13.1: La perspectiva embriológica

Objetivos de aprendizaje

• Describir el crecimiento y diferenciación del tubo neural
• Relacionar las diferentes etapas de desarrollo con las estructuras adultas del sistema nervioso central
• Explicar la expansión del sistema ventricular del cerebro adulto desde el canal central del tubo neural
• Describir las conexiones del diencéfalo y el cerebelo sobre la base de patrones de desarrollo embrionario

El cerebro es un órgano complejo compuesto por partes grises y materia blanca, que puede ser difícil de distinguir. Partir de una perspectiva embriológica permite comprender más fácilmente cómo se relacionan las partes entre sí. El sistema nervioso embrionario comienza como una estructura muy simple, esencialmente solo una línea recta, que luego se vuelve cada vez más compleja. Observar el desarrollo del sistema nervioso con un par de instantáneas tempranas facilita la comprensión de todo el sistema complejo.

Muchas estructuras que parecen estar adyacentes en el cerebro adulto no están conectadas, y las conexiones que existen pueden parecer arbitrarias. Pero hay un orden subyacente al sistema que viene de cómo se desarrollan las diferentes partes. Siguiendo el patrón de desarrollo, es posible aprender cuáles son las principales regiones del sistema nervioso.

El tubo neural

Para comenzar, un espermatozoide y un óvulo se fusionan para convertirse en un óvulo fertilizado. El óvulo fertilizado, o cigoto, comienza a dividirse para generar las células que conforman un organismo completo. Dieciséis días después de la fecundación, las células del embrión en desarrollo pertenecen a una de las tres capas germinales que dan lugar a los diferentes tejidos del cuerpo. El endodermo, o tejido interno, se encarga de generar los tejidos de revestimiento de diversos espacios dentro del cuerpo, como las mucosas de los sistemas digestivo y respiratorio. El mesodermo, o tejido medio, da lugar a la mayor parte de los tejidos musculares y conectivos. Finalmente el ectodermo, o tejido externo, se desarrolla en el sistema integumentario (la piel) y el sistema nervioso. Probablemente no sea difícil ver que el tejido externo del embrión se convierte en la cubierta externa del cuerpo. Pero, ¿cómo es responsable del sistema nervioso?

A medida que el embrión se desarrolla, una porción del ectodermo se diferencia en una región especializada del neuroectodermo, que es el precursor del tejido del sistema nervioso. Las señales moleculares inducen a las células de esta región a diferenciarse en el neuroepitelio, formando una placa neural. Entonces las células comienzan a cambiar de forma, haciendo que el tejido se doble y se doble hacia adentro (Figura\(\PageIndex{1}\)). Se forma un surco neural, visible como una línea a lo largo de la superficie dorsal del embrión. El borde similar a una arista a cada lado del surco neural se conoce como el pliegue neural. A medida que los pliegues neuronales se unen y convergen, la estructura subyacente se forma en un tubo justo debajo del ectodermo llamado tubo neural. Las células de los pliegues neurales luego se separan del ectodermo para formar un grupo de células denominado cresta neural, que corre lateral al tubo neural. La cresta neural migra lejos del sistema nervioso central (SNC) naciente o embrionario que se formará a lo largo del surco neural y se desarrolla en varias partes del sistema nervioso periférico (SNP), incluido el tejido nervioso entérico. Muchos tejidos que no forman parte del sistema nervioso también surgen de la cresta neural, como el cartílago y hueso craneofacial, y los melanocitos.

Figura\(\PageIndex{1}\): Desarrollo Embrionario Temprano del Sistema Nervioso. El neuroectodermo comienza a plegarse hacia adentro para formar el surco neural. A medida que convergen los dos lados del surco neural, forman el tubo neural, que se encuentra debajo del ectodermo. El extremo anterior del tubo neural se desarrollará en el cerebro, y la parte posterior se convertirá en la médula espinal. La cresta neural se desarrolla en estructuras periféricas.

En este punto, el sistema nervioso temprano es un tubo simple y hueco. Se extiende desde el extremo anterior del embrión hasta el extremo posterior. A partir de los 25 días, el extremo anterior se desarrolla en el cerebro, y la porción posterior se convierte en la médula espinal. Esta es la disposición más básica del tejido en el sistema nervioso, y da lugar a las estructuras más complejas a la cuarta semana de desarrollo.

