El funcionamiento del cerebro; un resumen.

El artículo siguiente se publicó originalmente en inglés en el Blog Neurophilosophy el 1 de agosto de 2077. A continuación traduzco algunos fragmentos.

Escribí esté artículo para la competencia de la Asociación de Escritores Científicos Británicos en el 2002...

Fue escrito como una introducción a lo que generalmente creíamos que eran los fundamentos de la función cerebral, empezando desde el nivel molecular y siguiendo hasta el final.

Pero nuestra comprensión del cerebro ha avanzado dramáticamente desde entonces, y ahora hay evidencia que sugiere que algunas de esas presunciones estaban equivocadas.

Por ejemplo, se daba por hecho, creo, que todas las neuronas disparan potenciales de acción, pero ahora parece que al menos algunas neuronas son capaces de propagar señales sin éstos.

Sin embargo, probablemente todavía vale la pena leerlo:

El asiento de toda la conducta humana, de las emociones, de la memoria y de la consciencia; el cerebro humano es la estructura más compleja que la ciencia conoce. Los científicos saben más acerca del universo que acerca del cerebro, que realmente es la última frontera del conocimiento humano.

Aunque las raíces de la neurología y de la neurociencia se pueden rastrear hasta el antiguo Egipto, sólo en los últimos 150 años hemos llegado a tener una verdadera comprensión del cerebro. Los adelantos en la tecnología del DNA, en las últimas décadas, le ha permitido a los investigadores estudiar al cerebro a un nivel de detalle no imaginado anteriormente.

Los sistemas nerviosos se desarrollaron para responder a los estímulos novedosos en el medio ambiente, estímulos que pueden ser relevantes para la supervivencia del organismo. La palabra crucial en la oración anterior es “novedoso”, ya que si un estímulo permanece sin cambios durante cierto tiempo el cerebro lo ignora. Esto se puede comprobar fácilmente tomando de la mano a otra persona y permaneciendo inmóviles durante cierto tiempo. En poco tiempo te darás cuenta de que no puedes sentir la mano que estas sosteniendo hasta que cualquiera de los dos hace un movimiento, aunque sea muy pequeño. Ésto cambia el estímulo del tacto que recibe la mano y el cerebro hace que te des cuenta de ello.

Aunque hay muchos miles de tipos de neuronas, todas tienen la misma estructura básica. En uno de los extremos, las dendritas, o ramas, reciben señales de entrada de otras células y los envían al cuerpo de la célula, en dónde se da la integración de todas las señales de entrada. La señal de salida de la neurona, en la forma de un patrón específico de actividad eléctrica, se envía a lo largo del axón, y luego se transmite hasta a un millos de neuronas distintas.

Las neuronas están especializadas para generar y transmitir señales eléctricas entre ellas. Se dice que las membranas de todos los tipos de células están polarizadas, o sea, que hay una distribución desigual de la carga eléctrica (en forma de iones, o átomos cargados) de cada lado de la membrana, con los iones positivos concentrados en la parte exterior de la membrana y los negativos en la parte interior.

Cuando una neurona está inactiva, el potencial (o carga) de descanso promedio de la parte interior de la neurona, con respecto al exterior de la célula, es de 70 milivotios (mV, milésima de voltio), Las neuronas difieren de otras células en tanto que son capaces de invertir transitoriamente la distribución de la carga alrededor de la membrana, y esto, en esencia es el impulso nervioso, o “potencial de acción”. Durante milésimas de segunda, la carga en el interior de la membrana de la célula nerviosa se invierte (o se despolariza) a +120 mV, antes de regresar a su estado original, (“repolarizarse”). Cuando regresa a su estado original, de hecho la célula tiene una carga negativa mucho mayor que en un principio. En este estado llamado hiperpolarización, el voltaje de las membrana celular llega a los -120mV durante un breve lapso, haciendo que la célula sea incapaz de generar otro potencial de acción. La escala de tiempo en la que ésto sucede, significa que cada neurona individual puede generar cientos de potenciales de acción cada segundo...

… La repetición de éste proceso, la inversión del voltaje de la membrana, a lo largo de la célula, hace que el impulso nervioso se propague de un extremo al otro. Pero la señal eléctrica no puede saltar la brecha minúscula en la unión (o sinápsis) entre dos neuronas. La señal eléctrica, por lo tanto, se convierte en una señal química, que se transmite a través de las sinapsis, a la siguiente neurona. Unas pequeñas moléculas, llamadas neurotransmisores (como la dopamina, la serotonina y ortas) se almacenan en vesículas que se encuentran agrupadas alrededor de las terminales de las neuronas. En respuesta a un impulso ue llega a la terminal nerviosa, las vesículas se funden con la membrana de la terminal nerviosa y liberan su contenido al espacio entre las dos células conectadas. Las moléculas neurotransmisoras se difunden a través del espacio, que es solamente de 40 nanómetros (nm, millonésima de milímetro) de ancho, y se unen a las proteínas receptoras incrustadas en la célula adyacente. Esta unión inicia un impulso nervioso en esa célula. Una vez que se completa el trabajo, las moléculas neurotransmisoras so recuperadas por la célula que las liberó y son recicladas, se vuelven a almacenar en las vesículas para ser usadas nuevamente.,,,

… Este proceso, la neurotransmisión, se puede dar muchas veces cada segundo entre dos células. Cierto tipo de neuronas transmitirán simultáneamente a más de una célula. Muchas drogas interfieren con la neurotransmisión de una manera u otra, tal vez imitando las acciones de un neurotransmisor. Este es el case de la cocaína y de la metanfetamina (Extásis), que imitan la acción de la noradrenalina. Los antidepresivos como el Prozac, por ejemplo, evitan la entrada de la serotonina a la célula después de la neurotransmisión...

