Neuroanatomy es el estudio de las estructuras del sistema nervioso y cómo se relacionan con la función. Uno de los focos de http://www.ehu.es/Lance es el macroscópicas estructuras dentro de la central y sistema nervioso periférico, como los pliegues corticales en la superficie del cerebro. Sin embargo, los científicos en este campo también están interesados en las relaciones microscópicas entre las neuronas y glia – los dos tipos de células importantes del sistema nervioso.
Este video ofrece una breve descripción de la historia de investigaciones neuroanatómicas, que data del siglo IV A.C., cuando los filósofos primero propusieron que el alma reside en el cerebro y no en el corazón. Preguntas claves de http://www.ehu.es/Lance también se repasan, incluyendo temas como la Citoarquitectura del papel, o el arreglo de neuronas y glia, desempeña en la función del cerebro; y neuroanatomía cambios como resultado de la experiencia o la enfermedad. A continuación, se describen algunas de las herramientas disponibles para responder a estas preguntas, como la histología y la resonancia magnética. Finalmente, el vídeo ofrece varias aplicaciones de investigación neuroanatomical, demostrando cómo el campo vive en los laboratorios de Neurociencia de hoy.
A través del estudio de la neuroanatomía, los científicos intentan dibujar un mapa para navegar el complejo sistema que controla nuestro comportamiento. En el nivel microscópico, http://www.ehu.es/Lance investigar las relaciones entre la señalización de células, conocidas como neuronas; células de mantenimiento, conocidas como la glia; y la estructura de la matriz extracelular que los apoyan. Desde una visión más amplia, a nivel de órgano, neuroanatomía examina las estructuras cerebrales y vías nerviosas.
Este video le proporcionará un resumen de investigaciones neuroanatomical mediante la introducción de la historia del campo, claves preguntas http://www.ehu.es/Lance y las herramientas disponibles para responder a esas preguntas, seguidas por una revisión de algunos experimentos específicos investigando neuroanatomy.
Vamos a empezar por revisar la historia de esta rama de la neurociencia. Las raíces de investigaciones neuroanatómicas se remonta al siglo IV A.C., cuando Hipócrates la hipótesis de que la actividad mental reside en el cerebro, en lugar de en el corazón.
Pero no fue hasta finales del siglo XV, cuando el Papa Sixtus IV desestigmatizado disección humana, que se revitalizó el estudio de la neuroanatomía, como se refleja por la publicación en 1543 de Andreas Vesalius “en el funcionamiento del cuerpo humano,” que incluyó un cuenta detallada de la anatomía del cerebro.
Ampliando este trabajo, en 1664, Thomas Willis publicó la “anatomía del cerebro”, en el cual introdujo varias nuevas estructuras neurológicas y especularon sobre su función. Este trabajo ahora se considera ser la Fundación de la neuroanatomía moderna.
A finales del siglo XVI, la invención del microscopio estimuló una segunda revolución en la investigación neuroanatomical. Después de este avance tecnológico, en 1873, Camillo Golgi inventó una técnica de tinción para visualizar neuronas individuales bajo el microscopio.
Gracias a estas innovaciones, en 1888, Santiago Ramón y Cajal formula la doctrina de la neurona: la idea de que la unidad anatómica y funcional del cerebro es la neurona.
En el nivel macroscópico, en 1909, Korbinian Brodmann publicó una serie de mapas del cerebro, donde divide la corteza cerebral en 52 zonas diferenciadas, denominado “Áreas de Brodmann”. Estos mapas se basan en la observación de que diferentes áreas corticales tienen diferentes cytoarchitecture.
Más tarde, en 1957, Wilder Penfield y Theodore Rasmussen generaban el homúnculo cortical: un mapa más detallado de una selección áreas de Brodmann mostrando las regiones control motor específico y funciones sensoriales.
Basándose en estos estudios históricos impresionante de la estructura del sistema nervioso a nivel microscópico y macroscópico, http://www.ehu.es/Lance de hoy preguntas relativas a cómo se relaciona la estructura a la función. Para empezar, algunos investigadores se centran específicamente en cytoarchitecture, o el arreglo de neuronas y glia. Por ejemplo, para investigar los núcleos específicos, o grupos de neuronas en el cerebro, es útil caracterizar los subtipos neuronales encontrados allí y las conexiones de las células hacen con otras regiones del cerebro.
