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Chapter 38 El Sistema Nervioso
Lecture Outlines by Gregory Ahearn, University of North Florida
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Estructuras y funciones de las células nerviosas El sistema nervioso tien dos tipos principales de células: – Neuronas, llamadas a menudo células nerviosas, que reciben, procesan y transmiten información – Glia, que asisten a la función de las neuronas al: –Proveer nutrientes –Regular la composición del fluido extracelular en el cerebro y la médula espinal –Modular la comunicación entre neuronas –Acelerar el movimiento de las señales eléctricas en las neuronas Biology: Life on Earth, 9e
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Estructuras y funciones de las células nerviosas Las funciones de las neuronas están localizadas en diferentes partes de la célula – Una neurona debe realizar cuatro funciones: –Recibir información desde el medio ambiente –Procesar la información y producir señales eléctricas –Conducir señales eléctricas en distancias hasta alcanzar la unión con otra célula –Transmitir información a otras neuronas, músculos o glándulas Biology: Life on Earth, 9e
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Estructuras y funciones de las células nerviosas – Las neuronas típicas tienen cuatro partes distintas que llevan a cabo esas funciones: –Dendritas –Soma (cuerpo celular) –Axón –Terminales sinápticas
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Estructuras y funciones de las células nerviosas Las dendritas responden a estímulos
– Las Dendritas son procesos ramificados y tienen la función de recibir la información – Sus ramificaciones dan un área grande para recibir información, desde el ambiente o de otras neuronas
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Estructuras y funciones de las células nerviosas Las dendritas responden a estímulos
– Las dendritas de la neuronas sensoriales responden a estímulos específicos, como presión, olor, luz, temperatura corporal, pH sanguíneo o la posición de una articulación – Las dendritas de las neuronas en el cerebro y la médula espinal responden usualmente a químicos, llamados neurotransmisores, que son liberados desde otras neuronas
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Estructuras y funciones de las células nerviosas El cuerpo celular procesa señales de las dendritas – Las señales eléctricas viajan por las dendritas y convergen en el soma, el cual integra la información y la procesa – Si las señales que llegan son suficientes, se produce una señal rápida y grande, llamada potencial de acción – El soma contiene organelas como el núcelo, retículo endoplásmico y aparato de Golgi, que sintetizan moléculas y coordinan el metabolismo
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Estructuras y funciones de las células nerviosas El axón es un fibra larga que se extiende hacia fuera del cuerpo celular. – En una neurona típica, el axón conduce los potenciales de acción desde el soma hacia las terminales sinápticas –Axones individuales pueden extenderse desde nuestra médula espinal a nuestros dedos del pie, alcanzando un metro –Los axones se encuentran típicamente empaquetados en nervios (como los alambres de un cable eléctrico) Biology: Life on Earth, 9e
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Estructuras y funciones de las células nerviosas En las sinapsis las señales son transmitidas de una neurona a otra – El sitio donde una neurona se comunica con otra célula se denomina sinapsis – Una sinapsis típica consta de: – La terminal sináptica, que es una abultamiento en la terminal del axón de la neurona transmisora – Una dendrita o soma de una neurona receptora, un músculo o una célula glandular – Una hendidura o espacio separando a las dos células
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Estructuras y funciones de las células nerviosas En las sinapsis,las señales se transmiten de una célula a otra – La mayoría de las terminales sinápticas contienen neurotransmisores que son liberados en respuesta a un potencial de acción que alcanza la terminal – La membrana plasmática de la neurona receptora tiene receptores que ligan al neurotransmisor y estimula la respuesta en la célula – Así, en la sinapsis la señal que sale de la primera célula se convierte en el estímulo de la segunda
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La Neurona 1 Terminales sinápticas: Transmiten señales desde otras neuronas
neurotransmisores dendrita Terminal sináptica receptores
2 Dendritas: Reciben señales desde otras neuronas 3 Soma: Integra señales; cordina las actividades metabólicas de la neurona 4 Un potencial de acción comienza aquí 5 Axón: Conduce el potencial de acción 6 Terminales Sinápticas: Transmiten señales a otras neuronas
sinápsis 7 Dendritas (de otras neuronas): Reciben señales
Fig. 38-1 Biology: Life on Earth, 9e
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La Neurona Amplificación de la señal eléctrica
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? La información es transportada dentro de la neurona mediante señales eléctricas y es transmitida entre células por los neurotransmisores – Una neurona inactiva sin estimulación mantiene una diferencia de voltaje constante, o potencial, en su membrana plasmática, denominado potencial de reposo –El voltaje de este potencial dentro de la célula es siempre negativo y varía entre –40 a –90 millivoltios (mV) Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? Si el potencial de la membrana se vuelve menos negativo, alcanza un nivel denominado umbral y lanza un potencial de acción – Durante un potencial de acción el potencial de la membrana aumenta rápidamente a +50 mV dentro de la célula, volviendo luego al potencial de reposo; dura unas milésimas de segundo – La señal del potencial de acción viaja por el axón a las terminales sinápticas sin cambios en el voltaje desde el soma a la terminal Biology: Life on Earth, 9e
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Eventos eléctricos durante un potencial de acción 4 action potential
threshold resting potential 3 1
2
less more negative negative time (milliseconds)
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5
Fig. 38-2 Copyright © 2011 Pearson Education Inc.
¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? La mielina acelera la conducción de los potenciales de acción – Entre más grueso el axón, más rápido se mueve el potencial de acción – Además del grosor variable, las neuronas pueden acelerar la conducción del potencial cubriendo partes del axón con un aislamiento de lípidos llamado mielina – La mielina es formada por las células gliales que se enrrollan alrededor del axón, dejando nodos descubiertos entre ellas – En las neuronas mielinizadas, los potenciales de acción “saltan” rápidamente de nodo en nodo, a una velocidad de 3 a 100 metros/segundo Biology: Life on Earth, 9e
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Axón mielinizado Un potencial de acción salta de nodo en nodo, acelerando rápidamente la conducción por el axón
En el resto del cuerpo
nodo mielina Vaina de mielina axón axón Fig. 38-3 Biology: Life on Earth, 9e
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Señales eléctricas en neuronas
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? Las neuronas usan químicos para comunicarse unas con otras en las sinapsis – Aunque existen sinapsis eléctricas en las que la actividad eléctrica puede pasar directamente de neurona a neurona, a través de uniones comunicantes que conectan los interiores celulares, la mayoría de las sinapsis usan químicos para transmitirse la información – Una sinapsis se da donde la terminal sináptica de una neurona se encuentra con una dendrita de otra Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? – Las dos neuronas no se tocan en las sinapsis – Un pequeño espacio, la hendidura sináptica, separa la primera, o neurona presináptica, de la segunda, o neurona postsináptica – La neurona presináptica envía químicos neurotransmisores a través de la hendidura a la neurona postsináptica – Hay muchas clases de neurotransmisores – Una terminal sináptica contiene reservorios de vesículas, cada una llena de neurotransmisor – Cuando se inicia un potencial de acción, éste viaja por el axón hasta que encuentra una terminal sináptica Biology: Life on Earth, 9e
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Table 38-1 Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? – El interior de la terminal se carga positivamente y dispara una serie de cambios que hacen que algunas de las vesículas liberen los neurotransmisores en la hendidura sináptica – La superficie externa de la membrana plasmática de la neurona postsináptica está cargada con proteínas receptoras que se especializan en unirse a los neurotransmisores liberados por la neurona presináptica – Las moléculas del neurotransmisor se difunden a través de la hendidura y se unen a esos receptores
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La sinapsis
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Estructura y función de la sinapsis 1 An action potential is initiated
2 The action potential reaches the synaptic terminal of the presynaptic neuron synaptic vesicle 3 The positive charge of the action potential causes the synaptic vesicles to release neurotransmitters
4 Neurotransmitters bind to receptors on the postsynaptic neuron
synaptic terminal of presynaptic neuron
dendrite of postsynaptic neuron
neurotransmitters
synaptic cleft
6 Neurotransmitters are taken back into the synaptic terminal, are degraded, or diffuse out of the synaptic cleft
neurotransmitter 5 Neurotransmitter binding causes ion channels to open, and ions flow in or out receptor
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ions
Fig. 38-4 Copyright © 2011 Pearson Education Inc.
¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? Las sinapsis producen potenciales postsinápticos excitatorios o inhibitorios – En la mayoría de las sinapsis, la unión del neurotransmisor en los receptores abre los canales iónicos – Dependiendo del tipo de canales asociados a los receptores, iones como Na+, K+, Ca2+, o Cl– pueden moverse a través de esos canales causando un cambio breve en el voltaje, llamado un potential postsináptico o PPS
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? – Si la neurona postsináptica se vuelve más negativa, su potencial de reposo se mueve más lejos del umbral, reduciendo la posibilidad de disparar un potencial de acción – Este cambio de voltaje es llamado potencial postsináptico inhibitorio (PPSI) – Si la neurona postsináptica se vuelve menos negativa, el potencial de reposo se acerca al umbral y será más probable que dispare un potencial de acción – Este cambio de voltaje es llamado un potencial postsináptico excitatorio (PPSE)
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? La acción de los neurotransmisores es usualmente breve – Algunos neurotransmisores—como la acetilcolina, el transmisor que estimula a las células musculares estriadas—son rápidamente degradados por enzimas en las hendiduras sinápticas – Muchos otros neurotransmisores son devueltos a la neurona presináptica
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? La suma de los potenciales postsinápticos determina la actividad de la neurona – Las dendritas y el soma de una neurona usualmente reciben EPSPs e IPSPs de las terminales sinápticas de miles de neuronas presinápticas – Los voltajes de todos los PSPs que alcanzan al soma postsináptico casi al mismo tiempo son sumados, un proceso llamado integración – Si los potenciales postsinápticos excitatorios e inhibitorios, cuando sumados, elevan el potencial eléctrico en la neurona por sobre el umbral, la célula postsináptica dispara un potencial de acción Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cómo procesan la información los sistemas nerviosos? Un sistema nervioso debe realizar cuatro funciones: – Determinar el tipo de estímulo – Determinar y señalizar la intensidad de un estímulo – Integrar la información de varias fuentes – Iniciar y dirigir las respuestas apropiadas
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? La naturaleza de un estímulo está determinada por las conexiones entre los sentidos y el cerebro – Todos los sistemas nerviosos interpretan lo que es un estímulo al monitorear cuáles neuronas están disparando potenciales de acción – Por ejemplo, el cerebro interpreta los potenciales de los axones en el ojo y que viajan a la corteza visual como la sensación de luz – Por tanto, usted distingue el sonido de la música del sabor del café o el amargo del café del dulce del azúcar, porque esos estímulos resultan en potenciales en diferentes axones que se conectan a diferentes áreas del cerebro Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? La intensidad de un estímulo está codificado por la frecuencia de los potenciales de acción – Debido a que todos los potenciales de acción tienen la misma magnitud y duración, no se puede determinar la intensidad de un estímulo de un potencial aislado
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? – La intensidad es codificada de dos formas: – Primero, la intensidad puede ser señalizada por la frecuencia de los potenciales en una neurona—entre más intenso el estímulo, mayor la velocidad de disparo de la neurona – Segundo, la mayoría de los sistemas nerviosos tienen muchas neuronas que pueden responder a un mismo estímulo – Estímulos más fuertes pueden excitar a más neuronas, mientras que estímulos más débiles excitan el disparo de menos neuronas
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Señalización de la intensidad del estímulo
sensory neuron 1
sensory neuron 1
sensory neuron 2
Sensory neuron 1 fires slowly; sensory neuron 2 is silent
sensory neuron 2
(a) Gentle touch
sensory neuron 1 Sensory neurons 1 and 2 both fire sensory neuron 1 (b) Hard poke Biology: Life on Earth, 9e
sensory neuron 2 sensory neuron 2 time
Fig. 38-5 Copyright © 2011 Pearson Education Inc.
¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? El sistema nervioso procesa información de varias fuentes – El cerebro es continuamente bombardeado por estímulos sensoriales desde dentro y fuera del cuerpo – El cerebro debe evaluar esos estímulos, determinar cuáles son importantes, y decidir cómo responder – Un gran número de neuronas pueden concentrar sus señales a pocas neuronas – Por ejemplo, muchas neuronas sensoriales pueden converger en unas pocas células cerebrales
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? – Algunas de las células del cerebro actúan como “tomadoras de decisiones”, sumando los potencales postsinápticos que resultan de la actividad de las neuronas sensoriales – Dependiendo de la intensidad relativa (y factores internos como hormonas y metabolismo), producen respuestas apropiadas
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? El sistema nervioso produce señales hacia músculos y glándulas – Los potenciales de acción de las neuronas que toman decisiones pueden viajar a otras partes del cerebro, a la médula espinal o al sistema simpático o parasimpático – Al final, el sistema nervioso estimula músculos y glándulas que generan conductas
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? – Los mismos principios de conectividad e intensidad se aplican para los estímulos y las respuestas del cerebro – Qué músculos o glándulas son activados depende de sus conexiones al cerebro o la médula espinal – Por ejemplo, las neuronas que activan a los bíceps son diferentes de las que activan a los músculos de la cara – Qué tan fuerte se contrae un músculo es determinado por cuántas neuronas se conectan a él y cuán rápido disparan el potencial éstas neuronas
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? La mayoría de las conductas son controladas por vías compuestas de cuatro elementos: – Neuronas sensoriales que responden a estímulos internos o externos – Interneuronas que reciben estímulos de las sensoriales, hormonas o neuronas que almacenan memorias. Basadas en esta información, las interneuronas usualmente activan a neuronas motoras – Neuronas motoras que reciben información de neuronas sensoriales o interneuronas y activan músculos y glándulas – Efectores, usualmente músculos o glándulas, que ejecutan la respuesta
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¿Cómo producen y transmiten información las neuronas? Conductas simples como los reflejos pueden ser controlados por la actividad de tan pocas como 2 o 3 neuronas—una sensorial, una interneurona y una motora que estimule usualmente a un músculo – En humanos, los reflejos simples tales como el de rodilla o el de retiro de miembro por dolor son producidos por neuronas en la médula espinal
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¿Cómo se organizan los sistemas nerviosos? Las conductas complejas son organizadas por vías neurales interconectadas en los que varios tipos de estímulo sensorial convergen en un grupo de interneuronas – Al integrar los potenciales postsinápticos de diversas fuentes, las interneuronas “deciden” qué hacer y estimular a las neuronas motoras para dirigir la respuesta apropiada de músculos y glándulas – Cientos o incluso millones de neuronas, la mayoría del cerebro, se pueden necesitar para relizar funciones complejas, como tocar el piano Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cómo se organizan los sistemas nerviosos? Los sistemas nerviosos complejos están centralizados – En el reino animal, hay sólo dos diseños de sistema nervioso: –Un sistema difuso, como el de los cnidarios (Hydra, medusa y relacionados) –Un sistema centralizado, en organismos más complejos
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¿Cómo se organizan los sistemas nerviosos? – Los cnidarios de simetría radial no tienen extremo terminal, por lo que no han tenido presión evolutiva para concentrar los órganos sensoriales en una parte – Los sistemas nerviosos de estos organismos se componen de una red de neuronas, entretejida en los tejidos del animal y con una concentración neural llamada ganglio, pero que no llega a un cerebro real
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Organización del sistema nervioso Anillo de ganglios
Red difusa de neuronas (a) Hydra Biology: Life on Earth, 9e
Fig. 38-6a Copyright © 2011 Pearson Education Inc.
¿Cómo se organizan los sistemas nerviosos? – Casi todos los otros animales son bilaterales, con cabeza y cola definidos –Por ser la cabeza normalmente el primer extremo en encontrar alimento, peligro y compañeros potenciales, es ventajosos concentrar los sentidos ahí –Evolucionaron ganglios grandes que integran la información recogida por los sentidos y que dirigen las acciones adecuadas en respuesta
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¿Cómo se organizan los sistemas nerviosos? – A través de la evolución, los órganos de los sentidos de los animales con sistemas nerviosos complejos se localizaron en la cabeza, y los ganglios se centralizaron en el cerebro – Este proceso, llamado cefalización, alcanzó su pico en los vertebrados donde todos los somas se localizan en el cerebro y la médula espinal
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Organización del sistema nervioso
brain
nerve cords
(b) Flatworm
cerebral ganglia (brain)
(c) Octopus
