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C1 - D Fadel, LM Zieher - 7/2010

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Procesamiento sistémico de la información por el Sistema Nervioso Central

D

D Fadel, LM Zieher // Procesamiento sistémico de la información por el Sistema Nervioso Central aprendizaje construyó patrones de respuesta de mala adaptación por los mecanismos de plasticidad celular, como en el dolor neuropático, en la adicción a sustancias de abuso, en las diskinesias secundarias al tratamiento del Parkinson con L- dopa o las diskinesias secundarias al tratamiento de la psicosis con neurolépticos, probablemente no sea posible el desacople de estos mecanismos. La efectividad de una red dependerá de la influencia de los 3 niveles de procesamiento: los caminos intracelulares, los caminos sinápticos y los caminos neurales. Estos últimos pueden, a su vez, ser divididos en microcircuitos, circuitos locales y macrocircuitos. Nivel de neurocircuitos En 1949, Donald Hebb propuso que el desarrollo de los circuitos neurales estaban basados en lo que denominó “actividad correlacionada”, por la que al compartirse la señalización, se genera un vínculo intercelular. Hebb sostenía que la modificación sináptica es dependiente de la actividad. Si bien éste es un mecanismo casi condicionante de la actividad sináptica madura, hay otro mecanismo que influye en el refinamiento sináptico del cerebro maduro, a través de la competencia neuronal, por la cual, cuando unas sinapsis se afirman, otras se pierden en un mecanismo constante de remodelación. Para poder entender el mecanismo de competencia neuronal, tendremos que considerar que una neurona postsináptica (diana) debe establecer y mantener un nivel apropiado de excitación para poder responder a los distintos inputs, a través de una tasa de disparo correlacionada con el disparo neuronal presináptico. Una variabilidad en la respuesta puede provocar una restricción de inputs sinápticos dirigidos a la neurona postsináptica (diana). Sólo en el caso de que dos sinapsis coincidan en tiempo e intensidad del potencial de acción, podrán coexistir como fuente de estimulación a la neurona postsináptica. La pérdida de sinapsis no siempre debe ser entendida como un mecanismo patológico. En las enfermedades neurodegenerativas el estigma es la pérdida de la estructura por pérdida neuronal (proceso patológico), mientras que la modificación sinaptogénica remodela la estructura y es considerada un fenómeno de especialización del circuito. En el proceso de neurodesarrollo se verifica muerte neuronal programada por apoptosis sin constituir patología. La correspondencia del firing o disparo neuronal antes mencionado debe contemplar el aspecto temporal, donde la excitación neuronal presináptica no sólo debe preceder a la excitación postsináptica, sino que debe lograrse una buena integración en la red sináptica para permitir la neuromodulación necesaria. Esto se comprueba, por ejemplo, en la modulación gabaérgica sobre las neuronas glutamatérgicas a nivel de la corteza cerebral y constituye el balance excitatorio determinado por el timing de los potenciales pre y postsinápticos. Los inputs que hacen señal sobre neuronas postsinápticas con corta latencia o que actúan en grupos correlacionados, son capaces de competir más exitosamente y desarrollar sinapsis más firmes que aquellas sinapsis en las que hay un período de latencia mayor o inputs menos efectivos que finalmente se pierden. Experimentalmente se demostró que, cuando un músculo recibe estímulos repetidos por infusión de ACh y no recibe temporalmente la coestimulación coincidente de la motoneurona que lo inerva, la sinapsis de esta última no prospera. Solo lo hará cuando ambos estímulos coincidan temporalmente. El debilitamiento de la sinapsis EDITORIAL SCIENS 31

LM Zieher - MC Brió // Tratado de Psicofarmacología y Neurociencia, Volumen II, Trastornos depresivos. Parte I: Neurobiología y consideraciones diagnósticas de la fibra nerviosa implica que la terminal de la motoneurona libere menos neurotransmisor cuando se activa, generando un círculo de retroalimentación negativa. Redes neurales (networks) Las operaciones de un microcircuito son emergentes, por lo cual no puede establecerse una predicción desde el estudio en un solo nivel (celular, sináptico, etcétera) dado que las propiedades de la red son altamente dinámicas y cambian intensamente en tiempo y forma, bajo la influencia modulatoria de los inputs. Como se podrá verificar, los inputs no sólo cumplen una función de activar el funcionamiento de un microcircuito, sino que pueden influir y generar modificaciones en el output final, de acuerdo con la impronta que provoque sobre cada nivel y de acuerdo con el momento en el que interviene. El flujo de actividad dentro de una red es delimitado por su estado de actividad, el cual estará determinado por la conectividad funcional más que por la conectividad anatómica. Cuando se construyen conexiones sinápticas, estas forman redes neuronales complejas y no lineales de procesamiento de la señalización (Figura 1). Los circuitos formados podrán funcionar en serie y en paralelo, lo cual permite al cerebro diferenciar un rostro conocido de uno no conocido en 100-200 ms. Si bien una computadora posee chips de silicio y estos logran una mayor velocidad de procesamiento, la diferencia de velocidad a favor del cerebro radica en la malla de conectividad o neuropilo que posee por la cual aumenta su velocidad de procesamiento. - Un microcircuito neural consiste en un ensamblado de sinapsis organizado a través de patrones de conectividad, con dimensiones micrométricas (mm) y su velocidad de conducción es medida en milisegundos (ms). Se agrupan bajo la forma de subunidades dendríticas dentro del árbol dendrítico de cada neurona. Puede ser comparado a un chip de silicio artificial de un ensamble de transistores. - Para la integración y el armado de circuitos locales, con dimensión milimétrica (mm), se requieren neuronas que presenten iguales o diferentes propiedades, pudiendo generar operaciones que caracterizan a una localización cerebral determinada, sin que ello signifique considerar a este circuito local como aislado del resto. Simplemente, aportará su patrón a una red compleja, y su participación será decisiva pero nunca atomizada o aislada, dado que forma parte de las operaciones complejas. - Si los circuitos locales se integran a circuitos interregionales, se construyen macrocircuitos o caminos, columnas y mapas topográficos. Estos incluyen múltiples zonas localizadas en diferentes partes del cerebro, que está armado a partir de sus engramas representacionales, en mapas sensoriales, motores, auditivos, visuales, etcétera. En la integración de las redes neuronales, es indispensable un “ordenador”, que opera como un factor trófico, capaz de generar la estimulación de distintos caminos y hace posible que se integren las distintas señales para la ejecución de respuestas complejas. A su vez, dentro de estas redes se pueden diferenciar tres niveles de complejización. Un nivel de “entrada” (input), un nivel intermedio o escondido y un nivel de “salida” (output). Cada una de las distintas unidades del sistema (neuronas), a su vez, tiene distintos caminos intracelulares de procesamiento y recibe múltiples señales de entrada. Las unidades de funcionamiento (neuronas) se relacionan a través de sinapsis y éstas tienen distintos “pesos de conexión” que podrán ser modificados de 32

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