Factores biológicos de riesgo

DESARROLLO

INFANTIL

CONTENIDO DE LA UNIDAD

Texto explicativo
Imágenes
Actividades de interacción
Actividades de aprendizaje

ANTES DE COMENZAR...

CONSEJOS Y RECOMENDACIONES PARA EL ESTUDIO Y DESARROLLO DE ESTA UNIDAD

Enriquecer su vida y ampliar su visión del mundo requiere mucho estudio.

Su mente no es como su estómago, algo que se pueda llenar pasivamente; se parece más a un músculo que se fortalece con el ejercicio.

Innumerables experimentos revelan que la gente aprende y recuerda mejor un material cuando lo dice con sus propias palabras, lo repite y luego lo revisa y lo repite de nuevo.

Por lo anterior para el estudio de este curso le sugerimos las siguientes técnicas:

Para estudiar un capítulo, primero explore, con una lectura superficial.

Recorra con la vista los títulos y observe cómo está organizado el capítulo.

Mientras se prepara para leer cada sección, use su título u objetivo de aprendizaje y pregunte aquello que usted debería responder. Para esta sección usted podría haber preguntado: ¿Cómo puedo llegar a dominar con mayor efectividad y eficiencia la información de este curso?

Luego lea activamente buscando la respuesta. En cada capítulo, lea solo lo máximo que pueda absorber sin cansarse. Lea de manera crítica y activa. Formule preguntas; realice anotaciones; considere las implicaciones ¿cómo se relaciona con su propia vida? ¿respalda o desafía sus suposiciones? ¿cuán convincente es la evidencia?

Una vez finalizada la lectura de cada sección, ensaye con sus propias palabras lo que leyó. Pruébese y trate de responder la pregunta que formuló, recitando lo que pueda recordar, luego mire lo que no pueda recordar.

Para finalizar, repase: lea las anotaciones realizadas, repare en la organización del capítulo y repáselo por completo con rapidez.

Explore, pregunte, lea, ensaye, repase.

Su proceso de aprendizaje puede mejorar con estas sugerencias adicionales:

Distribuya el tiempo para estudiar: uno de los descubrimientos más antiguos de la psicología y la neurociencia cognitiva es que el ejercicio espaciado favorece más la retención que el ejercicio acumulado. Usted recordará mejor el material si reparte el tiempo a lo largo de varios periodos de estudio -quizás una hora por día, 6 días a la semana - en lugar de hacerlo todo junto el mismo día, máxime cuando la fecha de evaluaciones cercana. Por ejemplo, en lugar de tratar de leer un capítulo completo de una sola vez, lea solo una de las secciones principales del capítulo y después haga otra cosa.

El espaciado de las horas de estudio requiere una actitud disciplinada para manejar su tiempo.

Ejercite el pensamiento crítico: mientras lee, tome en cuenta los valores o suposiciones de las personas ¿qué perspectivas o tendencia subyacen a un argumento? Evalúe la evidencia ¿es anecdótica, correlacional o experimental? Evalúe conclusiones ¿existen explicaciones alternativas?

Cuando la información sea respaldada o acompañada por imágenes y/o vídeos, escuche la idea principal y las ideas secundarias. Anótelas, formule preguntas durante y después (sí está observando un vídeo, interrumpa la secuencia y formule preguntas antes de continuar).

Insista en el aprendizaje: la neuroanatomía requiere atención, objetividad e identificación muy precisa de estructuras. Una vez más, la pedagogía, la psicología y la neurociencia cognitiva nos enseñan que “insistir en el aprendizaje mejora la retención”. Tendemos a sobreestimar cuánto sabemos. Usted puede entender un capítulo mientras lo está leyendo, pero si dedica un tiempo adicional para volverlo a leer, ponerse a prueba y para repasar lo que usted cree que sabe, retendrá por más tiempo el nuevo conocimiento adquirido.

Haga las evaluaciones y exámenes de manera inteligente: si una evaluación contiene preguntas de opción múltiple y un tema para desarrollar, lo primero que debe hacer es la pregunta. Tiene que leer con mucho cuidado el tema, teniendo muy en cuenta que es lo que se le pide. En una hoja escriba una lista de los puntos que le gustaría explicar y luego organícelos. Antes de desarrollarlos deje el tema y abóquese a las preguntas con múltiples opciones de respuesta.

(Mientras tanto puede continuar madurando el tema desarrollar. A veces las preguntas objetivas le traerán a la mente ideas pertinentes). Luego vuelva a leer el tema que se le pide que desarrolle, reconsidere lo que va a responder y empiece a escribir. Cuando termine, revise lo que ha escrito para eliminar los errores ortográficos y gramaticales que lo harían parecer menos competente de lo que es. Cuando lea las preguntas de múltiple opción, no se confunda tratando de imaginar cómo cada opción podría ser la correcta. En cambio, trate de responder cada pregunta como si fuera un ejercicio de complementar. Primero cubra las respuestas y formule una oración en su mente, recordando lo que sabe para completar la oración. Luego lea las respuestas en la prueba y encuentre la alternativa que más se parezca a su respuesta.

Al explorar la neuroanatomía, aprenderá mucho más que técnicas efectivas para estudiar. Este aprendizaje nos enseña a formular las preguntas importantes: como reflexionar de manera crítica mientras evaluamos las ideas y las creencias populares que compiten entre sí. Esto aumenta nuestra apreciación acerca de cómo nosotros, seres humanos, percibimos, pensamos, sentimos y actuamos. De este modo, enriqueceremos nuestras vidas y ampliaremos nuestra visión global.

