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92 - LM Zieher - Junio 2015

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Conectividad en el sistema nervioso central

Prof. Dr. Luis María

Prof. Dr. Luis María Zieher Introducción El conectoma es la descripción completa de las conexiones estructurales entre elementos de un sistema nervioso. Las “gráficas” son modelos simples de un sistema, basados en un conjunto de nodos (hubs) y márgenes o bordes (edges) que representan interacciones o conexiones entre nodos. La topología aplicada a una red, marca el patrón de dichas interconexiones, definidos en las relaciones de nodos y bordes. Los nodos pueden ser topológicamente importantes como nodos centrales o poseer grados variables de centralidad de acuerdo con el número de bordes o el grado de centralidad entre nodos. La robustez es el grado de resiliencia de una red para afrontar “lesiones”, como la remoción de nodos o bordes en sus propiedades topológicas. El SNC posee propiedades topológicas cuantificables: - Modularidad - Jerarquía - Centralidad - Distribución de los nodos (hubs) en la red - Conectividad de las redes neuronales configurada desde la conectividad interneuronal con sus neurotransmisores químicos, sus neuromoduladores y sus receptores a hormonas hasta la conectividad inter-regional. La teoría de gráficos nos indica que las redes cerebrales se componen de nodos (vértices) con elementos neurales (neuronas o regiones cerebrales) que son (Damasio) centros de convergencia y divergencia (entre ellos las neuronas en espejo), y bordes (edges) que representan conexiones físicas (sinápsis o proyecciones axonales). Las neuronas o regiones cercanas tienen más alta probabilidad de comunicarse. Las proyecciones axonales largas entre neuronas alejadas son menos probables y más costosas tanto en términos materiales (proteínas, organelas, etc.) como energéticos. Es por ello que a lo largo de la evolución se ha tratado de minimizar el volumen del cerebro y los volúmenes axonales, creándose así, los microcircuitos y las redes de pequeño mundo. Propiedades de pequeño mundo han sido caracterizadas en redes cerebrales de la formación reticular del tallo cerebral de los vertebrados. El conectoma humano solo se ha podido caracterizar en las escalas de las regiones cerebrales y en patrones de conexión entre módulos de redes y de la correlación entre módulos de redes y funcionalidad con el espesor de la corteza en vías córtico-corticales que exhiben propiedades de “pequeño mundo”. El procesamiento de información por el cerebro se basa en sistemas de redes (networks) que poseen propiedades estructurales y funcionales derivadas de su extrema complejidad. Al tratarse de sistemas complejos con propiedades dinámicas no lineares, las redes se autoorganizan permanentemente para adecuarse tanto a los procesamientos rápidos, como en el caso de las funciones cognitivas o ejecutivas, como a las más lentas, derivadas de la capacidad de generar cambios plásticos para adaptarse a las situaciones cambiantes de los entornos externos e internos. El estudio de la conectividad en el SNC se ha sistematizado por teorías de gráficas, modelos simples de un sistema, basados en conjuntos de nodos y márgenes o bordes que poseen propiedades de “pequeño mundo” (ni azarística, ni regular), de modo tal, que el conectoma se organiza en los pequeños volúmenes relativos del cerebro permitiendo una alta eficiencia a bajo costo dada la corta distancia entre nodos centrales que procesan gran cantidad de información. Las proyecciones largas entre regiones distantes del SNC si FIGURA 1 Topología aplicada a la red y distribución espacial Topología en trama Topología compleja Topología aleatoria Baja Costo Eficiencia Alta 8 // EDITORIAL SCIENS

Psicofarmacología 15:92, Junio 2015 bien eficaces en las funciones integradoras son costosas en estructura y metabolismo, y por ello, vulnerables tanto en el desarrollo como en patologías, como la enfermedad de Alzheimer, la esquizofrenia, la epilepsia, el ADHD la esclerosis múltiple, etc. Se conceptualiza al conectoma como fenotipo intermedio o endofenotipo con características heredables modificables en las distintas etapas de la vida, desde el desarrollo pre y perinatal hasta el envejecimiento a través de mecanismos epigenéticos. Correlación clínica La pregunta respecto a cómo una parte del SNC puede afectar otras regiones es muy antigua, desde la que proponían que los espíritus podían fluir a través de redes neurales interconectadas. Brown Sequard y Von Monakow describen la difusión de una función a zonas intactas provenientes de una zona dañada. Wernicke propone una teoría asociativa de la función cerebral en la que las funciones cognitivas superiores se originan a través de la asociación de vías múltiples donde se integran también múltiples sistemas neurales distribuidos en el espacio, y que trastornos como la afasia y la esquizofrenia eran el resultado de la ruptura de vías específicas de asociación. Los contemporáneos de Wernicke como Hughlings FIGURA 3 a Nodo (node) b Borde Módulo Motivo Nodo central (hub) “Club de ricos” FIGURA 2 a b DCG.L MTG.R PCUN.L MTG.L CAU.R SMA.R SFGdo.R SMA.L DCG.R PreCG.L MFG.L STG.R ITG.L MFG.R AMYG.R HIP.R PUT.L IFGtriang.R HIP.L IFGtriang.L AMYG.L SPG.L IFGoperc.L IPL.L MOG.R FFG.L PCUN.R Puntuación de nodos centrales 0 1 2 3 4 Nodos centrales - Nodo provincial - Nodo simple provincial - Módulo frontoparietal - Módulo posterior - Nodo conector - Nodo simple conector - Módulo central - Modo ventral prefrontal EDITORIAL SCIENS // 9

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