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El sistema cortical del lenguaje en zurdos y diestros

La función del lenguaje y la sensibilidad y motricidad fina de la mano son dos capacidades que han contribuido enormemente al desarrollo del cerebro y a la evolución del ser humano. Están estrechamente relacionadas con nuestra vida social, porque sin el habla y las herramientas es difícil imaginar cómo sería nuestra relación con el mundo y entre los seres humanos. Sin embargo, estas capacidades son tan obvias que tendemos a hacer uso de ellas sin plantearnos cuál es su naturaleza y su importancia en nuestras vidas. Por lo que respecta al lenguaje, los padres y los docentes tenemos la responsabilidad de acompañar a nuestros hijos y alumnos en el aprendizaje del habla, la escritura y la lectura, superando obstáculos y detectando problemas. Y esta tarea difícilmente se puede realizar con éxito si desconocemos cómo funciona el cerebro, el órgano que hace posible, conviene no olvidarlo, la función del lenguaje. Sobre todo cuando nos enfrentamos a trastornos y enfermedades que impiden el buen uso de esta capacidad, o bien a particularidades en la maduración neuronal del niño que afectan a su proceso de adquisición y aprendizaje y, por tanto, a su competencia lingüística.

Hoy en día, gracias a los aportes de la neurociencia, podemos comprender lo que hasta hace sólo unas décadas era un misterio, así como profundizar, de este modo, en el conocimiento de la naturaleza humana. Sin embargo, en las escuelas todavía se presta mucha mayor atención a la valoración pediátrica del desarrollo y maduración físicos de los niños  y a la educación e higiene física que no a la relativa del cerebro y de la mente. Si se aplicasen al conjunto de la población escolar, en la etapa preescolar, las técnicas de neuroimagen, facilitaríamos enormemente la tarea terapéutica de padres y docentes, evitando situaciones de estrés emocional y procesos de enseñanza-aprendizaje inadecuados o incluso perjudiciales en los alumnos que presentan alguna discapacidad o deficiencia cognitiva, muy especialmente en lo que respecta al lenguaje.

Para no extenderme más en este preámbulo, basta indicar que algo no funciona en la escuela cuando desde ella se conjeturan tantos diagnósticos erróneos o se derivan hacia oftalmólogos, logopedas, psicólogos, psiquiatras y neurólogos a un gran número de alumnos por simple desconocimiento del funcionamiento del cerebro. Con este artículo me propongo únicamente despertar el interés y ofrecer una primera introducción a la organización funcional del cerebro en relación al lenguaje, señalando las particularidades en los zurdos y en los diestros. En posteriores artículos trataré los principales trastornos del lenguaje y la especifidad de la escritura con la mano zurda.

La asimetría funcional y la lateralidad del cerebro

El cerebro humano, visto desde arriba, se parece a una nuez (ver FIG. 1). Muestra dos mitades redondeadas, de superficie rugosa (corteza cerebral)
Y unidas por el centro (cuerpo calloso y comisuras asociadas). Cada una de estas dos mitades, fácilmente identificables por la existencia de un surco entre ambas en su vista dorsal (cisura interhemisférica), recibe el nombre correspondiente de “hemisferio izquierdo” y “hemisferio derecho”.

FIG. 1.- Vista dorsal del cerebro.[1]

Las fibras nerviosas que salen del cerebro y controlan los sentidos (concretamente la vista, el oido, el olfato y el tacto) y los músculos presentan una conexión cruzada, esto es, se cruzan hacia el lado contrario del cuerpo, de modo que el hemisferio derecho controla el lado izquierdo y el hemisferio izquierdo controla el lado derecho.  En relación al lenguaje, el siguiente esquema (ver FIG. 2) muestra que el hemisferio izquierdo posee, en la mayoría de personas, el centro de las funciones del habla y de la escritura, y tiene mayor capacidad para la lectura en la medida que en este hemisferio es superior la comprensión lógica y verbal. En cambio, la comprensión no verbal e ideación de conceptos (que serán traducidos a un lenguaje en el hemisferio izquierdo), así como la  orientación y estructuración espacial, la percepción del color y la forma de los objetos, así como su reconocimiento y manipulación, lo que permite unas mayores habilidades en algunas actividades y en la utilización de utensilios o artefactos, es superior en el hemisferio derecho.

FIG. 2.- Entrecruzamiento de las fibras nerviosas y funciones hemisféricas.[2]

Al predominio en los individuos de un hemisferio sobre el otro se denomina lateralidad, y determina qué lado del cuerpo tiene mejor sensibilidad y movilidad. Sus causas responden a diversos factores: genéticos, adaptativos, fisiológicos, medioambientales, sociales y por plasticidad cerebral a causa de lesiones o disfunciones. La lateralidad cruzada se presenta tanto en diestros (hemisferio izquierdo dominante) como en zurdos (hemisferio derecho dominante), pero en estos últimos puede ser mixta (el control de la motricidad y de los sentidos no es cruzado de forma total). Aproximadamente, 7 de cada 10 zurdos presentan lateralidad cruzada y 3 de cada 10 presentan lateralidad mixta.

Por lo que respecta a la influencia de la lateralidad y la preferencia manual en la lectura, cabe mencionar aquí una investigación realizada por Sergio Hernández Expósito, presentada como tesis doctoral el año 1994 bajo el título Lateralización cerebral del lenguaje, preferencia manual y rendimiento lector[3], en la que el autor concluye los siguientes puntos:

“1.- La relación entre Asimetría Cerebral y rendimiento lector es el resultado de la interacción entre la Lateralización cerebral del Lenguaje y la Preferencia Manual, y no el resultado del efecto aislado de cada uno de estos factores.

2.- El rendimiento lector de los sujetos en los que confluyen los centros de control del lenguaje y mano preferida es equivalente, independientemente del hemisferio donde se produzca esta confluencia. Igualmente, tampoco difieren en los sujetos en los que no se produce la citada confluencia.

3.- Los sujetos que tienen localizado en un mismo hemisferio los centros de control del lenguaje y de la mano preferida, tienen un rendimiento lector superior al de aquellos en los que estos centros se localizan en diferente hemisferio.”

Con respecto a las áreas del lenguaje, encargadas de la discriminación fonética, del control motor del aparato fono articulador, de la doble articulación del lenguaje, de la construcción lógica y gramatical de expresiones y frases a partir de ideas, de la organización de la sintaxis, de la comprensión verbal, etc. (ver FIG. 3), recientes investigaciones han desmentido que los zurdos tengan la función del lenguaje invertida con respecto a los diestros. En la mayoría de las personas (alrededor del 90% de la población mundial) se sitúan en el hemisferio izquierdo. Así el 98% de los diestros y el 70% de los zurdos. Pero el 2% de diestros y 15 % de zurdos tiene esas áreas en ambos hemisferios, y el 15% de zurdos restante (observándose una correlación significativa en los hijos zurdos de madres zurdas) las tiene sólo en el hemisferio derecho. Por otra parte, dada la importancia que se ha otorgado al lenguaje y la lógica  en la evolución humana, se ha considerado erróneamente el hemisferio izquierdo como superior, en el sentido que tenía más capacidades que el hemisferio derecho. Sin embargo, desde los estudios de Roger W. Sperry con pacientes de comisurotomía (cerebro dividido) sabemos que cada parte del cerebro está especializada en diferentes funciones mentales y modos de procesar la información igualmente complejos y complementarios.

FIG. 3.- Localización de las áreas del lenguaje.[4]

Por lo demás, el hecho que un hemisferio sea el dominante sobre el otro no significa que lo controle o dirija. Pues no hay evidencias que existan correlaciones entre habilidades o capacidades y la lateralidad (por ejemplo, en todas las actividades humanas encontramos tanto a diestros como a zurdos, si bien es cierto que en algunas actividades deportivas y artísticas podemos encontrar a más zurdos en términos relativos). Por otra parte, las investigaciones con lesiones en uno de los hemisferios o con el cerebro dividido (en pacientes a los que se les ha seccionado el cuerpo calloso), como las realizadas por el  grupo dirigido por Roger W. Sperry, que le valieron el Premio Nobel de Medicina el 1981, demuestran que las funciones cerebrales no siguen una simetría entre ambos hemisferios, ya que se pueden encontrar en ambos hemisferios, como es el caso de las áreas del lenguaje hablado y escrito. Por lo demás, tampoco existen en ambos hemisferios diferencias en la organización de las redes neuronales ni bioquímicas en relación a los neurotransmisores y a los procesos químicos en las neuronas. Si que existen, en cambio,  diferencias entre las pautas eléctricas de grupos de neuronas que realizan las mismas funciones en ambos hemisferios, como indicaremos más abajo, que tienen importantes consecuencias en el procesamiento del lenguaje.

Ciertamente, las diferencias entre funciones hemisféricas afectan a unas pocas áreas y tampoco existen en todas las personas. Sí que cabe hablar, no obstante, de una especialización de los hemisferios en algunas funciones que compiten en recursos, como es el caso del lenguaje y la lógica frente a la orientación (localización de objetos) y estructuración (relaciones entre objetos y entre ellos y nosotros) espacial y el manejo de los objetos, a fin de mejorar su eficiencia gracias a la complementariedad. Por último, cabe añadir que una reciente investigación dirigida por Michael Tyszka, del Instituto de Tecnología de California, ha descubierto que los dos hemisferios pueden comunicarse en individuos que nacen sin  cuerpo calloso[5]
. Según los resultados obtenidos con estas personas, muchas partes del cerebro parecen estar sincronizadas, lo que nos debería llevar a sustituir la idea de dominancia o directividad hemisférica por la de interconexión hemisférica.