PARTE 1

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE:

Obtener una visión integrada del sistema nervioso, partiendo de la epigénesis como marco de referencia.
Conocer las fases del desarrollo estructural del sistema nervioso, desde el nivel celular hasta el anatómico.
Comprender los mecanismo de plasticidad implicados en dicho desarrollo, así como la existencia de periodos críticos.
Integrar el desarrollo funcional y estructural como un proceso de adaptación continua al entorno.
Conocer los principales factores genéticos y ambientales que alteran el desarrollo del sistema nervioso.
Revisar las malformaciones estructurales más frecuentes que pueden aparecer durante el desarrollo.
Reflexionar sobre las dificultades que existen para clasificar los trastornos del neurodesarrollo dentro de categorías identificativas, comparando los cambios históricos en la nosología durante la edad pediátrica y la adolescencia a partir de los avances que se han producido en la investigación en esta área.

DESARROLLO ONTOGÉNICO DEL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL

INTRODUCCIÓN

Hay pocas cosas tan fascinantes como el desarrollo del ser humano, desde la primera ecografía en un embrión de apenas seis semanas hasta el adolescente que quiere decidir sobre sus estudios universitarios o elegir una pareja. Y si los cambios corporales en talla o peso pueden resultar asombrosos, más aun lo son los que aparecen en las destrezas motoras (desde los primeros pasos a la escritura), en las capacidades lingüísticas (desde el gorjeo al relato de un cuento), en los aprendizajes académicos, o en la intención de compartir o de inventar un nuevo juego.

El estudio de la diversidad y creatividad del comportamiento humano implica la necesidad de profundizar en el conocimiento de los procesos de maduración del sistema nervioso central en general y del cerebro en particular, al que se vinculan tales adquisiciones comportamentales. Así, la maduración cerebral se presenta como el proceso más complejo, por su dinamismo, y prolongado, por extenderse hasta la vida adulta. Pero, a la vez, y a pesar de las numerosas influencias a las que se verá sometido el individuo a lo largo de un período tan extenso, internas (en especial las preprogramadas genéticamente) y externas (desde la mera nutrición, los efectos de fármacos o virus, hasta las experiencias proporcionadas por el entorno familiar, escolar, histórico e incluso climático), se observa una secuencia ordenada y un elevado grado de consistencia en dicho desarrollo entre individuos, tanto a nivel cerebral como conductual.

Las relaciones entre cerebro y comportamiento se han examinado fundamentalmente de tres maneras (Kolb y Frantie, 2009):

1.- Observando el desarrollo estructural del sistema nervioso y correlacionándolo con la aparición de conductas específicas, puesto que ambos siguen procesos ordenados y compartidos dentro de la misma especie.

2.- Explorando las conductas y haciendo inferencias acerca de la maduración neural.

3.- Relacionando las alteraciones cerebrales con los trastornos del desarrollo.

Así, a lo largo del capítulo se expondrán, en primer lugar, los principios organizativos que subyacen a los cambios estructurales del cerebro, y, en segundo lugar, los implicados en los cambios funcionales en los primeros años del ciclo vital, que posibilitarán una comprensión más ajustada de los modelos que, desde la neurociencia, tratan de explicar el desarrollo de los procesos neuropsicológicos así como de sus alteraciones.

LOS PASOS PREVIOS AL DESARROLLO CEREBRAL

Compartimos, desde el punto de vista filogenético, unos mecanismos madurativos que se prolongan a lo largo del ciclo vital. A la vez, desde una perspectiva ontogenética, y ya en la fecundación, seguiremos un camino evolutivo que nos llevará a crecer como individuos con unos caracteres o rasgos particulares (peso, estatura, capacidad intelectual o competencia social).

En psicología del desarrollo, el intento de explicar las diferencias individuales ha dado lugar a una controversia histórica denominada «genes frente a ambiente», «naturaleza frente a crianza», «maduración frente a aprendizaje» o «nature versus nurture ». Son numerosos los autores que argumentan que tal controversia ha quedado obsoleta. En 2003 se hizo pública la primera versión considerada completa del genoma humano, con unos 20,000 a 25,000 genes estimados. Esta secuenciación permitirá estudiar la variación genética interindividual, es decir, las diferencias fenotípicas entre los individuos, lo que en el ámbito neurosicológico supondrá conocer la susceptibilidad de cada uno a desarrollar diversos síntomas y enfermedades o su respuesta a distintos fármacos. Sin embargo, ningún individuo madura -o sigue su preprogramación genética- sin interactuar con entornos variados. De ahí que sea necesario hablar del genoma como una estructura dinámica. (para un glosario general de algunos conceptos relevantes en genética, ver tabla 1)

Así, aunque los genes contienen información primordial para el desarrollo del organismo, son moléculas inertes que no pueden participar de forma directa de los mecanismos biológicos: su información extraída y traducida en proteínas que entran en procesos complejos donde interactúan con otros productos genéticos, así como con el ambiente intracelular y extracelular. El ácido desoxirribonucleico (ADN) que los integra, a su vez, se compone de cuatro nucleótidos que se presentan emparejados, de ahí su nombre de pares de bases (adenosina-timina, citosina-guanina) que actuarían como una especie de alfabeto que codifica información. Cuando la célula necesita sintetizar una determinada proteína, las enzimas «leen» el gen y hacen una copia de la información. Éste proceso se denomina transcripción, y la copia, ácido ribonucleico (ARN) mensajero; mientras, la conversión del ARN mensajero transcrito en una proteína se designa como translación.

Una vez que el gen ha sido transcrito, se dice que ha sido expresado. La expresión de un gen resulta en el fenotipo.

Sin embargo, cada gen puede expresarse de numerosas maneras: como diferentes versiones de una proteína e incluso como diversas proteínas. Además, éstas pueden modificar su forma después de su traslación, y habitualmente interactúan con otras redes complejas, como se ha indicado. De esta manera, hay un largo camino desde la información codificada en el ADN del individuo hasta su fenotipo conductual, con un amplio abanico de intermediarios, incluido el ambiente. Por lo tanto, los genes serán probabilísticos, no deterministas; codifican proteínas, no conductas. (Esposito et al., 2011).

