Tema 7 - Plasticitat Cerebral (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Psicología - 1º curso
Asignatura Psicofisiologia
Año del apunte 2015
Páginas 11
Fecha de subida 25/03/2016
Descargas 39
Subido por

Vista previa del texto

Psicofisio TODO 19.6.15 Laura Rodríguez Mesa TEMA 7. PLASTICITAT CEREBRAL La plasticitat cerebral és la modificació de qualsevol substrat neural com a resultat d’un canvi en les condicions ambientals (o experiències). Aquest fet pot ocórrer durant el curs del desenvolupament normal del cervell (pre/postnatal) o després d’algun tipus de lesió o malformació (sobretot si són focals, si són generals serà més difícil).
Aquesta modificació neural té una finalitat adaptativa: intenta adaptar el cervell al canvi ambiental i afavorir la supervivència, l’òptim desenvolupament de l’organisme en noves condicions ambientals.
És important considerar que el canvi a nivell del substrats es observable en molts graus, per exemple, podem observar canvis genètics ja que alguns gens s’expressaran o es deixaran d’expressar, i es desenvoluparan proteïnes. També a nivell neuroquímic, es produiran canvis en la neurotransmissió. A més, es produiran canvis anatòmics.
- Aquests canvis no són selectius a un determinat nivell de les estructures nervioses.
També és important la idea que la plasticitat és una característica del SN del cervell infantil, però també la veiem en adults, de forma que la plasticitat és intrínseca al cervell.
Hi ha diferències importants en la plasticitat nens/adults: - En el nen la plasticitat produirà l’ensemblatge, l’organització del SN característic d’un organisme de la seva espècie.
En adults la plasticitat permetrà el manteniment de la capacitat per nous aprenentatges. Ja tenim el cervell típic de la nostra espècie i després la plasticitat permet mantenir la possibilitat d’assolir nous aprenentatges.
Els mecanismes per la plasticitat en adults i en nens és diferent. Podríem considerar que en l’organització del cervell interactuen tres tipus de processos controlats de diferent manera: 1) Processos controlats per la pròpia dotació genètica de l’individu (gene-driven processes) L’organització del cervell dependrà de la dotació genètica de l’individu. Aquests processos promouen el desenvolupament bàsic del cervell.
- És genètic guiar la migració de les neurones, començar a orientar les connexions sinàptiques, determinar les funcions de les neurones...
- Per protegir el desenvolupament inicial del cervell, aquesta organització bàsica és relativament insensible a l’experiència: les senyals de l’entorn no tindran pes.
- Aquesta insensibilitat és útil en el sentit que, si els efectes de l’ambient sobre l’embriogènesi són mínims, això afavoreix la formació del subjecte.
- L’insensibilitat també té contres: és perjudicial en el sentit que, en el cas d’una malaltia genètica, el desenvolupament cerebral seguirà una via poc adaptativa i és molt resistent a qualsevol intervenció terapèutica que hi pugui fer.
2) Sobre la base genètica, actuarà l’experiència habitual, esperada per a tots els subjectes (experience-expectant processes) Aquests processos corresponen als anomenats períodes sensibles o crítics. Un període crític és un estadi del desenvolupament en què les neurones seleccionen el seu repertori de connexions entre una àmplia gamma de possibilitats. Després del període crític les neurones Todos los derechos reservados Unybook Worldwide S.L. © unybook.com 76 Psicofisio TODO 19.6.15 Laura Rodríguez Mesa seràn especialment sensibles a una determinada classe d’estímuls ambientals (aquests estímuls actuen ‘’podant’’ (pruning) la inicial superabundància de sinapsis d’aquelles neurones).
Com produeixen els estímuls ambientals aquest efecte? S’estableixen interaccions competitives entre les diferents possibles sinapsis. És a dir, aquelles sinapsis poc o gens utilitzades seran eliminades, mentre que les més utilitzades seran, poc a poc, selectivament conservades.
És important esmentar que el periode crític també ha de coincidir amb l’arribada d’una determinada modalitat d’informació sensorial. És a dir, tot això ha de coincidir en un determinat moment temporal: el període crític (tant l’expressió del programa genètic com l’arribada de nous estímuls).
