EXPERIENCIA SENSORIAL Y PERÍODOS CRÍTICOS

​Gran parte de nuestra comprensión de cómo la experiencia sensorial da forma a los circuitos neuronales en desarrollo proviene de otro conjunto clásico de experimentos, realizados por los fisiólogos David Hubel y Torsten Wiesel en la década de 1960. Utilizando microelectrodos para examinar las propiedades de las células de la corteza visual primaria de los gatos, tenían neuronas idénticas que respondían de forma muy selectiva a los estímulos visuales consistentes en barras oscuras que se movían en direcciones específicas.il Continuaron mostrando que estas células de orientación selectiva están dispuestas en columnas alternas que responden de forma preferente a las entradas visuales de uno u otro ojo. 

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Estas columnas de dominancia ocular dan a la corteza visual primaria su característico aspecto rayado, y uno de sus otros nombres, la corteza estriada. Así, las entradas de los ojos izquierdo y derecho convergen en la corteza visual primaria, y compiten por el espacio allí, y en otro conjunto de experimentos Hubel y Wiesel mostraron cómo esta competencia es impulsada por la experiencia visual. Criaron gatitos recién nacidos con un párpado suturado, y encontraron que esto tenía un efecto dramático en el desarrollo de la corteza visual. Como resultado, las columnas de dominancia ocular que normalmente recibirían entradas del ojo cerrado no se desarrollaron, mientras que las que recibían entradas del ojo abierto crecieron hasta ser mucho más grandes de lo que deberían. Sin embargo, los experimentos también mostraron que los efectos eran reversibles, pero sólo si el ojo se volvía a abrir antes de que los gatitos alcanzaran una cierta edad. Esto marcó otro avance significativo en nuestra comprensión del desarrollo neuronal. Demostró que el desarrollo adecuado de la corteza visual depende en gran medida de la estimulación visual, y estableció el período crítico -un desarrollo estrecho- a ventana de tiempo durante la cual el sistema nervioso es especialmente sensible a determinados estímulos ambientales, como un concepto clave no sólo en la neurociencia del desarrollo sino también en la psicología.


Este trabajo, por el que Hubel y Wiesel fueron posteriormente galardonados con el Premio Nobel, también condujo a un tratamiento eficaz de la ambliopía (ojo perezoso), una afección ocular que afecta a alrededor del 4% de los niños.

​La ambliopía se produce debido a un desarrollo inadecuado de los ojos, lo que da lugar a una reducción de la visión, a ojos desalineados y a una mala percepción de la profundidad. Se puede tratar con un parche en el otro ojo, lo que obliga al niño a utilizar el ojo vago y, por lo tanto, impulsa el desarrollo de esa parte de la vía visual. El mejor resultado se logra si el tratamiento se inicia antes de los 8 años de edad. Investigaciones posteriores han demostrado que los demás sistemas sensoriales dependen igualmente de la experiencia para su desarrollo. También ha revelado que el momento del período crítico para la plasticidad en la corteza visual está controlado por la maduración de los intemeurones inhibidores.

​Las interneuronas suelen tener fibras cortas que se restringen a regiones individuales del cerebro; sintetizan y liberan el neurotransmisor ácido gamma-aminobutírico (GABA), que inhibe la actividad neuronal. Desempeñan un papel importante en la integración de la información y la regulación de la actividad de las redes neuronales. El cerebro contiene varios tipos de intemeuronas, pero muchas de ellas todavía no han sido caracterizadas adecuadamente, y probablemente todavía no apreciamos plenamente sus diversas formas y funciones. Pero un tipo en particular, las grandes células cesta, son evidentemente responsables de la plasticidad en el sistema visual en desarrollo.

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Las grandes células cesta están presentes en la corteza visual primaria, pero maduran lentamente. Cuando los ratones recién nacidos abren los ojos por primera vez, una proteína llamada Otx2 es transportada a lo largo del nervio óptico desde la retina hasta la corteza visual, donde se acumula dentro de las grandes células cesta. En esta etapa, las células de la gran cesta todavía están inmaduras, formando numerosas conexiones inhibidoras débiles con sus neuronas vecinas. Cuando la concentración de Otx2 alcanza un cierto nivel, las moléculas entran en el núcleo, donde activan un programa genético que promueve la maduración de la gran cesta A medida que este programa se desarrolla, las células de la gran cesta comienzan a refinar sus conexiones. Ciertas sinapsis se estabilizan y refuerzan mientras que otras se eliminan mediante la poda. Mientras tanto, la red de maduración de las células de la gran cesta es gradualmente envuelta por una red de proteínas de la matriz extracelular, que fortalece aún más las nuevas conexiones sinápticas. Así, la experiencia sensorial refina la estructura microscópica de la corteza visual impulsando la maduración de las grandes células de la cesta, lo que frena la plasticidad al consolidar el circuito emergente en el momento en que su representación del mundo es más precisa.

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La experiencia sensorial refina la estructura microscópica de la corteza visual impulsando la maduración de las grandes células de la cesta, lo que frena la plasticidad consolidando el circuito emergente en el momento en que su representación del mundo es más precisa.

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De acuerdo con esta idea, la eliminación de uno de los genes necesarios para la síntesis del GABA, o la administración de un fármaco que bloquee o reduzca la inhibición mediada por el GABA, impide la plasticidad dependiente de la experiencia de las columnas de dominancia ocular en los ratones. Del mismo modo, una infusión del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), un factor de crecimiento necesario para la supervivencia y la maduración de las grandes células de la cesta, acelera el cierre del período crítico. Por el contrario, cuando se inyecta en el cerebro del ratón una enzima que rompe la red extracelular, se reabre el período crítico; y el trasplante de la inmadurez de los intemeurones en el cerebro de los ratones recién nacidos induce un segundo período de plasticidad que se corresponde con la maduración de las células trasplantadas. Por lo tanto, los "períodos críticos" no son tan críticos como alguna vez pensamos que eran. El sorprendente descubrimiento de que el momento, el control y el cierre de los períodos críticos depende de la maduración de los circuitos inhibidores de largo alcance sugirió inmediatamente formas en las que podrían "reabrirse" más adelante en la vida. De hecho, se están llevando a cabo ensayos clínicos para probar si los medicamentos que bloquean la inhibición mediada por el GABA podrían beneficiar a los adultos con ambliopía restaurando la plasticidad en la corteza visual.