Organización de las redes cerebrales / Organization of brain networks

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 dinámicos no lineares, las redes se auto organizan 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 permietiendo una alta eficiencia a bajo costo dada la corta distancia ente nodos centrales que procesan gran cantidad de información. Las proyecciones largas entre regiones distantes del SNC si 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 esquizofreia, 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.

The processing of information by the brain is based on systems of networks that have both structural and functional properties, given their extreme complexity. Because they consist in complex systems with nonlinear dynamic properties, the networks organize themselves permanently to adjust either to quick processings, as is the case with cognitive or executive functions and to the slowest processings which result from the capability of generating plastic changes to adapt to the changing contexts of the external and internal environments. The study of connectivity in the CNS has been systematized by graphics theories, which consist in simple models of a system based on sets of nodes and margins or borders that have properties of a small-world network (neither at random nor regular), so that the connectome is organized in the small relative volumes of the brain, enabling a high efficiency at a low cost, given the short distance between central nodes that process a large amount of information. Although the long projections between the regions that are far from the CNS are efficacious in the integrative functions, they are costly in structure and metabolism, and therefore, vulnerable both in development as well as in pathologies such as Alzheimer's Disease, schizophrenia, epilepsy and ADHD in multiple sclerosis, etc. The author conceptualizes the connectome as an intermediate phenotype or endophenotype with modifying inheritable characteristics in the different stages of life, from the pre- and perinatal development until ageing.

El circuito cerebral de la recompensa en los trastornos afectivos / Brain Reward Circuitry in Affective Disorders

Los síntomas conductuales de la depresión son numerosos y variados, cubriendo los dominios emocionales, motivacionales, cognitivos y fisiológicos. Estudios recientes en modelos animales de depresión y en pacientes depresivos utilizando técnicas neuropsicológicas combinadas con imagenología funcional muestran que grandes subgrupos de estos pacientes presentan deficiencias en el procesamiento de las recompensas a los estímulos emocionales positivos, que son nucleares en depresión. La proteína Rac 1, un regulador crítico de la actina del citoesqueleto, se reduce en el NAcc tanto en depresión como en modelos animales de adicción, lo que lleva al crecimiento de espinas dendríticas inmaduras en las MSNs del NAcc y esto es consecuencia de modificaciones epigenéticas selectivas en esta región, del gen que codifica Rac 1, tanto en modelos de estrés en roedores como en humanos depresivos (estudios post-mortem). El gran desarrollo de algunos de los modelos experimentales de depresión que cuentan con evidencias moleculares, sistémicas y conductuales no se han traducido en nuevos medicamentos pero al avanzar en la comprensión patofisiológica del trastorno y sus correlatos neuroimagenológicos, permitirán, junto a las modernas técnicas de investigación, buscar marcadores biológicos de los endofenotipos diferentes que se combinan para generar un trastorno que posee múltiples subtipos que los agrupan en clusters diferentes

The behavioral symptoms of depression are numerous and varied, and encompass the emotional, motivational and physiologic domains. Recent studies in animal models of depression and depressive patients, which used neuropsychological techniques combined with functional imaging, show that large subgroups of these patients display deficiencies in the processing of rewards to positive emotional stimuli, which are nuclear in depression. Rac 1 protein, a critical regulator of cytoskeleton actin, is reduced in the NAcc, both in depression as well as in animal models of addiction, which leads to the growth of immature dendritic spines in the MSNs of the NAcc, and this is the result of selective epigenetic alterations in this region, of the gene that codifies Rac1, both in models of stress in rodents as well as in depressive human beings (post-mortem studies). The great development of some of the experimental models of depression that provide molecular, systemic and behavioral evidences have not translated into new medications, but the progressive pathophysiological understanding of the disorder and its neuroimaging correlates will enable, together with the modern investigations techniques, to search for biological markers of the different endophenotypes that combine to generate a disorder which has multiple subtypes that gather in different clusters

Mecanismos neuronales en el modelo cognitivo de depresión de Beck / Neural Mechanisms in Beck's Cognitive Model of Depression