Al final, queda definit un patró de connexions neurals que és el normalment esperat per aquella espècie amb la interacció del programa genètic i amb l’arribada d’una modalitat d’informació específica en un marc temporal determinat (3 components necessaris: temps, gens i modalitats sensorials). Si modifiquem qualsevol d’aquests components, es produiran diversos tipus d’alteració en el patró de connexions. Aquestes modificacions produiran conseqüències irreversibles, ja que si per exemple em exclòs la modalitat sensorial durant el període crític, un cop el període crític hagi passat ja no es podrà tornar a enrere.
3) Experiència particular de cada subjecte/experiència novedosa (experience-dependent processes) Fa referència als estímuls específics d’un individu concret. Cada individu segueix diferents entorns amb característiques específiques (diferents patrons de vida). Per tant, el cervell de cadascú rep unes estimulacions específiques que l’amotllen de manera singular.
Aquests processos no són com l’anterior (no depenen de que hi hagi una modalitat sensorial o un marc temporal rigurós) sinó que en qualsevol moment i amb qualsevol senyal ja és suficient.
Els nous aprenentatges per una part mantenen en bones condicions al cervell i per una altre, ens són molt útils perquè al llarg de la vida el cervell pugui rebre danys, modificant el funcionament. Si a través de l’aprenentatge podem adquirir noves maneres d’actuar (cura pal·liativa) podem pal·liar possibles danys que pugui tenir el cervell.
El mecanisme a través del qual es produeix l’aprenentatge és afavorint les connexions entre diferents neurones (aprenentatge = formes noves de connexions entre les neurones, les xarxes un cop formades suporten l’aprenentatge consolidat) MODIFICACIONS CEREBRALS ESTRUCTURALS Y FUNCIONALS Un gran número d’estudis demostren que l’influència ambiental provoca canvis en el cervell i el comportament, canvis adaptatius en el context d’aquella experiència. Considerarem els canvis estructurals, produïts per l’exposició dels subjectes a entorns enriquits (gàbies més grans, més joguines...) Estudis en animals Sinapsis - Major nombre de sinapsis per neurona, el que implica xarxes neurals més complexes i major eficàcia comunicativa.
Todos los derechos reservados Unybook Worldwide S.L. © unybook.com 77 Psicofisio TODO 19.6.15 Laura Rodríguez Mesa Així, les rates exposades a entorn enriquits (CE) durant 30-60 dies mostren més sinapsis per neurona en el seu còrtex visual si les comparem amb rates de la mateixa edat posades durant aquest temps en gàbies habituals (IC).
Aquest augment del nombre de sinapsis va més enllà de l’exposició a CE, és a dir, les rates adultes exposades a CE durant 30 dies i posades després en IC durant 30 dies mostraven persistència d’aquest nombre major de sinapsis.
Com es veu en el gràfic, les rates en IC durant 60 dies mostren menor nombre de sinapsis si les comparem amb rates posades 60 dies en CE, i inclús rates posades en CI durant 30 dies i col·locades després en CE durant 30 dies. També amb la seqüència inversa (CE durant 30 dies i IC durant 30 dies).
Aquest augment del nombre de sinapsis observat en CE no és simplement una conseqüència d’un major nivell d’activitat física per parts dels animals, sinó que es degut a un procés d’aprenentatge.
Per estudiar el fet de si era només per l’activitat física es va fer un altre disseny experimental en el qual hi havia dos grups de rates adults: un que s’entrenava per fer un aprenentatge motor acrobàtic i un altre que se’ls permetia realitzar exercici lliurement (aprenentatge mínim).
RESULTATS: - - Les rates sotmeses a l’aprenentatge acrobàtic tenen significativament major número de sinapsis que aquelles que només feien exercici físic (grup control motor) El fet de tenir major número de sinapsis apareix en qualsevol condició: early (10 dies d’aprenentatge acrobàtic), continuos (38 dies en les dues condicions) i delay (aprenentatge i exercici durant 10 dies i després s’interromp durant 28 dies).
En totes les condicions, continua havent un nombre major de sinapsis que en el grup control.