En relación con esta idea se encuentra el concepto de epigénesis, heredado del campo de la biología, que habla del papel de la experiencia en la explicación del desarrollo fenotípico. Se refiere a las modificaciones del genoma que alteran la expresión de un gen sin afectar a las secuencias de pares de bases a partir, por ejemplo, de mecanismos como la adición o sustracción de moléculas (por lo general de un grupo metilo: así, ocurrirá o bien una metilación -principal mecanismo epigenético que regula el desarrollo del sistema nervioso central-, o bien hipometilación o dimetlación, respectivamente a la hélice del ADN).

Estas modificaciones epigenéticas alteran la probabilidad de que un gen sea transcrito (se considera la transcripción como el mecanismo genético que mejor muestra en la interacción entre gene y ambiente, puesto que su activación se encuentra altamente regulad por señales ambientales) y llegan incluso a silenciarlo completamente; se pondrían el marcha ante estímulos del entorno que van desde la dieta a las toxinas al estrés. Es necesario tener en cuenta que la actividad mediadora de la epigénesis en la interacción entre gen y ambiente va más allá del desarrollo prenatal o de la primera infancia y abarca todo el ciclo vital, de manera que algunas consecuencias a largo plazo de experiencias tempranas estarían representando dichas influencias epigenéticas.

Así, procesos de metilación del ADN, que se han observado estables e incluso hereditarios, serían el sustrato ideal de cambios celulares prolongados que llevarían a modificaciones en el individuo en el ambiente posnatal, a su vez inducidos por la experiencia p. ej., en la relación con el cuidador).

La mayoría de los hallazgos en esta dirección proceden de modelos animales, en los seres humanos la búsqueda de datos sobre programación fetal epigenética por cambios ambientales ha permitido encontrar que los bebés de ambos sexos de madres con elevados niveles de depresión y ansiedad durante el tercer trimestre de gestación ven incrementadas la metilación del promotor -región de ADN que controla la iniciación de la transcripción- del gen receptor de glucocorticoides Nr3c en la sangre del cordón umbilical. El Nr3cl se vincula con los niveles de cortisol, hormona fundamental en la respuesta al estrés, en el metabolismo y en el sistema inmunitario. También se ha detectado metilación elevada de ADN global en leucocitos en bebés nacidos por cesárea en comparación con los nacidos en partos vaginales y, de nuevo, en nuestras de Nr3cl hipocámpicas en varones víctimas de suicidio con historia de maltrato en la infancia.

Si bien no está claro que la metilación del ADN se correlacione de manera exacta con la metilación en el sistema nervioso central (SNC), todo indica que ya desde el desarrollo prenatal el epigenoma de un individuo es sensible a las experiencias de la madre y al ambiente intrauterino y extrauterino (Roth y Sweatt, 2011).

Por lo tanto, y en concreto, el proceso de desarrollo cerebral es complejo en su dinamismo, puesto que se produce en un contexto que es sumamente organizado y estructurado a nivel genético, pero con un entorno que cambia de manera constante. Como consecuencia, tanto la expresión de los genes como la recepción de la información ambiental son necesarias para el desarrollo adecuado del cerebro, y la perturbación de cualquiera de ellas puede alterar dicho desarrollo, en ocasiones de forma dramática (Stiles y Jernign, 2010).

Tabla 1 Algunos conceptos relevantes en genética

Ácido desoxiribonucléico (ADN): Macromolécula de gran complejidad que forma parte de todas las células y que contiene la información genética para el desarrollo y funcionamiento de los seres vivos.

Ácido ribonucléco (ARN): Molécula fundamental para la expresión genética, ya que transfiere la información del ADN durante la síntesis de proteínas.

Alelo: Cada uno de los genes (uno procedente del padre y otro de la madre situados en el mismo lugar de los cromosomas que forman el par.

ARN mensajero (ARNm): Molécula de ARN que lleva la información del ADN sobre la secuencia de aminoácidos de la proteína del núcleo hasta el ribosoma, lugar en el que se sintetizan las proteínas de las células.

Autosomas: Cualquier cromosoma que no sea sexual. En los seres humanos, del par 1 al par 22.

Cigoto o huevo: Célula resultante de la unión de un gameto masculino y uno femenino en la fertilización o concepción.

Código genético: Conjunto de instrucciones por las que la información contenida en los genes se traduce en proteínas.

Cromosoma: Cada una de las 46 estructuras en formas de bastón compuestas por genes y organizadas por pares.

Epigénesis: Concepto biológico que alude a la influencia del ambiente en la expresión de los rasgos que caracterizan a un ser vivo a partir de la información contenida en los genes, sin que dichos rasgos estén preformados en los gametos o en el cigoto.

Fenotipo: Cualquier característica (anatómica, fisiológica o conductual) detectable de un individuo, determinada por la interacción entre el genotipo y el ambiente.

Gameto: Cada una de las células sexuales, femenina (óvulo y masculina (espermatozoide), que al unirse dará lugar a un nuevo individuo de la especie.

Gen: Unidad básica de la herencia.

Genotipo: Dotación genética de un organismo que contiene tanto las características expresadas como las no expresadas.

Gonosomas: Cromosomas sexuales. En los seres humanos, el par 23 XX para las mujeres, XY para los hombres.

Meiosis: Mecanismo de división propio de los gametos o células genéticamente distintas, base de la reproducción sexual y de la variabilidad genética.

Mitosis: Proceso de división que da lugar a dos células genéticamente idénticas a la célula madre, fundamento del crecimiento, de la reparación de los tejidos y de la reproducción asexual.

DESARROLLO ESTRUCTURAL.

El cerebro humano adulto posee de acuerdo a los últimos estudios un promedio de 86 mil millones de neuronas. La génesis de esta sensacional cantidad de células y de las conexiones entre ellas se produce a un ritmo vertiginoso antes del nacimiento. Sin embargo, una de las características del desarrollo neural en el ser humano es que los procesos de conectividad entre neuronas y el refinamiento de los circuitos continúa tras el nacimiento (principalmente durante los primeros años de vida aunque algunos sistemas siguen perfeccionándose hasta la adolescencia y la primera juventud). Esto nos permite, al nacer, tomar contacto con el entorno en unas excelentes condiciones de plasticidad cerebral, requiriendo menos sistemas conductuales predeterminados y generándolos, en cambio, en continua adaptación a los contextos en los que viviremos.