El modelo cognitivo de la depresión que fuera formulado por Beck hace más de 40 años se fundamentaba en procesamientos sesgados de la atención, memoria y el pensamiento, con rumiación y desvíos hacia los llamados “pensamientos negativos repetitivos”, como jugando roles primarios en el desarrollo y mantenimiento de la depresión. En 2011, el propio Beck y sus colaboradores hacen un resumen de los hallazgos referentes a los mecanismos neurales que subyacen a los aspectos cognitivos de la depresión. Sin embargo, sólo se consideran aquellos aspectos referentes al procesamiento cognitivo sin hacer lo mismo con el procesamiento emocional que es el endofenotipo nuclear del trastorno depresivo y se refleja en la lectura de las emociones por el cerebro emocional y la corteza de la ínsula según el esquema de Damasio actualizado por Craig (14), que deberá tenerse en cuenta como la base fundamental de las terapias cognitivo/conductuales y las cognitivo/emocionales junto al necesario tratamiento farmacológico, adecuadamente complementados en tiempo y forma

The cognitive model of depression, which was formulated by Beck more than 40 years ago, was grounded on biased processings of attention, memory and thought, with rumination and deviations towards the so-called "negative repetitive thoughts", as playing primry roles in the development and maintenance of depression. In 2011, Beck himself, as well as his collaborators, summarized the findings concerning the neural mechanisms underlying the cognitive aspects of depression. However, only those aspects relating to the cognitive processing are considered and not the emotional processing that is the nuclear endophenotype of depressive disorder and is reflected in the reading of emotions by the brain and the insular cortex, according to Damasio's scheme updated by Craig (14), which should be considered the fundamental basis of cognitive/behavioral therapies and cognitive/emotional therapies together with the necessary pharmacological treatment, adequately complimented in due time and forma

Neurobiología de las adicciones y procesos de plasticidad involucrados / The Neurobiology of Addiction and the Plasticity Processes Involved

Las evidencias acumuladas en los últimos diez años, indican que las drogas de abuso pueden cooptar los mecanismos de plasticidad en circuitos cerebrales involucrados en las recompensas a reforzadores naturales (comida, bebida, sexo, etc.), resultando en una forma patológica pero poderosa, de memoria y aprendizaje. El circuito involucra esencialmente, el sistema dopaminérgico mesolímbico (area tegmental ventral (VTA), nucleus accumbens (NAcc) y estructuras límbicas asociadas). La plasticidad sináptica en las íreas involucradas incide particularmente en la abstinencia, la recurrencia, la reincidencia y la pérdida del autocontrol. La ínsula y en particular, la ínsula anterior derecha, participa en las percepciones de los estados emocionales corporales que generan las urgencias de consumo y las saliencias de incentivos corporales. Esto se refleja en los estudios imagenológicos funcionales y se confirma por la pérdida del hábito al consumo de tabaco en los casos de lesiones cerebrales en éstas áreas específicas.

Evidence gathered during the past ten years demonstrates that drugs of abuse may co-opt plasticity mechanisms in brain circuits involved in the rewards to natural reinforcements (food, drink, sex, etc.) which results in a pathological but powerful form of memory and learning. The circuit basically involves the mesolimbic dopamine system (ventral tegmental area (VTA), the nucleus accumbens (NAcc) and associated limbic structures). The synaptic plasticity in the areas involved particularly impacts on abstinence, recurrence, recidivism and the loss of self-control. The insula, and the right anterior insula in particular, plays a role in the perceptions of the emotional states of the body that trigger the craving for consumption and the salience of body incentives. This is depicted in functional imaging studies and is demonstrated by the break of the habit of smoking in cases of brain injuries in these specific areas.