Presentamos a continuación una tabla comparativa sobre las funciones hemisféricas (ver FIG. 4), que recoge las investigaciones realizadas sobre el cerebro dividido:

FIG. 4:- Funciones hemisféricas.[6]

Las áreas del lenguaje

En el córtex (corteza cerebral) se encuentran las principales áreas neuronales y fibras nerviosas que se han especializado en las funciones del lenguaje (ver FIG. 5 y FIG. 6), una actividad cognitiva muy compleja que se produce en numerosas partes del cerebro interconectadas y que es el resultado de la interacción entre el cerebro y la vida social:

FIG. 5: Áreas y fibras corticales del lenguaje.[7]

FIG. 6: Vista medial del cerebro.[8]

Área de Broca

Grupo de neuronas corticales especializadas en la función motora del habla, se encarga del control motor del aparato fono articulador y de la doble articulación del lenguaje humano (monemas, esto es, signos con significado (palabras), y fonemas, signos constituyentes de las palabras sin significado). Se localiza en la parte inferior del lóbulo frontal y ocupa partes opercular y triangular del giro frontal inferior, correspondientes a las áreas 44 y 45 de Brodmann (ver FIG. 7).

Área de Wernicke

Grupo de neuronas corticales especializadas en la función auditiva de asociación del lenguaje, se encarga de la discriminación fonética del lenguaje. Se localiza en la región posterior del lóbulo temporal, al lado del córtex auditivo, correspondiente al área 22 de Brodmann (ver FIG. 7). Esta especialización en la función sensorial del lenguaje también se encuentra en otros grupos de neuronas en las partes adyacentes del lóbulo parietal, principalmente los giros supramarginal y angular.

Gracias a las técnicas de neuroimagen hemos descubierto que el área de Wernicke tiene dos zonas con diferentes funciones: en una se registran temporalmente los sonidos de los signos lingüísticos (monemas y fonemas), mientras que la otra controla los movimientos necesarios para la producción de esos mismos sonidos. Esta segunda zona actua como una especie de fase intermedia entre la primera zona y el área de Broca, y se relaciona con la comprensión verbal del lenguaje.

FIG. 7: Centro del procesamiento del lenguaje en el córtex.[9]

Conviene subarayar que una reciente investigación ha revelado que el área de Wernicke se había mapeado en un lugar equivocado, ya que se encuentra aproximádamente 3 cms. más cerca del lóbulo frontal, en la parte izquierda del córtex auditivo[10]
. Este dato concuerda con la localización de la misma área en primates no humanos, lo que viene a reforzar el origen común del lenguaje entre monos y humanos y a descartar la creencia en la exclusividad del lenguaje humano. De hecho, como ha venido a demostrar otra reciente investigación, no existe en el cerebro humano ninguna zona para la producción del lenguaje distinta de las que se encuentran en otras especies. Así pues, el cerebro no crea nuevas estructuras hasta rentabilizar las preexistentes y lo único que cambia son los patrones de actividad[11]
.

Fascículo arqueado o Longitudinal Superior: haz de fibras nerviosas (axones) mielinizados, llamada por su color sustancia blanca, que pone en relación los lóbulos frontal, occipital y temporal, lo que permite la comunicación de las áreas de Broca y de Wernicke (ver FIG. 7).

Giro fusiforme medio

Grupo de neuronas corticales especializadas en la función de la comprensión verbal, tanto en lo que se refiere al significado de un texto escrito (comprensión lectora) como a la correcta composición ortográfica (procesamiento del léxico). También se relaciona con el reconocimiento de caras, ya que muestra gran activación ante el estímulo facial. Se localiza en la parte inferior del lóbulo temporal (ver FIG. 6).

Giro supramarginal

Grupo de neuronas corticales especializadas, junto al giro angular, en la función del esquema corporal. También está relacionado con el procesamiento fonético y la doble articulación del lenguaje. Se localiza alrededor de la extremidad posterior de la cesura Silviana derecha en el lóbulo parietal inferior, correspondiente al área 40 de Brodmann (ver FIG. 8).

Giro angular

Grupo de neuronas corticales que pone en relación las áreas visuales, auditivas y táctiles del córtex, lo que permite la transformación del modelo visual de una palabra en su modelo auditivo, por lo que su actividad es fundamental en la lectura y escritura (ver FIG. 10). También está relacionado con el procesamiento semántico, ya que la estructuración de signos es un requisito para su comprensión. Se localiza en el lóbulo parietal y está situado encima y debajo del área de Wernicke, correspondiente al área 39 de Brodmann (ver FIG. 8).

FIG. 8: Esquema de las áreas cerebrales del lenguaje.[12]

Córtex motor

Fibras corticoespinales que activan los músculos bucofonatorios (boca, labios, lengua, etc.) para la articulación del lenguaje y los músculos de la mano para la producción del grafismo en la escritura (ver FIG. 9 y FIG. 10). Se localiza en la parte posterior del lóbulo frontal, a lo largo de la fisura de Rolando, el surco que separa el lóbulo frontal del lóbulo parietal. El lóbulo parietal, conviene recordar aquí, incluye el córtex somatosensorial.

FIG: 9: Áreas de transmisión motora y sensoriales del córtex.[13]

FIG. 10: Äreas del lenguaje implicadas en el habla, la lectura y la escritura.[14]

Con respecto a la asimetría del cerebro, existen diferencias entre las pautas eléctricas de grupos de neuronas que realizan las mismas funciones en ambos hemisferios, como han descubierto recientemente un grupo de investigadores del INSERM de Francia en relación a la corteza auditiva y a la corteza motora izquierdas, que presentan una mayor actividad eléctrica[15]
. Estas diferencias explicarían que el córtex auditivo izquierdo tenga una capacidad mayor para la discriminación de fonemas (señales auditivas), mientras que su homólogo derecho es superior en su capacidad para reconocer distintas voces y entonaciones. Asimismo, explicarían que el córtex motor izquierdo, en las zonas que controla la lengua, tenga una mayor capacidad para la producción de fonemas, mientras que el derecho, en las zonas que controla la mandíbula, es superior en su capacidad para modular la voz y establecer la secuencia del habla.

Por lo demás, las modernas técnicas de neuroimagen, desde la década de 1980 hasta nuestros días, han permito un gran avance en nuestra comprensión de las áreas cerebrales del lenguaje. De este modo hemos podido mapear la principales partes del cerebro que intervienen en el lenguaje hablado o escrito (ver FIG. 11).

FIG. 11: Visualización por Neuroimagen de funciones corticales del lenguaje: 1) percepción auditiva de palabras habladas (escucha); 2) percepción visual de palabras escritas (lectura); procesamiento de palabras habladas (habla), y comprensión del significado de las palabras (pensamiento).

[16]

Gracias a estas técnicas, como la RMf, sabemos que que el pensamiento no es, como se creía, un lenguaje interno que se expresa mediante el habla, un lenguaje externo. El pensamiento y el lenguaje son funciones independientes, aunque interconectadas.

Por último, cabe decir que en la producción del lenguaje no interviene únicamente el córtex, sino que también intervienen zonas subcorticales, principalmente el tálamo, cuya función es transmitir al córtex la información sensorial procedente de las fibras nerviosas que llegan de las diversas partes del cuerpo y transmitir al cuerpo a través de las mismas fibras nerviosas las órdenes motoras que produce el córtex. E intervienen asimismo los ganglios basales, que ejecutan los patrones de actividad motora, como por ejemplo la escritura de las letras, así como la fluidez del habla y de la escritura, y el cerebelo, que regula el tono muscular y por tanto la pauta motora del habla y de la escritura.

[1]  Fuente: http://lalupa3.webcindario.com/biologia/Sistema%20nervioso.htm

[2]  Fuente:http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/30/html/sec_10.html

[3]  Puede consultarse en http://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=653

[4]   Fuente: http://foro.superopera.com/viewtopic.php?p=5281&sid=93ec9da7345c9946c03712798d38a48b

[7]  Fuente:http://usuarios.multimania.es/medeis/FILOSOFIA/ANTHROPOS/EVOLUCIONHUMANA.htm

[8]  Fuente: http://www.experientiadocet.com/2009/12/como-entendemos-el-lenguaje-escrito.html

[13]  Fuente: http://www.sedin.org/doorway/misterio_de_la_mente-05.html

Elogia a tus hijos por su esfuerzo, no por su inteligencia

Carol Dweck, psicóloga de Stanford, ha dedicado años a demostrar que uno de los elementos fundamentales de la educación satisfactoria es la capacidad de aprender de los errores.
Sin embargo, acostumbramos a enseñar justo lo contrario. Si un niño comete errores, es que no es muy listo. El listo no comete errores, y además le elogiamos precisamente por ello, por ser listo. Pocas personas son las que elogian a los demás por su esfuerzo, y no por su capacidad innata.

Dweck realizó un experimento con más de 400 niños de doce escuelas de Nueva York:
Les sometía a una prueba muy fácil consistente en un puzzle no verbal. Una vez terminado, el experimentador decía la nota al niño, seguida de una frase de elogio. 

La mitad de los niños eran elogiados por su inteligencia; la otra mitad, por su esfuerzo

A continuación, se les permitía escoger entre dos pruebas diferentes. La primera opción se describía como una serie de puzzles más difíciles, pero se decía a los niños que si lo intentaban, aprenderían mucho. La otra opción era un test fácil, parecido al que ya habían hecho.

Al idear el experimento, Dweck había imaginado que las distintas formas de elogio tendrían un efecto más bien moderado. Al fin y al cabo, era sólo una frase. Sin embargo, pronto quedó claro que el tipo de cumplido que se hacía a los alumnos de quinto grado influía espectacularmente en su posterior elección de las pruebas. Del grupo de niños felicitados por su esfuerzo, el 99 % escogió el conjunto de puzles difíciles. Por su parte, la mayoría de los chicos elogiados por su inteligencia se decidieron por el test más fácil.

Cuando elogiamos la inteligencia de un niño, en realidad le estamos transmitiendo el mensaje: sé listo, no te arriesgues a cometer errores.