Fig. 38-6b, c Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cómo se organizan los sistemas nerviosos? El sistema nervioso de los mamíferos, incluidos los humanos, puede dividirse en dos partes: – El sistema nervioso central (SNC), que consiste en el cerebro y la médula espinal – El sistema nervioso periférico (SNP), que consiste en las neuronas que están fuera del SNC y de los axones que las conectan con el SNC – Los somas de las neuronas del SNP se localizan comúnmente en los ganglios a lo largo de la médula espinal o cerca de los órganos blanco, tales como los ganglios de la cabeza y el cuello que controlan las glándulas salivales Biology: Life on Earth, 9e
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Organización y funciones del sistema nervioso de los vertebrados
Fig. 38-7 Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? El sistema nervioso periférico une al sistema nervioso central con el resto del cuerpo – Nervios del SNP: – Conectan al cerebro y la médula espinal con los músculos, glándulas, órganos sensoriales y sistemas digestivo, respiratorio, urinario, reproductivo y circulatorio – Contiene axones de neuronas sensoriales, trayendo información sensorial al sistema nervioso central desde todo el cuerpo – Estos nervios contienen también los axones de las neuronas motoras Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? La porción motora el sistema nervioso periférico consiste de dos partes: – El sistema nervioso somático – El sistema nervioso autónomo
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? El sistema nervioso somático controla el movimiento voluntario – Las neuronas motoras del sistema nervioso somático forman sinapsis con los músculos esqueléticos y controlan el movimiento voluntario –Levantar una taza de café o ajustar su reproductor de música son ambos controlados por el sistema nervioso somático – Los somas de las neuronas motoras se localizan en la médula espinal, y sus axones van directo a los músculos que controlan Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? El sistema nervioso autónomo controla los movimientos y acciones involuntarios – Las neuronas motoras del sistema nervioso autónomo inervan el corazón, los músculos lisos y las glándulas –Es controlado por el hipotálamo, la médula y el Puente de Varolio, todos partes del cerebro –Consiste de dos divisiones que inervan los mismos órganos, pero con acciones opuestas: –La división simpática –La división parasimpática Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? Las neuronas de la división simpática liberan el neurotransmisor norepinefrina en sus órganos blanco, preparando al cuerpo para acciones estresantes o energéticas – Durante estas actividades, dirige algo de la sangre del tracto digestivo a los músculos de brazos y piernas – El corazón se acelera, las pupilas se dilatan y se expanden los pasajes de aire en los pulmones
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? Las neuronas de la división parasimpática liberan acetilcolina en sus órganos blanco – La división parasimpática controla las actividades de mantenimiento que se pueden realizar en el descanso, llamadas a menudo “descansa y digiere” – Bajo control parasimpático, el tracto digestivo se activa, la frecuencia cardiaca desacelera y se constriñen los pasajes de aire en los pulmones, porque el cuerpo requiere menos sangre y oxígeno Biology: Life on Earth, 9e
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El sistema nervioso autónomo PARASYMPATHETIC DIVISION
SYMPATHETIC DIVISION eye
constricts pupil stimulates salivation and tears
dilates pupil
salivary and lacrimal glands inhibits salivation and tearing
cranial
cranial constricts airways cervical
lungs relaxes airways
reduces heartbeat
cervical heart
stimulates pancreas to release insulin and digestive enzymes thoracic
increases heartbeat stimulates glucose production and release
liver
stimulates secretion of epinephrine and norepinephrine from adrenal medulla
pancreas
kidney
stomach
stimulates digestion spleen
lumbar
dilates blood vessels in gut
kidney
small intestine
thoracic
inhibits digestion
lumbar
large intestine
rectum urinary bladder
sacral
sacral
relaxes bladder
stimulates bladder to contract
sympathetic ganglia
uterus stimulates sexual arousal
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external genitalia
stimulates orgasm
Fig. 38-8 Copyright © 2011 Pearson Education Inc.
¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? El sistema nervioso central consta de médula espinal y cerebro – El CNS recibe y procesa la información sensorial, genera pensamientos y dirige respuestas – El cerebro y la médula espinal están protegidos del daño por tres vías: – El cráneo rodea al cerebro, y una cadena de vértebras protejen la médula – Las meninges (tejido conectivo) se encuentran entre el tejido nerviosos y el hueso – Entre las meninges hay líquido cerebroespinal que amortigua y nutre Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? Eistema nervioso central consta de cerebro y médula espinal – El cerebro también está protegido de químicos potencialmente dañinos por la barrera hematoencefálica, un sistema de capilares que es menos permeable que los demás capilares del cuerpo y es mucho más selectivo – Generalmente, esta barrera limita las substancias hidrosolubles pero las lipofílicas pueden difundir
