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Teoria del cerebro: plasticidad neuronal programada Luis Barbeito Institut Pasteur Montevideo barbeito@pasteur.edu.uy

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Theory of Mind* (Teora de la mente) vs Brain theory (Teora del cerebro) Capacidad de atrinuir un estado mental a la fisiologa del cerebro. La mente no puee ser observable, por tanto es teora. Premack, D. G.; Woodruff, G. (1978)., Baron-Cohen, S. (1991).

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Plasticidad programada Construccin del cerebro Hormonas sexuales Neurognesis del adulto Efecto del ejercicio fsico Regulacin epigentica Clulas gliales

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Plasticidad sinptica

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La construccin de cerebro

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Darwinismo neuronal y sinptico G. Edelman, 1990

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Nacimiento 7 aos15 aos El capital neuronal y el desarrollo de conexiones neuronales

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Mielinizacin de axones

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Efecto del medio ambiente Deficit nutricional de hierro Epigentica del maternaje Epigentica de la pobreza

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Hierro y cerebro El hierro es esencial para el desarrollo del cerebro: Por sus acciones en la respiracin y bioenergtica celular. Por su funcin como co-factor en la sntesis de neurotransmisores. Por su accin en la sntesis de mielina. Los daos son irreversibles !!

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Iron Deficiency in Infancy and Neurocognitive Functioning at 19 Years: Evidence of Long-Term Deficits in Executive Function and Recognition Memory Betsy Lozoff, M.D. et al Nutr Neurosci. 2010 April ; 13(2): 5470. RESULTADOS: Aquellos jvenes que sufrieron deficiencia de hierro en la infancia, mostraron defectos en funciones cognitivas y ejecutivas motoras que involucran el hipocampo y los ganglios basales.

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NE, 5-HT & Dopamine

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Nature Reviews Neuroscience 11, 651-659 (2010) | El desarrollo del sistema nervioso humano ocurre en un contexto social y econmico. Por lo tanto, el status socioeconmico en la infancia influencia el desarrollo cerebral. Los sistemas ms afectados son los subyacentes al lenguaje y funciones ejecutivas.

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El ecosistema del desarrollo perinatal Alcoholismo u drogas durante el embarazo Nutricin Apoyo parental (maternaje) Exposicin a agentes infecciosos y toxinas Estrs (status socioeconmico)

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El ecosistema del desarrollo perinatal-2 Alcoholismo u drogas durante el embarazo Nutricin (ejemplo del hierro) Apoyo parental (maternaje) Exposicin a agentes infecciosos y toxinas Estrs (status socioeconmico)

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Neuroscience and social deprivation Poverty passes from generation to generation is now becoming clearer. The answer lies in the effect of stress on two particular parts of the brain Abril, 2009

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Pobreza en infancia y capacidad de memoria en la edad adulta

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Death Rates in 1986 among Persons 25- 64 Years Old in Selected Education and Income Groups According to Race and Sex. ________________________________________________________ GroupWhiteBlack Men WomenMenWomen deaths per 1000 Education- yr Completed School 0-11 7.6 3.4 13.4 6.2 12 4.3 2.5 8.0 3.9 College 1-3 4.3 2.1 5.0 3.2 42.81.86.02.2 Income-$ 25,0002.41.63.62.3 ______________________________________________________________________________________ Pappas, G., Queen, S., Hadden, W., and Fisher, G. The increasing disparity in mortality between socioeconomic groups in the United States, 1960 and 1986. N. Engl. J Med. 329, 103-109, 1993.

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o En el periodo de construccin del cerebro se sientan los cimientos biolgicos del SNC. o En este periodo hay una mxima vulnerabilidad (falta de nutrientes, txicos ambientales o alimentarios, infecciones, etc?) o Determinismo epigentico y sinptico en los perodos crticos del desarrollo. o Las secuelas son de larga duracin, muchas veces irreversibles. o Herencia no genmica de rasgos de personalidad (transmisin transgeneracional). o El estrs fsico y psquico de tipo crnico aparece como el denominador comn en alteraciones del desarrollo postnatal del SNC. Conclusiones 1

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Plasticidad programada y hormonas sexuales

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Sexo y desarrollo del cerebro XY Testculos en desarrollo (>4ta semana) Testosterona Seleccin neuronal y sinptica Dimorfismo cerebral

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Masculino Ncleos discretos del rea pre-ptica (hipotlamo) Mayor trofismo neuronal en regiones corticales Femenino Mayor cantidad de fibras comisurales (cuerpo calloso) Maduracin global ms rpida

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Poda de sinpsis en la pubertad Inducida por el aumento de las hormonas circulantes Remodelacin sinptica Alteracin de conducta y capacidades cognitivas Vulnerabilidad

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Atractor catico: caracterizado por espontaneidad, no- linealidad y no-predecibilidad Sistema controlado (auto-ajuste): respuestas organizadas, estado adaptativo, auto-conciencia y auto-control. Transicin de la adolescencia

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Plasticidad programada y neurognesis postnatal

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NEUROGENESIS en el desarrollo y en el adulto

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CONDICION DE ESTRS ATROFIA DE DENDRITAS APICALES EN CEL. PIRAMIDALES MUERTE DE NEURONAS INHIBICION DE NEUROGENESIS Mc Ewen BS Neuropharmacology 22:108-124, 2000

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Lnea GLIALLnea NEURAL Gluco-corticoides, NMDA, Radiacin, Estrs Muerte celular Clula madre o progenitora FGF-2 5HT EJERCICO DAO Neurotrofinas Ambiente Ejercicio

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Thalamus Sensory Information Sensory Cortices Amygdala Somatic NS Autonomic NS Endocrine Hippocampus Pre-frontal Cortex

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El estrs y atrofia/muerte de neuronas

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Plasticidad y clulas gliales

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Gap junctions between neighbouring astrocytes determine a syncytium that allows difussion of different molecules, K+ buffering and glucose transportation

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ALTERACIONES VASCULARES Y METABOLICAS

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Astrocytes and the tripartite synapsis

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Astrocytes Control Breathing Through pH-Dependent Release of ATP Gourine et al SCIENCE VOL 329 30 JULY 2010 Astrocytes residing near the VS are exquisitely pH-sensitive. Exocytotic release of ATP propagates pH-induced Ca2+ excitation among VS astrocytes.

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Teora GLIAL Alteraci n de los mecanismos de regenerativos: Reclutamiento de nuevos tipos celulares de clulas gliales (fenotipos aberrantes) Posibilidad de intervenci n terap utica en c lulas gliales (antioxidantes, f rmacos mitocondriales, moduladores inflamatorios) Perspectivas de terapia celular & g nica

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Stress or damage Resolution Hypothesis of a phenotypic transition to aberrant astrocytes Normal conditions

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Hypothesis of a phenotypic transition to aberrant astrocytes Aging, genetic vulnerability Neuronal death Disease progression Stress or damage Neurodegeneration Phenotypic Transition to AbAs AbAs

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AbA cells

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Conclusiones