Los siguientes experimentos de Dweck también sugieren que este miedo al fracaso también inhibe el aprendizaje.
Con el mismo grupo de grupo de niños se les sometió a otra prueba, en esta ocasión muy difícil, para comprobar cómo respondían al desafío. Los que hubieron sido elogiados por su esfuerzo en la primera prueba, trabajaron con denuedo para resolver el problema, implicándose con gran entusiasmo. Sin embargo, los niños alabados por su inteligencia se desanimaron enseguida, porque consideraban sus inevitables errores como señales de fracaso: quizá, en el fondo, pensaban, no eran tan listos.

La serie final de pruebas presentaba el mismo nivel de dificultad que la primera. En todo caso, los alumnos elogiados por su esfuerzo mostraron una mejora significativa: aumentaron su puntuación media un 30 %. Como esos niños estaban dispuestos a aceptar retos (aunque al principio ello significara fallar), acabaron rindiendo a un nivel muy superior. Este resultado era aún más digno de admiración al hacer la comparación con los alumnos que habían sido asignados al azar al grupo de los “listos”: sus puntuaciones bajaron una media de casi el 20 %. Para los niños “listos”, la experiencia del fracaso había sido tan desalentadora que en realidad experimentaron un retroceso.

Vía | Cómo decidimos de Jonah Leherer

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http://lalupa3.webcindario.com/biologia/Sistema%20nervioso.htm

EL SISTEMA  NERVIOSO El sistema nervioso está formado por órganos que transmiten y procesan toda la información que nos llega desde los órganos de los sentidos, permitiéndonos movernos, adaptarnos al ambiente externo y realizar actividades intelectuales, también recibe estímulos de todos los órganos internos. El sistema nervioso tiene tres funciones básicas:  Sistema nervioso central, sistema nerviosos periférico,Sistema nervioso autónomo

APARATO NERVIOSOS CENTRAL Está formado por el Encéfalo y la Médula espinal, se encuentra protegido por tres membranas, las meninges. En su interior existe un sistema de cavidades conocidas como ventrículos, por las cuales circula el líquido cefalorraquídeo.

Cerebro: El cerebro es el órgano que controla la el funcionamiento del cuerpo e interpreta los impulsos generados por el contacto con nuestro entorno. Contiene los centros nerviosos para el pensamiento, la personalidad, los sentidos y el movimiento voluntario. Este órgano, que pesa alrededor de 1.200 gramos en un adulto, está compuesto por dos hemisferios ubicados en la parte superior del cráneo y que comprenden casi el 90 por ciento del encéfalo. Cada hemisferio mide de 15 a 17 cm desde la parte anterior a la posterior, y juntos miden entre 11 y 14 cm de ancho. Debajo de la corteza cerebral, que es una capa de materia gris llena de pliegues, de unos 2 a 6 mm de espesor, se encuentra la sustancia blanca, integrada por millones de fibras nerviosas. Al centro del cráneo, la sustancia blanca de ambos hemisferios se une formando una estructura similar a una cuerda: el cuerpo calloso, que es el más grande de varios haces de fibras nerviosas, llamados comisuras, que conectan zonas específicas de los dos hemisferios. Ambas porciones cerebrales están separadas por la cisura de Rolando. En la parte anterior de esta hendidura, que separa longitudinalmente ambos hemisferios, se encuentra la zona que controla la actividad motora, mientras que en su parte posterior se ubica el control sensitivo. El hemisferio derecho rige las funciones de la mitad izquierda del cuerpo, y el hemisferio izquierdo controla las de la parte derecha. Esto se debe a que los nervios se entrecruzan en la médula espinal. El surco longitudinal (cisura de Rolando) y otro lateral, llamadocisura de Silvio, separan a los hemisferios en cuatro cuadrantes (que reciben los nombres de los huesos craneales que los protegen): son los lóbulos frontal, parietal, temporaly occipital. La detección e interpretación de imágenes visuales está localizada en el lóbulo occipital; la percepción auditiva se encuentra en el temporal, lóbulo donde también se ubica el olfato, el equilibrio y la memoria; en el lóbulo parietal se sitúan el gusto y la percepción del tacto (temperatura, presión y dolor); y en el lóbulo frontal se centra el habla, la elaboración del pensamiento, las emociones y los movimientos. En el interior del cerebro hay cuatro cavidades intercomunicadas, llamadas ventrículos, conectadas con otra cavidad larga y delgada que se dirige hacia abajo por el centro de la médula espinal. Dentro de estos huecos fluye el líquidoincoloro denominado cefalorraquídeo o cerebroespinal producido en los ventrículos, y que se renueva cuatro a cinco veces durante el día. Este medio acuoso, rico en proteínas y glucosa, aporta energía para el funcionamiento de las neuronas y los linfocitos. Estos últimos nos protegen de las infecciones. En otras palabras, al circular a su alrededor, este fluido protege y alimenta a todas las estructuras que conforman el sistema nervioso.

El sistema nervioso central esta rodeado por membranas protectoras llamadas meninges.  Hay tres capas de meninges alrededor del encéfalo y de la médula espinal. El espacio entre la segunda y la tercera capa esta lleno del fluido cerebroespinal es como un cojín liquido que protege contra los daños al sistema nervioso central y que fluye alrededor del encéfalo y de la médula espinal. Son tres de fuera hacia dentro: Duramadre, esta en contacto con el hueso. Aracnoides o meninge intermedia. Entre la aracnoides y la piamadre se forma el espacio subaracnoideo, por el cual circula el liquido cefalorraquídeo. Piamadre, es la meninge que recubre directamente el sistema nervioso central, encéfalo y médula; se adapta a todas sus entradas y salidas.

LAS CÉLULAS NERVIOSAS Y LOS NERVIOS

Las células especializadas del sistema nervioso se llaman neuronas.  Las neuronas son las unidades funcionales del sistema nervioso. Las neuronas se relacionan con otras neuronas a través de su axón y de sus dendritas. Con estas conexiones crean y propagan los estímulos eléctricos que posteriormente se transforman en acciones concretas. Esta formada por tres partes Dendritas, son proyecciones de las neuronas que llevan impulsos nerviosos hacia el cuerpo celular. Cuerpo celular, que tiene un núcleo y unas granulaciones, su tamaño es variable. Axón: El axón es la extensión de la neurona que lleva los impulsos desde la neurona hacia afuera del cuerpo celular. Algunos axones miden mas de 1 m de largo; El axón termina en varias estructuras pequeñas llamadas terminales del axón.    Los axones de alguna neuronas están cubiertos por una capa de un material llamado mielina. Un tipo de célula llamada célula de schwann se enrolla muchas veces alrededor del axón. Numerosas células de schwann cubren el axón a lo largo, formando la capa de mielina. Las dendritas largas de alguna neuronas pueden tener también capa de mielina. la cubierta de mielina sirve para aislar los axones y evitar que los impulsos en uno de ellos interfieran con los de los otros.     Los axones y las dendritas con cubierta de mielina conducen los impulsos mucho mas rápidamente que los axones descubiertos.    En el sistema nervioso periférico, los axones y las dendritas se agrupan en haces llamados nervios .

El Encéfalo es una extensa prolongación de la médula espinal que comprende una serie de zonas de vital importancia y extrema complejidad. Le corresponde las funciones especializadas: percepción, memoria, los movimientos voluntarios y otras  muchas más funciones básicas, como respirar o pasar alimentos.

Bulbo raquideo:  parte que le sigue a la médula y a  partir de agrupaciones de nervios que forman sus paredes  se comunica con las  zonas superiores del cerebro. Ejerce una  función  refleja sobre la respiración, ritmo cardíaco y  deglución.

Cerebelo: Se encuentra apoyada sobre el bulbo y está relacionada con la actividad muscular, la  coordinación de los  movimientos  de las principales partes del cuerpo y el mantenimiento postural.

Protuberancia o Puente Se halla por debajo del bulbo e interviene en  la propagación de los impulsos de uno u otro  hemisferio ejerciendo así  una actividad coordinadora de los  movimientos musculares de ambas partes del cuerpo. Las ondas lentas del encefalograma características de la fase  de sueño profundo también están controladas por ese centro.

Tálamo:  Es una masa ovoidea, formada principalmente por sustancia gris, situada en el centro del cerebro que actúa como estación de relevo sensorial o posada sensitiva. Hasta el tálamo llegan las vías aferentes que van hacia el cerebro, excepto las olfativas que lo hacen directamente.  Del tálamo nacen otras vías que conducen los impulsos hasta la corteza y otros centros. El tálamo propaga los impulsos y quizá los integra. Además, en el nivel talámico se hacen conscientes los estímulos dolorosos.  Está formado por distintos núcleos de células nerviosas que poseen conexiones, tanto con la corteza como con los niveles inferiores.

Hipotálamo: Está situado debajo del tálamo, es el centro donde se regula la actividad del «sistema endocrino» y otros procesos necesarios para las funciones vitales como el metabolismo, control de la temperatura, sed  y algunas emociones como rabia y placer. La sensación de hambre y necesidad de ingerir alimento es otra de las actividades llevadas a cabo por este centro.

MEDULA ESPINAL La médula espinal:     La médula espinal es un cordón de tejido nervioso localizado dentro de la columna vertebral  la materia blanca de la medula espinal consta mayormente, de axones mielinizados  que llevan o traen impulsos del cerebro. La materia gris contiene cuerpos celulares. Es una región donde ocurren muchos contactos entre las neuronas.      Existen 31 pares de nervios espinales que salen entre los huesos de la columna vertebral y se conectan con todo el cuerpo. Los nervios espinales se conectan con la médula espinal por medio de dos raíces: (1) la raíz dorsal de cada nervio espinal la cual contiene neuronas sensoriales y (2) la raíz ventral de cada nervio espinal, la cual contiene neuronas motoras. Las neuronas sensoriales son neuronas que llevan impulsos desde los receptores hasta el sistema nervioso central. Las neuronas motoras llevan los impulsos desde el sistema nervioso central hasta los efectores.     Dentro de la materia gris de la médula espinal hay unas neuronas de asociación. Las neuronas de asociación, también llamadas ínterneuronas, están dentro del sistema nervioso central y sirve de conexión entre otras neuronas. La raíz dorsal de los nervios espinales contiene el ganglio de la raíz dorsal. Un ganglio es una masa de cuerpos celulares de neuronas que se encuentran fuera del encéfalo o de la médula espinal. El ganglio de la raíz dorsal contiene los cuerpos celulares de las neuronas sensoriales. Las dendritas de estas neuronas sensoriales pueden llegar a lugares tan distantes como la piel de los dedos. Los axones de estas neuronas sensoriales pasan desde el ganglio de la raíz dorsal hasta la materia gris de la médula espinal..

SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO Este sistema nervioso periférico consiste en los nervios que conectan el sistema nervioso central con las otras partes del cuerpo. Incluye muchos ganglios (unas agrupaciones de células nerviosas intercaladas a lo largo del recorrido de los nervios o en sus raíces) , los 31 pares de nervios espinales y los 12 pares de nervios craneales, Cada nervio craneal entra al encéfalo directamente, se compone, en su totalidad, de neuronas sensoriales y motoras además maneja algunas actividades automáticamente, sin que participe el encéfalo, estas actividades son los actos reflejos ejemplo. el levantar un pie como respuesta cuando se pisa un objeto puntiagudo es un acto reflejo.  El encéfalo esta consiente de esta acción, pero no causa ni controla la acción al levantar el pie. El trayecto del SNP para los impulsos en una respuesta automática se llama acto reflejo . Los receptores para el tacto son las dendritas de las neuronas sensoriales bajo la superficie de la piel. El golpear la rodilla actúa como un  estimulo para la neurona sensorial. El cuerpo celular de la neurona sensorial esta en el ganglio de la raíz dorsal. Su axón termina en la matera gris de la médula espinal. Después el impulso viaja por una neurona de asociación de la materia gris. El espacio que tiene que atravesar un impulso para ir de una neurona a la próxima se llama un espacio sináptico o sinapsis.   La neurona de asociación lleva el impulso a una sinapsis con una neurona motora. El axón de la neurona motora sale del cordón vertebral y llega a un músculo en la pierna. El arco reflejo se completa cuando el impulso causa que el músculo se contraiga y la pierna se levante.

EL SISTEMA NERVIOSO AUTÓNOMO     Sistema nervioso autónomo es aquella porción del sistema nervioso periférico que provee control involuntario a los órganos internos. El control de órganos como el corazón y los pulmones ocurre independientemente del pensamiento. El sistema nervioso autónomo tiene dos subdivisiones: (1)  el sistema nervioso parasimpático, que controla los órganos internos durante condiciones rutinarias (2)  el sistema nervioso simpático, que controla los órganos internos cuando hay situaciones de tensión y aumento en la actividad.     La mayoría de los órganos internos hacen contacto con axones de ambos sistemas el simpático y el parasimpático. Generalmente, estos sistemas tienen efectos opuestos en un órgano dado. Por ejemplo, durante condiciones de rutina, los impulsos transportados por las neuronas motoras del sistema nervioso parasimpático actúan para reducir los latidos del corazón. Durante el ejercicio fuerte o durante una situación de tensión, como un golpe, el sistema simpático asume el control. Los impulsos transportados por las neuronas motoras hacen que se aceleren los latidos del corazón.

VI. ¿ADÓNDE VAS?

MIENTRAS escribo estas líneas pasa por mi cerebro una multitud de ideas, sensaciones auditivas y táctiles, recuerdos, asociaciones y emociones. Por una parte, tengo la idea general de lo que quiero desarrollar en este capítulo, y al tiempo que escribo, voy ordenando, corrigiendo, cambiando o modificando el orden de las frases y de las palabras, tratando de que lo que quiero decir quede lo más claramente explicado e inteligible: tacho una palabra o una oración completa, releo, reempiezo desde el inicio, reconsidero. Pienso en el ulterior desarrollo del capítulo e imagino por instantes fugaces cómo se irá armando a medida que continúe con su escritura. Y al hacer todo esto soy plenamente consciente de presionar las teclas de la máquina de escribir y de la manera en que el corrector automático funciona al presionar la tecla correspondiente cuando cometo un error mecanográfico —pues nunca aprendí mecanografía en la forma debida—. Sé sin embargo que muy frecuentemente presiono la tecla equivocada, pero según el ritmo y la velocidad a la que estoy escribiendo, a veces corrijo el error y a veces lo dejo, sabiendo que tendré que revisar varias veces el capítulo antes de obtener la versión final. También estoy consciente de que frecuentemente el disco con los tipos de la máquina llega al final del renglón y debo presionar el saltador del margen para continuar con la siguiente línea sin cortar la palabra incorrectamente. Todo ocurre sin que pierda el hilo de la idea de fondo que estoy tratando de comunicar a los posibles lectores y de cómo esa idea se irá modificando en las siguientes páginas.

Otras sensaciones llenan mi cerebro simultáneamente. He puesto un disco, una sinfonía que cuento entre mis favoritas por el tipo de emociones que me causa, por su instrumentación, sus pausas, por una flauta que de pronto irrumpe como llegando de lejos y al mismo tiempo muy intensamente y puedo escucharla y sentir el gozo de hacerlo sin dejar de escribir —excepto los momentos en que me concentro un poco más en ella— y sin perder la idea de la secuencia de las palabras. El oír esa música me trae ciertos recuerdos de cómo me empezó a gustar y de algunas ocasiones memorables en que el escucharla ha sido algo más que simplemente oír música, por la intensidad con que ha ocurrido. Vuelvo después de unos cuantos segundos a la escritura, y de pronto me hago consciente de que otros ruidos —voces de niños de mis vecinos, ruidos de aparatos eléctricos, la llegada de algún automóvil— se agregan a la música de manera un tanto desagradable.

Todavía más cosas me suceden al ir escribiendo. Recuerdos ocasiones en que me he sentado frente a la máquina de escribir en otras circunstancias y con fines completamente diferentes, la sensación del peso que a veces representa tener enfrente una hoja en blanco que espera ser llenada con ideas y conceptos que otros sean capaces de seguir y entender, la preocupación del posible fracaso en el intento de ser comprendido y que tales propósitos queden frustrados.

Todo lo que acabo de describir ocurre sumultáneamente y no es lo único, pues aún se podrían agregar otras sensaciones, recuerdos, ideas colaterales, emociones y asociaciones, así como la conciencia de los movimientos de varias partes de mi cuerpo, de la posición de mis piernas, de la ocasional incomodidad por la posición de los pies, de la presencia de una luz que aunque ilumina lo que estoy escribiendo está quizá demasiado cerca de mis ojos y me deslumbra un poco, etc. ¿Cómo es que tantas cosas pueden ocurrir al mismo tiempo? La captación de estímulos del exterior y del interior de mi organismo, el poder de la decisión y la concentración necesarias para ordenar las ideas, el trabajo mecánico de hacerlo con el movimiento de mis brazos, manos, dedos, coordinadamente al movimiento de mis ojos siguiendo las teclas, todo esto ocurre, claro está, en el cerebro. Pero ¿qué grupos de neuronas, qué circuitos están funcionando para que todo esto suceda?, ¿cuántas y cuáles regiones del cerebro están activas?, ¿cuáles están silenciosas?, ¿qué neurotransmisores están siendo liberados en cuántas y cuáles sinapsis?, ¿cómo se está integrando todo este caudal de actividades neuronales mediante moléculas que están siendo sintetizadas y liberadas desde las terminales axónicas, y que así están permitiendo la comunicación interneuronal? En una palabra, ¿qué mecanismos cerebrales pueden explicar tan grande complejidad de la actividad mental, sensorial, motora y emotiva?

LA CAPACIDAD DEL CEREBRO HUMANO

A pesar de lo sorprendente que es poder realizar y sentir tantas cosas a la vez, ciertamente parece poco comparado con la complejidad de otras actividades que el cerebro del hombre sabe hacer, como imaginar, diseñar, confiar, recelar, desear, crear, juzgar, soñar, despreciar, odiar, rechazar, amar, decidir, escoger, apreciar, valorar, evaluar, y quizá lo más sorprendente, saber que se está haciendo todo lo anterior, es decir, ser consciente de ello y por consiguiente poder considerarlo, sopesarlo, analizarlo y eventualmente aceptarlo o no, así como llevar a cabo acciones que reflejen tal aceptación o rechazo.

Es ésta la capacidad que apareció cuando el cerebro se organizó finalmente como tal en un organismo humano: la enorme complejidad de los circuitos neuronales del cerebro manífestándose en funciones nunca antes realizadas en el mundo vivo como la creación de pinturas rupestres, representando escenas de la vida cotidiana de esos grupos humanos, que ya podían llamarse así porque ya poseían precisamente los circuitos neuronales característicos del cerebro de esta especie única, la especie humana.

Es también por la organización de los circuitos neuronales que el cerebro humano ha sido capaz de hacerse preguntas sobre cómo funciona la naturaleza, describir fenómenos, comunicar esas descripciones y esas investigaciones a otros hombres contemporáneos, pero también a todas las generaciones por venir en la historia de la humanidad, mediante el lenguaje escrito, grabado, filmado, codificado. Es el cerebro humano, el que es capaz de hacer lo que, aunque parezca muy simple y muy natural, llega a los límites del conocimiento por las consecuencias que puede llegar a tener: el cerebro que se investiga a sí mismo, que quiere saber cómo funciona precisamente el órgano que le permite «querer saber».

Es el mismo cerebro que ha escudriñado en la estructura molecular de los genes y ha sido capaz de conocer los mecanismos mediante los cuales se transmite la herencia y por qué las células hijas tienen las características morfológicas y químicas de las células padres. Es el mismo cerebro que decoró las cuevas de Altamira, que construyó las pirámides de Egipto y los templos de Palenque, que pintó la Capilla Sixtina y escribió El Quijote, que inventó la televisión y el teléfono intercontinental y los vuelos a la Luna, que conoce la composición de la atmósfera de Venus y sabe exactamente a qué distancia están las estrellas y puede predecir, con exactitud de fracciones de segundo, los eclipses; el que se destruye a sí mismo en guerras pequeñas y grandes, el que fabrica las más destructoras bombas y otros artefactos mortíferos, el que desarrolla eficacísimos sistemas para destruir las plantas del territorio enemigo, que produce bacterias resistentes a los antibióticos conocidos para usarlas como arma, que inventa las más refinadas torturas para obtener la información que desea, independientemente de si es o no verdadera. Es el mismo cerebro el que también se pregunta cómo es que tantas y tan diferentes potencialidades de creatividad, imaginación y fuerza destructiva existen y se manifiestan en él mismo.

