Figura 1. Diagrama ilustrando las tres funciones básicas del Sistema Nervioso: a) recoger información sensorial; b) analizarla; c) determinar una respuesta motora.
El principal mecanismo de información en el cuerpo lo constituye un sistema de neuronas que se comunican unas con otras y para propósitos puramente didácticos, dividimos este sistema en un Sistema Nervioso Central (SNC) formado por el cerebro y la médula espinal, y en un Sistema Nervioso Periférico (SNP) que une el sistema nervioso central con los receptores sensoriales, que reciben información proveniente del medio externo e interno, y con los músculos y glándulas que son los efectores de las decisiones del SNC. Esta información es llevada por axones motores y sensoriales del SNP en haces de cables eléctricos que conocemos como nervios; por ejemplo, la información que recibe cada ojo es llevada al cerebro en los millones de axones que forman el nervio óptico.
La información dentro del sistema nervioso es manejada por tres tipos de neuronas. Las neuronas sensoriales, que mandan información desde los tejidos del cuerpo y los órganos sensoriales hacia la médula espinal. Cuando el cerebro procesa esa información involucra una segunda clase de neuronas, las interneuronas, que forman su sistema de comunicación interna. Como resultado de ese procesamiento, el sistema nervioso central manda instrucciones hacia los tejidos del cuerpo por medio del tercer tipo de neuronas, las motoneuronas. Como hay unos pocos millones de neuronas sensoriales, algunos millones mas de neuronas motoras, y miles y miles de millones de interneuronas, es claro que la mayor parte de la complejidad de nuestro organismo se basa en los sistemas de interneuronas.
Esos tres tipos de neuronas nos indican cuáles son las funciones del sistema nervioso. Primero, la obtención de información sobre el interior de nuestro cuerpo; esto es, en qué estado se encuentran los órganos (corazón, pulmón, etc.) y el cuerpo mismo (cabeza, tronco, extremidades, etc.). También necesitamos saber cómo está el medio ambiente y cuál es nuestra relación con él; por ejemplo: ¿está oscuro, frío, qué obstáculos hay en el camino si nos desplazamos, hay depredadores o presas cercanas, etc.? Toda esa información es recogida por receptores tanto internos como externos y llevada al cerebro para su análisis y después la toma de una decisión sobre la conducta a seguir: ¿no hacer nada?, ¿correr para escapar o atrapar una presa?, etc. Por todo esto, el sistema nervioso puede ser entendido en tres términos funcionales: 1) un estado de alerta recogiendo información; 2) el procesamiento de esa información, y; 3) la activación del cuerpo para responder adecuadamente.
Figura 1. Diagrama ilustrando las tres funciones básicas del Sistema Nervioso: a) recoger información sensorial; b) analizarla; c) determinar una respuesta motora.
Por lo tanto, cada forma de nuestra actividad conciente depende de la actividad combinada de esas tres unidades funcionales del Sistema Nervioso. La actividad mental toma control de la calidad de ese proceso dinámico y desde este punto de vista no tiene sentido preguntar en qué parte del cerebro está localizada una actividad particular, ya que, por ejemplo, percibimos en una parte del cerebro y actuamos en otra, mientras comparamos la percepción y la actividad en una tercera. Además, el cerebro trabaja con un patrón jerárquico, lo que es claro en el caso de la visión; inicialmente la visión consiste en líneas y patrones de luz y sombra y cuando estos son analizados en las áreas de asociación, emerge un patrón visual coherente que en otras áreas de asociación es unido a otras informaciones para producir la percepción.
Para estudiar el sistema nervioso lo dividimos en regiones a las cuales damos nombres que a veces indican su apariencia, otras veces sugieren su localización y otras mas su función principal. Aún así, debe quedar claro que esos nombres son solamente indicaciones y que su función depende tanto de su localización en el cuerpo, como del tipo de información que analiza.
Figura 2. Esquema ilustrando las diferentes partes del Sistema Nervioso
A partir de la aparente simplicidad de neuronas comunicándose unas con otras se origina la complejidad del sistema nervioso central, que nos hace lo que somos, nuestros pensamientos, sentimientos y comportamientos. Esta es una de las grandes interrogantes de las neurociencias, ¿cómo se organizan estos sistemas neuronales complejos para que podamos aprender, sentir y pensar?
En el Departamento de Patología del Centro Médico de la Universidad de Princeton hay una botella donde se encuentra el cerebro bien preservado de Albert Einstein, considerado por muchos como el mayor genio del siglo XX. Aunque partes del cerebro han sido cortadas y dadas a varios investigadores para su estudio, podemos imaginar que está completo y preguntarnos si Einstein aún está ahí.