Todos los derechos reservados Unybook Worldwide S.L. © unybook.com 78 Psicofisio TODO - 19.6.15 Laura Rodríguez Mesa En sacrificar els animals es fa anàlisi histològic del cervell: o A nivell presinàptic dels botons, més vesícules.
o A nivell postsinàptic, major arborització, més densitat de dendrites, més espines i més expressió dels receptors.
CONCLUSIONS: l’augment de les sinapsis és causada per l’aprenentatge i no només per l’exercici físic. Llavors, no podem modificar les neurones, només el nombre de sinapsis? El segon tipus d’estudi es va centrar en les neurones.
Neurones Fins fa poc es pensava que la neurogénesi només tenia lloc en l’etapa prenatal i no en el cervell adult. Estudis de 1998 van dir que, en els humans adults, hi havia neurogénesi en l’hipocamp (cèl·lules granulars de la circumvolució dentada). Aquest fet es relacionava amb determinades influències ambientals, com per exemple, ambients enriquits i processos d’aprenentatge.
Es va començar a pensar que aquestes neurones noves de l’hipocamp estarien relacionades amb la possibilitat de nous aprenentatges depenents de l’hipocamp. Poc a poc, hem vist que l’efecte de l’aprenentatge no és generar neurones sinó augmentar la supervivència de les noves neurones generades. Llavors, com generem noves neurones? Es va obrir una via d’estudi molt discutida, relacionada amb la possible aparició de noves neurones al neocòrtex de primats adults. El problema és que no existeixen tècniques suficientment sensibles i fiables per fer el recompte dels petitíssims augments de neurones en el neocòrtex (són poques i no tenim manera de mesurar-les) Oligodendròcits i la seva mielinització axonal Els oligodendròcits són cèl·lules glials que sostenen i uneixen, però també formen la baina de mielina en el SNC.
S’ha observat que el cos callós de rates adultes situades en CE conté major nombre d’axones mielinitzats i aquests persisteixen un més després de que l’animal hagi sigut retirat de CE.
Una major mielinització implica una major velocitat de conducció de la senyal, és a dir, una major velocitat de resposta en la realització d’una tasca.
Astròcits Els astròcits són cèl·lules glials del SNC. Tenen diverses funcions, entre elles suport tròfic i metabòlic de les neurones, manteniment de l’espai extracel·lular o la formació de la barrera hematoencefàlica.
Donat que els astrocits, entre d’altres funcions, actuen com a moduladors a nivell de sinapsis, poden influir en l’activitat neural facilitant-la o dificultant-la. És a dir, la plasticitat dels astròcits combinada amb la plasticitat de les neurones tindria un paper crucial en els processo d’aprenentatge.
Tot i així, els canvis observats en els astròcits semblen disminuir quan acaba l’estimulació generadora d’aprenentatge.
Els canvis en els astròcits poden ser necessaris per induir, però no per mantenir els canvis adaptatius en les connexions cerebrals.
Todos los derechos reservados Unybook Worldwide S.L. © unybook.com 79 Psicofisio TODO 19.6.15 Laura Rodríguez Mesa Vasos sanguinis cerebrals S’ha observat que les rates criades en EC tenen capil·lars amb major diàmetre i més ramificats en el seu còrtex visual, que aquelles en IC.
En macacs s’ha estudiat l’interacció de les influències degudes amb exercici físic i l’edat del subjecte, sobre la vascularització cerebral: Com observem al gràfic, hi ha un augment significatiu del volum capil·lar al còrtex motor primari dels macacs més grans (15-17 anys) respecte als joves (10-12 anys).
Probablement les modificacions vasculars cerebrals observades en l’exercici responen a necessitats metabòliques urgents i molt dependents de l’activitat que es duu a terme. Això explicaria la magnitud dels canvis produïts i la seva duració, molt vinculada a la de l’activitat que suporten.
- Els canvis que origina l’exercici físic sobre la vascularització cerebral són de curta duració en subjectes adults grans. Són modificacions vasculars cerebrals urgents no dependents de l’activitat que es duu a terme, per complir les exigències metabòliques.
Estudis en humans Quan es va tenir accés a tècniques suficientment fines, es van poder observar els canvis estructurals en cervells humans mitjançant ressonància magnètica.
Músics professionals Han sigut estudiats perquè tocar un instrument musical és una taxa complexa que requereix la integració simultània d’informacions sensoriomotores. Al mateix temps, es necessiten mecanismes de feedback continuus per controlar la precisió, l’exactitud de l’execució realitzada.