Dado que la Citoarquitectura es dinámico, otra cuestión clave en este campo se centra en cómo y por qué ocurren los cambios neuroanatomical.
Por ejemplo, el aprendizaje y la memoria se asocian a “neuroplasticidad” o cambios en las vías neuronales, como alteraciones en los puntos estructurales de contacto entre las neuronas. Pequeñas protuberancias, llamadas espinas dendríticas, pueden cambiar dinámicamente en tamaño, forma y número de una manera dependiente de actividad.
Comprender la estructura del sistema nervioso también es fundamental para explicar su disfunción.
Por ejemplo, debilitantes enfermedades neurodegenerativas se asocian con cambios neuroanatomical característicos, como la degeneración de las neuronas dopaminérgicas en la enfermedad de Parkinson.
Habiendo discutido las preguntas clave que http://www.ehu.es/Lance, vamos a repasar las herramientas de que estos científicos utilizan para encontrar respuestas.
En primer lugar, la histología, o el análisis de rebanadas de tejido manchado, es una técnica esencial para el estudio de cytoarchitecture.
Http://www.ehu.es/Lance tiene una serie de manchas a su disposición para visualizar estructuras específicas en el sistema nervioso.
Histoquímica es una rama de la histología basada en la localización e identificación de componentes químicos. Una aplicación particularmente valiosa de la histoquímica es la detección de trazadores: moléculas que se introducen en las neuronas para visualizar sus conexiones dentro del sistema nervioso.
Como mencionamos anteriormente, el advenimiento del microscopio revolucionó la manera que neuroanatomía fue estudiado. El microscopio óptico permite histológico teñido tejido neuronal ser reflejada en hasta mil veces su tamaño original, revelando así cytoarchitecture. El microscopio óptico de fluorescencia permite proteínas immunolabeled a ser reflejada en secciones del tejido, o en la cultura y permite estudios de colocalización, que implican determinar o no dos proteínas muy cerca dentro de una sola neurona.
Proyección de imagen confocal es un método mejorado de la microscopia de fluorescencia que permite el seccionamiento óptico del tejido neuronal y por lo tanto puede utilizarse para generar reconstrucciones 3D de las neuronas por lo que se puede estudiar su morfología o forma.
proyección de imagen de 2 fotones es otro tipo de imágenes de fluorescencia, que pueden penetrar profundamente en el tejido y se utilizan a menudo para en proyección de imagen del cerebro en el comportamiento de los animales.
Sin embargo, ningún fotón puede penetrar como un electrón, por lo que la microscopia electrónica ha sido invaluable para proporcionar subnanometer resolución de estructuras neuronales. En particular, la sinapsis ha sido visualizada en exquisito detalle con microscopía electrónica de transmisión. Además, mediante la compilación de las imágenes obtenidas de las secciones seriales visualizadas con microscopía electrónica, reconstrucciones 3D de neuronales “volúmenes” se pueden generar mediante un proceso conocido como tomografía.
Para monitorear cambios en las estructuras neuroanatómicas con el tiempo, la neuroimagen es una herramienta extremadamente útil. La proyección de imagen de resonancia magnética, o MRI, se utiliza extensivamente para investigar el cerebro en los seres humanos. Esta técnica proporciona una imagen del cerebro como un todo, hasta una resolución de 1 mm. MRI puede utilizarse para investigar la materia blanca mediante tractografía. Con esta técnica, http://www.ehu.es/Lance visualiza paquetes de axones, revelando las conexiones entre y dentro de las áreas del cerebro.
Para evaluar la correlación entre Estados de neuroanatomía y de la enfermedad, los científicos con frecuencia hacen uso de técnicas quirúrgicas aplicadas a modelos animales. La cirugía estereotáctica utiliza un sistema de coordenadas de 3 dimensiones y Atlas anatómicos detallados que permiten a los investigadores manipular físicamente áreas anatómicas aisladas. Con un aparato estereotáctico y la información anatómica adecuada, es posible entregar estimulación eléctrica, introducir drogas u otras sustancias o crear lesiones en regiones específicas del cerebro.