Podriamos responder que sin la actividad electroquímica del cerebro no puede haber nada de Einstein ahí; sin embargo, consideremos un experimento que el mismo Einstein pudo haber soñado. Imaginemos que justo en el momento antes de su muerte alguien sacó el cerebro de Einstein de su cuerpo y lo mantuvo vivo bombeándole sangre enriquecida mientras flotaba en un tanque de líquido cefalorraquídeo, ¿estaría ahí Einstein? Mas aún, imaginemos, para llevar esta fantasía hasta su límite, que alguien transplantara el cerebro aún vivo de Einstein al cuerpo de otra persona con daño cerebral, ¿a quien regresaría esa persona después de su recuperación, a él mismo o a Einstein?
El que podamos imaginar estas preguntas ilustra que tan convencidos estamos de que vivimos en nuestro cerebro y por buenas razones, el cerebro genera la mente, la visión, audición, recuerdos, pensamientos, sensaciones, habla, sueños, etc. Es el cerebro el que se analiza a si msmo. Cuando pensamos sobre nuestro cerebro estamos pensando con nuestro cerebro, activando millones de sinapsis y liberando miles de millones de moléculas de neurotramisores. De hecho, los neurocientíficos dicen que la mente es lo que el cerebro hace. Pero, precisamente ¿dónde y cómo se unen las funciones mentales con el cerebro?
Como parte del Sistema Nervioso Central, el cerebro recibe información, la interpreta y decide la respuesta y al hacerlo funciona como una computadora. Si recibe imagenes ligeramente diferentes de un objeto en los dos ojos, calcula las diferencias e infiere que tan lejos debe estar ese objeto para proyectar esa diferencia.
El cerebro también hace los cálculos necesarios para producir el movimiento. Por ejemplo, ¿cómo se hacen los cálculos para tirar y encestar una pelota de 'basket'? Primero, cada neurona se conecta con miles de otras neuronas y para tener una idea de la complejidad de estas interconexiones, consideremos que podriamos unir 8 piezas de Lego en 24 formas y seis piezas en casi 103 millones de formas. Con alrededor de 30 mil millones de neuronas, cada una con 10,000 contactos sobre otras neuronas, terminariamos con alrededor de 300 millones de millones de conexiones sinápticas corticales. Esto es porque un pedazo de cerebro del tamaño de un grano de arena contiene 10,000 neuronas y mil millones de sinapsis activas (Ramachandran y Blakeslee, 1998).
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Figura 3. Ejemplos de redes neuronales simples y complejas. A. Red neuronal artificial simple. B. Red de neuronas aisladas. C. Red neuronal en el cerebro. D. Red entre diferentes cerebros.
Las neuronas trabajan en grupos llamados redes neuronales y para entender porqué tienden a conectarse con otras neuronas vecinas, Kosslyn y Koenig (1992, p. 12) nos invitan a pensar: "¿porqué existen las ciudades?, ¿porqué las personas no se distribuyen mas uniformemente en el campo?" Al igual que las personas haciendo redes con personas, las redes de neuronas hacen redes con neuronas cercanas, con las que puedan tener conexiones cortas y rápidas. En la Figura 3 se muestra que las células de cada capa de una red neuronal conectan con varias células de la siguiente capa y el aprendizaje ocurre conforme la retroalimentación refuerza las conexiones que producen ciertos resultados. Por ejemplo, la práctica del piano construye conexiones nerviosas que se refuerzan practicando una y otra vez, hasta que es posible activarlas para tocar el piano sin ver las teclas. Nuevos modelos de computadora simulan las redes nerviosas completas, con conexiones excitatorias e inhibitorias que ganan fuerza con la experiencia y mimifican la capacidad del cerebro para aprender.
Al abrir el cráneo lo primero que se nota es el tamaño del cerebro. En los dinosaurios el cerebro representa el 1/100,000 del peso del cuerpo, en las ballenas el 1/1,000, en elefantes el 1/600, en humanos el 1/45, lo que sugiere que hay una tendencia. Sin embargo, el tamaño del cerebro de un ratón es 1/40 del peso del cuerpo, y el de la marmota 1/25, lo que sugiere que la relación entre el cerebro y el peso del cuerpo proporciona indicaciones sobre la inteligencia de la especie.
Podemos tener datos útiles para investigar la capacidad de los animales a partir de las estructuras cerebrales mismas. En los animales vertebrados primitivos, como los tiburones, el cerebro regula principalmente las funciones para la sobrevivencia, respiración, descanso y alimentación. En los mamíferos simples, como los roedores que tienen un cerebro mas complejo, este ya permite emoción y una memoria mayor, mientras que en los mamíferos avanzados, como los humanos, el cerebro procesa todavía mas información, permitiéndonos actuar con una visión del futuro.
La historia biológica no ha alterado mucho los mecanismos básicos para la sobrevivencia y ya hace un siglo John Hughlings Jackson (1835-1911) reconocía que las nuevas especies han elaborado nuevos sistemas cerebrales arriba de los antiguos, así como las capas de la Tierra se cubren unas a otras. Excavando se pueden descubrir los fósiles del pasado del cerebro, componentes del tallo cerebral que aún hacen mucho de lo que hacían en nuestros antepasados.