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? La médula espinal controla muchos reflejos y conduce información desde y hacia el cerebro – La médula se extiende desde la base del cerebro hasta la espalda baja – Los nervios con axones de neuronas sensoriales emergen de la parte dorsal de la médula espinal y los nervios con axones motores de la parte ventral – Estos nervios se unen para formar los nervios espinales que inervan la mayor parte del cuerpo Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? – Debido a su semejanza con las raíces de un árbol que se confunden con el tronco, estas son llamadas raíces ventrales y dorsales de los nervios espinales – Abultamientos en cada raíz dorsal, llamados ganglios dorsales, contienen los somas de las neuronas sensoriales – En el centro de la médula espinal hay un área de forma de mariposa que se compone de materia gris – Ésta consiste de una serie de somas de neuronas motoras que controlan los músculos voluntarios y al sistema nervioso autónomo, además de interneuronas que comunican con el cerebro y otras regiones de la médula Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? – La materia gris está rodeada por materia blanca, que contiene axones cubiertos de mielina de neuronas que se extienden hacia arriba o abajo en la médula –Estos axones acarrean señales sensoriales de los órganos internos, músculos y piel hacia el cerebro –Los axones también se extienden hacia abajo desde el cerebro, llevando señales que controlan las porciones motoras del sistema nervioso periférico Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? – Si la médula espinal es dañada, las partes del cuerpo que son inervadas por neuronas sensoras y motoras por debajo de la herida son paralizadas y pierden sensibilidad aunque los nervios y músculos permanezcan intactos
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La médula espinal white matter contains myelinated axons
gray matter contains the cell bodies of motor neurons and interneurons
dorsal root contains the axons of sensory neurons
dorsal root ganglion contains the cell bodies of sensory neurons
spinal nerve ventral root contains the axons of motor neurons Fig. 38-9 Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? Los circuitos neurales para muchos reflejos residen en la médula espinal – La más simple de las conductas es el reflejo, un movimiento involuntario de una parte del cuerpo en respuesta a un estímulo – En vertebrados muchos reflejos son producidos por la médula espinal y las neuronas periféricas, y no usan al cerebro
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? El reflejo de retiro por dolor implica neuronas de sistema nervioso central y periférico – Si pone su mano en un clavo, se activan las neuronas sensoriales – Potenciales de acción de esas neuronas viajan a la médula espinal y entran por la raíz dorsal – En la materia gris la neurona sensorial estimula a una interneurona, que estimula a una motora
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? – Potenciales de acción en el axón motor viajan por la raíz ventral y por el nervio espinal hasta un músculo estriado – El potencial estimula al músculo, que se contrae, de forma que usted retira la mano del objeto puntiagudo
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Arcos reflejos
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? Muchas interneuronas de la médula espinal tienen axones que se extienden hasta el cerebro – Los potenciales de acción en estos axones le informan al cerebro acerca de la sensación en la mano y pueden disparar acciones más complejas, como sacudidas y aprender acerca de los peligros de los objetos puntiagudos – El cerebro, a su vez, envía potenciales de acción hacia abajo en los axones de los tractos descendentes a las interneuronas y las neuronas motoras de la materia gris, que modifican a los reflejos espinales – Con suficiente entrenamiento o motivación, se puede suprimir el reflejo de retiro por dolor Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? En la médula espinal se coordinan algunas acciones complejas – Todas las neuronas para los movimientos básicos del caminar y correr están contenidas en la médula – La ventaja de un arreglo semi-independiente entre médula y cerebro es que probablemete aumente la velocidad y la coordinación, porque los mensajes no tienen que llegar hasta el cerebro y bajar de nuevo para simplemente poner un pie el frente al caminar – El papel del cerebro en estos comportamientos semiautomáticos es iniciar, guiar y modificar la actividad neural motora en la médula
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? El cerebro consiste de muchas partes que tienen funciones específicas – Todos los cerebros de los vertebrados constan de tres partes principales: – El romboencéfalo – El mesencéfalo – El prosencéfalo – Los científicos piensan que en los primeros vertebrados, estas divisiones anatómicas también fueron divisiones funcionales: – El romboencéfalo controlaba las tasas respiratorias y cardiacas – El mesencéfalo la visión – El prosencéfalo el olfato
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Comparación de cerebros de vertebrados thalamus
optic lobe
cerebellum
cerebrum
medulla midbrain
forebrain
midbrain
hindbrain
cerebrum cerebellum
(a) Embryonic vertebrate brain midbrain cerebellum
cerebrum
(d) Horse brain
(b) Shark brain
cerebrum midbrain
cerebrum
cerebellum midbrain (inside
(c) Goose brain Biology: Life on Earth, 9e
(e) Human brain
cerebellum