El desarrollo del sistema nervioso comienza, por lo tanto, en la etapa embrionaria a partir de la primitiva capa , de la que surgirán las células epidérmicas (como la piel, el pelo o las uñas) y las nerviosas. Éstas primeras células, precursoras de las futuras células nerviosas, da lugar al tubo neural durante la tercera semana de la gestación en la parte dorsal del embrión. La parte rostral del tubo formará el cerebro, mientras que la parte caudal formar a la médula espinal. En concreto, desde la cuarta a la octava semana de gestación, la parte rostral de este tubo neural se expandirá y dará lugar a tres vesículas cerebrales: El romboencéfalo, que generará el bulbo raquídeo, la protuberancia y el cerebelo; el mesencéfalo, que dará lugar a la estructura del mismo nombre, y el prosencéfalo, que será el precursor de las estructuras del diencéfalo y del telencéfalo. A partir de la novena semana de gestación, ya en la etapa fetal, la morfología del cerebro irá cambiando de forma evidente, y pasará de ser una estructura lisencefálica (lisa, sin arrugas) a mostrar paulatinamente un patrón de circunvoluciones y surcos. Primero se observará la cisura longitudinal separando ambos hemisferios cerebrales, para aparecer posteriormente el resto de cisuras (silviana, singular parietooccipital, calcarina, entre otras) (Stiles y Jernigan, 2010) (Fig. 1).

Figura 2. Representación gráfica del proceso de migración neuronal. En un corte transversal del tubo neural (arriba) se muestra cómo las células gliales se establecen de forma radial desde la zona ventricular hasta la superficie pial (abajo), izquierda) que dará lugar a la corteza cerebral, y sobre ellas ascienden las neuronas migratorias (abajo, derecha).

Figura 1

Estos cambios evidentes que ocurren en la anatomía del cerebro durante el desarrollo embrionario y fetal reflejan los fascinantes cambios que se producen a nivel celular. En concreto, se pueden diferenciar cuatro fases: neurogénesis y migración; diferenciación y maduración de las conexiones; mielinización, y poda sináptica y muerte neuronal.

La neurogénesis comienza con la formación del tubo neural y parece finalizar aproximadamente a mitad del periodo de gestación, ocupando principalmente la fase embrionaria (primeras 8 semanas), mientras que la migración se extenderá también durante la fase fetal. Los neuroblastos producirán neuronas y los glioblastos, por su parte, generarán células gliales. La mayor proliferación de neuronas se producirá en la zona ventricular (en el interior) del tubo neural, desde donde comenzarán a desplazarse, siguiendo un patrón radial hacia la zona externa del tubo. La migración empieza con la aparición de las primeras neuronas, las cuales son guiadas y «trepan» por glías radiales hasta su lugar de destino, recorriendo en ocasiones largas distancias. (Fig. 2). A medida que las neuronas van llegando a la parte más externa del tubo, van formando las seis capas de la futura corteza cerebral con un patrón «de adentro hacia fuera»: las primeras neuronas en llegar darán lugar a las capas más profundas, mientras que las últimas irán a las capas más superficiales.

Durante la etapa fetal a partir de la 9° semana, como se ha descrito previamente, las estructuras cerebrales siguen creciendo en tamaño y comienza la diferenciación y maduración de las neuronas. Así, las neuronas se van diversificando y cambiando de forma -según el lugar donde van a permanecer-, produciendo, para ello, neurotransmisores y factores neurotróficos: las neuronas piramidales, por ejemplo, predominan en la corteza motora, mientras que las granulares son típicas de la regiones sensoriales. Asimismo, a medida que se produce la migración a través de las glías radiales, empiezan a crecer los axones mediante un proceso de «afinidad química» entre el terminal axónico y la neurona «objetivo».

Recientes estudios de tractografía cerebral con la técnica de imagen por tensor de difusión (diffusion tensor imaging, DTI) (Lebel et al., 2012), muestran que el fascículo longitudinal inferior, el fórnix y el cuerpo calloso son los tractos de fibras que tienen el desarrollo más temprano, durante el primer trimestre de gestación, quizás debido a que se encuentran relacionados, respectivamente, con la emergencia de procesos básicos como el procesamiento visual, la memoria y la comunicación interhemisférica, que es crucial para el desarrollo sensoriomotor. A continuación, hacia el tercer mes de gestación, se desarrolla en la comisura anterior, que conecta los lóbulos frontales, seguida del tracto córticoespinal. Finalmente, comienzan a surgir las conexiones frontotemporales y frontoparietales, tales como el cíngulo, el fascículo uncinado o el fascículo longitudinal superior. Estos tractos, así como el cuerpo calloso, maduran de forma más lenta, maduración que continúa tras el nacimiento hasta la adolescencia y la juventud (Lebel et al., 2012; Semrud-Clikeman y Teeter, 2009).

Posteriormente, una vez en su lugar de destino, las neuronas comienzan a establecer conexiones con aquellas que la rodean, para lo cual se produce el crecimiento del árbol dendrítico. Esta maduración se inicia antes de nacimiento, pero sigue produciéndose en etapas posnatales, lo que permite la sinaptogénesis. Como se ha indicado y según la hipótesis de Oppenheim (1989), la neurona «objetivo» general factores neurotróficos que guían el crecimiento de los axones, los cuales compiten por dichos recursos neuroquímicos. Por lo tanto, las neuronas que consiguen establecer una conexión tienen más probabilidades de obtener estos factores neurotróficos y sobrevivir. Asimismo, la formación de sinapsis se ve influida por mecanismos «expectantes» y «dependientes» de la experiencia. Los primeros hacen referencia a que el desarrollo de la sinapsis necesita de la presencia de ciertas experiencias sensoriales que son estimulaciones comunes a todos los miembros de la especie (p. ej., luz, color o movimiento), mientras que los segundos aluden a la gestación de sinapsis dependiendo de las experiencias únicas para cada individuo (p. ej., visión de rasgos faciales orientales o exposición a la fonética germánica).