- S’ha observat que els músics que toquen instruments de corda tenen una representació dels dits de la mà esquerre a l’escorça somestèsica contralateral major que els grups control no músics.
No volem dir que els subjectes siguin esquerrans, però en els instruments de corda la mà que fa les pulsacions de precisió és l’esquerra.
o No només hi ha una major representació de la mà esquerre, sinó que l’extensió de la representació cortical correlaciona amb l’edat en què van començar a tocar.
 A més edat que es comença a tocar, la magnitud de la representació va decaient.
Todos los derechos reservados Unybook Worldwide S.L. © unybook.com 80 Psicofisio TODO - 19.6.15 Laura Rodríguez Mesa Si es tracta de músics que utilitzen per igual les dues mans (teclats), s’observa que la modificació a l’escorça és bilateral. Les zones en què s’han observat canvis a nivell de major volum de substància gris: o Circumvolució precentral: escorça motora o Circumvolució de Heshl: escorça auditiva primària o Còrtex parietal superior: zona d’integració espacial, on la informació sigui visual, auditiva...
Taxistes de Londres Van escollir aquests subjectes perquè són persones amb gran experiència circulant a través d’una gran ciutat. Van fer coses molt curioses en aquest estudi: - - - - Elecció del grup control: van escollir conductors d’autobusos. Tots han passat molt temps circulant però els taxistes segueixen circuits variables i els d’autobusos fixes. Es va observar: o En el cas dels taxistes, l’hipocamp posterior presentava major quantitat de substància gris.
o A més, la mida de l’hipocamp posterior dret correlacionava de forma positiva amb el temps que portaven exercint la professió o En canvi, si ens centrem en l’hipocamp anterior, els taxistes tenen menor quantitat de substància gris que els conductors de bus.
Es creu que la part posterior de l’hipocamp es relaciona amb la capacitat d’utilitzar eficaçment informació ja adquirida. Com l’efecte major es trobava en l’hemisferi dret, sigui possiblement informació visuoespacial (reconèixer llocs, calcular distàncies...).
En quant a l’hipocamp anterior, es creu que es relaciona més amb la capacitat d’adquirir nova informació, sobretot visuoespacial. Se’ls passava un test on havien d’aprendre informació visuoespacial nova i reproduir-la. Ho feien millor els buseros que els taxites.
L’hipocamp és el guia per saber on hem d’anar a buscar la informació que ja hem adquirit.
En qualsevol cas, hi ha un problema, els subjectes van ser escollits perquè eren especialment hàbils en una conducta. Llavors es van fer estudis amb subjectes inexperts: Subjectes que van aprendre activitats malabars A un grup l’entrenaven a fer el joc malabar de les tres boles i l’altre no tenia entrenaments. Abans de fer l’experiment sotmeten als dos grups a un examen mitjançant ressonància magnètica Todos los derechos reservados Unybook Worldwide S.L. © unybook.com 81 Psicofisio TODO 19.6.15 Laura Rodríguez Mesa estructural i s’observa que no hi ha diferències entre els dos grups. Passats tres mesos es tornen a fer les ressonàncies: - - El grup entrenat mostrava una certa habilitat malabar i quan es va fer la RM es va veure un augment significatiu de la substància gris en zones dels lòbuls temporals i parietal posterior (relacionades amb el moviment i la memòria).
Els subjectes no entrenats no experimentaven cap canvi en el seu cervell.
Després, s’interromp l’entrenament dels subjectes i es passen 3 mesos sense entrenar. A continuació fan una altre RM: - L’augment en substància gris observada anteriorment en el grup entrenat havia disminuït, així com l’habilitat malabar dels individus.
És a dir, els canvis cerebrals semblen ser temporals, posteriors a l’entrenament i molt dependents de l’activitat que desenvolupi l’individu. A més, quan deixes de necessitar o aplicar l’activitat, les connexions de les neurones formadores dels circuits es debiliten.
Exercici físic L’activitat física millora el funcionament cognitiu? Es van plantejar l’exercici físic en funció de les funcions cognitives (exercici aeròbic d’intensitat mitjana/baixa i de llarga duració).