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? – En vertebrados no mamíferos las tres divisiones permanecen distinguibles – En mamíferos—particularmente en humanos— las regiones cerebrales están sigificativamente modificadas – Algunas se han reducido en tamaño, otras, especialmente el prosencéfalo, están muy aumentadas
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? El romboencéfalo consiste en el bulbo raquídeo, el Puente de Varolio y cerebelo – El bulbo raquídeo es una extensión de la médula espinal en sentido estructural y funcional – Tiene somas en su centro rodeados de una capa de axones mielinizados – Controla varias funciones automáticas, como la respiración, la frecuencia cardiaca, la presión arterial y el tragar – Algunas neuronas en el Puente de Varolio parecen influenciar la transición entre el dormir y el despertar; otras neuronas de la protuberancia afectan la tasa y pauta respiratoria Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? El cerebelo es crucial para coordinar los movimientos del cuerpo – Recibe información de centros de comando en el prosencéfalo que controlan el movimiento y de sensores de posición en los músculos y articulaciones – Comparando la información de abas fuentes el cerebelo coordina los movimientos finos y la posición corporal – El cerebelo también está implicado en el aprendizaje motor como resultado de la práctica repitiendo un movimiento
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? El mesencéfalo contiene grupos neurales que contribuyen al movimiento, excitación y emociones – El mesencéfalo es pequeño en los humanos y contiene un centro de relevo auditivo y neuronas que controlan los movimientos reflejos oculares –Por ejemplo, si ud esta sentado en una clase y alguien corre por la puerta, centros en su mesencéfalo son alertados para que dirija su mirada al nuevo estímulo visual
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? – El mesencéfalo también contiene neuronas que producen dopamina – Otros grupos neuronales, llamados substantia nigra, ayudan a controlar los movimientos – Otro grupo es parte esencial del “circuito de premio” que es responsible del placer y la adicción
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? – Finalmente, el mesencéfalo contiene una parte de la formación reticular que consiste en docenas de grupos de neuronas interconectados en el bulbo raquídeo, el Puente de Varolio y el mesencéfalo, cuyos axones son enviados al prosencéfalo – Estas neuronas reciben información de virtualmente todos los sentidos, de todas partes del cuerpo y también de muchas áreas del cerebro – La formación reticular juega un papel en el sueño y la vigilia, emoción, tono muscular y algunos movimientos y reflejos – Filtra los estímulos sensoriales antes de que lleguen a las regiones de consciencia del cerebro Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? – Actividades de la formación reticular le permiten leer y concentrarse en presencia de una variedad de estímulos distractores, como música y aromas – Un ejemplo es una madre que se depierta al oír un llanto débil del hijo, pero duerme habiendo ruido fuerte del tráfico fuera de su ventana
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? El prosencéfalo incluye el tálamo, hipotálamo y cerebro – El tálamo es una estación de relevo compleja que canaliza toda la información sensorial, excepto el olfato, de todas partes del cuerpo a la corteza cerebral – Las señales que viajan de la médula espinal, cerebelo, bulbo raquídeo, Puente de Varolio y formación reticular también pasan por el tálamo – El hipotálamo contiene muchos grupos de neuronas que liberan hormonas a la sangre o controlan la liberación de hormonas de la pituitaria
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? – Otras regiones del hipotálamo dirigen las actividades del sistema nervioso autónomo – El hipotálamo, a través de sus hormonas y conexiones neurales, mantiene la homeóstasis controlando la temperatura, ingesta de alimentos, balance hídrico, frecuencia cardíaca, presión arterial, ciclo menstrual y ritmo circadiano
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? El cerebro consiste de dos hemisferios cerebrales – Cada hemisferio se compone de una corteza, externa, varios grupos neurales bajo ella y grupos de axones que conectan los dos hemisferios entre sí y con el mesencéfalo y romboencéfalo
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? Estructuras en el interior del cerebro – Grupos de neuronas en la amígdala producen sensaciones de placer, miedo o excitación sexual cuando son estimulados – El hipocampo juega un importante papel en la formación de memoria a largo plazo, particularmente de los lugares, y así es requerido para el aprendizaje – Todos los vertebrados tienen hipocampo – Algunas aves, como los carpinteros, recuerdan donde guardaron sus semillas durante el invierno y tienen un hipocampo mayor que el de otras aves
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? Los ganglios basales consisten de estructuras profundas en el cerebro, como la substantia nigra en el mesencéfalo – Estas estructuras son importantes en el control general del movimiento – Los ganglios basales parecen ser esenciales para tomar la decisión de iniciar un movimiento en particular y de suprimir otros – En la enfermedad de Parkinson, la substantia nigra se degenera, y los pacientes tienen mucha dificultad en iniciar un movimiento – En la enfermedad de Huntington, los ganglios basales degeneran, y los afectados hacen movimientos involuntarios y sin dirección Biology: Life on Earth, 9e
