EL CEREBRO: LA MÁQUINA ELECTROQUÍMICA.
El cerebro es el órgano más
complejo del universo y aún hoy escapa a nuestra completa comprensión. Para
Isaac Asimov el cerebro es la organización de la materia más compleja que conocemos. Está compuesto por más de 100.000 millones de neuronas y se entrelazan entre sí formando 1000 millones de conexiones por cada milímetro cúbico de corteza cerebral.
Incluso en momentos de reposo o sueño profundo, el cerebro muestra una
gran actividad metabólica, y de hecho es responsable del
mayor consumo de glucosa (=nutriente básico de las células) del organismo,
seguido del corazón,
cuando no hay ejercicio físico elevado.
La célula principal del cerebro se llama
neurona, y se acompaña de las
células gliales, que le apoyan en sus funciones y les dan
soporte y protección. La neurona tiene tres partes que nos interesan: a) el
soma, que es el
cuerpo neuronal; b) el
axón,
prolongación larga del soma a través del cuál se
transmite la señal eléctrica de la neurona; y c) las
dendritas, que son las
ramificaciones que salen del soma hacia otros axones de neuronas próximas o no, con las que
interconecta.
La interconexión se puede establecer
entre neuronas (entre dentritas y axones o con el propio soma neuronal) por medio de las
sinapsis o entre
neuronas y otro tipo de células del organismo (musculares, glandulares, etc…) mediante
placas o uniones neuromusculares o también
uniones neuro-efectoras.
El cerebro se comunica entre sí y con el resto del cuerpo
por dos medios fundamentales: a) a través de la
electricidad que él mismo genera y transmite; y b) a través de una serie de
sustancias químicas (
neurotransmisores, neuropéptidos y algunas hormonas). La actividad cerebral se basa fundamentalmente en este
estímulo electro-químico continuo, gracias al cual se propaga el impulso nervioso a través del axón
a gran velocidad (más de 100 metros por segundo).
UN TODO ÚNICO PARA MUCHAS PARTES (CLASIFICACIÓN):
Dentro del sistema nervioso
se diferencia:
- el central o SNC, formado por el encéfalo (cerebro, tronco del encéfalo y cerebelo) y la médula espinal, que conecta nuestro cerebro con el resto del cuerpo. Tanto uno como otra son grandes núcleos de neuronas que transmiten información desde y hacia el cerebro (también incluyen fibras nerviosas que salen o llegan de esos núcleos).
- el periférico o SNP, formado por todos los nervios que salen o llegan al SNC; es decir, tanto los somáticos -motores y sensitivos- como los autónomos –simpáticos, parasimpáticos y entérico. El sistema entérico es propio del tubo digestivo. Estas neuronas tienen su núcleo central en un ganglio que se encuentra dentro del sistema digestivo (=entérico), y son responsables de procesar los alimentos que tomamos.
Por otra parte, todo el sistema nervioso puede clasificarse en
sustancia gris o
blanca (=otra forma de clasificarlo):
- La sustancia gris se forma por los somas neuronales, axones sin mielina y tejido glial y se localiza principalmente en la corteza cerebral (parte más externa y superficial del cerebro) y núcleos en la profundidad del cerebro y el tallo cerebral (centros o núcleos de la base del cerebro y en el tallo cerebral).
- La sustancia blanca (por la mielina) se forma especialmente por los axones con mielina (blanca), y constituyen los “cables” que conectan, entre otros, los núcleos de la sustancia gris y la corteza o córtex cerebral.
LA CONEXIÓN ELÉCTRICA:
Las neuronas funcionan por la propagación de electricidad entre ellas, llamados “
potenciales de acción de membrana o transmembrana” a través de
canales de iones que dependen para abrirse o cerrarse del
voltaje que existe
entre ambos lados de la membrana celular; es decir, se logra propagar la señal nerviosa y eléctrica de las neuronas, de unas a otras, gracias a una
diferencia que existe entre el voltaje eléctrico de dentro de la célula y el voltaje de fuera de la célula (y su axón).