El problema es va plantejar inicialment sobre si aquest tipus d’exercici dintre dels programes escolars influenciava a la resta d’assignatures. Si suposem nens en escoles, sabem que el temps dedicat en activitat física no interfereix en el rendiment acadèmic i pot tenir una relació positiva amb el rendiment acadèmic.
A les ordenades tenim proves en matemàtiques i llengües i en les abscisses un aprova que ens permet mesurar la resistència aeròbica del subjecte.
Mesurem la resistència cardiovascular i la correlacionem amb el seu rendiment. Observem que: - En els dos cassos tenim una correlació positiva entre l’exercici i el rendiment en aquestes proves.
Todos los derechos reservados Unybook Worldwide S.L. © unybook.com 82 Psicofisio TODO 19.6.15 Laura Rodríguez Mesa La segona via d’interès es centra en adults. A la columna vermella tenim subjectes ancians que fan algun exercici físic aeròbic i en blau sedentaris (grup control).
S’observa que l’activitat física té una repercussió positiva sobre diferents tipus de tasques cognitives. L’efecte màxim era en el cas de les funcions executives (depenen de l’escorça prefrontal) Dieta Clàssicament, el menjar s’ha considerat com un medi per la nutrició de l’organisme. Recentment, estem començant a reconèixer que el menjar té implicacions sobre el funcionament cerebral, ja sigui mitjançant circuits nerviosos o amb l’alliberació de pèptids intestinals que passen a la sang i van al cervell.
El 90-95% de la serotonina es genera a l’intestí i repercuteix sobre el cervell. Ens centrarem en dos aspectes de la dieta: Efecte d’una moderada restricció calòrica Tenim estudiants adults sans i sedentaris i els tenim 6 mesos amb una dieta amb un cert grau de restricció calòrica. Al cap d’uns mesos veiem: - Descens de la temperatura corporal Disminució en el nombre de mutacions danyines en el DNA Aspectes que tenen en compte amb l’estat beneficiós de l’individu En un estudi amb dones menopàusiques que van estar 3 messos amb una dieta de restricció calòrica es va observar un augment en memòria verbal. Aquest augment de la memòria verbal correlaciona amb la disminució dels nivells plasmàtics d’insulina en el dejú.
Todos los derechos reservados Unybook Worldwide S.L. © unybook.com 83 Psicofisio TODO 19.6.15 Laura Rodríguez Mesa La insulina essencialment serveix per que la glucosa de la sang pugui travessar la membrana i sigui utilitzada a efectes metabòlics, exceptuant les neurones que no necessiten insulina per captar glucosa.
Sembla que en situació de dejú en què hi ha poca glucosa, aquestes neurones relacionades amb la memòria verbal són més eficaces en utilitzar glucosa.
Importància del consum d’àcids grassos poliinsaturats Els àcids grassos poliinsaturats són components de la nostra reserva lipídica. La majoria d’AG poden ser sintetitzats al cos, però manquem de les proteïnes necessàries per crear omega 6 i omega 3 (els hem d’ingerir de la dieta).
Aquests dos poliinsaturats són interessants perquè les neurones són especialment riques en ells.
No hi ha molts estudis, però un del 2012 confirma de forma repetida que els subjectes amb demència presenten nivells plasmàtics més baixos d’omega 3 (és una correlació  això no vol dir que nivells baixos d’omega 3 impliquin que apareixi demència).
Educació rebuda L’educació és un factor molt més estudiat ja que un nivell baix d’educació apareix repetidament associat a un risc alt de desenvolupar l’enfermetat d’Alzheimer o altres tipus de demència.
Inversament, en els subjectes amb més de 8 anys d’escolarització s’ha descrit un menor risc d’aparició d’Alzheimer.
Sabem a més que, terminats els anys de formació educativa, la participació en activitats intel·lectualment exigents exerceix un efecte protector sobre el cervell retrassant el deteriorament cognitiu associat a l’edat.
Es cert que en aquestes relacions esmentades intervenen conjuntament i acoplant-se diversos factors. Així, una menor educació pot relacionar-se amb un treball de perfil baix, un sou baix, pitjor allotjament, dieta més pobre, menors activitats socials... tot això pot tenir repercussions desfavorables sobre les funciones cognitives de l’individu.