ALTERACIONES DE LA PERCEPCIÓN Y DE LA CONCIENCIA

Una de las maneras por la que el cerebro puede aprender algo sobre sí mismo es alterando su funcionamiento normal. Este es un método que ha sido usado en todo tipo de investigación biológica y que nos ha enseñado mucho, pues alterar las funciones que queremos conocer, mediante procedimientos que podemos manipular con cierta precisión, nos dice mucho de los mecanismos de esas funciones. Ya en el capítulo anterior mencionamos algunos ejemplos de cómo es posible alterar el sistema motor mediante sustancias que se combinan con receptores o que modifican la síntesis o la liberación de ciertos neurotransmisores y de cómo esto es de gran utilidad para entender la relación de esos transmisores con determinada función, en ese caso la contracción muscular y su regulación. Mencionamos asimismo el resultado de estimular eléctricamente ciertas zonas bien localizadas del cerebro en relación con algunas conductas que reflejan placer o dolor, hambre o saciedad. Podemos entonces preguntarnos ¿es también posible alterar algunas de las actividades que hemos descrito en las páginas anteriores, como la imaginación, la creatividad, la agresividad o la conciencia, mediante el uso de drogas? Y, de ser esto posible, ¿qué tanto nos permite aproximarnos a la respuesta que nos interesa, respecto a los mecanismos de estas funciones?

Ciertamente hay drogas capaces de producir alteraciones mentales, con modificaciones de la percepción, la personalidad y la conciencia, que por esta razón se llaman psicotrópicas. Muchas de ellas están presentes en algunas plantas, como la marihuana, el opio, la psilocibina de los hongos alucinantes de Oaxaca, la mescalina del peyote y muchas otras menos populares. Otras se han sintetizado químicamente, como la anfetamina y la dietilamida del ácido lisérgico, mejor conocida como LSD. ¿Cómo actúan estas drogas al producir alucinaciones visuales y auditivas, alterar el sentido del tiempo, intensificar las sensaciones táctiles, y a veces cambiar completamente la personalidad de quienes las ingieren o provocarles estados casi patológicos de angustia, depresión, euforia y, según la droga de que se trate, también adicción? ¿Es posible señalar un circuito neuronal afectado primordialmente por estas drogas? ¿Hay algún neurotransmisor cuya función se altere específicamente por ellas?

Figura 36. Muchas drogas capaces de alterar la percepción, la conducta y la personalidad, tienen una estructura química similar a la de algunos neurotransmisores, por lo cual se piensa que sus efectos pueden deberse a que alteran la comunicación interneuronal en que participan dichos transmisores. En la figura 36 (a) se muestra la estructura molecular de tres de los transmisores cuya función pudiera estar alterada, tanto por efecto de las drogas como en el caso de ciertas alteraciones mentales, como la esquizofrenia. El parecido entre las estructuras de los transmisores con las drogas mostradas en las Figuras 36 (b) y (c) es evidente, aunque en algunos casos la similitud es sólo con una parte de la molécula.

En la Figura 36 podemos ver el parecido notable que tienen las moléculas de algunas de las drogas señaladas con las de ciertos neurotransmisores que funcionan en distintas regiones del cerebro. Este parecido molecular difícilmente puede considerarse una coincidencia, sobre todo cuando sabemos que existen muchos datos en la literatura científica que indican que los transmisores señalados sí parecen tener una relación específica con ciertas funciones mentales. Era de esperarse entonces que muchos investigadores realizaran experimentos para ver si efectivamente las drogas psicotrópicas tienen efectos sobre la comunicación química entre las neuronas. Por ejemplo, se sabe en la actualidad que la anfetamina, droga estimulante que se llegó a usar mucho para mantenerse despierto y alerta, impide el transporte de un neurotransmisor a través de la membrana neuronal, de tal manera que el transmisor se hace más efectivo en ciertas zonas del cerebro relacionadas con las emociones. Como la anfetamina produce adicción y al usarse por períodos prolongados origina un estado mental alucinatorio, conducta de agresión y paranoia, así como tendencias autodestructivas, todo lo cual simula en cierta medida la esquizofrenia, se ha postulado que el neurotransmisor afectado podría ser el responsable de la aparición de esta enfermedad. Sin embargo, como ocurre en prácticamente todo lo que tiene que ver con las funciones mentales, esto no es más que una hipótesis, ya que no ha podido aún demostrarse plenamente.

Cómo es posible que la psilocibina de los hongos alucinantes tenga los efectos que Fernando Benítez, en su libro Los hongos alucinantes describe así?: 

¿Qué resortes internos mueven estas drogas, en términos de neuronas y sus conexiones, de neurotransmisores que son liberados o cuya liberación es impedida, de inhibiciones y excitaciones neuronales, de circuitos cuya información reverbera sobre los circuitos mismos? ¿Cómo, dónde, en qué forma surgen todas estas alteraciones de la percepción, de la sensación sobre uno mismo, de la autoconciencia, de la reflexión, de la personalidad? ¿Dónde está ese «yo» que siente, registra, se adjudica esas nuevas sensaciones como propias y es incapaz de reconocer la realidad por vivir como real lo que internamente le sucede? Son estas drogas verdaderamente capaces de provocar una esquizofrenia?

Uno podría pensar y con razón, que si éstos son los efectos que causan, sería posible administrar las drogas psicotrópicas a animales experimentales y observar los efectos sobre su conducta para después extraer el cerebro y estudiar qué neurotransmisores se han modificado en su concentración, reacciones bioquímicas de síntesis, liberación desde las neuronas y efectos sobre otras neuronas. Se podría también medir los receptores para cada neurotransmisor en las distintas regiones del cerebro y ver si estos receptores se afectan, de tal manera que ahora, ya no puedan responder de manera normal a los transmisores cuando aquéllos se combinen con ellos o si la alteración en los receptores es tan importante que ya ni siquiera puedan ser reconocidos por los transmisores. Todo esto se ha intentado, y seguramente se seguirá intentando, pues es por lo menos una aproximación a lo que puede estar sucediendo en el cerebro cuando las funciones mentales se alteran por este tipo de drogas. Sin embargo, ¿cómo puede el investigador saber realmente qué es lo que el animal de experimentación —la rata, el ratón, el perro, el gato, el conejo, el hámster o el mono— está sintiendo? Y suponiendo que encontrara cambios en los receptores, o en el manejo de las corrientes eléctricas que recorren los axones, o en la concentración o la función de ciertos neurotransmisores y, aun aceptando que estos cambios estuvieran localizados en regiones muy específicas del cerebro y que se pudiera demostrar que tienen repercusiones sobre el funcionamiento —excitaciones e inhibiciones, cambios en la modulación de algunas neuronas—, aun suponiendo que todo esto ocurriera, ¿cómo estar seguro que estos cambios producen las visiones, el apartamiento de la realidad, la esquizofrenia?

EL «YO», LA MENTE Y EL CEREBRO

Hay en todo lo anterior un gran problema de fondo que el filósofo ha planteado repetidamente y ante el cual el neurocientífico queda perplejo. Es el gran problema de la salida final del sistema. En efecto, uno de los temas recurrentes en este libro es el de lo que pasa en el sistema nervioso hacia el exterior, es decir, la comunicación del mundo interior hacia el exterior. Desde el primer capítulo insistimos que es a través de los músculos que se puede manifestar todo lo que nos pasa, lo que sentimos y pensamos, y que si esta salida está impedida hay una incomunicación total. Sin embargo, ¿cuál es la salida de un sentimiento, de una sensación personal, de una idea, de una emoción, de un éxtasis, de una tristeza, de un dolor, es decir, de todo aquello que llamamos subjetivo? Precisamente porque es subjetivo, porque son sensaciones, es imposible imaginar un sistema o estructura en que se haga patente o manifiesta tal o cual experiencia. Cuando alguien nos pregunta «¿cómo te sientes?», ciertamente expresamos nuestra respuesta mediante el movimiento de los labios, lengua, cuerdas vocales y a veces también con un gesto o un ademán, para decir «muy bien» o «regular» pero nos es imposible transmitir la sensación en sí misma de «estar bien», la cual es absolutamente personal.

Con lo anterior quiero decir que existe un mundo de sensaciones, sueños e imaginación que no tiene manera de representarse hacia el exterior como lo es un movimiento muscular. Es decir, es un mundo interior en el cual está lo que llamamos la conciencia del yo, o la conciencia de uno mismo. Es esta parte también lo que no cambia durante la vida del individuo, pues a pesar de que sus gustos, carácter y hasta su personalidad vayan variando durante su infancia, juventud, madurez y vejez, es precisamente el propietario de ese «su» lo que no cambia: es la infancia, la juventud, el desarrollo, la madurez, la vejez, la personalidad, la capacidad imaginativa, ¿de quién? De ese «yo» de esa conciencia que es la misma durante toda la vida y que difícilmente podemos representar como algo que pueda de manera directa manifestarse. Cuando, por ejemplo, queremos compartir con alguien una emoción o sensación muy placentera o muy dolorosa, una gran tristeza o un gozo inefable, una opresión, una depresión, un éxtasis, en fin, cualquier estado de ánimo o experiencia emotiva, siempre nos parece que las palabras no alcanzan para siquiera aproximarse a lo que quisiéramos comunicar a quien nos escucha o a la persona con quien tanto quisiéramos compartir lo que nos pasa y lo que sentimos. Y es que la razón de esto es precisamente que no podemos comunicar de manera directa la sensación misma. Si acaso y paradójicamente, es mediante el lenguaje no verbal que podemos en muy contadas ocasiones, acercarnos a comunicar lo que nos pasa y al mismo tiempo, a saber, a tener la clara conciencia de que la otra persona está sintiendo exactamente lo mismo que nosotros y además, lo que es aún más sorprendente, que sabe que nosotros sabemos. Quizá uno de los ejemplos más claros de este tipo de comunicación no verbal se da con la mirada (y nótese que no se requiere una expresión muscular para esta comunicación, pues los movimientos de la cabeza o de los músculos oculares para encontrar la mirada de la otra persona se dan antes de la comunicación).

