Entender el cerebro. Un reto para el siglo XXI

El cerebro, una conquista evolutiva

Desarrollo de sistemas neurales de Protecci贸n (dolor) y de recompensa (placer) Para potenciar las conductas de supervivencia y reproducci贸n

Aproximaciones experimentales al estudio del cerebro: Reduccionistas y HolĂ­sticas

DeFelipe et al (2002)

El cerebro humano: ≈100.000.000.000 neuronas

Javier de Felipe: Bosque neuronal

Microscopía Electrónica

1 µm

500 nm Preparación original de Cajal Dibujo original de Cajal

Cortesía de J. Lerma

Neurotransmisor

Iones

1. El neurotransmisor se une al receptor

2. El canal se abre y fluyen los iones

Plasticidad‌.

Molécula Transmisora

Efecto

Localización

Acetilcolina (ACh)

-,+

SNC, unión neuromuscular

Serotonina 5-Hydroxytryptamina (5-HT)

-,+

SNC, otras células

GABA

-

SNC

Glutamato (Glu)

+

SNC

+,-

Médula Espinal

+

SNC, nervios simpáticos

Dopamina

+,-

SNC

Adenosina

+,-

SNC, nervios periféricos

ATP

+,-

Neuronas simpáticas, sensoriales

Oxido Nítrico (NO)

+,-

SNC, tracto gastrointestinal, corazón

Glicina (Gly) N o r a d r e n a l i n a (Norepinefrina)

Relación entre densidad de espinas dendríticas y retraso mental

Huttenlocher, 1999

Sindromes de Down, fragil X, Rett - Reducción en el número y longitud de las espinas - Anormalias morfológicas (espinas largas, finas, en forma de hongo) - ‘disgenesia de las espinas’ Purpura,1974

Courtesy of Ger Ramakers

Correlato funcional de la memoria, • La potenciación a largo plazo (LTP)

Formaci贸n de sinapsis durante el aprendizaje

Plasticidad sinรกptica y experiencia

El nĂşmero de espinas sinĂĄpticas en la corteza disminuye con el envejecimiento

41 years

84 years

Ruth Benavides-Piccione and Javier de Felipe, 2008

Cortex Frontal Las dendritas pueden estar o no en contacto con las placas Wt Tg Sin placas

Densidad de espinas (por Âľm)

Tg En contacto con placas 2,5 2 1,5 1 0,5 0

10

30

50

70

90

110

Distancia del soma ( Âľm) Ruth Benavides-Piccione and Javier de Felipe

Caracterización genética y molecular del cerebro

Waddington’s “Epigenetic Landscape”. PLoS Biology, 2007

Genes, morfologĂ­a del cerebro e inteligencia

DeterminaciĂłn genĂŠtica del cociente intelectual (VIQ/PIQ) y de la densidad de la red neural formada por la sustancia gris frontal, occipital y parahipocampica

Hulshoff Pol, H. E. et al. J. Neurosci. 2006;26:10235-10242

La patologĂ­a cerebral como mĂŠtodo de estudio del cerebro

Phineas P. Gage

Anomalías cerebrales asociadas a conductas antisociales A- Conducta sociopática Tramática B. Post-extirpación tumor hipofisario C. Pedofilia secuandaria a tumor D. Trauma orbitofrontal con cambio de personalidad no antisocial E. Intento de suicidio con una ballesta que eliminó la conducta antisocial previa Mobbs et al.2007

Correlaci贸n estructura-funci贸n: La imagen cerebral

Objetos (gyrus parahipoc谩mpico )

Caras (gyrus fusiforme)

Ă reas cerebrales implicadas en las conductas sociales

Meyer-Lindenberg A et al. PNAS 2006;103:6269-6274

PNAS

Š2006 by National Academy of Sciences

La interacci贸n cerebro-m谩quina

Meltzoff et al. Science 2009

Desafíos futuros PET MRI MRS Nivel Organo

Detección Monitoriza ción

GeneChips Proteómica MicroArrays In vivo

Respuestas Integradas y genética

Nivel de tejido

Interacciones celulares

Nivel celular y molecular

Receptores específicos

Nivel genético

Mutaciones genes/dianas farmacológicas

Fomentar las aproximaciones multidisciplinarias y la investigación traslacional para favorecer el paso de la genómica a la clínica y viceversa Cortesía de D. Mendlewicz

Carga sanitaria de las enfermedades siquiátricas • Aproximadamente el 20% de la población adulta de los Estados Unidos presentará un problema mental grave a lo largo de su vida.

• Esta cifra es mas alta si se incluye a niños y adolescentes.

• Una de cada cuatro familias tiene al menos un pariente que padece una enfermedad.

• De todas las enfermedades mentales, la depresión genera la mayor carga sanitaria.

33 millones de personas al año padecen depresión severa.

Mas de 100000 suicidios anuales por esta causa • Se subestima la carga sanitaria que representan las enfermedades siquiátricas The world health report 2001, WHO, Geneva

Enfermedades cerebrales

14%

Otras enfermedades

Prevalencia durante toda la vida de las enfermedades del S. Nervioso Central 4%

0.5%

0.8%

Parkinson

SDAT (Alzheimer)

1%

Schizophrenia

Bipolar Disorder

Major Depression

Control de los mecanismos cerebrales de la violencia

Control de las substancias de abuso

Fรกrmacos que modulen los estados emocionales

Edvard Munch

The dance of life

Valoraci贸n de la empat铆a emocional

CONDUCTA VIOLENTA:

Agresi贸n afectiva Agresi贸n predatoria

Determinaci贸n de la responsabilidad legal - Presencia de lesiones neurol贸gicas - Correspondencia entre da帽o cerebral y conducta antisocial - Simulaciones - Falsedades asociadas a un delito - Possibilidades de reincidencia

Detecci贸n de preferencias (Neuroeconom铆a)

Modulaci贸n externa de la actividad cerebral

Optimizaci贸n del aprendizaje y del desarrollo de la inteligencia

Meltzoff et al. Science 2009

El conocimiento del cerebro condicionarå la sociedad del futuro‌.

ยกMuchas gracias!

Cerebro de ratón adulto

Sin ejercicio en rueda Con ejercicio en rueda

H van Praag et al. 1999

Transplanted astrocytes (GDAs) derived from glial-restricted precursors cells Davies et al. J Biol., 2006; 2008

Meltzoff et al. Science 2009

Microscopía Electrónica

1 µm

500 nm Preparación original de Cajal Dibujo original de Cajal

Cortesía de J. Lerma

Consolidaci贸n de las memorias por el estr茅s

Modulaci贸n de la consolidaci贸n de la memoria por la emoci贸n