Todos los derechos reservados Unybook Worldwide S.L. © unybook.com 84 Psicofisio TODO 19.6.15 Laura Rodríguez Mesa Però, en qualsevol cas, la influència combinada de factors que promouen un nivell més alt d’activitat mental i física, una major interacció social... Fa que augmenti i es mantingui per més temps l’integritat de les connexions nervioses i amb això, les seves possibilitats funcionals.
LA RESERVA COGNITIVA La reserva cerebral és la capacitat del cervell per afrontar els canvis cerebrals produïts per l’envelliment normal o per un procés neuropatològic, que contribueix a disminuir les seves manifestacions clíniques. Segons la teoria de la reserva, aquesta modula la relació entre les lesions cerebrals i les seves manifestacions clíniques, limitant l’impacte negatiu d’aquestes lesions en l’àrea cognitiva.
És a dir, la reserva cerebral o cognitiva és la major o menor capacitat del cervell adult per tolerar certa quantitat de danys (lesions) sense que apareixin símptomes clínics.
La reserva cerebral deriva de variables com tamany cerebral o nombre de neurones i sinapsis. La capacitat de reserva pot produir que es prolonguin estats preclínics en els processos de predemència i demència.
L’organització anatòmica i funcional del cervell està en certa mida genéticament determinada, però com em vist, també influïda per factors socio-ambientals com l’estil de vida, la qualitat de l’alimentació, el nivell educatiu, l’activitat laboral...
Exemple amb la malaltia d’Alzheimer A les abscisses tenim el progrés de la malaltia i a les ordenades un indicador del funcionament cognitiu del rendiment en una prova de memòria.
Hi ha un grup de subjectes als quals els donem un tests exhaustius sobre la qualitat de vida, on alguns factors repercutiran favorablement i d’altres no. Aquests factors ens donaran un sumatori, a partir del qual classificarem als subjectes en una baixa reserva cognitiva o en una alta.
La patologia de l’Alzheimer comença a desenvolupar-se al cervell molt abans que la malaltia manifesti les primeres presentacions clíniques. Arriba un moment (punt d’inflexió) en què comença a haver-hi manifestació clínica però encara no sabem què passa.
Si el deteriorament va avançant i es fa més sever, arribarà un moment en que les manifestacions cognitives assoliran un determinat valor crític, en què ja podrem fer un diagnòstic clínic clar per predir la demència.
Fixem-nos que els dos grups són molt diferents: els d’alta reserva tenen molta més patologia en el moment del diagnòstic. Això vol dir que els subjectes de major reserva han pogut aguantar als seus cervells més dany abans que aquest s’expressi clínicament (han passat estadis preclínics amb major qualitat de vida).
Todos los derechos reservados Unybook Worldwide S.L. © unybook.com 85 Psicofisio TODO 19.6.15 Laura Rodríguez Mesa El pendent dels dos grups és molt diferent: un cop diagnosticada la malaltia, els subjectes amb major reserva mostren un deteriorament cognitiu més ràpid (el seu cervell estava molt danyat).
- Els de major reserva cognitiva tenen un dany anatòmic més greu.
Aquest descobriment va produir que es fessin molt estudis, entre ells aquest de 2012: - - Es va fer en pacients amb el mateix grau d’afectació clínica però diferents anys d’educació formal rebuda.
Els de dalt han fet estudis universitaris, els del mig han acabat secundària i els de baix no han pogut acabar els estudis secundaris.
Mirem el cervell amb un PET i estudiem el flux sanguini del cervell (indicador de dany cerebral).
L’expressió del flux sanguini es fa a través de colors: els nivells més baixos de blau són indicadors de menor flux sanguini i va augmentant fins arribar al taronja o vermell, en què hi ha major flux sanguini.
Veiem que: - El grup universitari té una clara zona temporoparietal danyada, menys flux sanguini.
Relació inversa: més anys d’educació formal, menys flux sanguini al cervell, més dany.
El que veiem és que els cervells universitaris tenen major reserva cognitiva.
Es planteja la reserva cognitiva com un procés que retrassa l’aparició de les malalties neurodegeneratives.
Todos los derechos reservados Unybook Worldwide S.L. © unybook.com Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) 86 ...