La corteza cerebral es una cubierta con neuronas interconectadas que, como la corteza de un árbol, forman una superficie delgada sobre los hemisferios cerebrales. Las ranas y anfibios tienen una corteza pequeña y operan principalmente con instrucciones genéticas preprogramadas, mientras la corteza de los mamíferos ofrece una mayor capacidad para el aprendizaje y el pensamiento, permitiéndoles ser mas adaptables. Lo que nos hace humanos se origina en la complejidad de las funciones de la corteza cerebral.
Al abrir el cráneo vemos un órgano arrugado, con una forma que semeja la 'carne' de una nuez gigante, el cerebro, y un 80% de su peso se encuentra en los hemisferios derecho e izquierdo, que están casi llenos con conexiones axonales entre la superficie del cerebro y otras regiones. La delgada capa superficial de los hemisferios cerebrales es una capa de células de unos 3 milímetros de grosor y contiene 20-23 miles de millones de células nerviosas (esta estimación se obtuvo muestreando columnas de un milímetro cuadrado de tejido cortical, 180 de las cuales promediaban 229,052 neuronas; Courten-Myers, 1999). Además de neuronas hay nueve veces mas células gliales, que guían las conexiones nerviosas, proporcionan nutrientes, mielinizan los axones, eliminan iones y neurotrasmisores del espacio extracelular y quizá también participan en la trasmisión de mensajes y la memoria de las neuronas (Travis, 1994).
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| Figura 4A. Vista de la superficie externa del cerebro con numerosos pliegues y surcos | Figura 4B. Diagrama de los lóbulos cerebrales: frontal (rojo), parietal (amarillo), parietal (verde) y occipital (azul). |
Lo primero que llama la atención de la corteza cerebral es su superficie 'arrugada', de la cual sólo una tercera parte es visible. Estos pliegues aumentan enormemente la superficie del cerebro y si fueran aplanados, la superficie sería como del tamaño de una pizza grande (para hacer que la pizza cupiera dentro del cráneo hubo necesidad de plegarla). En las ratas y otros mamíferos la superficie de la corteza es mas lisa, con menos arrugas.
Cada hemisferio cerebral está dividido en cuatro regiones o lóbulos. Empezando en la parte frontal del cerebro y dando vuelta por arriba, están los lóbulos frontales (detrás de la frente), los lóbulos parietales (arriba y hacia atrás), los lóbulos occipitales (en la parte de atrás de la cabeza) y los lóbulos temporales (justo arriba de los oídos). Estos lóbulos están separados por surcos y fisuras y cada uno de ellos lleva a cabo numerosas funciones, pero también muchas funciones requieren la actividad de varios lóbulos.
Hace mas de un siglo se hicieron autopsias de individuos que habían estado parcialmente paralizados o sin poder hablar y se encontró daño en las áreas corticales, pero esta evidencia de que partes específicas del cerebro podían tener funciones específicas era pobre y no convenció a los investigadores. Después de todo, si el control del habla y el movimiento fuera difuso en la corteza, el daño de casi cualquier área podría producir el mismo efecto. Por ejemplo, si se corta el cable de alimentación la televisión se apagará, pero estariamos totalmente equivocados si creyeramos que la imagen está localizada en el cable.
Esta analogía nos recuerda que tan fácil es equivocarse cuando tratamos de localizar funciones cerebrales, ya que dibujamos líneas alrededor de áreas del cerebro como si fueran fronteras de paises en el mapa, aunque las actividades complejas como hablar, dibujar o caminar involucran muchas áreas cerebrales. Por ejemplo, nuestra experiencia sobre la música vocal integra la actividad cerebral en áreas que están involucradas en el habla y el procesamento muscular, y Besson y sus colegas (1998) descubrieron esto mientras registraban la actividad eléctrica del cerebro de músicos franceses que escuchaban arias operáticas cantadas sin acompañamiento. El cerebro de los músicos procesaba la lírica y sintonía en áreas separadas del cerebro, de camino hacia la experiencia de "la exquisita unidad de la música vocal".
Sin embargo, se han localizado algunas funciones cerebrales simples. Por ejemplo, en 1870 los médicos alemanes Gustav Fritsch (1838-1927) y Eduard Hitzig (1839-1907) estimularon suavemente la corteza cerebral de perros e hicieron un descubrimiento importante: podían hacer mover diferentes partes del cuerpo y los efectos eran selectivos. Esto es, la estimulación producía movimientos sólo cuando era aplicada en una región de la parte posterior del lóbulo frontal, desde un oído hasta el otro oído a través de la parte superior del cerebro y esta es la región que ahora llamamos corteza motora. Mas aún, cuando estimularon partes específicas de esta región en el hemisferio derecho o izquierdo, partes específicas del cuerpo se movían en el lado contralateral del cuerpo.