Vesículas Primarias

A medida que el extremo anterior del tubo neural comienza a desarrollarse hacia el cerebro, sufre un par de ampliaciones; el resultado es la producción de vesículas en forma de saco. Similar al animal globo de un niño, el tubo neural largo y recto comienza a tomar una nueva forma. En la primera etapa se forman tres vesículas, las cuales se denominan vesículas primarias. A estas vesículas se les dan nombres que se basan en palabras griegas, siendo la raíz principal la palabra encephalon, que significa “cerebro” (en- = “dentro”; kephalon = “head”). El prefijo a cada uno corresponde generalmente a su posición a lo largo de la longitud del sistema nervioso en desarrollo.

La prosencefalia (pros- = “delante”) es la vesícula más adelantada, y el término puede traducirse vagamente para significar prosencéfalo. El mesencéfalo (mes- = “medio”) es la siguiente vesícula, que puede llamarse mesencéfalo. La tercera vesícula en esta etapa es la romboencefalia. La primera parte de esta palabra es también la raíz de la palabra rombo, que es una figura geométrica con cuatro lados de igual longitud (un cuadrado es un rombo con ángulos de 90°). Mientras que prosencephalon y mesencephalon se traducen en las palabras inglesas forebrain y midbrain, no hay una palabra para “Four-sided-figure-brain”. Sin embargo, la tercera vesícula se puede llamar el cerebro posterior. Una forma de pensar sobre cómo se arregla el cerebro es usar estas tres regiones —prosencéfalo, mesencéfalo y cerebro posterior— que se basan en la etapa de desarrollo de la vesícula primaria (Figura 13.1.2.a).

Vesículas Secundarias

El cerebro continúa desarrollándose y las vesículas se diferencian aún más (ver Figura 13.1.2.b). Las tres vesículas primarias se convierten en cinco vesículas secundarias. La prosencefalia se agranda en dos nuevas vesículas llamadas telencéfalo y diencéfalo. El telecfalo se convertirá en el cerebro. El diencéfalo da lugar a varias estructuras adultas; dos que serán importantes son el tálamo y el hipotálamo. En el diencéfalo embrionario se desarrolla una estructura conocida como la copa ocular, que eventualmente se convertirá en la retina, el tejido nervioso del ojo llamado retina. Este es un raro ejemplo de tejido nervioso que se desarrolla como parte de las estructuras del SNC en el embrión, pero convirtiéndose en una estructura periférica en el sistema nervioso completamente formado.

El mesencéfalo no se diferencia en divisiones más finas. El mesencéfalo es una región establecida del cerebro en la etapa de desarrollo de la vesícula primaria y permanece así. El resto del cerebro se desarrolla a su alrededor y constituye un gran porcentaje de la masa del cerebro. Dividir el cerebro en prosencéfalo, mesencéfalo y cerebro posterior es útil para considerar su patrón de desarrollo, pero el mesencéfalo es una pequeña proporción de todo el cerebro, relativamente hablando.

El rombencéfalo se desarrolla en el metencéfalo y el mielencéfalo. El metencéfalo corresponde a la estructura adulta conocida como los pones y también da origen al cerebelo. El cerebelo (del latín que significa “pequeño cerebro”) representa alrededor del 10 por ciento de la masa del cerebro y es una estructura importante en sí misma. La conexión más significativa entre el cerebelo y el resto del cerebro es en los pones, porque los pones y el cerebelo se desarrollan a partir de la misma vesícula. El mielencéfalo corresponde a la estructura adulta conocida como bulbo raquídeo. Las estructuras que provienen del mesencéfalo y la romboencefalia, a excepción del cerebelo, se consideran colectivamente el tronco encefálico, que incluye específicamente el mesencéfalo, los pones y la médula.

Figura\(\PageIndex{2}\): Etapas de Desarrollo de Vesículas Primarias y Secundarias. El cerebro embrionario desarrolla complejidad a través de agrandamientos del tubo neural llamados vesículas; (a) La etapa de vesícula primaria tiene tres regiones, y (b) la etapa de vesícula secundaria tiene cinco regiones.

