Integración y Control: Sistema Nervioso Capítulo 34

Líneas de Comunicación Stimulus (input) Receptors (sensory neurons) Integrators (interneurons) motor neurons Effectors (muscles, glands) Response (output) Figure 34.1 Page 579

Neuronas Unidades básicas de comunicación en todos los sistemas nerviosos Monitorean información dentro y alrededor del cuerpo y dan órdenes de respuesta

Clases de Neuronas Sensoriales- responden a estímulos y los transmiten a médula espinal y cerebro Interneuronas- reciben y procesan estímulos para luego influir en la actividad de otras neuronas Motoras- transmiten información de médula espinal y cerebro hacia músculos y glándulas

Neuroglia Células que ayudan metabólicamente, apoyan estructuralmente, y protegen las neuronas Constituyen más de la mitad del volumen del sistema nervioso de vertebrados

Estructura de una Neurona dendrites INPUT ZONE cell body axon OUPUT ZONE TRIGGER ZONE CONDUCTING ZONE axon endings Figure 34.2 Page 580

Potencial de Membrana en Reposo Diferencia en carga a través de la membrana plasmática de una neurona Fluido afuera de la célula tiene más carga negativa que el fluido en el interior Potencial se mide en milivoltios Potencial en reposo es usualmente -70mv

Como los Iones se Mueven a Través de la Membrana Interstitial fluid Cytoplasm Na+/K+ pump Passive transporters with open channels Passive transporters with voltage-sensitive gated channels Active transporters Lipid bilayer of neuron membrane Figure 34.3 Page 581

Bombeo y Difusión Interstitial fluid Na+ Na+ pumped out K+ leaks out Plasma membrane Na+ leaks in Na+ pumped in K+ leaks in Cytoplasm K+ Figure 34.4 Page 581

Concentración de Iones en Potencial de Reposo Potasio (K+) Más alto adentro que afuera Sodio (Na+) Más alto afuera que adentro

Potencial de Acción Inversión breve en la diferencia de voltaje a través de la membrana plasmática Interior de neurona brevemente se vuelve más positivo que exterior Cambios en voltaje causan que se abran las compuertas en los canales de la membrana

Potencial de Acción 1 2 3 4 Figure 34.5d Page 583 Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+

Action potential step-by-step interaction. Animation Action potential step-by-step interaction. Click to view animation.

Retroalimentación Positiva Más iones Na+ entran a la neurona Más canales de compuerta para Na+ se abren La neurona se vuelve más positiva en el interior

Todo o Nada Todos los potenciales de acción tienen el mismo tamaño Si el estímulo está más bajo que el nivel del umbral, no ocurre potencial de acción Si está sobre el nivel del umbral, la célula se depolariza al mismo nivel

Repolarización Una vez se alcanza el pico de depolarización, se cierran las compuertas de Na+ y las compuertas de K+ se abren Movimiento de K+ hacia afuera de la célula repolariza la célula El interior de la célula vuelve a ser más negativo que el exterior In-text figure Page 582

Recording of Action Potential +20 -20 Membrane potential (millivolts) threshold -40 resting membrane potential -70 1 2 3 4 5 Figure 34.6b Page 583 Time (milliseconds)

Propagación de Potenciales de Acción Un potencial de acción en una parte del axón trae una región vecina al umbral Potencial de acción se propaga a otras zonas de la membrana

Sinapsis Químicas Hendidura entre zona de salida de un axón y zona de entrada de otra célula plasma membrane of axon ending of presynapic cell plasma membrane of postsynapic cell synaptic vesicle synaptic cleft membrane receptor Figure 34.7a Page 584

Transmisión Sináptica Potencial de acción en extremo del axón de célula presináptica causa que abran las compuertas de canales de calcio Flujo de calcio hacia célula presináptica causa liberación de neurotransmisor a hendidura sináptica

Transmisión Sináptica Neurotransmisor se difunde a través de hendidura y se une a receptores en membrana de célula postsináptica Unión de neurotransmisor a receptores abre los canales de iones en la membrana de la célula postsináptica

Abren Compuertas de Iones neurotransmitter ions receptor for neurotransmitter gated channel protein Figure 34.7c Page 584

Neurotransmisores Acetilcolina- efectos excitatorios e inhibitorios en cerebro, médula espinal, músculos y gládulas Serotonina- controla percepción sensorial, sueño, temp. corporal, emociones

Neurotransmisores Norepinefrina- emociones, sueño, despertar Dopamina- emociones GABA- señal inhibitoria más común Ej. Medicinas contra ansiedad (valium) intensifican efectos de GABA

Neuromuscular junction animation. Click to view animation.