Hace ya poco mas de medio siglo y mientras hacían cirugía cerebral para extirpar focos epilépticos, los neurocirujanos Otfrid Foerster (1873-1941) en Alemania y Wilder Penfield (1871-1976) en Montreal mapearon la corteza de cientos de pacientes concientes. Sin embargo, antes de empezar a cortar, los cirujanos necesitaban saber los posibles efectos colaterales de eliminar una parte de la corteza cerebral, por lo que primero estimulaban diferentes áreas corticales (el cerebro no tiene receptores sensoriales al dolor) y notaban las respuestas corporales. En forma semejante a Fritsch y Hitzig, encontraron que cuando estimulaban diferentes áreas de la corteza motora en la parte posterior del lóbulo frontal, se movían diferentes partes del cuerpo. Entonces mapearon la corteza motora según las partes que controlaban y notaron que aquellas áreas del cuerpo que requieren un control preciso, como los dedos de la mano, la boca y la lengua, ocupaban la mayor parte del espacio cortical.
Hace menos tiempo, el neurocientífico José Delgado Rodríguez (1915-2011) demostró la mecánica del comportamiento motor evocando en un mono una respuesta de sonrisa mas de 400,000 veces. También estimuló en un humano el área en la corteza motora izquierda que movía la mano para hacer un puño y aunque pedía al paciente que abriera la mano durante la estimulación este no podía hacerlo, por lo que dijo: "Doctor, me imagino que su electricidad es mas fuerte que mi voluntad" (Rodríguez-Delgado, 1969, p. 114).
Delgado se había hecho famoso cuando saltó al ruedo de una plaza de toros en Córdoba, España y utilizando electrodos colocados en el diencéfalo (núcleo ventromedial del hipotálamo) de un toro de lidia, lo detuvo durante una embestida por medio de estímulos eléctricos. Este episodio fue descrito en el periódico New York Times del 17 de mayo de 1965 como: "probably the most spectcacular demonstration ever performed of the deliberate modification of animal behavior through external control of the brain." (Figura 5)
Figura 5A. "Dr. José M.R. Delgado of Yale University School of Medicine facing a charging bull." Figure 5B. "Bull, halted in mid-charge by command from Dr. Delgado's transmitter, raises dust cloud." (John Osmundsen. NY Times, May 17, 1965)
Mas recientemente se ha medido en forma repetida la actividad de la corteza motora que precede movimientos específicos del brazo, para predecir el movimiento del brazo de un mono una décima de segundo antes de hacerlo (Gibbs, 1996).
Espiando la actividad del cerebro en la misma forma nos preguntamos, ¿podríamos mover un brazo robótico o dirigir el cursor para escribir un correo electrónico o navegar la red? Para averiguar esto, Nicolelis y Chapin (2002) implantaron 100 pequeños electrodos en la corteza motora de un mono y conforme usaba una palanca para seguir con el cursor un punto rojo en la pantalla de una computadora, registraron el patrón de actividad eléctrica cerebral. Después utilizaron esa actividad eléctrica para que la computadora moviera la palanca, de manera que cuando el mono pensaba en el movimiento la computadora movía el cursor con la misma eficiencia que el mono. Esos resultados sugieren que algún día la mente humana será capaz de controlar las máquinas para hacer movimientos, lo que beneficiara enormemente a personas paralíticas.
Figura 5. Regiones de la corteza cerebral involucradas en las funciones indicadas.
Si la corteza motora puede mandar mensajes hacia el cuerpo, ¿dónde en la corteza se reciben los mensajes que proceden del cuerpo? Penfield identificó un área cortical que se especaliza en recibir información de los órganos de los sentidos en la piel y el movimiento de partes del cuerpo. Esta área se encuentra paralela a la corteza motora y justo adelante de ella, en los lóbulos parietales, está la que ahora llamamos corteza somatosensorial. Si se estimula un punto en la parte superior de esta banda de tejido, la persona dice haber sido tocada en el hombro y si se estmula un punto al lado, la persona indica sentir algo en la cara.
Entre mas sensible es la región del cuerpo mayor será el área de la corteza sensorial dedicada a ella, de manera que los labios, que son extremadamente sensibles, se proyectn a un área cerebral mas grande que aquella dedicada a los dedos del pie y esa es una razón por la que besamos con los labios y no con los dedos. En la misma forma, las ratas tienen un gran área de la corteza dedicada a las sensaciones de las vibrisas, los buhos a las sensaciones auditivas y así sucesivamente. Si un humano o un mono pierde un dedo, la región de la corteza sensorial dedicada a recibir entradas desde ese dedo cambia y se dedica a recibir entradas de los dedos adyacentes, haciéndose mas sensible (Fox, 1984). En la misma forma, los barridos de NMR muestran que los pianistas tienen una corteza auditiva mayor que lo usual para codificar los sonidos del piano y que las personas sordas tienen una corteza visual con mayor visión periférica (Bavelier et al., 2000; Plantev et al., 1998). El cerebro es moldeado no sólo por nuestros genes, sino también por nuestra experiencia.