Mira esta animación para examinar el desarrollo del cerebro, comenzando por el tubo neural. A medida que se desarrolla el extremo anterior del tubo neural, se agranda en las vesículas primarias que establecen el prosencéfalo, el mesencéfalo y el cerebro posterior. Esas estructuras continúan desarrollándose a lo largo del resto del desarrollo embrionario y hasta la adolescencia. Son la base de la estructura del cerebro adulto completamente desarrollado. ¿Cómo describirías la diferencia en los tamaños relativos de las tres regiones del cerebro al comparar el cerebro temprano (25 día embrionario) y el cerebro adulto?

Desarrollo de la médula espinal

Mientras el cerebro se está desarrollando a partir del tubo neural anterior, la médula espinal se está desarrollando desde el tubo neural posterior. Sin embargo, su estructura no difiere de la disposición básica del tubo neural. Es un cordón largo y recto con un pequeño espacio hueco en el centro. El tubo neural se define en términos de sus porciones anterior versus posterior, pero también tiene una dimensión dorsal-ventral. A medida que el tubo neural se separa del resto del ectodermo, el lado más cercano a la superficie es dorsal, y el lado más profundo es ventral.

A medida que se desarrolla la médula espinal, las células que forman la pared del tubo neural proliferan y se diferencian en las neuronas y glía de la médula espinal. Los tejidos dorsales se asociarán con funciones sensoriales, y los tejidos ventrales se asociarán con funciones motoras.

Relacionar el desarrollo embrionario con el cerebro adulto

El desarrollo embrionario puede ayudar a comprender la estructura del cerebro adulto porque establece un marco sobre el cual se pueden construir estructuras más complejas. En primer lugar, el tubo neural establece la dimensión anteroposterior del sistema nervioso, que se llama neureje. Se puede decir que el sistema nervioso embrionario en los mamíferos tiene un arreglo estándar. Los humanos (y otros primates, hasta cierto punto) complican esto al ponerse de pie y caminar sobre dos piernas. La dimensión anterior-posterior del neureje se superpone a la dimensión superior-inferior del cuerpo. Sin embargo, existe una curva mayor entre el tronco encefálico y el prosencéfalo, que se llama flexión cefálica. Debido a esto, el neureje comienza en una posición inferior —el extremo de la médula espinal— y termina en una posición anterior, la parte frontal del cerebro. Si esto es confuso, solo imagínese a un animal de cuatro patas de pie sobre dos patas. Sin la flexión en el tronco encefálico, y en la parte superior del cuello, ese animal estaría mirando hacia arriba en lugar de recto al frente (Figura\(\PageIndex{3}\)).

Figure \(\PageIndex{3}\): Human Neuraxis. The mammalian nervous system is arranged with the neural tube running along an anterior to posterior axis, from nose to tail for a four-legged animal like a dog. Humans, as two-legged animals, have a bend in the neuraxis between the brain stem and the diencephalon, along with a bend in the neck, so that the eyes and the face are oriented forward.

In summary, the primary vesicles help to establish the basic regions of the nervous system: forebrain, midbrain, and hindbrain. These divisions are useful in certain situations, but they are not equivalent regions. The midbrain is small compared with the hindbrain and particularly the forebrain. The secondary vesicles go on to establish the major regions of the adult nervous system that will be followed in this text. The telencephalon is the cerebrum, which is the major portion of the human brain. The diencephalon continues to be referred to by this Greek name, because there is no better term for it (dia- = “through”). The diencephalon is between the cerebrum and the rest of the nervous system and can be described as the region through which all projections have to pass between the cerebrum and everything else. The brain stem includes the midbrain, pons, and medulla, which correspond to the mesencephalon, metencephalon, and myelencephalon. The cerebellum, being a large portion of the brain, is considered a separate region. Table connects the different stages of development to the adult structures of the CNS.