… Los potenciales producidos por diferentes neuronas, son básicamente iguales, con pequeñas diferencias y tamaño y en tiempo. El potencial de acción en sí mismo no contiene información. Es la conectividad del cerebro lo que resulta crucial en ésto, la información que lleva el potencial de acción, o una serie de ellos, depende de la localización de las cúlulas que envían lo impulsos...

...Podemos considerar que la función del cerebro es la integración de miles de módulos especializados, cada uno consiste en millones de neuronas de un tipo único, adaptadas a una función en particular. Las células que componen cada módulo pueden actuar en sincronía, con sus señales eléctricas colectivas comunicándose con otros módulos involucrados en la misma función. Hay una región especializada en el procesamiento de información visual (la corteza visual), una para escuchar, una para el olfato, y varias para el habla. Hay regiones especializadas para el reconocimiento de caras y expresiones faciales. Se puede considerar que cada uno de estos módulos funciona independientemente, pero en la mayoría de las conductas, como caminar o hablar, requieren la acción integrada de muchos módulos.

La mayoría de estos módulos de funcionamiento independiente se encuentran localizados en la neocorteza del cerebro humano. La corteza es la característica más prominente del cerebro humano y el aumento de su tamaño es lo que nos distingue de otros animales. La neocorteza humana, que tiene aproximadamente un centímetro de grosor, realmente tiene varios metros cuadrados de tamaño cuando se desenrolla. Sin embargo se encuentra convolucionada a tal grado que cabe dentro del cráneo. Además de la ventaja obvia de ahorrar espacio, la convolución de la corteza pone a todos los módulos en una cercana proximidad entre uno y otro para que se puedan comunicar efectivamente entre ellos. Las funciones primitivas como respirar, se controlan en las regiones internas del cerebro, las estructuras subcorticales (bajo la corteza), que realmente son una extensión de la medula espinal. Estas regiones se llaman colectvamente el tallo cerebral, desde una perspectiva evolutiva, podemos llamar al tallo cerebral el cerebro anfibio.

A un nivel de organización más alto, grupos de estos módulos se interconectan para formar sistemas dentro del cerebro. Podemos hablar del sistema visual, por ejemplo, que significa todas las regiones involucradas en la visión. Esto incluiría la retina, en la parte posterior del ojo, cuyas células fotorreceptoras convierten la energía luminosa en impulsos nerviosos. Estás células transmiten la información a las regiones de una estructura subcortical llamada el tálamo, a través del nervio óptico. El procesamiento final de la información visual se lleva a cabo en la corteza visual, que recibe señales de entrada de las regiones visuales del tálamo. Aquí, la información se refina al pasar sucesivamente a través de las regiones corticales primaria, secundaria y terciaria. Dentro de la corteza visual, hay muchas clases diferentes de neuronas cada una especializada en transmitir información acerca de ciertos aspectos del mundo visual, como el color, la forma y el contraste.

La neurología se basa en gran parte en la observación clínica de personas con daños cerebrales. En el siglo XIX, al examinar los cerebros de los cadáveres de victimas de apoplejías, Paul Broca encontró que todos tenía en común daños en una región particular del hemisferio izquierdo del cerebro. Un síntoma común de los apoplejías es la afasia, o la imposibilidad de hablar, que ocurre como resultado de daños en el área de Broca, debido a la falta de oxigeno. Cerca del área de broca está una región descubierta por Wernicke, involucrada en la comprensión del habla.

Un siglo después de Broca, el neurocirujano Wilder Penfield logro grandes avances en nuestra comprensión de la organización de la corteza motriz. Al estimular eléctricamente la corteza motriz durante operaciones, provocó movimientos involuntarios en sus pacientes. La estimulación sucesiva de áreas adyacentes de la corteza motriz resultaron el movimiento de partes adyacentes del cuerpo. De manera similar, todos los músculos del cuerpo están conectados directamente a la corteza motriz. El área del espacio en el cerebro dedicada a una parte del cuerpo en particular es proporcional a la cantidad de músculos en esa parte. Por lo tanto, la cara, con más de 100 músculos tiene una gran parte de las cortezas somatosensoriales y motriz controlándola, así como las manos. De hecho, el área de Broca es parte de la corteza motriz, y se involucra en controlar los músculos de la lengua y de la garganta que se requieren para el habla.


En primer lugar podemos ver que quien escribe este artículo nos dice que del 2002, cuando lo escribió originalmente al 2007 cuando lo vuelve ha publicar, ha habido cambios considerables en los conocimientos, lo que me hace recordar una conferencia a la que asistí en relación a la dislexia, en la introducción a la conferencia el neuropediatra nos dijo, “A aquellos que asistan a una conferencia que daré dentro de cinco años sobre este tema, les diré entonces que todo lo que dije hoy, ya cambió”

La ciencia cada vez avanza más en sus descubrimientos, lo que refleja la velocidad con la que se están dando los cambios en nuestros tiempos. Antes pasaban décadas e incluso siglos para que se descubriera algo nuevo que viniera a cambiar el “ultimo descubrimiento. Ahora el tiempo se mide en meses.

Sin embargo, ¿qué nos dicen todos estos descubrimientos acerca del funcionamiento del cerebro? ¿como se comparan estos nuevos descubrimientos con lo que se ha venido estudiando desde hace más de cuatro mil años en el oriente, particularmente por los yoguis y el budismo?

Bueno, espero encontrar algunas respuestas a estas preguntas y a otras con todo el material que estoy leyendo y estudiando actualmente y que iré compartiendo con ustedes.