Una persona recibe información visual en los lóbulos occipitales en la parte posterior del cerebro, de manera que un golpe suficientemente fuerte ahí la dejaría ciega. En cambio, si esa región del cerebro se estimula veremos destellos de luz o barras de clores. Así que, en cierto sentido, tenemos ojos en la parte posterior de la cabeza. De los lóbulos occipitales la información visual va a otras áreas que se especializan es tareas como identiiar las palabras, detectar el movimiento y reconocer las caras.
Igualamente, cualquier sonido es procesado en áreas auditivas de los lóbulos temporales. La mayor parte de la información auditiva viaja a través de una ruta tortuosa desde un oído hasta el área auditiva del cerebro arriba del oído opuesto y si fueramos estimulados ahí, oiriamos un sonido. El sonido no necesita ser real y barridos de NMR en personas con esquizofrenia revelan que las áreas auditivas del lóbulo temporal están activas durante las alucinaciones auditivas. Aún el sonido fantasma que experimentan personas sordas en un solo oído, está asociado con actividad en el lóbulo temporal del lado opuesto del cerebro (Muhlnickel et al., 1998).
En los humanos aproximadamente dos tercios de la corteza cerebral están involucrados en recibir información sensorial o en dirigir respuestas musculares, pero eso deja un tercio que parece no tener funciones sensoriales o motoras. Entonces, ¿qué ocurre en esas regiones corticales? Estas áreas se han denominado áreas de asociación y en ellas se asocian entradas sensoriales entre si y con las memorias almacenadas, una parte muy importante de pensar.
Como la estimulación eléctrica de las áreas de asociación no inicia ninguna respuesta observable no podemos especificar claramente las funciones de las áreas de asociación. Probablemente esto es lo que dió origen a la idea de que solo usamos el 10% del cerebro, lo que implica que si pudieramos activar esas regiones seriamos un 10% mas inteligentes. Sin embargo, esto no es cierto, ya que estas áreas corticales interpretan, integran y actúan sobre la información procesada por las áreas sensoriales.
Las áreas de asociación en los lóbulos frontales nos permiten juzgar, planear y procesar memorias nuevas. Las personas con daño en los lóbulos frontales pueden tener intacta la memoria, calificar alto en las pruebas de inteligencia (IQ), pero aún así ser incapaces de planear para el futuro. Por ejemplo, después que la hermana del famoso cirujano Wilder Penfield, mencionado ariba, sufrió daño en el lóbulo frontal, fue incapaz de preparar la mas simple de las comidas. Ella mantenía el conocimiento de las recetas, medidas y técnicas, pero no podía indicar el órden de los pasos necesarios para preparar el alimento (Kimberg et al., 1998).
Uno de los casos mas notables en este sentido es el de Phineas Gage quien, como consecuencia de un daño en los lóbulos frontales, cambió totalmente de personalidad. Una tarde de 1848 Phinneas Gage, entonces de 25 años de edad, era capataz de una cuadrilla que colocaba las vías para el ferrocarril en Virginia, EUA y con una varilla estaba apretando polvora dentro de un agujero. De pronto la polvora explotó y lanzó la varilla, que entró a través de su mejilla izquierda y salió por la parte superior de la frente, dañando los lóbulos frontales. Para sorpresa de todos Gage fue capaz de hablar inmediatamete después y regresar a trabajar cuando sus heridas sanaron. Sin embargo, aunque su capacidad mental y memorias estaban intactas, su personalidad había cambiado completamente (Damasio et al., 1994).
Las áreas de asociación de otros lóbulos también tienen funciones mentales. Por ejemplo, estudiando el cerebro de Albert Einstein se averiguó que los lóbulos parietales, involucrados en el razonamiento matemático y espacial, eran mas grandes y con formas diferentes a otras personas (Witelson et al. 1999). Un área en la parte baja del lóbulo temporal derecho nos permite reconocer caras y si se daña en cualquier forma, aún seriamos capaces de describir las características faciales de una persona, pero no podriamos reconocer su género o edad aproximada y tampoco podriamos identificarla. Todo esto sugiere que las funciones mentales complejas, como el aprendizaje y la memoria, no residen en un lugar específico, aunque si hay regiones cerebrales que tienen influencia sobre estas características mentales.
La médula espinal del sistema nervioso central es una vía de información que conecta el Sistema Nervioso Periférico con el cerebro. Los tractos nerviosos ascendentes o aferentes mandan información sensorial al cerebro, mientras los tractos descendentes o eferentes mandan información motora de regreso.