Tenemos así la posibilidad de
modular la actividad cerebral no solo mediante fármacos (el
factor químico), sino también modulando la
actividad eléctrica del cerebro intentando corregir los
excesos o defectos de actividad presentes en alguna de las patologías cerebrales más frecuentes. Las
nuevas terapias de estimulación cerebral profunda se basan en estos efectos correctores obtenidos mediante la aplicación de corrientes eléctricas aplicadas en el interior del cerebro.
Así surge la
electroterapia en el
siglo XX y se difunde mundialmente el uso del
electroshock que empleaba corrientes muy intensas para provocar convulsiones epilépticas
controladas para intentar, por así decirlo, “
resetear” el cerebro en pacientes con
esquizofrenia o depresión profunda (algo así como cuando apagamos y encendemos el ordenador cuando se queda “bloqueado” o funciona mal y no sabemos por qué). Actualmente esta técnica es todavía empleada pero utilizando corrientes de intensidad
más suave aplicadas directamente sobre la piel del cráneo de manera
indolora y
no invasiva con sedación del paciente.
LA CONEXIÓN QUÍMICA:
La
conexión química del cerebro está en manos de los
neurotransmisores o mensajeros químicos descubiertos por el farmacólogo alemán
Otto Loewi en 1921. Los neurotransmisores son
sustancias químicas empaquetadas en
microvesículas que se liberan en la
sinapsis neuronal al llegar el
potencial de acción (transmembrana) eléctrico a la región
presináptica (=extremo
proximal de la sinapsis), produciendo algún efecto en la célula que exista en el otro lado, el
postsináptico (=extremo
distal de la sinapsis). Esta célula puede ser otra neurona, una célula muscular (para contraerse), una célula glandular (para liberar una hormona) u otras, dependiendo de la función que el sistema nervioso tenga que controlar a través de esa activación o inhibición celular.
Estos
neuro-transmisores se llamaron así por ser
transmisores de señales dentro del cerebro, o al menos
dentro de su sistema cerrado.
Sin embargo, hoy en día se sabe que
todas las células del cuerpo tienen
receptores para sustancias inicialmente detectadas en el cerebro, dentro de lo que se llama la
barrera hematoencefálica, que pretende generar un “bunker” en el que sólo entren o salgan algunas sustancias del sistema nervioso central (SNC) y así
protegerlo de tóxicos del exterior o bien que
algunas sustancias solo actúen dentro de él. Por ejemplo, existen
fármacos que no atraviesan esta BHE y eso hace que no entren a producir efectos en el cerebro.
LOS NEUROTRANSMISORES, LLAVES; LOS RECEPTORES, CERRADURAS CON FUNCIONES:
Los
neurotransmisores actúan sobre unos
receptores llamados “
canales iónicos” (=por ser
canales que se atraviesan por iones, es decir,
partícula con carga positiva o negativa, generalmente
átomos simples) localizados en la neurona vecina que se activan y
convierten de nuevo la señal química en eléctrica (=transducción). Por lo tanto, el fenómeno de transmisión de la señal neurológica se logra gracias tanto a la
conducción de la electricidad como la aportación de
sustancias químicas: es un
FENÓMENO ELECTROQUÍMICO.
Existen
más de 100 neurotransmisores distintos en el cerebro. Entre ellos pueden destacarse los siguientes por sus
principales funciones cerebrales:
- El glutamato es el principal neurotransmisor excitador del sistema nervioso implicado en la memoria y el aprendizaje.
- El ácido gamma-aminobutírico (GABA, en inglés) es el principal neurotransmisor inhibidor implicado en el control motor, de la visión y en la regulación de la ansiedad; podríamos llamarlo el neurotransmisor de la calma y la relajación.
- La acetilcolina es el neurotransmisor del aprendizaje e interviene en los procesos de atención, motivación y de la memoria. Se deprime especialmente en la demencia tipo Alzheimer.