Puesto que el bebé nace con más neuronas y sinapsis de las que va a necesitar, los procesos de o apoptosis y de permiten perfeccionar y refinar aquellas conexiones que son funcionales, mientras que las que no lo sean van a ser desactivadas o eliminadas. Existe una primera poda en la que las sinapsis se reducen en un 50% a los 2 años de edad, seguida de otra en la adolescencia y una tercera en la senectud. (Kolb y Fantie, 2009). Una mayor densidad sináptica implica peores habilidades cognitivas, ya que la poda parece está relacionada con el perfeccionamiento de los circuitos, eliminando células con una función puntual únicamente durante el desarrollo (Yeo y Gautier, 2004), corrigiendo errores en migración o diferenciación neuronal y, sobretodo refinando la selección de las conexiones funcionalmente más efectivas (descartando la sinapsis redundantes y los axones colaterales). El proceso de poda sináptica obedece también a una secuencia temporal diferente para cada estructura, siendo las regiones prefrontales de las últimas en concluirlo. Durante la infancia y la adolescencia, se produce un incremento de la sustancia blanca como consecuencia de la mielinización, mientras que la sustancia gris tiende a decrecer debido a estos procesos de poda sináptica y muerte neuronal. En relación con la sustancia gris, diferentes estudios muestran un descenso en el volumen de los ganglios de la base, el tálamo y el cerebelo; por el contrario, la amígdala y el hipocampo siguen aumentando su tamaño con la edad. Asimismo, las estructuras relacionadas con la capacidad de mentalización y cognición social (p. ej., la corteza prefrontal medial) tienen un máximo desarrollo en la adolescencia y decrecen posteriormente en la edad adulta (Blakemore, 2012). En cuanto a la sustancia blanca, estudios con resonancia magnética (MR) funcional informan de que las redes cerebrales durante la infancia se caracterizan por conexiones funcionales entre regiones próximas desde el punto de vista anatómico, mientras que conforme se producen estos procesos de maduración y refinamiento, estas redes comienzan a organizarse de una manera más distribuida, integrando regiones más distales con múltiples interconexiones (Vogel et al., 2010).

PLASTICIDAD. UN CEREBRO MOLDEABLE

El desarrollo cerebral viene preprogramado exquisita y detalladamente en la serie de pasos descritos en el apartado anterior. Sin embargo, aunque esta programación siga dicha secuencia y no pueda producirse en otro orden, pensar que los procesos implicados son inflexibles es un error que a menudo cometen quienes desconocen la verdadera naturaleza plástica del sistema nervioso. Como se ha mencionado previamente, este desarrollo se ve moldeado por la información entrante o desde las primeras semanas de gestación, influyendo en diversos procesos moleculares -la expresión genética- y celulares, no sólo en relación con la maduración de las neuronas, sino también respecto a la mielinización y refinamiento de las sinapsis en la etapa posnatal. No cabe la menor duda de que el cerebro, durante su desarrollo, es tremendamente dinámico. Pero, de igual forma, pensar que es completamente flexible es otro error que cometen los defensores de la plasticidad total del sistema nervioso. Es decir, la plasticidad cerebral se rige por unas limitaciones estructurales y funcionales que, además, varían a través de periodos críticos. Esto cobra sentido cuando se entiende que la naturaleza no puede dejar al capricho del entorno el desarrollo de ningún sistema que pretenda ser competitivo para sobrevivir.

Es importante, además, diferenciar entre la plasticidad asociada al propio desarrollo cerebral y la asociada a los procesos de aprendizaje, ya que a menudo se confunde. La primera hace referencia mecanismos «expectantes de la experiencia» (experience-expectant), relacionados con el desarrollo de fondo de las funciones innatas, propias de la especie y necesarias para la supervivencia (p. ej., el sistema motor, el lenguaje, la memoria, la percepción, las funciones ejecutivas o la condición social). Estas funciones se adquieren sin esfuerzo por parte del individuo, simplemente por estar expuesto al entorno, presentando períodos sensibles o críticos para su consecución. El segundo tipo de plasticidad hace referencia mecanismos «dependientes de la experiencia» (experience-dependent), relacionados con el aprendizaje de nuevas habilidades, específicas de cada individuo (como trepar a un árbol, nadar, tocar un instrumento, almacenar conocimientos académicos, leer o escribir). Estas habilidades requieren esfuerzo y entrenamiento por parte del sujeto y pueden adquirirse a lo largo de toda la vida, aunque con mayor dificultad en la edad adulta y vejez. (Artiagas-Pallares, 2011; Galván, 2010.

Efectivamente, los individuos acumulan experiencia e información a lo largo de toda la vida: son aprendizajes que se producen sobre los sistemas cognitivos y emocionales principales -es decir, las funciones «expectantes de la experiencia»-, los cuales sí se encuentran afectados por la presencia de períodos sensibles o críticos. El inicio de estos periodos se produce cuando comienza de forma intensa la estimulación relevante para los circuitos. El tipo de estímulo que será relevante para cada circuito potencial está pre determinado genéticamente (de ahí la especificidad existente a pesar de la plasticidad). Durante cada periodo crítico de desarrollo se generan y se consolidan las sinapsis, eliminándose aquellas que no son funcionales. (Fig. 3). Dicho periodo finalizará cuando la estimulación recibida no genere más cambios moleculares o celulares (Knudsen, 2004).