Las vías nerviosas que gobiernan nuestros reflejos, que son respuestas automáticas a los estímulos, ilustran el trabajo de la médula espinal. Un reflejo espinal simple está compuesto por una sola neurona sensorial y una sola neurona motora, que se comunican por medio de una interneurona. Por ejemplo, el reflejo patelar involucra una vía simple, ya que una médula aislada y los músculos correspondientes podrían hacerlo.
Otra de esas vías es el reflejo al dolor. Cuando tocamos una flama con alguno de nuestros dedos el calor excita la actividad nerviosa, que viaja por las neuronas sensoriales a interneuronas en la médula espinal. Estas responden activando neuronas motoras en los músculos del brazo, por lo que se siente que la mano se aparta por si misma, sin que hayamos hecho la selección.
Figura 6. Diagrama ilustrando el reflejo que al sentir el calor de una flama hace que se retire la mano antes de que ocurra mayor daño
Como el simple reflejo al dolor pasa a través de la médula espinal, la mano se retira de la flama antes que el cerebro reciba y responda a la información que produjo el movimiento. Sin embargo, si la parte superior de la médula espinal fuera seccionada no sentiriamos el dolor, ni tampoco podriamos sentir placer, ya que el cerebro no tendría contacto con el cuerpo. Perderiamos todas las sensaciones y movimentos voluntarios en las regiones corporales cuyas neuronas sensoriales y motoras conectan con la médula espinal abajo del punto de la lesión. Sin embargo, tendriamos reflejo patelar sin sentir el golpe en la rodilla. Con la médula cortada no hay comunicación con el centro cerebral que pone el freno a las erecciones, aunque los hombres paralizados abajo de la cintura son capaces de reacciones (un reflejo simple) si se estimulan los genitales y las mujeres estimuladas en la misma forma responden con lubricación vaginal. Pero, dependiendo de dónde y que tan completamente está cortada la médula espinal, estas personas no responden a imagenes eróticas y no tienen sensaciones en los genitales (Kennedy y Over, 1990; Sipski et al., 1999). Para producir dolor o placer en el cuerpo la información sensorial debe llegar hasta el cerebro.
El tallo cerebral es la región mas antigua e interna del cerebro. Empieza donde la médula espinal entra al cráneo y se hincha ligeramente para formar el bulbo. Ahí se encuentran los controles de la frecuencia cardiaca y la respiración, por lo que si la parte superior del tallo cerebral de un gato se separa del resto del cerebro, el animal aún respira y vive e incluso corre, trepa y se lame (Klemm, 1990). Pero al separar del cerebro regiones mas altas, ya no correrá con un propósito ni trepará para obtener alimento.
El tallo cerebral también es un punto de cruce donde la mayor parte de los nervios hacia y desde el cerebro se conectan con el lado opuesto del cuerpo.
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| Figura 7A. Vista del lado derecho del cerebro | Figura 7B. Corte sagital del cerebro |
Dentro del tallo cerebral se encuentra la formación reticular, una red de neuronas con forma de dedo que se extiende desde la médula espinal hasta el tálamo. Conforme la información sensorial de la médula espinal viaja hasta el tálamo, algo de ella lo hace a través de la formación reticular, que filtra los estímulos y releva información importante a otras áreas del cerebro. Entre otras funciones, la formación reticular ayuda a controlar el estado de alerta.
En 1949 Moruzzi y Magoun descubrieron que la estimulación eléctrica de la formación reticular en un gato durmiendo lo despertaba instantáneamente. Entonces, Magoun separó la formación reticular de un gato de las regiones cerebrales altas, sin dañar las vías sensoriales cercanas, y el gato entró en un coma del que no despertó. Magoun podía aplaudir cerca de los oidos del gato y aún pincharlo, pero no había respuesta, por lo que concluyó que la formación reticular está involucrada en el estado de alerta. Posteriormente, otros investigadores descubrieron que en otros lugares del tallo cerebral se encuentran neuronas cuya actividad es necesaria para dormir.
Arriba del tallo cerebral se encuentra el tablero sensorial del cerebro, un par de estructuras con forma de huevo llamadas tálamo. Estas estructuras reciben la información que proviene de todos los órganos de los sentidos, excepto del olfato y la manda al cerebro, que analiza la vista, oído, gusto y tacto, y podemos pensar sobre ellas como una aduana que recibe información y decide si mandarla al cerebro o quedarse con ella. El tálamo también recibe algunas de las respuestas del cerebro, que dirige hacia el cerebelo y el bulbo y parece coordinar las oscilaciones eléctricas del cerebro, que se enlentecen durante el sueño y aceleran para producir la conciencia (Llinás y Ribary, 2001).
Colocado en la parte posterior del tallo cerebral se encuentra el cerebelo, que tiene dos hemisferios arrugados y permite un tipo de aprendizaje no-verbal y la memoria. Sin embargo, su función mas obvia es la coordinación de los movimientos voluntarios, de manera que si se lesiona tendremos dificultades para caminar, mantener el equilibrio o saludar con las manos. Los movimientos tienden a ser exagerados e interrumpidos.