Cuando este tipo de comunicación se da, se crea una situación muy especial, que ha sido definida por Martin Buber como un »entre», que está más allá del »tú» y el »yo» y que, de nuevo paradójicamente, a veces ocurre entre dos personas que nunca se han visto previamente, que no se conocen y que muy probablemente nunca se volverán a ver después de ese momento de comunicación. Veamos cómo lo describe Buber en su libro¿Qué es el hombre?: 

Aparte de estos momentos excepcionales, y quizá algunos otros que el lector pueda identificar de su experiencia personal, la impotencia para comunicar nuestras sensaciones más íntimas y por eso más preciosas y que más quisiéramos poder comunicar al menos a ciertas personas, es prácticamente total. En palabras de Aldous Huxley: 

Pero volvamos a nuestro problema anterior, al problema de la relación entre el yo y el cerebro o, para ponerlo en los términos que dan título a este libro, de la relación mente-cerebro, es decir, de la relación mente-neuronas. Después de las consideraciones de los párrafos precedentes, y tomando en cuenta el contenido de los cinco primeros capítulos, ¿es posible identificar la actividad mental como un producto de la actividad neuronal? ¿Es la mente un producto del funcionamiento de los circuitos cerebrales? O por el contrario, ¿es la mente una entidad diferente al cerebro, que usa a éste solamente como un instrumento o herramienta para manifestarse? Estas son preguntas que el hombre se ha hecho desde hace muchos siglos. Ya hemos mencionado en el capítulo I, por ejemplo, como para Hipócrates el cerebro es la fuente misma del pensamiento, de los goces y de las tristezas. Y Lucrecio, en La naturaleza de las cosas, aunque le asigna un lugar en el pecho y no en el cerebro, dice: 

A esta identificación entre el cerebro y la mente, esta postulación de que la actividad mental es el producto de la actividad neuronal, se le llama monismo, al cual se opone eldualismo, que postula la otra posición, la de que la mente es una entidad separada del cerebro, y que éste es utilizado por la mente para manifestarse pero no es lo mismo. Ciertamente esta discusión no es fácil, razón por la que ha sido objeto de un debate tan largo como la filosofía misma, desde los griegos hasta los filósofos y neurocientíficos contemporáneos.

Ciertamente los conceptos filosóficos sobre la relación mente-cerebro no pueden dejar de lado los conocimientos sobre los mecanismos del funcionamiento cerebral que en la actualidad se tienen, y que de modo muy general han sido el objeto de los capítulos precedentes. ¿Cómo negar, por ejemplo, que es posible alterar el estado de ánimo de un individuo, sacarlo de un estado de depresión intensa que puede conducirlo al suicidio, mediante ciertas sustancias que actúan modificando el funcionamiento de muchas sinapsis en regiones más o menos específicas del cerebro? ¿Cómo no reconocer que las drogas psicotrópicas son capaces de modificar la personalidad y las sensaciones objetivas de manera tan importante como para hacer que el individuo parezca haber cambiado de «yo»? Y prácticamente nadie podría negar que estos cambios, estos notables efectos de las drogas o de ciertas lesiones cerebrales, ocurren porque se han cambiado algunas propiedades de la comunicación entre las neuronas. Es claro así que el descubrimiento de que la comunicación entre neuronas es un fenómeno esencialmente químico, debido a movimientos e interacciones entre las moléculas que son fabricadas por las propias células y secretadas para actuar sobre las neuronas vecinas, necesariamente tiene que cambiar la visión de las relaciones mente-cerebro. El conocimiento que lentamente se empieza a tener sobre la organización de los circuitos neuronales y los distintos tipos de neurotransmisores que en esos circuitos predominan para establecer la comunicación interneuronal sin duda también pesa sobre los conceptos de la relación mente-cerebro.

¿UN CEREBRO O DOS?

Estrechamente relacionados con la discusión de los párrafos anteriores, los fascinantes experimentos del «cerebro dividido» (split brain) de Roger Sperry y sus colaboradores nos proporcionan una nueva base de argumentación. Recordemos primero que el cerebro tiene dos hemisferios claramente definidos y separados uno de otro. La conexión entre los hemisferios se lleva a cabo mediante un enorme conjunto de fibras nerviosas —equivalente a los nervios que llevan el impulso nervioso a todos los músculos y a todas las vísceras—, el cual lleva la información de un hemisferio a otro y viceversa, de tal modo que los hemisferios están intercomunicados. Este conjunto de fibras que une los dos hemisferios recibe el nombre de cuerpo calloso (en latín corpus callosum). Debemos hacer énfasis en que los dos hemisferios cerebrales son realmente independientes uno del otro, en el sentido de que la corteza cerebral que recubre a uno no se continúa con la corteza del otro, lo cual quiere decir que la información que cada hemisferio maneja es en realidad «privada» para ese hemisferio, aunque pueda de algún modo, comunicarlo al otro a través del cuerpo calloso. En otras palabras, el cuerpo calloso no es un núcleo neuronal como lo hemos definido en el capítulo IV, sino sólo un conjunto de fibras que funciona como puente entre los dos hemisferios y por lo mismo, no puede procesar información —tampoco tiene sinapsis—, sino sólo transmitirla de un hemisferio a otro. De acuerdo a la hipótesis monista señalada anteriormente, de que el cerebro y la mente están tan íntimamente relacionados que el órgano es el responsable de que exista la mente, se podría pensar entonces que cada hemisferio debería tener su propia conciencia, su propia mente, de tal modo que cada uno de nosotros tendría dos mentes coordinadas en una sola mediante el cuerpo calloso y toda la información que fluye a través de él. Por el contrario, y dicho de un modo muy simplista, el dualismo esperaría que la conciencia, la mente, fuera una sola, independientemente de que los hemisferios puedan funcionar aisladamente. (Figura 37.)

Figura 37. En este dibujo de Vesalio, publicado en 1555, pueden verse los hemiferios cerebrales separados, descubriendo en el fondo el cuerpo calloso, estructura que los une y les permite comunicarse. Se aprecia la cara interna de la corteza de ambos hemisferios, así como la meninge o membrana que recubre al cerebro, llena de vasos sanguíneos, que ha sido cortada y cuelga hacia los lados de la cabeza.

¿Cómo estudiar estas posibilidades? El experimento por hacer se define claramente por los propios objetivos perseguidos mediante una operación quirúrgica que corte con un bisturí el cuerpo calloso: sepárese un hemisferio de otro y véase qué sucede. Inicialmente, entre 1950 y 1960, se habían realizado numerosos experimentos en animales, incluyendo monos, y se había demostrado con claridad que este tipo de operación no producía ninguna alteración conductual o neurológica seria. Así, en la década de 1960 se realizaron unas 20 de estas operaciones en humanos, con objeto de tratar de disminuir las crisis de epilepsia generalizada en individuos que no respondían a ningún tratamiento con medicamentos. La idea de esta operación de los enfermos epilépticos era que al impedirse la comunicación entre los dos hemisferios mediante el corte del cuerpo calloso la excitabilidad neuronal, causante de las convulsiones epilépticas, ya no podría propagarse al otro hemisferio y por lo tanto disminuiría la severidad de la epilepsia. Este razonamiento es correcto, pues era ya bien conocido que las crisis convulsivas se inician localmente en ciertas zonas del cerebro y se propagan «en espejo» hacia zonas del hemisferio contralateral y después, a otras regiones, hasta hacerse generalizadas. En efecto, después de esta operación las convulsiones ya no se propagaban al otro lado y, además, por alguna causa aún desconocida, también disminuyeron su frecuencia. En la actualidad se dispone de un número de drogas que, aunque no en el 100% de los casos, sí en la mayoría de ellos, son capaces de controlar a un paciente epiléptico, por lo que esta operación ya prácticamente no se hace. En este momento, lo importante para nosotros no es la epilepsia sino la posibilidad de que estos experimentos respondieran a la pregunta de si en realidad tenemos dos cerebros, con dos conciencias, dos mentes, o una sola, manejada por los dos hemisferios en forma coordinada.

Esto fue lo que trató de contestar el grupo de Sperry mediante un estudio muy cuidadoso de los sujetos que fueron sometidos al corte del cuerpo calloso, es decir, los sujetos cuyo cerebro fue dividido. Para poder realizar estos estudios era esencial diseñar experimentos que permitieran diferenciar las funciones de cada uno de los dos hemisferios, pues el comportamiento de estos pacientes, algunos meses después de la operación, no permitía distinguir ninguna anormalidad atribuible al hecho de que los hemisferios cerebrales estaban separados. Tomando en cuenta que las fibras de los nervios ópticos se cruzan de tal manera que lo que ve el ojo izquierdo se proyecta al hemisferio derecho y viceversa y que de manera similar las fibras de los nervios motores se cruzan, por lo que el hemisferio derecho mueve todos los músculos del lado izquierdo del cuerpo y viceversa, Sperry diseñó experimentos que permitieran saber qué manejaba cada uno de los hemisferios cerebrales. Así, por ejemplo, si se presentaba al sujeto una imagen con el ojo izquierdo cubierto, sólo el hemisferio de ese mismo lado lo podría ver, ya que las fibras del nervio del ojo derecho se cruzan hacia el hemisferio izquierdo. Y para saber qué veía ese hemisferio izquierdo, se le pedía al sujeto que dijera qué objeto veía o que lo reconociera de entre varios que tenían a su alcance, con la mano derecha, que es la que controla y puede mover el hemisferio izquierdo. (Figura 38.) 