One other benefit of considering embryonic development is that certain connections are more obvious because of how these adult structures are related. The retina, which began as part of the diencephalon, is primarily connected to the diencephalon. The eyes are just inferior to the anterior-most part of the cerebrum, but the optic nerve extends back to the thalamus as the optic tract, with branches into a region of the hypothalamus. There is also a connection of the optic tract to the midbrain, but the mesencephalon is adjacent to the diencephalon, so that is not difficult to imagine. The cerebellum originates out of the metencephalon, and its largest white matter connection is to the pons, also from the metencephalon. There are connections between the cerebellum and both the medulla and midbrain, which are adjacent structures in the secondary vesicle stage of development. In the adult brain, the cerebellum seems close to the cerebrum, but there is no direct connection between them.

Another aspect of the adult CNS structures that relates to embryonic development is the ventricles—open spaces within the CNS where cerebrospinal fluid circulates. They are the remnant of the hollow center of the neural tube. The four ventricles and the tubular spaces associated with them can be linked back to the hollow center of the embryonic brain (see Table \(\PageIndex{1}\)).

Table \(\PageIndex{1}\)

Stages of Embryonic Development
Neural tube	Primary vesicle stage	Secondary vesicle stage	Adult structures	Ventricles
Anterior neural tube	Prosencephalon	Telencephalon	Cerebrum	Lateral ventricles
Anterior neural tube	Prosencephalon	Diencephalon	Diencephalon	Third ventricle
Anterior neural tube	Mesencephalon	Mesencephalon	Midbrain	Cerebral aqueduct
Anterior neural tube	Rhombencephalon	Metencephalon	Pons cerebellum	Fourth ventricle
Anterior neural tube	Rhombencephalon	Myelencephalon	Medulla	Fourth ventricle
Posterior neural tube			Spinal cord	Central canal

DISORDERS OF THE...

Nervous System

Early formation of the nervous system depends on the formation of the neural tube. A groove forms along the dorsal surface of the embryo, which becomes deeper until its edges meet and close off to form the tube. If this fails to happen, especially in the posterior region where the spinal cord forms, a developmental defect called spina bifida occurs. The closing of the neural tube is important for more than just the proper formation of the nervous system. The surrounding tissues are dependent on the correct development of the tube. The connective tissues surrounding the CNS can be involved as well.

There are three classes of this disorder: occulta, meningocele, and myelomeningocele (Figure \(\PageIndex{4}\)). The first type, spina bifida occulta, is the mildest because the vertebral bones do not fully surround the spinal cord, but the spinal cord itself is not affected. No functional differences may be noticed, which is what the word occulta means; it is hidden spina bifida. The other two types both involve the formation of a cyst—a fluid-filled sac of the connective tissues that cover the spinal cord called the meninges. “Meningocele” means that the meninges protrude through the spinal column but nerves may not be involved and few symptoms are present, though complications may arise later in life. “Myelomeningocele” means that the meninges protrude and spinal nerves are involved, and therefore severe neurological symptoms can be present.

Often surgery to close the opening or to remove the cyst is necessary. The earlier that surgery can be performed, the better the chances of controlling or limiting further damage or infection at the opening. For many children with meningocele, surgery will alleviate the pain, although they may experience some functional loss. Because the myelomeningocele form of spina bifida involves more extensive damage to the nervous tissue, neurological damage may persist, but symptoms can often be handled. Complications of the spinal cord may present later in life, but overall life expectancy is not reduced.

Figure \(\PageIndex{4}\): Spinal Bifida. (a) Spina bifida is a birth defect of the spinal cord caused when the neural tube does not completely close, but the rest of development continues. The result is the emergence of meninges and neural tissue through the vertebral column. (b) Fetal myelomeningocele is evident in this ultrasound taken at 21 weeks.

Mira este video para conocer la materia blanca en el cerebro que se desarrolla durante la infancia y adolescencia. Se trata de un compuesto de imágenes de resonancia magnética tomadas de los cerebros de personas desde los 5 años hasta los 20 años de edad, demostrando cómo cambia el cerebro. A medida que el color cambia a azul, la proporción de materia gris a materia blanca cambia. El pie de foto del video lo describe como “menos materia gris”, que es otra forma de decir “más materia blanca”. Si el cerebro no termina de desarrollarse hasta aproximadamente los 20 años de edad, ¿se puede responsabilizar a los adolescentes de comportarse mal?