Todas esas funciones ocurren sin esfuerzos concientes, lo que ilustra otro de los temas recurrentes: el cerebro procesa la mayor parte de la información sin que nos demos cuenta. Estamos concientes de los resultados del trabajo del cerebro (digamos, nuestra experiecia visual) pero no de cómo se construye la imagen visual. Igualmente, ya sea que estemos despiertos o dormidos, el tallo cerebral maneja las funciones que nos permiten vivir, liberando las regiones superiores del cerebro para soñar, pensar o hacer recuerdos.
En el borde entre las partes mas antiguas del cerebro y los hemisferios cerebrales se encuentra un sistema nervioso con forma de dona, el Sistema Límbico, uno de cuyos componentes, el hipocampo, procesa la memoria. Por ahora veamos la conexión entre el sistema límbico y las emociones como el temor y el enojo, y las emociones básicas, como aquellas requeridas para la alimentación y el sexo. Como veremos después, la influencia del sistema límbico sobre las emociones y motivaciones ocurre parcialmente por medio de su control sobre las hormonas del cuerpo.
Figura 8. Corte transversal del cerebro y vista lateral para exponer sus estructuras internas, algunas de ellas parte del sistema límbico, como la amígdala y el hipotálamo.
La amigdala. En el sistema límbico hay dos grupos neuronales con forma de almendra que llamamos amígdala y que influyen sobre la agresión y el temor. En 1939, el psicólogo Heinrich Klüver (1897-1979) y el neurocirujano Paul Bucy (1904-1992) lesionaron quirúrgicamente la parte del cerebro de un mono Rhezius que incluía la amigdala y encontraron que el temperamento normalmente agresivo del mono cambió y se volvió la mas melosa de las criaturas. Podían pincharlo y hacer virtualmente cualquier cosa que normalmente iniciaría una respuesta feroz y sin embargo, el animal se mantenía tranquilo. En otros estudios con otros animales salvajes, incluyendo linces, coyotes y ratas salvajes, los investigadores obtuvieron los mismos resultados. Sin embargo, ¿qué pasaría si se estimulara la amígdala en un animal normalmente plácido, como un gato doméstico? Si se hace esto, el animal se prepara para atacar, arquea la espalda, hace ruidos con la boca, las pupilas se dilatan y el pelo de la espalda se pone erecto. Sin embargo, si movemos el electrodo ligeramente adentro de la amígdala y ponemos el gato dentro de una jaula con un ratón, huye con miedo.
Estos experimentos confirman el papel de la amígdala en el temor y la rabia, sin mencionar la percepción de tales emociones y el procesamiento de las memorias emocionales (Anderson & Phelps, 2000; Poremba & Gabriel, 2001). Aún así, debemos tener cuidado en pensar en la amígdala como el centro de control para la agresión y el temor, ya que el cerebro no está organizado en estructuras que correspondan con nuestras categorías de conductas. Actualmente sabemos que tanto el comportamiento agresivo como el temeroso involucran la actividad nerviosa de todos los niveles del cerebro, pero aún dentro del sistema límbico, la estimulación de estructuras diferentes a la amígdala pueden evocar ese comportamiento. Esto se explica con la siguiente analogía: si cargamos la batería muerta de un coche podemos activar el motor, pero la batería es sólo un eslabón del sistema completo del coche.
Dado que las lesiones de la amígdala pueden transformar monos violentos en animales calmados, ¿podrían esas lesiones hacer lo mismo en humanos violentos? Podría pensarse que si, pero esta cirugía ha producido resultados variados (Mark & Ervin, 1970; Valenstein, 1986) y en los pocos casos involucrando pacientes que sufren anormalidades del cerebro, la estimulación de la amígdala reduce los ataques de rabia, aunque algunas veces con efectos colaterales devastadores sobre el funcionamiento cotidiano del paciente. Así, por razones éticas y debido a las incertidumbres involucradas, la psicocirugía drástica se utiliza pocas veces aunque, tal vez conforme aprendemos mas sobre como controla el cerebro el comportamento, aprenderemos a mejorar los desordenes cerebrales sin crear otros nuevos.
Otra de las esructuras fascinantes del cerebro se encuentra justo abajo del tálamo y es llamado hipotálamo y por medio de lesiones y estimulos de varias áreas se han identificado redes neuronales que tienen deberes específicos en el mantenimiento del cuerpo. Algunos grupos neuronales influyen sobre el apetito mientras otros regulan la sed, la temperatura corporal y el comportamiento sexual.