Integración Sináptica what action potential spiking would look like -65 threshold Membrane potential (milliseconds) EPSP integrated potential -70 resting membrane potential IPSP Figure 34.9 Page 585 -75

axon myelin sheath nerve fascicle Nervios Conjunto de axones cubiertos por una envoltura de tejido conectivo Líneas de comunicación entre el cerebro y la médula espinal y resto del cuerpo Figure 34.10 Page 586

Vaina de Mielina Serie de células de neuroglia (Schwann) Vaina bloquea paso de iones Potencial de acción debe “brincar” de entre nodos sin vaina Figure 34.11a Page 586

Saltatory conduction animation. Click to view animation.

Esclerosis Múltiple Condición en la que las fibras nerviosas pierden la mielina Pobre conducción Síntomas incluyen problemas visuales, debilidad muscular, fatiga, dolor, movimientos incontrolados

Reflejos Movimientos automáticos hechos en respuesta a estímulos En los arcos reflejos más simples, neuronas sensoriales hacen sinapsis directamente con neuronas motoras Mayoría de reflejos envuelven interneuronas

Reflejo de Estiramiento STIMULUS Biceps stretches. sensory neuron motor neuron Response Biceps contracts. Figure 34.12b Page 587

Click to view animation. Stretch reflex animation. Click to view animation.

Sistema Nervioso de Vertebrados Primeros vertebrados (con forma como de pez) tenían un cordón nervioso tubular hueco Modificación y expansión del cordón nervioso produjo la médula espinal y cerebro Cordón nervioso persiste en embriones de vertebrados como un tubo neural

Regiones Funcionales FOREBRAIN Expansión y modificación del cordón nervioso dorsal produjo regiones con funciones distintas MIDBRAIN HINDBRAIN Figure 34.15a Page 590 (start of spinal cord)

Cerebros de Vertebrados olfactory lobe olfactory lobe (part of forebrain) forebrain forebrain midbrain hindbrain midbrain fish (shark) hindbrain reptile (alligator) mammal (horse) Figure 34.15b Page 590

Sistema Nervioso Central y Periferal Cerebro Cordón espinal Sistema Nervioso Periferal Nervios que se extienden por el cuerpo

Sistema Nervioso Central Materia blanca- axones con vainas de mielina color blanco tractos- líneas de comunicación en cerebro (no nervios) Transmisión rápida de señales Materia gris- axones sin mielina, dendritas, cuerpos celulares, células de neuroglia Control de los reflejos para mover extremidades y actividades de órganos

Sistema Nervioso Periferal Nervios somáticos Funciones motoras (verde) Nervios autónomos Funciones viscerales (rojo) Figure 34.17 Page 591

31 pares nervios espinales 12 pares nervios craneales brain cranial nerves cervical nerves spinal cord thoracic nerves ulnar nerve sciatic nerve lumbar nerves sacral nerves coccygeal nerves Figure 34.16 Page 591

Dos Tipos de Nervios Autónomos Simpáticos Parasimpáticos Mayoría de órganos reciben señales de ambos Usualmente tienen efectos opuestos en un órgano

Nervios Autónomos Simpáticos Se originan en las regiones torácicas y lumbares de la médula espinal Hay ganglios cerca de médula espinal Promueven respuestas que preparan el cuerpo para estrés o actividad física (respuesta lucha o huida) Se dispara secreción de epinefrina

Nervios Autónomos Parasimpáticos Se originan en el cerebro y región sacral de la médula espinal Los ganglios están en paredes de los órganos Disminuyen actividad del cuerpo cuando no hay estrés Promueven respuestas de mantenimiento como digestión

Ambos Sistemas Están Activos Mayoría de órganos están recibiendo continuamente estímulos simpáticos y parasimpáticos Por ejemplo, nervios simpáticos le indican al corazón que se acelere; parasimpáticos indican que se desacelere Cual domina depende de la situación

Peripheral Nervous System Central Nervous System brain spinal cord sensory nerves axons of motor nerves somatic subdivision (motor functions) autonomic subdivision (visceral functions) Figure 34.17 Page 591 parasympathetic sympathetic Peripheral Nervous System

Nervous systems divisions animation. Click to view animation.