En concreto, las funciones sensoriomotoras tienen un periodo crítico durante los primeros 2 años de vida, y el lenguaje entre el 1° y el 5° año, mientras que las funciones ejecutivas se desarrollan críticamente entre los 5 y los 8 años de edad. Además, se ha observado que la ausencia de estimulación relevante incrementa el tiempo de duración del periodo crítico, pero si finalmente el circuito no es moldeado por el entorno, dicha función quedará mermada (p. ej., ausencia de lenguaje tanto en los niños ferales encontrados en la pubertad como en personas sordas que reciben implantes cocleares transcurridos los primeros años de vida), e incluso el circuito podrá ser reutilizado parcialmente para otras funciones que compartan características estructurales y funcionales (p. ej., uso de la corteza auditiva para funciones somatosensoriales en niños sordos). Asimismo, la exposición a un entorno enriquecido induce un incremento del número de neuronas, de células gliales, la longitud de las dendritas, la densidad de las espinas dendríticas y el tamaño de las sinapsis, lo cual se verá reflejado en un procesamiento cerebral más efectivo y adaptado al entorno.

Como consecuencia de la existencia de periodos críticos durante la maduración de los circuitos cerebrales y el desarrollo de las funciones cognitivas, emocionales y comportamentales, el daño cerebral temprano puede producir consecuencias, a veces devastadoras. Son conocidos los estudios de Margaret Kennard durante la década de 1930 con macacos, a partir de los que concluyó que las secuelas tras la lesión en la corteza motora de monos lactantes eran menores que en los monos adultos. Esto dio lugar al que se conoció como «principio de Kennard», que afirmaba que las lesiones producidas durante la lactancia no causaban apenas secuelas cognitivas. A pesar de que en 1949 Donald Hebb publicó un trabajo que mostraba las graves secuelas a largo plazo sufridas en niños con lesión temprana en el lóbulo prefrontal, no fue hasta prácticamente la década de 1990 cuando empezó a observarse de manera sistemática que «más temprano no siempre significa mejor y, a veces, es peor» (Kolb y Whishaw, 2006). Fueron cruciales los estudios de Bryan Kolb a finales de la década de 1980 que pusieron de manifiesto que el pronóstico tras el daño cerebral temprano dependía de la función implicada, de la magnitud y de la localización de la lesión, pero, sobre todo, del momento preciso o la edad en la que se producía. En sus investigaciones sobre lesiones de la corteza cerebral de ratas en distintos momentos evolutivos (desde los 18 días de gestación hasta la pubertad), encontró que la variable que mejor predecía las secuelas sensoriomotoras y neuropsicológicas era la etapa del Neurodesarrollo que quedaba afectada por la lesión. Los resultados globales de sus investigaciones mostraron que:

Cuando la lesión cerebral se produce durante la neurogénesis (hasta el nacimiento en la rata; hasta el 5° mes de embarazo en el ser humano), se observa cierta recuperación posterior de la función afectada, aunque a costa de un peor rendimiento general. Es decir, una lesión en estas etapas no dará lugar nunca a una disfunción focal. Así, la lesión durante la génesis neuronal parece estimular una sobreproducción de nuevas neuronas, si bien el volumen total es menor y la reorganización de todas las funciones entre un menor número de neuronas (obtener más con menos) con lleva un descenso del cociente intelectual. Cuanto más temprana y extensa sea la lesión en esta etapa, mayor será la discapacidad intelectual.

Si se afecta el proceso de migración neuronal y de diferenciación celular (1° semana de vida en la rata; desde el 5° mes de gestación hasta el 1° mes posnatal en el ser humano), el efecto es devastador y mucho más grave del que podría esperarse en etapas posteriores. Durante esta fase, cualquier agresión genera un mal posicionamiento de las neuronas, lo cual dará como consecuencia su ausencia en lugares donde deberían estar, con la consecuente reducción de conexiones necesarias; la acumulación extra de células en lugares de la corteza donde no sólo no van a ser funcionales, sino que van a entorpecer el funcionamiento normal de las que han migrado de forma adecuada, o la génesis posterior de sinapsis no funcionales y de procesos neuroquímicos ineficaces o alterados. Esto tendrá graves consecuencias en la mielogénesis y en los posteriores procesos de poda y muerte neuronal, puesto que tales conexiones anómalas superan dicho proceso de poda, afectando el normal funcionamiento de los circuitos durante toda la vida del individuo. En algunos casos, los problemas en la migración serán evidentes (como en la agenesia del cuerpo calloso), pero en otros sólo serán observables con técnicas de tractografía (como la ausencia del fascículo arqueado en el síndrome de Angelman o las anomalías en el fascículo longitudinal superior en el autismo).

Finalmente, la capacidad de recuperación será superior en la etapa de mayor crecimiento dendrítico y establecimiento de sinapsis (2° semana de vida en la rata; del 2° al 8° mes de vida en el ser humano). En esta etapa, la cantidad, la localización, la diferenciación y la conectividad de las neuronas se encuentra definida, por lo que una lesión no interrumpirá la ya prácticamente concluida organización cerebral y, de hecho, esta organización cerebral será responsable de recuperar y compensar el daño a través de nuevas conexiones que serán funcionales. Sin embargo, dicha recuperación no se produce sin ningún coste, puesto que siempre comportará una merma de aquellos sistemas laborales que estén «prestando ayuda». Así, hay niños que han sufrido lesiones en el hemisferio izquierdo entre el 1° y el 5° año de vida, se observa una reorganización de las funciones lingüísticas con una recuperación que se asemeja a la normalidad. Pero la función lingüística queda deficitaria en aspectos sintácticos complejos y, además, parte de las funciones del lenguaje se trasladan al hemisferio derecho, con la consecuente merma de las habilidades visuoespaciales.

Pasado este período crítico de máxima plasticidad sináptica, que como se ha mencionado previamente es variable según la función cognitiva que nos ocupe, las lesiones dejan secuelas equivalentes a las observadas en los adultos.