A continuación, vamos a revisar algunas aplicaciones de estos métodos. Información detallada sobre la estructura del cerebro puede obtenerse a través de análisis de cerebros conservados que son laminas en secciones. Para resaltar las características estructurales distintas, estas secciones del cerebro de primates fueron manchadas para mostrar la expresión de tres proteínas a lo largo de todo el cerebro. Las secciones manchadas pueden estudiarse también a alta magnificación, permitiendo a los investigadores visualizar estructura a nivel celular.
Experiencia puede modificar estructura neuronal a nivel celular. En este experimento, las ratas jóvenes están expuestas a estímulos táctiles en todo el desarrollo. Cuando alcanzan la edad adulta, las muestras de cerebro se recogen y tinción para visualizar la morfología celular. Las imágenes revelan cambios en la forma y número de dendritas, sugiriendo alterado conectividad neuronal.
Neuroanatomy es fundamental en contextos clínicos, ya que contribuye al diagnóstico y tratamiento de enfermedades neurológicas y psiquiátricas. Por ejemplo, cambios en la Citoarquitectura están estrechamente ligados a ciertos Estados de enfermedad. Técnicas de neuroimagen estructural con frecuencia se combinan con la proyección de imagen funcional para comparar la actividad de regiones específicas del cerebro en los Estados normal y la enfermedad. Por ejemplo, pacientes que sufren de conmoción cerebral exhiben cambios en los patrones de actividad neuronal, que se correlacionan con su recuperación de la lesión.
Sólo ha visto introducción de Zeus a la neuroanatomía. En este video, retraced la historia de la investigación de neuroanatomía y presentó las principales preguntas http://www.ehu.es/Lance. Tenemos también estrategias de investigación exploradas a nivel microscópico y macroscópico y discute sus aplicaciones.
¡Gracias por ver!
Through the study of neuroanatomy, scientists attempt to draw a map to navigate the complex system that controls our behavior. On the microscopic level, neuroanatomists investigate the relationships between signaling cells, known as neurons; maintenance cells, known as glia; and the extracellular matrix structure that support them. From a broader view, at the organ level, neuroanatomy examines brain structures and nerve pathways.
This video will provide an overview of neuroanatomical research by introducing the history of the field, key questions asked by neuroanatomists, and the tools available to answer those questions, followed by a review of some specific experiments investigating neuroanatomy.
Let’s begin by reviewing the history of this branch of neuroscience. The roots of neuroanatomical research can be traced back to the 4th century BC, when Hippocrates hypothesized that mental activity resides in the brain, rather than the heart.
But it was not until the end of the 15th century, when Pope Sixtus IV destigmatized human dissection, that the study of neuroanatomy was revitalized, as reflected by the publication in 1543 of Andreas Vesalius’s “On the Workings of the Human Body,” which included a detailed account of brain anatomy.
Expanding on this work, in 1664, Thomas Willis published the “Anatomy of the Brain”, in which he introduced several novel neurological structures and speculated on their function. This work is now considered to be the foundation of modern neuroanatomy.
At the end of the 16th century, the invention of the microscope spurred a second revolution in neuroanatomical research. Following on this technological breakthrough, in 1873, Camillo Golgi invented a staining technique to visualize single neurons under the microscope.
Thanks to these innovations, in 1888, Santiago Ramón y Cajal formulated the Neuron Doctrine: the idea that the anatomical and functional unit of the brain is the neuron.
Back at the macroscopic level, in 1909, Korbinian Brodmann published a series of brain maps, where he divided the cerebral cortex into 52 distinct areas, termed “Brodmann’s areas.” These maps were based on his observation that various cortical areas have different cytoarchitecture.
Later, in 1957, Wilder Penfield and Theodore Rasmussen generated the cortical homunculus: A more detailed map of a select Brodmann areas showing the regions controlling specific motor and sensory functions.
Building upon these impressive historical studies of nervous system structure at the microscopic and macroscopic levels, today’s neuroanatomists ask questions concerning how structure relates to function. To begin, some researchers focus specifically on cytoarchitecture, or the arrangement of neurons and glia. For example, to investigate specific nuclei, or neuron clusters in the brain, it is helpful to characterize the neuronal subtypes found there and the connections those cells make with other brain regions.
