.

51. AVC procesos y objetivos terapeuticos.

53. Bibliografía Neural plasticity and disorders of the nervous system. Aege R. Moller. Cambridge University press 2006 Handbook of developmental cognitive neuroscience. Charles A. Nelson. Massachusetts Institute of technology 2001. Principles of neural science. Eric R. Kandel. Mc Graw Hill 2000

54. Bibliografía Developmental psychopathology. Vol. 2 Developmental Neuroscience. Dante Cicchetti, Donald Cohen. 2006 Brain of a white-collar worker. Lionel Feuillet. Lancet 2007; 370: 262 Mechanism of neural plasticity following brain injury. Tadeus Wielloch. Current opinion in neurobiology 2006. 16: 258-264.

55. Bibliografía Synaptic plasticity: multiple forms, functions and mechanisms. Ami Citri y Robert C. Malenka. Neuropsychopharma–chology reviews 2007 1-24 Períodos críticos de plasticidad cortical. B. Morales, C. Rozas. Rev. Neurología 2003; 37:739-743 Plasticidad neuronal funcional . S. Hernández-Muela. Rev. Neurología 2004; 38: 58-68

56. Bibliografía Neurogénesis en el cerebro adulto. O. Arias-Carrión Rev Neurol 2007 44: 541-550 Mecanismos celulares de neuroplasticidad. J. A. Bergado-Rosado. Rev. Neurología 2000; 31:1074-1095