Figure 34.18 Page 592 midbrain medulla oblongata cervical nerves eyes medulla oblongata salivary glands heart cervical nerves larynx bronchi lungs stomach liver spleen pancreas thoracic nerves kidneys adrenal glands small intestine upper colon lower colon rectum ganglia in organs lumbar nerves most ganglia near spinal cord bladder sacral nerves uterus genitals Figure 34.18 Page 592 sympathetic parasympathetic

Autonomic nerves animation. Click to view animation.

Función de la Médula Espinal Vía de comunicación para señales entre el cerebro y nervios periferales Neuronas sensoriales y motoras hacen conexiones reflejas directas en la médula espinal Reflejos espinales no llegan al cerebro

Estructura de la Médula Espinal spinal cord ganglion nerve meninges (protective coverings) vertebra Figure 34.19a Page 593

Desarrollo del Cerebro El cerebro se desarrolla de un tubo neural hueco Cerebro anterior, medio y posterior se forman de tres regiones sucesivas del tubo Tallo cerebral es tejido más primitivo, contiene centros de reflejos básicos

Figure 34.20 Page 594 Division Main Parts 7 weeks Forebrain Cerebrum Olfactory lobes Thalamus Hypothalamus Limbic system 9 weeks Pituitary gland Pineal gland Midbrain Tectum Hindbrain Pons Cerebellum Medulla oblongata at birth anterior end of the spinal cord Figure 34.20 Page 594

Cerebro Posterior Médula oblongada- respiración, circulación de sangre, coordinación de respuestas motoras, respuesta dormir/despertar Cerebelo- centro de reflejos para mantener postura y coordinar extremidades Puente- une información del cerebelo a cerebro anterior

Cerebro Medio Coordina respuestas reflejas a imágenes y sonidos Tectum- (techo de cerebro medio), retransmite señales a centros de integración superior

Cerebro Anterior Cerebro- integra señales sensoriales con respuestas motoras Tálamo- centro de coordinación de estímulos sensoriales, estación retransmisora de estímulos al cerebro Hipotálamo- control homeostático del ambiente interno Monitorea órganos, respuestas a sed, hambre, comportamiento sexual Expresión de emociones, sudor, temor

Fluido Cerebroespinal Rodea la médula espinal Protege contra movimientos bruscos Llena ventrículos dentro del cerebro Barrera hematoencefálica controla cuales solutos entran al fluido cerebroespinal Figure 34.22 Page 595

Formación Reticular Red de interneuronas se extiende de médula espinal a través del tallo cerebral, hacia centros de integración en corteza cerebral Influye sobre estados de sueño o vigilia

Anatomía del Cerebro Parte más grande y compleja Capa externa (corteza cerebral) tiene muchos dobleces Fisura longitudinal divide cerebro en hemisferios izquierdo y derecho

Funciones de Hemisferios Hemisferio izquierdo- habilidades analíticas, habla, matemáticas Hemisferio derecho- relaciones visuales y espaciales, música Cada hemisferio responde a estímulos del lado opuesto del cuerpo Cuerpo calloso- coordina actividades de ambos hemisferios

Lóbulos del Cerebro- en la corteza cerebral Primary somatosensory cortex Primary motor cortex Parietal Frontal Occipital Temporal Figure 34.25a Page 597

Lóbulos del Cerebro Frontal- controla actividad motora voluntaria Lóbulos sensoriales: Parietal- recibe señales de piel y articulaciones Occipital- centros de visión Temporal- centros de audición y de influencia de comportamiento

Slice through the primary motor cortex of the left cerebral hemisphere Figure 34.24 Page 596

Sistema Límbico Controla emociones, rol en memoria, entender señales sociales (olfactory tract) cingulate gyrus thalamus amygdala hypothalamus Figure 34.36 Page 597 hippocampus

Experimentos de Sperry sobre Cerebro Dividido Se seccionó cuerpo calloso Se detuvo la comunicación entre los hemisferios cowboy cowboy

Memoria Capacidad del cerebro de almacenar y retirar información sobre pasados estímulos sensoriales Almacenados en etapas Almacenaje temporero en corteza cerebral Memoria a corto plazo Memoria a largo plazo

Figure 34.38 Page 599 sensory stimuli temporary storage in the cerebral cortex Input forgotten Short-term memory Emotional state, having time to repeat (or rehearse) input, and associating the input with stored categories of memory influence transfer to long-term storage Recall of stored input Long-term memory Input irretrievable Figure 34.38 Page 599