DESARROLLO FUNCIONAL

El desarrollo estructural del cerebro se encuentra irremediablemente relacionado con el desarrollo cognitivo, emocional y conductual. Según lo explicado hasta el momento, debe partirse de la idea de que este desarrollo estructural y, en consecuencia, el funcional siguen un patrón organizado que permite al ser humano sobrevivir y adaptarse de forma adecuada el entorno en el que nace. En este sentido, primero maduran estructural y funcionalmente las áreas más antiguas desde el punto de vista filogenético, después las estructuras sensoriales, motoras, de aprendizaje y emocionales, y por fin las de las áreas de asociación parietales y frontales.

Cabe destacar que, a la vez, este patrón de desarrollo cerebral estructural y funcional se produce de forma relativamente ordenada a través de sus tres ejes: lateral-medial, dorsal-ventral y rostral-caudal (Gogtay et al., 2004) (Fig. 2-4). En relación con el eje lateral-medial, primero maduran las estructuras de la línea media (sistema límbico), relacionadas con funciones emocionales y de aprendizaje (hot functions), que son fundamentales para la supervivencia de la especie, mientras que las estructuras más laterales, relacionadas con funciones cognitivas racionales (cold functions), se desarrollan más tardíamente. Si imaginamos un antepasado de nuestra especie escuchando entre la maleza unos rugidos, será fundamental para su supervivencia que el miedo que le produce ese sonido lo lleve a iniciar la conducta de huir antes de razonar si puede tratarse o no de un león. Asimismo, será fundamental que se produzca un aprendizaje eficaz, en pocos ensayos, para potenciar dicha supervivencia. En relación con el eje ventral-dorsal, maduran en primer lugar las estructuras ventrales relacionadas con el procesamiento perceptivo y semántico de los estímulos, el «qué», (what processing), y posteriormente las estructuras dorsales asociadas con el procesamiento de los estímulos dirigidos a una acción: el «cómo» y el «dónde» (how and where processing). Si regresamos al ejemplo anterior, será igualmente primordial para nuestro antepasado que identifique ese sonido como un rugido -con todo el contenido semántico y emocional que con lleva-, antes de saber de dónde procede exactamente o cómo es dicho estímulo. Por último, y en relación con el eje caudal-rostral, en primer lugar maduran las estructuras caudales, posteriores, en las que se realiza un procesamiento concreto sobre los estímulos (corteza sensoriales y motoras), mientras que las estructuras rostrales maduran más tardíamente, que es donde se va realizar un procesamiento abstracto e integrador para regular la conducta y la cognición, planificando, inhibiendo respuestas prepotentes y resolviendo problemas. De nuevo, en nuestro ejemplo es fundamental, para que el individuo sobreviva, que reaccione de forma rápida ante una situación de peligro basándose en la información concreta que tiene en ese momento. Posteriormente podrá considerar la posibilidad de evitar determinados caminos, camuflarse o, incluso, diseñar una trampa o un arma para cazar al depredador.

El desarrollo sensoriomotor es el más precoz y fundamental para tomar contacto con el entorno y permitir la maduración de otros sistemas cognitivos de mayor complejidad. Las capas más profundas de la corteza (las capas eferentes) son las que inician los procesos de mielinización, por lo que las conductas motoras van guiando la capacidad perceptiva en una dinámica en la que actos motrices y percepciones se retroalimentan. Así, no es inusual observar que los bebés lanzan los objetos, los chupan, los golpean, etc., Y obtienen de esta manera experiencias táctiles, visuales, gustativas o auditivas de estos objetos que se encuentran en su entorno y a los que tienen acceso directo (Semrud-Clikeman y Teeter, 2009). El papel del cerebelo en esta etapa es primordial, generando patrones predictivos de conductas en función de la información sensorio motora.

Estas primeras experiencias se caracterizan por ser dependientes del medio, es decir, los estímulos y las respuestas del bebé y éstas se producen de forma no deliberada, desde los reflejos predeterminados hasta las respuestas condicionadas: el bebé no tiene capacidad para inhibirla. Sin embargo y de forma temprana, comienza a desarrollar las primeras funciones ejecutivas que permiten el control voluntario sobre la conducta, es decir, la memoria de trabajo y la inhibición de respuestas automáticas. Estas dos funciones han sido disociadas experimentalmente en adultos, pero su evolución está condicionada por la interrelación entre ellas. Así, el hecho de que el bebé pueda mantener en la memoria su objetivo o meta, le va a permitir saber lo que debe inhibir. Del mismo modo, la inhibición de los distractores ambientales (atención selectiva) e internos (inhibición cognitiva) va a ser crucial para mantener el objetivo en la memoria de trabajo. El resultado de esta relación mutua permitirá finalmente que el niño empiece a conseguir la autorregulación o autocontrol, facilitando que interaccione de forma más apropiada con el entorno y accediendo a un mayor conocimiento sobre el mundo (Diamond, 2013).

El conocimiento del entorno da lugar a que se genere un almacén semántico acerca de los objetos y la relación entre ellos. Son los iniciales sistemas de memoria declarativa, que van incrementando su capacidad de forma lineal durante los primeros meses de vida. Estudios con RM funcional muestran la maduración del hipocampo y estructuras temporales mediales durante la infancia temprana. Esto permite la provisión masiva de información semántica sobre el mundo. Sin embargo, el almacenamiento de los trazos episódicos y de las memorias detalladas depende de circuitos prefrontales que maduran principalmente durante la pubertad y la adolescencia, permitiendo el paso de esas huellas episódicas al almacén a largo plazo (Ofen et al., 2007). Esto se relaciona con la «amnesia infantil» característica de la primera infancia: los primeros recuerdos episódicos que tenemos de nuestra infancia comienzan a los 3-4 años de edad, y siguen siendo esporádicos y sin continuidad hasta casi la pubertad.