Revisión del Capítulo

El desarrollo del sistema nervioso comienza temprano en el desarrollo embrionario. La capa externa del embrión, el ectodermo, da lugar a la piel y al sistema nervioso. Una región especializada de esta capa, el neuroectodermo, se convierte en un surco que se pliega y se convierte en el tubo neural debajo de la superficie dorsal del embrión. El extremo anterior del tubo neural se desarrolla en el cerebro, y la región posterior se convierte en la médula espinal. Los tejidos en los bordes del surco neural, cuando se cierra, se denominan cresta neural y migran a través del embrión para dar lugar a estructuras del SNP así como a algunos tejidos no nerviosos.

El cerebro se desarrolla a partir de esta estructura tubular temprana y da lugar a regiones específicas del cerebro adulto. A medida que el tubo neural crece y se diferencia, se agranda en tres vesículas que corresponden a las regiones del prosencéfalo, mesencéfalo y cerebro posterior del cerebro adulto. Posteriormente en el desarrollo, dos de estas tres vesículas se diferencian aún más, dando como resultado cinco vesículas. Esas cinco vesículas pueden alinearse con las cuatro regiones principales del cerebro adulto. El cerebro se forma directamente a partir del telencéfalo. El diencéfalo es la única región que mantiene su nombre embrionario. El mesencéfalo, el metencéfalo y el mielencéfalo se convierten en el tronco encefálico. El cerebelo también se desarrolla a partir del metencéfalo y es una región separada del cerebro adulto.

La médula espinal se desarrolla a partir del resto del tubo neural y retiene la estructura del tubo, con el engrosamiento del tejido nervioso y el centro hueco convirtiéndose en un canal central muy pequeño a través de la médula. El resto del centro hueco del tubo neural corresponde a espacios abiertos dentro del cerebro llamados ventrículos, donde se encuentra líquido cefalorraquídeo.

Preguntas de Enlace Interactivo

Mira esta animación para examinar el desarrollo del cerebro, comenzando por el tubo neural. A medida que se desarrolla el extremo anterior del tubo neural, se agranda en las vesículas primarias que establecen el prosencéfalo, el mesencéfalo y el cerebro posterior. Esas estructuras continúan desarrollándose a lo largo del resto del desarrollo embrionario y hasta la adolescencia. Son la base de la estructura del cerebro adulto completamente desarrollado. ¿Cómo describirías la diferencia en los tamaños relativos de las tres regiones del cerebro al comparar el cerebro temprano (25 día embrionario) y el cerebro adulto?

Respuesta: Las tres regiones (prosencéfalo, mesencéfalo y cerebro posterior) parecen ser aproximadamente iguales en tamaño cuando se establecen por primera vez, pero el mesencéfalo en el adulto es mucho más pequeño que las otras, lo que sugiere que no aumenta de tamaño casi tanto como el prosencéfalo o el cerebro posterior.

Mira este video para conocer la materia blanca en el cerebro que se desarrolla durante la infancia y adolescencia. Se trata de un compuesto de imágenes de resonancia magnética tomadas de los cerebros de personas desde los 5 años hasta los 20 años de edad, demostrando cómo cambia el cerebro. A medida que el color cambia a azul, la proporción de materia gris a materia blanca cambia. El pie de foto del video lo describe como “menos materia gris”, que es otra forma de decir “más materia blanca”. Si el cerebro no termina de desarrollarse hasta aproximadamente los 20 años de edad, ¿se puede responsabilizar a los adolescentes de comportarse mal?

Respuesta: Esto es realmente una cuestión de opinión, pero hay cuestiones éticas a considerar cuando el comportamiento de un adolescente resulta en problemas legales.