- La serotonina está implicado en los procesos relacionados con el ritmo circadiano (circa-dia, es decir, se dan periódicamente todos los días, a lo largo de cada día) como son el sueño, el despertar y la alimentación, y modula el estado de ánimo; así, se ve disminuido en la depresión.
- La dopamina sería el neurotransmisor del placer y está relacionado con el comportamiento, el movimiento y los mecanismos de recompensa o la adicción. Cuando algo nos gusta, sube. Si aprendemos algo, pero no se libera dopamina, tendremos menos interés en seguir aprendiendo (no hay dopamina, no hay recompensa). Se ve disminuida en la enfermedad de Parkinson (altera principalmente los movimientos del paciente).
- Las endorfinas podrían ser denominadas los neurotransmisores de la felicidad. Son en realidad opioides naturales endógenos (como la heroína pero producida por el cuerpo de forma “natural”) relacionados con el control del dolor y que regulan la liberación de hormonas de respuesta al estrés. Se liberan endorfinas tanto con la alegría como con la tristeza (consuelo). Si no liberas un mínimo de endorfinas diarias, ¿qué tipo de vida llevas?
TODA INFORMACIÓN AL CEREBRO, DE FUERA (EXTEROCEPCIÓN) Y DE DENTRO (INTEROCEPCIÓN):
Todos los estímulos del mundo exterior detectados por nuestros sentidos van a ser
transformados en impulsos eléctricos y químicos y ha de ser el cerebro el que ha de
codificar e
interpretar dichos estímulos para decidir cómo
actuar en consecuencia. Es decir,
la percepción “real” de lo que el exterior nos proporciona como estímulos (visuales, auditivos, olfativos, táctiles y gustativos),
aún siendo recogidos por células especializadas de nuestros sentidos,
solo son “comprendidos”, integrados e interpretados como tales estímulos cuando llegan a determinadas
zonas del cerebro, áreas cerebrales en la corteza cerebral o en núcleos somatosensitivos
(recogen la señal del exterior, para saber por donde “nos movemos” y decidir luego qué queremos o tenemos que hacer).
Tanto la
percepción del exterior por los sentidos (
exterocepción) como la
percepción de nuestro cuerpo, su posición y el cómo nos sentimos por dentro (
interocepción) son informaciones que gestiona e interconecta
EL CEREBRO para saber
dónde y cómo estar, y así poder tomar
decisiones adaptativas a la situación que está viviendo (o
interpreta que está viviendo). La
propiocepción es el sentido que informa al organismo de la
posición de los músculos. De esta manera tenemos la capacidad de
sentir la posición relativa de partes corporales contiguas. El cerebro es también el “ordenador central” del sistema propioceptivo.
En el SNC se procesa toda esta información recibida.
LOS CIRCUITOS CEREBRALES:
Una vez descubierta por
Santiago Ramón y Cajal la independencia de las células nerviosas o
neuronas (
teoría neuronal de 1885) empezamos a comprender
cómo se comunican las neuronas.
Fue el neurofisiólogo británico
Charles Sherrington quien propuso la existencia de
circuitos neuronales que regularían los
reflejos motores y sensitivos, así como otros circuitos que estaban ligados con funciones sensoriales del sistema nervioso. Guiado por la teoría neuronal de Cajal
acuñó por primera vez el término
sinapsis para designar
la conexión anatómica existente entre las neuronas, donde el terminal del axón de una neurona incide sobre las dendritas de otra neurona, por ejemplo. Gracias a las sinapsis las neuronas transmiten su señal y mantienen activo los circuitos neuronales en los que participan.
En general
cada neurona se conecta con una media de otras
1000 neuronas, formando
millones de circuitos lineales que se entrecruzan en
redes complejas de número aún desconocido. Hoy sabemos que la actividad cerebral se basa en gran medida en la
activación de conjuntos de neuronas que se conectan en
redes neuronales para llevar a cabo una determinada función.
El cerebro humano tiene un gran número de sinapsis, pues
cada uno de los cien mil millones de neuronas tiene un promedio de 7.000 conexiones sinápticas con otras neuronas.