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El cerebro humano
meninges FOREBRAIN (within dashed blue line)
cerebral cortex
skull corpus callosum cerebral cortex (gray matter)
hypothalamus thalamus pituitary gland
myelinated axons (white matter)
corpus callosum thalamus
basal ganglia
MIDBRAIN
cerebellum pons
HINDBRAIN hypothalamus
medulla spinal cord (a) A lateral section of the human brain
hippocampus
substantia nigra
(b) A cross-section of the brain
Fig. 38-12 Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? El sistema límbico es un grupo diverso de estructuras – Incluyen al hipotálamo, amígdala, hipocampo y regiones cercanas de la corteza, localizadas en un anillo entre el tálamo y la corteza – El sistema límbico ayuda a producir emociones y comportamientos emotivos, incluyendo miedo, furia, calma, hambre, sed, placer y respuestas sexuales – Otras regiones cerebrales están también implicadas en las emocines, incluyendo partes de la corteza cerebral, mesencéfalo, romboencéfalo e incluso la médula espinal
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El sistema límbico limbic region of cortex
cerebral cortex
corpus callosum thalamus
olfactory bulb
hypothalamus Biology: Life on Earth, 9e
amygdala
hippocampus
Fig. 38-13
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? La corteza cerebral – La corteza es la capa fina exterior de cada hemisferio, con billones de neuronas empaquetadas de una forma muy organizada en una capa de sólo milímetros de grosor – La corteza está arrugada en circumvoluciones, que son arrugas elevadas que incrementan el área superficial a más de dos yardas cuadradas – Las neuronas en la corteza reciben iformación sensorial, la procesan, dirigen los movimientos voluntarios y permiten el ser creativo, hacer memorias y permitir ver el futuro – Las cortezas de cada hemisferio se comunican entre sí mediante una banda grande de axones, llamada el corpus callosum Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? La corteza se divide en cuatro regiones anatómicas: frontal, parietal, occipital, y temporal – También puede dividirse en áreas funcionales: –Las áreas primarias son regiones donde se reciben señales de los órganos sensoriales y son convertidos en impresiones subjetivas (luz, sonido) –Las áreas de asociación cercanas interpretan los sonidos y las señales visuals (habla, música) Biology: Life on Earth, 9e
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La corteza cerebral Frontal Lobe
primary motor area premotor area
leg trunk arm
higher intellectual functions
primary sensory area Parietal Lobe
hand
sensory association area Occipital Lobe
face
speech motor area
memory
tongue
primary auditory auditory association area area: language comprehension
visual association area primary visual area
Temporal Lobe
Fig. 38-14 Biology: Life on Earth, 9e
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? – Las áreas sensoriales primarias en el lóbulo parietal interpretan las sensaciones del tacto que se originan en todo el cuerpo – En una región adjacente del lóbulo frontal, las áreas motoras primarias controlan los movimientos al estimular las neuronas motoras de la médula espinal que inervan a los músculos
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? – Debajo de los huesos de la frente están las áreas de asociación del lóbulo frontal –Son importantes en el razonamiento complejo como la memoria a corto plazo, toma de decisiones, predicción de consecuencias de las acciones, control de la agresión, planeación del futuro y trabajar para premios en el futuro
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? – El daño por trauma en la corteza, derrame o tumores resulta en déficits particulares como problemas del habla, lectura o inhabilidad de mover partes del cuerpo – La mayoría de las células del cuerpo son irremplazables, así que si se destruye una parte del cerebro, estos déficits se pueden volver permanentes – El entrenamiento puede en ocasiones hacer que una parte de la corteza tome y restaure algunas de las funciones perdidas
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¿Cuáles son las estructuras y funciones del sistema nervioso humano? Cómo aprendieron los neurólogos acerca de las funciones del cerebro? – Las funciones de las diferentes partes del cerebro fueron descubiertas al examinar los comportamientos y las habilidades de personas que sufrieron lesions cerebrales, en accidentes o guerras. – En 1848, Phineas Gage colocaba una carga explosiva para remover rocas en una línea de tren, cuando la pólvora se active antes de tiempo. Biology: Life on Earth, 9e
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Specialization of the Cerebral Hemispheres Left
HEART
LEFT HEMISPHERE 1. Controls right side of body 2. Input from right visual field, right ear, left nostril 3. Centers for language, speech, reading, mathematics, logic
Right RIGHT HEMISPHERE 1. Controls left side of body 2. Input from left visual field, left ear, right nostril 3. Centers for spatial perception, music, creativity, recognition of faces and emotions retina optic nerve optic chiasma corpus callosum
visual cortex Biology: Life on Earth, 9e
Fig. 38-16 Copyright © 2011 Pearson Education Inc.