Opción Múltiple

P. Aparte del sistema nervioso, ¿qué otro sistema de órganos se desarrolla a partir del ectodermo?

A. digestivo

B. respiratorio

C. tegumentario

D. urinario

Respuesta: C

P. ¿Qué vesícula primaria del sistema nervioso embrionario no se diferencia en más vesículas en la etapa secundaria?

A. prosencefalia

B. mesencéfalo

C. diencéfalo

D. rombencéfalo

Respuesta: B

P. ¿Qué estructura (es) adulta (es) surge (n) del diencéfalo?

A. tálamo, hipotálamo, retina

B. mesencéfalo, pons, médula

C. pons y cerebelo

D. cerebro

Respuesta: A

P. ¿Qué tejido no nervioso se desarrolla a partir del neuroectodermo?

A. mucosa respiratoria

B. hueso vertebral

C. revestimiento digestivo

D. hueso craneofacial

Respuesta: D

P. ¿Qué estructura está asociada con el desarrollo embriológico del sistema nervioso periférico?

A. cresta neural

B. neuraxis

C. rombencéfalo

D. tubo neural

Respuesta: A

Preguntas de Pensamiento Crítico

P. Estudiar el desarrollo embrionario del sistema nervioso facilita la comprensión de la complejidad del sistema nervioso adulto. Dé un ejemplo de cómo el desarrollo en el sistema nervioso embrionario explica una estructura más compleja en el sistema nervioso adulto.

A. La retina, una estructura del SNP en el adulto, crece a partir del diencéfalo en el sistema nervioso embrionario. Las conexiones maduras desde la retina a través del nervio/tracto óptico son al hipotálamo y tálamo del diencéfalo, y al mesencéfalo, que se desarrolló directamente adyacente al diencéfalo como el mesencéfalo en el embrión.

P: ¿Qué sucede en el desarrollo que sugiere que existe una relación especial entre la estructura esquelética de la cabeza y el sistema nervioso?

A. La cresta neural da lugar a estructuras del SNP (como los ganglios) y también al cartílago y hueso de la cara y el cráneo.

Glosario

tronco encefálico

región del cerebro adulto que incluye el mesencéfalo, los pones y el bulbo raquídeo y se desarrolla a partir del mesencéfalo, metencéfalo y mielencéfalo del cerebro embrionario

flexión cefálica

curva en mesencéfalo del embrión que posiciona el prosencéfalo ventralmente

diencéfalo

región del cerebro adulto que conserva su nombre del desarrollo embrionario e incluye el tálamo y el hipotálamo

prosencéfalo

región anterior del cerebro adulto que se desarrolla a partir de la prosencefalia e incluye el cerebro y el diencéfalo

cerebro posterior

región posterior del cerebro adulto que se desarrolla a partir del romboencefalón e incluye la protuberancia, la médula oblonga y el cerebelo

mesencéfalo

vesícula primaria del cerebro embrionario que no cambia significativamente a través del resto del desarrollo embrionario y se convierte en el mesencéfalo

metencéfalo

vesícula secundaria del cerebro embrionario que se desarrolla en los pones y el cerebelo

mesencéfalo

región media del cerebro adulto que se desarrolla a partir del mesencéfalo

mielencéfalo

vesícula secundaria del cerebro embrionario que se desarrolla en la médula

cresta neural

tejido que se desprende de los bordes del surco neural y migra a través del embrión para desarrollarse en estructuras periféricas de ambos tejidos nerviosos y no nerviosos

pliegue neural

borde elevado del surco neural

surco neural

región de la placa neural que se pliega en la superficie dorsal del embrión y se cierra para convertirse en el tubo neural

placa neural

capa engrosada de neuroepitelio que corre longitudinalmente a lo largo de la superficie dorsal de un embrión y da lugar a tejido del sistema nervioso

tubo neural

precursor de estructuras del sistema nervioso central, formado por la invaginación y separación del neuroepitelio

neuraxis

eje central al sistema nervioso, desde los extremos posterior a anterior del tubo neural; la punta inferior de la médula espinal hasta la superficie anterior del cerebro

vesícula primaria

agrandamientos iniciales del tubo neural anterior durante el desarrollo embrionario que se desarrollan en el prosencéfalo, mesencéfalo y cerebro posterior

prosencefalia

vesícula primaria del cerebro embrionario que se desarrolla en el prosencéfalo, que incluye el cerebro y el diencéfalo

romboencefalia

vesícula primaria del cerebro embrionario que se desarrolla en el cerebro posterior, que incluye la protuberancia, el cerebelo y la médula

vesícula secundaria

cinco vesículas que se desarrollan a partir de vesículas primarias, continuando el proceso de diferenciación del cerebro embrionario

telencéfalo

vesícula secundaria del cerebro embrionario que se desarrolla en el cerebro