Figura 38. Cuando se aislan los hemisferios cerebrales mediante el corte del cuerpo calloso, es posible estudiar las funciones independientes de cada uno de ellos, como fue realizado en humanos. Para el diseño e interpretación de los experimentos en estos pacientes fue indispensable conocer y tomar en cuenta el entrecruzamiento de las fibras nerviosas que llevan al cerebro la información visual y auditiva, así como el de los nervios que mueven los músculos. Este esquema muestra que, debido al entrecruzamiento parcial de las fibras de los nervios ópticos y al campo visual que capta cada mitad de la retina, lo que ve el ojo izquierdo se proyecta al hemisferio derecho y viceversa. Debido a cruzamientos similares, el hemisferio derecho siente y mueve al lado izquierdo del cuerpo y viceversa, como se esquematiza por las manos I y D. Cada oído también envía su información hacia el hemisferio opuesto y sólo el olfato es registrado del mismo lado que se percibe. También se indica en el esquema, como se discute ampliamente en el texto, que el hemisferio izquierdo es el más «lógico» y posee el centro del lenguaje y la escritura, mientras que el hemisferio derecho es el más «intuitivo» y maneja predominantemente la comprensión no verbal.

De estos experimentos que proporcionaron resultados muy similares en los ocho pacientes con el cerebro dividido que Sperry estudió, se ha concluido que cada hemisferio es capaz de hacer ciertas cosas que el otro no puede hacer y, además, —quizá lo más interesante—, que lo que un cerebro veía, así como su reacción a lo que veía, eradesconocido para el otro hemisferio. Ciertamente y no fue sorpresa pues ya se sabía que el centro del lenguaje está exclusivamente en el cerebro izquierdo, el hemisferio derecho no puede hablar; cuando se le preguntaba al sujeto qué veía con el ojo izquierdo, cuya imagen llega al hemisferio derecho, no podía decirlo verbalmente, pero sí era capaz de señalarlo con su mano izquierda sin equivocarse nunca. En cambio, cuando era el ojo derecho el que veía, y por tanto la imagen llegaba al hemisferio izquierdo, el sujeto no tenía ningún problema para expresar verbalmente qué objeto había visto, y podía también señalarlo con su mano derecha, pero no con la izquierda. El cerebro izquierdo tiene también mucho mayor capacidad de leer, aunque el derecho no está privado del todo para hacerlo. Sin embargo, la comprensión no verbal y las habilidades de manejo de objetos en el espacio son superiores en el hemisferio derecho en comparación con el izquierdo, que es mucho más lógico y matemático.

Sperry resume sus hallazgos e interpretaciones de la manera siguiente:

Y sin embargo el propio Sperry considera que:

¿Qué nos dicen estos sorprendentes hallazgos respecto a nuestra discusión anterior? Ciertamente hasta la fecha no se han encontrado diferencias en cuanto a la organización de circuitos neuronales o los mecanismos de manejo y transmisión de información entre los dos hemisferios, ni se han descubierto neurotransmisores o procesos bioquímicos en un hemisferio que sean distintos del otro. Y sin embargo, los estudios en los pacientes con el cerebro dividido claramente nos dicen que los hemisferios no llevan a cabo las mismas funciones mentales. Y al mismo tiempo, por otro lado, es claro que estas funciones parecen depender del cerebro mismo, ya que al ser separados los dos hemisferios, éstos ya no saben uno del otro y se comportan como entidades aisladas dentros de un mismo organismo. ¿Quiere esto decir que está decidida la batalla entre el monismo y el dualismo a favor del primero?

Evidententemente, los argumentos no son definitivos en el sentido del monismo o del dualismo, pues los experimentos del «cerebro dividido» no nos explican los mecanismos neuronales de la mente, aunque si apuntan con claridad hacia una íntima relación mente-cerebro, quizá más íntima que lo que los dualistas quisieran. Filósofos contemporáneos como Karl Popper son monistas, y neurocientíficos que han realizado descubrimientos notables sobre el funcionamiento del sistema nervioso y que conocen en gran detalle los estudios de Sperry, como John Eccles que descubrió los mecanismos de la inhibición de la actividad neuronal, son abierta y declaradamente dualistas.

Me gustaría aquí recordar, como un posible planteamiento que no por repetirse pierde su valor, que el conocimiento de muchos de los mecanismos biológicos ha permitido avances extraordinarios que eran impredecibles hace apenas algunas decenas de años, como es el caso de la transmisión de la información genética. Estos conocimientos en la actualidad están permitiendo por primera vez en la historia del hombre, de la vida misma, el que un ser viviente sea capaz de modificar la información genética de otro ser viviente, a través de los procedimientos de la llamada ingeniería genética, para crear organismos con propiedades biológicas diferentes de las del organismo «natural». Si se piensa que estos progresos han ocurrido en unos 30 años, y que eran prácticamente impensables sólo 10 años antes, no parece demasiado arriesgado predecir que la investigación sobre el funcionamiento del cerebro nos dará también en las próximas décadas una gran cantidad de información, que quizá permitirá acercarse al conocimiento de los mecanismos de lo más humano que el hombre posee: su conciencia, su pensamiento, su imaginación y su creatividad. Sin embargo, es claro que por el momento —y el momento puede durar muchas decenas de años— este objetivo final se ve todavía muy lejano. Antes será necesario resolver muchos otros problemas acerca de la química y la fisiología del cerebro, problemas que implícitamente han ido quedando planteados en los capítulos anteriores. Por ejemplo, necesitamos todavía aprender mucho sobre la manera en que los neurotransmisores actúan para excitar o inhibir la actividad neuronal, sobre cómo se regula o controla esta función excitadora o inhibidora, incluyendo los mecanismos de síntesis de los transmisores y su liberación desde las terminales axónicas; sobre cómo los receptores pueden ser modificados en su cantidad, arreglo en la membrana de las neuronas y sensibilidad a su correspondiente transmisor. Deberemos conocer también cómo la neurona es capaz de integrar la información que recibe simultáneamente desde tantos cientos de neuronas diferentes para que finalmente envíe o no señales eléctricas a lo largo de su axón. Tendremos que saber la naturaleza química de todos los neurotransmisores y de otras moléculas cuya función parece ser la de regular la acción de ellos en las sinapsis.

Hace falta asimismo tener una idea más completa e integrada de la organización de los circuitos neuronales y de qué transmisor o transmisores funcionan en las sinapsis involucradas entre las neuronas que los componen. Requerimos conocer cómo un circuito afecta o modifica la acción de otros circuitos, especialmente en cuanto a la integración de la función primordial de cada uno de ellos —si es que realmente hay una función primordial de cada circuito—, pues cabe la posibilidad de que determinadas funciones mentales sean el resultado de la actividad de muchos circuitos funcionando simultáneamente.

Los puntos que acabamos de mencionar no son sino una pequeña parte de la larga lista de aspectos que aún nos falta mucho por conocer y comprender. Y aun después de todo esto, sin duda deberán surgir conceptos no previstos aún, respuestas por el momento inimaginables, para alcanzar la última de las fronteras del conocimiento: el entendimiento de las funciones mentales.

En la continuación del fragmento de sor Juana citado en el capítulo 1 de este libro, dice la poetisa:

¿Cuántos fantasmas de ignorancia y de escepticismo deben desaparecer; cuántos nuevos conceptos, cuántas ideas, cuántos esfuerzos de experimentación y síntesis de información, deberán sumarse para llegar a la meta? Una cosa es segura: el hombre no se detendrá en sus esfuerzos de creatividad en el arte, en la tecnología y en todo cuanto en la vida de nuestra civilización y cultura significa progreso. 

http://www.experientiadocet.com/2009/09/duplicacion-y-evolucion-los-mecanismos.html

http://www.experientiadocet.com/2010/07/que-hace-el-cerebro-cuando-no-hace-nada.html

Los hemisferios cerebrales consiguen sincronizarse sin cuerpo calloso

Imagina dos ordenadores no conectados por un cable pero que tienen medio de comunicarse lo suficiente como para estar sincronizados. No parece extraño, ¿verdad? Lo que sigue lo es, y mucho.

Un equipo de investigadores encabezado por Michael Tyszka (Instituto de Tecnología de California – Caltech, EE.UU.) ha encontrado que personas que nacen sin cuerpo calloso (que une los dos hemisferios del cerebro), una condición que se conoce como agenesia del cuerpo calloso (ACC), siguen mostrando unas comunicaciones llamativamente normales entre las dos mitades de sus cerebros. El hallazgo, que se publica en el Journal of Neuroscience, tiene implicaciones para el estudio del espectro autista e, incluso, para las teorías sobre la consciencia.

Nuestros encéfalos nunca descansan. Cuando soñamos despiertos, cuando reposamos tumbados sin pensar en nada, existe una gran cantidad de comunicaciones entre las diferentes regiones encefálicas. Muchas de estas regiones muestran patrones de actividad que varían lentamente y que son muy parecidos entre sí. El hecho de que estas regiones parezcan estar sincronizadas ha llevado a muchos científicos a asumir que todas ellas son parte de una red de interconexión llamada red del estado de reposo. Lo que han encontrado Tyszka et al. es que la red del estado de reposo parece normal en lo esencial en personas con ACC, a pesar de la falta de conectividad.

Démonos cuenta que en las personas con ACC faltan del orden de 200 millones de conexiones que en las personas sin ella sí están. Y que no son unas conexiones cualesquiera, son las que unen los dos hemisferios cerebrales. La ACC ocurre en 1 de cada 4000 nacimientos, en el que, durante el desarrollo fetal las fibras del CC no consiguen salvar la separación entre los dos hemisferios. Si hablamos de ordenadores lo tenemos claro pero, si faltan los cables, ¿cómo se comunican las dos mitades del cerebro? Hay que especular con la existencia de medios indirectos y, actualmente, desconocidos.