Interactuar con el mundo

A medida que el bebé va adquiriendo mayor conocimiento sobre el mundo, comenzará a desarrollar la capacidad de asignar nombre a las cosas: será el inicio de lenguaje. Alrededor del 1° año de vida aparece la primera palabra referencial aunque, como incluso antes del nacimiento el planum temporale -una estructura relacionada con las funciones de receptivas de lenguaje- es mayor en el hemisferio que va a especializarse en el lenguaje, generalmente el izquierdo. De hecho, los bebés entre 1 y 4 meses de edad son capaces de discriminar sonidos del habla entre otros sonidos no lingüísticos, lo que muestra una temprana la lateralización del hemisferio izquierdo para el lenguaje. Por otro lado, la misma zona del hemisferio derecho parece estar relacionada con una mejor capacidad de discriminar la música entre otros sonidos no lingüísticos.

En relación con el lenguaje expresivo, a los 3 meses de edad, el crecimiento dendrítico es mayor en la región opercular derecha que en la izquierda. Durante estos meses iniciales de vida, los patrones de comunicación son principalmente afectivos, basados en la prosodia de las verbalizaciones de los progenitores y probablemente relacionados con una mayor implicación de estructuras hemisféricas derechas. Así, existe una activación hemisférica superior en estos primeros años, y destaca posteriormente la activación en el hemisferio izquierdo (Friederici et al., 2011). Hacia el 6° mes de vida se produce un incremento significativo de la arborización dendrítica en el opérculo frontal izquierdo, relacionado con la programación motora de lenguaje, que supera a la del hemisferio derecho. A partir de ese momento y durante los primeros 5 años, las regiones perisilvianas anteriores se desarrollarán de forma desigual en ambos hemisferios, siendo el sistema dendrítico más complejo en el hemisferio izquierdo. De hecho sobre los 6 años de edad, el área de broca izquierda alcanza el desarrollo adulto. A medida que los circuitos lingüísticos del hemisferio izquierdo crecen y se perfeccionan, las habilidades de los niños para comprender y utilizar estructuras sintácticas más complejas también lo hacen (Semrud-Clikeman y Teeter, 2009).

Sin embargo, interactuar con el entorno requiere más habilidades que las exclusivamente lingüísticas. Es necesario tener conocimiento de la existencia de los otros y comprender que mantienen pensamientos y creencias diferentes. Esta cognición social se relaciona con la capacidad de imitación, la pragmática de lenguaje y la teoría de la mente. A pesar de que la literatura científica muestra de forma repetida que estas habilidades y los circuitos que sustentan (p. ej., las cortezas cinguladas anterior y posterior o la cisura temporal superior) se desarrollan en edades más tardías durante la pubertad y la adolescencia, lo cierto es que ya los bebés con pocas semanas de vida exhiben cierta intersubjetividad primaria, y con tres meses de edad se activaría en estas regiones ante rostros con diferente orientación de la mirada (Johnson et al., 2005). Durante el primer año de vida, el bebé muestra claramente su capacidad de relacionarse no sólo con el mundo de los objetos, sino con el de las personas, mostrando sonrisas y llanto social, buscando al adulto para compartir intereses comunes o para solicitar ayuda, y disfrutando de su compañía. Posteriormente empieza a comprender la mente de los otros, y ya con 3 años puede mentir para evitar una consecuencia a una acción cometida. Conforme se van desarrollando las capacidades lingüísticas, emerge no sólo el conocimiento de que los otros tienen una mente que puede diferir de la propia, sino también de que las intenciones de los otros pueden diferir de lo que finalmente hacen o dicen: con 4-5 años surge la comprensión de la mentira piadosa, la ironía, los dobles sentidos o las bromas. Así pues, tras el desarrollo inicial durante los primeros años de vida, se produce un perfeccionamiento de estas capacidades durante la infancia tardía, la pubertad y la adolescencia. Los niños generarán habilidades de interrelación y habilidades sociales progresivamente más complejas.

Controlar el mundo

La maduración de las habilidades de interacción con el mundo se encuentra directamente relacionada con el desarrollo de las funciones cognitivas superiores más complejas, las funciones ejecutivas, que van a permitir planificar, programar y resolver dificultades de forma efectiva: el niño comienza a controlar lo que sucede en su entorno. Existen tres momentos de crecimiento intenso de las conexiones desde las cortezas parietales, temporales y occipitales hacia el lóbulo frontal. El primero sucede entre los años 1 y 5 de vida; el segundo intervalo de crecimiento se produce entre los 5 y los 10 años, y el último momento entre los 10 y los 14 años. Después de los 14 años, los lóbulos frontales siguen desarrollándose con una tasa continua hasta aproximadamente los 30-40 años. Sin embargo, un funcionamiento frontal óptimo requiere no sólo la génesis de conexiones, sino también del refinamiento de éstas. Por lo tanto, la poda, la maduración y la mielinización de las fibras frontosubcorticales se correlacionan con la adquisición de las funciones ejecutivas.

Como se ha mencionado previamente, desde el nacimiento existe un funcionamiento frontal rudimentario, con ciertas habilidades de regulación para generar comportamientos en respuesta a contingencias ambientales, así como para inhibir conductas reflejas. Es a partir del año y medio cuando esta capacidad de inhibición alcanzar una mayor estabilidad. Con estas edades los niños ya consiguen impedir el desencadenamiento de ciertas conductas, y logran resistir la distracción y no responder impulsivamente. A los 8 meses surge la memoria de trabajo, con la adquisición de la permanencia del objeto. El desarrollo de la inhibición y la memoria de trabajo posibilitan la aparición de la capacidad de imitación sobre los 9-10 meses. La autorregulación comenzará en torno a los 2 años, coincidiendo con la emergencia de lenguaje. A partir de estas edades, el niño empieza a organizar sus acciones de acuerdo con las instrucciones verbales del adulto, alrededor de los 4 años, podrá hacerlo mediante autoinstrucciones (Bausela, 2010).

Sin embargo, el periodo de mayor desarrollo de las funciones ejecutivas se produce entre los 5 y los 8 años de edad, cuando los niños adquieren una capacidad superior de inhibir respuestas motoras, atienden a los estímulos relevantes ignorando distractores, responden de forma adecuada a conflictos cognitivos y regula su conducta mediante auto instrucciones. Sobre los