CORE radiológico

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:

1. 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).
2. 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):

1. 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).
2. 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 las 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.
   

Autores:

1. 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.
2. Dr. David Calvo Temprano (Director y formador EEL Asturias, Coach de Salud & Practitioner por AICM; Médico Radiólogo HUCA y Profesor Universidad Oviedo).