Given that cytoarchitecture is dynamic, another key question in this field focuses on how and why neuroanatomical changes take place.
For example, learning and memory are associated with “neuroplasticity,” or changes in neural pathways, like alterations in the structural contact points between neurons. Small protrusions, called dendritic spines, can dynamically change in size, shape, and number in an activity-dependent manner.
Understanding the structure of the nervous system is also pivotal to explaining its dysfunction.
For instance, debilitating neurodegenerative diseases are associated with characteristic neuroanatomical changes, such as the degeneration of dopaminergic neurons observed in Parkinson’s disease.
Having discussed the key questions that neuroanatomists ask, let’s review the tools these scientists use to find answers.
First, histology, or the analysis of stained tissue slices, is an essential technique for studying cytoarchitecture.
Neuroanatomists have a number of stains at their disposal to visualize specific structures in the nervous system.
Histochemistry is a branch of histology based on the localization and identification of chemical components. One particularly valuable application of histochemistry is the detection of tracers: Molecules that are introduced into neurons to visualize their connections within the nervous system.
As we mentioned previously, the advent of the microscope revolutionized the way that neuroanatomy was studied. The light microscope enables histologically-stained neuronal tissue to be imaged at up to a thousand times its original size, thereby revealing cytoarchitecture. The fluorescence light microscope allows for immunolabeled proteins to be imaged in tissue sections, or in culture, and permits colocalization studies, which involve determining whether or not two proteins are in close proximity within a single neuron.
Confocal imaging is an improved method of fluorescence microscopy that permits the optical sectioning of neuronal tissue and can therefore be used to generate 3D reconstructions of neurons so their morphology, or shape, can be studied.
2-photon imaging is another type of fluorescence imaging, which can penetrate deeply into tissue and is often used for live imaging of the brain in behaving animals.
However, no photon can penetrate quite like an electron, so electron microscopy has been invaluable for providing subnanometer resolution of neuronal structures. In particular, the synapse has been visualized in exquisite detail using transmission electron microscopy. Furthermore, by compiling the images obtained from serial sections visualized with electron microscopy, 3D reconstructions of neuronal “volumes” can be generated via a process known as tomography.
To monitor changes in neuroanatomical structures over time, neuroimaging is an extremely useful tool. Magnetic resonance imaging, or MRI, is extensively used to investigate the brain in humans. This technique provides a picture of the brain as a whole, down to a 1 mm resolution. MRI can be used to investigate white matter through tractography. With this technique, neuroanatomists visualize bundles of axons, revealing connections between, and within, brain areas.
In order to assess the correlates between neuroanatomy and disease states, scientists frequently make use of surgical techniques applied to animal models. Stereotactic surgery uses a 3-dimensional coordinate system and detailed anatomical atlases to allow researchers to physically manipulate isolated anatomical areas. With a stereotactic apparatus and the appropriate anatomical information, it is possible to deliver electrical stimulation, introduce drugs or other substances, or create lesions in targeted regions of the brain.
Next, let’s review some applications of these methods. Detailed information about brain structure can be obtained through analysis of preserved brains that are thinly sliced into sections. To highlight distinct structural features, these sections of primate brain were stained to show the expression of three proteins throughout the entire brain. Stained sections can also be studied at high magnification, allowing researchers to visualize structure at the cellular level.
Experience can modify neuronal structure at the cellular level. In this experiment, young rats are exposed to tactile stimuli throughout development. When they reach adulthood, brain samples are collected and stained to visualize cell morphology. The resulting images reveal changes in the shape and number of dendrites, suggesting altered neuronal connectivity.
Neuroanatomy is pivotal in clinical settings, as it contributes to diagnosis and treatment of neurological and psychiatric diseases. For instance, changes in cytoarchitecture are tightly linked to certain disease states. Structural neuroimaging techniques are frequently combined with functional imaging to compare the activity of specific brain regions in normal and disease states. For instance, patients suffering from concussion exhibit changes in neural activity patterns, which correlate with their recovery from the injury.
You’ve just watched JoVE’s introduction to neuroanatomy. In this video, we retraced the history of neuroanatomy research, and introduced the key questions neuroanatomists ask. We have also explored research strategies at the microscopic and macroscopic levels, and discussed their applications.
Thanks for watching!