Así, los
circuitos neuronales estarían compuestos por cientos, miles o millones de neuronas conectadas formando complejos circuitos o redes neuronales que
intercomunicarían distintas regiones cerebrales, unas
próximas y otras
a distancia, y que actuarían
de forma sincronizada o colectiva generando distintos tipos de ondas eléctricas detectables mediante
ElectroEncefaloGrama (EEG).
La actividad colectiva y armoniosa de esas redes conformarían la actividad del nuestro cerebro. La modulación de las ondas eléctricas cerebrales es un efecto beneficioso de la práctica del
yoga, relajación y meditación. Estas técnicas consiguen
aquietar y equilibrar nuestras ondas cerebrales para obtener un mayor bienestar y equilibrio a nivel
emocional y
físico.
MAPEANDO EL CEREBRO: EL CONECTOMA HUMANO.
Conocer el mapa completo de las conexiones del cerebro es un reto para los neurocientíficos. La
Resonancia Magnética (
RM) ha sido fundamental a la hora de
estudiar y cartografiar (=hacer un mapa) la actividad cerebral permitiendo
visualizar la arquitectura funcional del cerebro revelando algunos de sus rasgos fundamentales.
Al
mapa completo de las conexiones entre las neuronas del cerebro se le denomina
CONECTOMA y a la ciencia que estudia la producción y el estudio de los conectomas se conoce como
conectómica.
Esta vía de investigación ha despertado un
gran interés y ha recibido un gran impulso por parte de diferentes administraciones en los últimos años. En el año 2009 se puso en marcha en Estados Unidos el proyecto
Human Connectome Project y posteriormente en el año 2013 comenzaron el proyecto
BRAIN y el proyecto europeo
Human Brain Project, ambos con el objetivo de mapear a
máxima resolución el conectoma humano e Investigar y cartografíar la actividad cerebral con la combinación de procedimientos informáticos y las técnicas neuroimagen.
La pretensión es clara: conociendo
cómo se conecta el cerebro y
qué circuitos tiene y utiliza, podemos
conocer mejor el funcionamiento de nuestro cerebro, y con ello, podemos explorar la causas de muchas patologías aún no aclaradas o incluso conocernos mejor a nosotros mismos.
TRACTOGRAFÍA por RM: VER LAS AUTOPISTAS DEL CEREBRO (MAPA DE CARRETERAS).
Una de las aproximaciones al conocimiento del conectoma humano ha venido de la técnica de RM denominada
imagen de tensor de difusión (ITD). Esta técnica permite
obtener imágenes de las fibras nerviosas de la sustancia blanca (axones con
mielina, que le da el
color blanquecino) del cerebro y fue desarrollada en 1990 en base a los trabajos del médico radiólogo
Michael Mosley de la Universidad de Stanford.
La
imagen de tensor de difusión se basa en el
análisis del movimiento y dirección de las moléculas de agua a través de los tractos nerviosos del cerebro facilitando la
localización de las grandes vías de conexión o tractos de sustancia blanca entre las distintas regiones del cerebro; esto es, las
autopistas de la información del cerebro. La ITD mediante RM permite representar
en 2D o 3D los principales tractos neurales del cerebro. A esta técnica se la conoce por el nombre de
TRACTOGRAFÍA.
LA RM FUNCIONAL: VER CÓMO PIENSA Y SIENTE UNA PERSONA (LOCALIZANDO ÁREAS FUNCIONALES EN VIVO).
En la
década de los noventa se desarrolla la técnica de
Resonancia Magnética funcional (RMf), que permite detectar
cambios en el flujo de la sangre en determinadas áreas del cerebro activas (
imagen BOLD, acrónimo en inglés de Blood-Oxygen-Level Dependent contrast imaging).
Esta actividad
vascular se correlaciona
de forma indirecta con la actividad neuronal real, en el cerebro
in vivo, cuando
se ejecutan ciertos procesos mentales que activan regiones cerebrales concretas.