Actualización en la patofisiología de la esquizofrenia desde la perspectiva de la neurociencia de sistemas / Update on the pathophysiology of schizophrenia from the systems neuroscience point of view

La patofisiología de la esquizofrenia (EQZ) sólo podrá entenderse en una aproximación integrativa, basada en la neurociencia de sistemas, para tratar de explicar cómo múltiples genes y neurotransmisores pueden actuar de manera sinérgica para producir el trastorno. En este trabajo se analizarán por separado los diversos endofenotipos de esta enfermedad para tratar de explicar, sobre la base de aproximaciones sistémicas, cómo ocurren los cambios en las interneuronas GABAérgicas en la EQZ, comenzando con la hipofunción GABAérgica y sus consecuencias sobre las neuronas piramidales corticales y la disfunción dopaminérgica a punto de origen hipocampal, lo que permite conciliar eventos neurobiológicos con sus consecuencias conductuales (consilience). Los circuitos involucrados por Lisman, Grace, Coyle, Green y otros autores en esta revisión integran las neurotransmisiones glutamatérgica, GABAérgica, dopaminérgica y colinérgica en un marco sistémico en que también se involucran factores de riesgo genético, para intentar demostrar sus acciones sinérgicas dentro del circuito y generar una aproximación desde la neurociencia de sistemas. Se intentará desarrollar estrategias de distinto orden para comprender la EQZ como enfermedad que produce sus consecuencias devastadoras a través de la acción sinérgica de genes y diversos neurotransmisores integrados en circuitos de procesamiento que operan en complejas dinámicas de tipo no-lineal.

Understanding the pathophysiology of schizophrenia (SZ) entails adopting a holistic approach based on systems neuroscience that allows to explain how multiple genes and neurotransmitters can act synergistically to trigger the disorder. In this article, the different endophenotypes of schizophrenia are analysed separaately, with the aim of explaining, by means of systemic approaches, how changes take place in GABAergic interneurons in SZ, starting from the GABAergic hypofunction and ists effects on cortical pyramidal neurons, as well as on the dopaminergic dysfunction at he pont of origin of the hippocampus, which enables to reconcile neurobiological events with their behavioural consequences ("consilience"). The circuits proposed by Lisman, Grace, Coyle, Green and other authors, that make up glutamatergic, GABAerci, dopaminergic and cholinergic neurotransmissions embedded in a systemic framework in whic genetic risk factors are also involved, are included in this review to demonstrate their synergistic actions within the circuit, as well as to develop an approach based on systems neuroscience. The present article will also provide different types of strategies intended to understand SZ as a disease that causes its devastating effects through the synergistic action of genes and the different neurotransmitters organized in processing circuits that operte in complex non-linear dynamics.

Regional changes in central noradrenaline levels after X-irradiation at birth

La inyección neonatal de nerutóxicos a roedores produce cambios permanentes en los niveles centrales de noradrenalina (NA). Estos cambios se asocian a una hiperinervación del tallo encefálico (BS) y cerebelo (CE) y a una hipoinvervación de la corteza cerebral (CO) y médula espinal (SC). El sistema nervioso central en desarrollo de los mamíferos es sensible a los rayos-X. El objetivo de este trabajo fue estudiar los efectos de una dosis de radiación-X en ratas neonatas sobre los niveles centrales de NA, evaluados post-nacimiento. La cabeza de los animales fue expuesta a 200, 500 ó 700 rad (SC no irradiada) en las 24 h luego del nacimiento. Fueron sacrificados a los 30, 90, 185 ó 390 días de edad y se separon las siguientes regiones: BS, CO, CE, SC y el "resto del encéfalo" (RB). La NA se aisló por adsorción en columnas de alúnina y se determinó por métodos fluorométrico. A los 30 días, la NA del BS se incrementó luego de 200 (173 % del control), 500 (205.9%) y 700 rad (188.2%), retornando a los valores del control alrededor del día 90. Luego de 500 rad se produjo un aumento persistente en la concentración de NA tanto en CE como en RB, inclusive evaluada al día 390: 220% y 170.3%, respectivamente. Asimismo, 700 rad determinaron un incremento permanente en la concentración de NA del CE: 186.7%, determinada en el día 390. Una atrofia persistente del CE fue inducida tanto por 500 (78.4% del control) como por 700 rad (39.1%), pesado en el día 390. Las dos dois mayores produjeron una...