El hipotálamo detecta la composición química de la sangre y recibe comandos de otras partes del cerebro. Por ejemplo, el pensar sobre el sexo (en la corteza cerebral) puede estimular el hipotálamo para liberar hormonas y a través de ellas controlar la hipófisis, llamada 'glándula maestra', que, a su vez, influye sobre la liberación de hormonas por otras glándulas. Este proceso es monitoreado por el hipotálamo y en esta forma se establece un mecanismo de retroalimentación que mantiene la concentración de esas hormonas en niveles adecuados para el funcionamiento del cuerpo. El hipotálamo también ejerce control iniciando la actividad del sistema nervioso autónomo.
La historia del descubrimiento del hipotálamo es extraordinaria y se inicia cuando dos neuropsicólogos, James Old y Peter Milner (1954), trataban de implantar electrodos en la formación reticular de ratas, pero se equivocaron y los implantaron en la región que después se conocería como hipotálamo (Olds, 1975). En forma curiosa, vieron que la rata implantada regresaba al lugar en la mesa donde había sido estimulada, como si buscara mas estimulación, y entonces los investigadores descubrieron su error y pensaron que posiblemente habían estimulado un centro cerebral que proporcionaba una recompensa agradable para la rata.
En una serie de experimentos Olds (1958) localizó otros "centros del placer", que actualmente son llamados "centros de recompensa", porque los investigadores no saben si las ratas experimentan 'placer' o no. Después, Olds permitió que las ratas iniciaran su propia estimulación en estas áreas apretando una palanca y encontró que algunas veces lo hacían hasta 7,000 veces por hora (cada medio segundo), hasta que caían exhaustas. Mas aún, las ratas hacían cualquier cosa para obtener esa estimulación, incluso cruzar un piso electrificado que una rata hambrienta no haría por comida.
Posteriormente se descubrieron centros de recompensa similares en otras especies, incluyendo peces dorados, delfines y monos. De hecho, la investigación en animales ha revelado que en el cerebro existe un sistema de recompensa general que inicia la liberación del neurotrasmisor dopamina y centros específicos asociados con el placer de comer, beber y tener sexo. Así, parece que los animales están equipados con sistemas intrínsecos que recompensan las actividades esenciales para la sobrevivencia.
Experimentos mas recientes han mostrado formas nuevas de usar la estimulación límbica para controlar las actividades de animales. Por medio de la estimulación del cerebro para recompensar ratas que den vuelta a la derecha o a la izquierda (cuando los electrodos estimulan una región del cerebro esto las hace sentir como si sus vibrisas izquierdas o derechas han sido tocadas), Sanjiv y sus colegas (2002) entrenaron ratas que nunca habían estado fuera del laboratorio para navegar en un medio-ambiente antural. Apretando teclas en una computadora portátil, dirigieron una rata que llevaba un receptor, fuente de poder y videocamara en una bolsa en la espalda, para que diera vueltas, trepara árboles, caminara sobre las ramas y regresara, sugiriendo la aplicación de estos métodos en operaciones de búsqueda y rescate.
Estos experimentos han llevado a peguntarse si los humanos también tenemos centros límbicos del placer y algunos investigadores piensan que los problemas de adicción, como el alcoholismo y el abuso de drogas, pueden originarse en un síndrome de deficiencia de recompensas. Esto es, una deficiencia genéticamente adquirida en los sistemas para el placer en el cerebro, que lleve a las personas a buscar cualquier cosa que proporcione el placer perdido o los libere de sentimientos negativos (Blum et al., 1996).
El sistema nervioso periférico tiene dos componentes, somático y autónomo. El sistema nervioso somático controla los movimientos de los músculos esqueléticos; por ejemplo, aquellos hechos para avanzar esta lectura moviendo el cursor o apretando las teclas.
El sistema nervioso autónomo controla las glándulas y los músculos de los órganos internos como un piloto automático, pero a veces podemos suprimirlo concientemente para hacer los movimientos nosotros mismos. Sin embargo, generalmente este sistema opera en forma autónoma para determinar nuestro funcionamiento interno, incluyendo el latido cardiaco, la digestión y las actividades glandulares.
El sistema nervioso autónomo es dual y está formado por el sistema nervioso simpático y el sistema nervioso parasimpático. El Sistema Nervioso Simpático nos activa para ponernos en una actitud defensiva. Si algo nos alarma, el sistema simpático acelera el latido cardiaco, enlentece la digestión, eleva el azúcar en la sangre, dilata las arterias y nos enfría por medio de la sudoración, poniéndonos alerta y listos para la actividad (las máquinas detectoras de mentiras miden estas respuestas al estrés, que pueden acompañar o no a las mentiras). Cuando el estrés pasa, el Sistema Nervioso Parasimpático produce los efectos opuestos, ya que conserva la energía disminuyendo la frecuencia cardiaca, baja los niveles de azúcar en la sangre y así sucesivamente. En situaciones cotidianas el sistema nervioso simpático y el parasimpático funcionan juntos para mantenernos en equilibrio nuestro estado interno.
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