Por ejemplo, si le pedimos que mueva su mano derecha, se estimulará la zona del cerebro que se ocupa de dar la orden de mover esa zona del cuerpo (área motora del lóbulo frontal del lado izquierdo, ya que el hemisferio izquierdo es el que controla el cuerpo derecho y viceversa).
Y eso se puede ver en unas imágenes que
lo localizan en el cerebro del paciente, con
colores de intensidad, y en tiempo real; esto es, cuando lo está pensando y ejecutando. Esta técnica ha puesto de manifiesto la activación de
múltiples áreas cerebrales
durante cualquier tarea o proceso mental e incluso cuándo estamos teóricamente
en reposo.
EL ELECTROENCEFALOGRAFÍA: VER LA ACTIVIDAD ELÉCTRICA CEREBRAL REAL.
También pueden estudiarse los
cambios eléctricos del cerebro de forma directa, mediante la técnica llamada
electroencefalografía o EEG, que puede contar con
electrodos (sensores de la electricidad)
superficiales (directamente sobre el cuero cabelludo) o
profundos.
La electroencefalografía es una
exploración neurofisiológica que se basa en el registro de la
actividad bioeléctrica cerebral en condiciones
basales de reposo, en vigilia o sueño, y durante diversas
activaciones mediante un equipo de electroencefalografia.
Cuando los neurocientíficos “escuchan” las señales nerviosas mediante
electrodos profundos,
EEG o
técnicas de RMf se observan distintos patrones con
descargas en ráfaga, a veces
silencios y también
actividad sincronizada diferentes en cada región del cerebro y tipo neuronal. Existe además una
alta especialización de las neuronas en distintas funciones y la propia corteza cerebral está organizada por áreas que muestran una
citoarquitectura característica y que interactúa entre sí.
***
Podríamos pensar que las diferentes áreas del cerebro tienen funciones específicas y propias de esas zonas. Sin embargo, aunque los neurocientíficos han encontrado que algunas neuronas en lugares del cerebro responden de manera específica,
la mayoría de las neuronas del cerebro no son tan “selectivas” y en realidad lo más frecuente es participen en
múltiples circuitos implicados en
distintas funciones cerebrales. Pensemos que casi siempre l
as funciones cognitivas superiores (pensar, razonar, discernimiento…) y
emocionales se ven implicadas en
muchas situaciones vitales, y por ello, la activación cerebral, en suma, es
compleja, y en gran medida
sincrónica, asociativa y colaborativa.
La aparición en el siglo XX de las técnicas avanzadas de neuroimagen como la
resonancia magnética funcional (RMf) y la tractografía ha producido un
gran avance en el estudio de las funciones mentales (
neurociencia cognitiva) y ha permitido confirmar cómo la actividad mental implica la
coactivación de circuitos y redes neuronales distribuidos en múltiples y variadas regiones del cerebro interdependientes entre sí. Mas recientemente, se está desarrollando una nueva ciencia, la
conectómica, disciplina que ha surgido de la interacción de las técnicas de neuroimagen y la llamada
teoría de redes. Estas técnicas nos permitirán además cuantificar los patrones de conexión cerebral.
Conocer cada vez mejor
cómo funciona y se comunica el cerebro, tanto consigo mismo como con el resto del cuerpo, nos puede permitir
conocernos a nosotros mejor y aprender a regularnos en situaciones vitales en las que necesitemos una
activación más adaptativa a lo que verdaderamente está ocurriendo. Cuando el cerebro está ajustado en su activación y modulación con nuestra realidad, la
armonía de la vida puede filtrarse en nuestra experiencia y los neutransmisores se lo comunicarán al resto de nuestro cuerpo.
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Autores:
- Dr. Antonio Saiz Ayala:
- Jefe de Sección Neuroradiología HUCA.
- Profesor Asociado de Ciencias de la Salud de la Universidad de Oviedo.
- Doctor en Medicina por la Universidad Complutense de Madrid
- Médico Especialista en Radiodiagnóstico.
- Dr. David Calvo Temprano (Director y formador EEL Asturias, Coach de Salud & Practitioner por AICM; Médico Radiólogo HUCA y Profesor Universidad Oviedo).