Señales BOLD en un cerebro con cuerpo calloso (izqda.) y en otro sin él por ACC (dcha.)

Los estudios se realizaron por resonancia magnética funcional (fMRI) en 8 individuos con ACC e inteligencia normal y 8 controles. Ambos grupos mostraron una correlación homotópica (en los mismos lugares) muy robusta en la señal BOLD (dependiente del nivel de oxígeno en sangre, lo que mide la fMRI). Sorprendentemente (no nos cansamos de estos calificativos) prácticamente todos los componentes independientes a nivel de grupo identificados en los sujetos de control se encontraron en el grupo ACC y eran predominantemente simétricos bilateralmente.

Las implicaciones de este hallazgo son de dos tipos. Las médicas, en cuanto que la ACC está muy relacionada con el autismo (un tercio de las personas con ACC padecen alguna condición del espectro autista). Esta compensación funcional tan grande puede ser muy esclarecedora para la comprensión del funcionamiento del cerebro autista.

Las otras implicaciones pueden ser más especulativas. Si no se encuentran neuronas que conecten los dos hemisferios, y en los fMRI no han aparecido, ¿podrían conectarse electromagnéticamente? No es tan descabellado, ya hablamos de cómo el campo eléctrico del cerebro afecta al propio cerebro  . Pero, claro, si esto es así, podríamos especular con un nuevo fenómeno emergente basado en esta actividad electromagnética, la consciencia. Sin embargo, no seríamos del todo originales, Johnjoe McFadden ya se nos adelantó con su propuesta de la teoría del campo electromagnético de la consciencia . Habría que repasarla. Por si acaso.

Referencia:

Tyszka, J., Kennedy, D., Adolphs, R., & Paul, L. (2011). Intact Bilateral Resting-State Networks in the Absence of the Corpus Callosum Journal of Neuroscience, 31 (42), 15154-15162 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1453-11.2011

Publicado por César Tomé López en 12:00 p.m. 

Cómo el campo eléctrico del cerebro afecta al propio cerebro

Tu cerebro es eléctrico. Existen multitud de pequeñísimos impulsos transmitiéndose entre los miles de millones de neuronas interconectadas que generan un campo eléctrico que rodea el cerebro como una nube invisible. Un estudio realizado por Flavio Fröhlich y David McCormick, ambos de la Universidad de Yale, sugiere que el campo eléctrico del cerebro no es un subproducto pasivo de su actividad neuronal, como se solía pensar. Este campo eléctrico podría ayudar a regular activamente cómo funciona el cerebro, especialmente durante el sueño profundo. Aunque siempre se sabe desde hace mucho tiempo que las fuentes externas de electricidad pueden alterar el funcionamiento del cerebro (de ahí la terapia de electroshocks, por ejemplo), esta es la primera prueba directa de que el propio campo eléctrico del cerebro cambia la forma en la que éste se comporta. Los resultados se publican en Neuron.

Los investigadores rodearon un corte de tejido del córtex cerebral de hurón aún vivo con un campo eléctrico que imitaba el campo que un cerebro de hurón intacto produce durante el sueño de ondas lentas (fase 4 del sueño no REM, también llamado sueño delta). El campo aplicado amplificó y sincronizó la actividad neuronal existente en el corte cerebral. Estos resultados indican que el campo eléctrico generado por el cerebro facilita la misma activación neuronal que lo provocó en primer lugar, de la misma forma que el entusiasmo de una masa de personas en un estadio deportivo provoca que cada una siga animando. En otras palabras, el campo eléctrico cerebral no es un subproducto, es un bucle de retroalimentación.

Se sabía que los periodos de actividad neuronal altamente sincronizados (como el del sueño profundo) son cruciales para el mantenimiento de un funcionamiento normal del cerebro. Ahora bien, no está claro ni cómo se coordinan estas fases estables, ni por qué se descontrolan en enfermedades como la epilepsia. Este nuevo estudio indica que el campo eléctrico cerebral puede tener mucho que decir a este respecto.

Este descubrimiento puede tener también aplicaciones terapéuticas. Concretamente en la mejora de una técnica llamada estimulación por corriente directa transcraneal (tDCS, por sus siglas en inglés), que aplica campos eléctricos débiles al cuero cabelludo para tratar, por ejemplo, la depresión o el dolor crónico.

Habitualmente la tDCS usa campos eléctricos estándares que no cambian demasiado, a diferencia de los campos eléctricos dinámicos que se han usado en este estudio para imitar un cerebro vivo. El siguiente paso lógico es usar estas combinaciones de ondas más complejas en un entorno clínico y ver si mejoran el tratamiento.

Más información sobre las ondas cerebrales como forma de comunicación intracerebral, aquí.

Referencia:

Fröhlich, F., & McCormick, D. (2010). Endogenous Electric Fields May Guide Neocortical Network ActivityNeuron, 67 (1), 129-143 DOI: 10.1016/j.neuron.2010.06.005

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Etiquetas: Neurociencia

Duplicación y evolución, los mecanismos de la vida, ya habrían estado presentes en la química prebiótica

El que la vida se base en la duplicación de macromoléculas es algo que damos por sentado. Pero ¿por qué es esto así habiendo otras alternativas? Hisashi Ohtsuki de la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón y Martin Nowak de la Universidad de Harvard (EE.UU.) han presentado la comparación entre dos modelos en los que un sistema puramente químico en el que tienen lugar procesos de polimerización al azar (a este sistema lo llaman previda) da lugar a, por un lado, moléculas catalizadoras (previda catalítica) y, por otro, construye cadenas que se duplican (duplicadores). Los resultados explican por qué la duplicación es más eficiente y es la opción de crecimiento molecular en la que se basa la vida. Por otra parte muestra que la selección natural, la evolución, empezó antes que la propia vida. Su trabajo ha sido publicado en los Proceedings of the Royal Society B.

En este modelo, la previda está constituida por dos tipos de monómeros (0 y 1) que se unen al azar para formar cadenas de polímeros. Añadiendo un 0 ó un 1, se producen cadenas más largas a partir de otras más cortas. Los investigadores crearon un árbol de la previda sencillo basándose en este proceso de crecimiento, donde un 0 ó un 1 se añade al final de la cadena precedente para crear una más larga [en la imagen]. Aunque comienza con un solo monómero, este árbol de la previda tiene infinitas estirpes.

En la primera variante del modelo algunas de estas secuencias de la previda serán catalizadores, y podrán mejorar ciertas reacciones en la previda. Los catalizadores más abundantes serán aquellos que, específicamente, incrementen la velocidad a la que los monómeros se añaden a las cadenas en las reacciones específicas que los crean. Por ejemplo, si 0100 es un catalizador que cataliza los procesos 0 ->01, 01->010 y 010 -> 0100, será más abundante que otro como 1000 que sólo catalice 10->100 y 100->1000. A los catalizadores como 0100 los llaman los investigadores “cadenas prebióticas perfectamente catalizadas” (CPPC).

La competencia entre la previda y la previda catalítica por los monómeros disponibles crea unos determinados umbrales de selección que limitan el tamaño de las cadenas. Los investigadores determinaron que la actividad catalítica de una cadena debe aumentar exponencialmente con la longitud de la propia cadena para permitir que mantenga unos niveles altos de abundancia; si no se incrementa la actividad catalítica la cadena más larga se hace menos abundante.

En la segunda variante algunas cadenas de la previda llegarán a ser duplicadores. La diferencia de funcionamiento entre un duplicador y un CPPC es que el catalizador se une a una cadena incrementando la velocidad a la que se añade un monómero para después separarse, mientras que un duplicador se mantiene unido a la cadena en crecimiento.

En la competencia entre la previda y los duplicadores, el umbral de actividad duplicadora converge en un valor fijo, lo que sugiere que incluso los duplicadores largos pueden mantener su abundancia alta.

Si la previda da lugar a catalizadores y duplicadores provocando la competencia entre los sistemas, la capacidad de alcanzar mayor longitud de los duplicadores, o lo que es lo mismo, la existencia de mayor número de duplicadores activos en competencia con los catalizadores, es lo que daría su ventaja a los duplicadores. Esto no es más que una forma de la selección natural. La selección natural ya estaba pues presente cuando la química se convirtió en vida, una vida que se basaría en la duplicación y la evolución.

[Imagen cortesía de Ohtsuki y Nowak]

Referencia:

Ohtsuki, H., & Nowak, M. (2009). Prelife catalysts and replicators Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 276 (1674), 3783-3790 DOI: 10.1098/rspb.2009.1136

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¿Qué hace el cerebro cuando no hace nada?: Se constituye la Red Española para el Estudio del Cerebro en Reposo (SRSN).

Cuando no hacemos nada el consumo energético de nuestro cerebro viene a ser el 90% de cuando está a pleno rendimiento. ¿Qué hace el cerebro cuando no está haciendo nada? Hasta ahora la investigación en neurociencias se ha basado en comprobar qué se activa en nuestro cerebro cuando realizamos una tarea. Sin embargo, el funcionamiento “al ralentí” del mismo revela que hay algo que nos estamos perdiendo. Acaba de constituirse en España la SRSN, una red de investigadores con el objetivo de contribuir al conocimiento del cerebro en reposo.

Entrevistamos a María de la Iglesia, del Grupo de Imágenes Médicas del Instituto de Informática Biomédica de la Universidad Politécnica de Valencia, y coordinadora científico-técnica de la SRNS, para que nos explique en qué consiste y cuáles son los objetivos de esta red.

Experientia docet

: ¿Qué es la SRSN?

María de la Iglesia

: La SRSN son las siglas correspondientes a la “Spanish Resting State Network”. Se trata de una estructura de cooperación entre distintos grupos de investigación en neurociencias pertenecientes a países de habla hispana.

El propósito principal es el estudio de las conexiones intrínsecas cerebrales que se observan a través de los cambios de baja frecuencia en la señal dependiente del nivel de oxigenación en sangre (BOLD) en personas que no están realizando ninguna tarea.

ED

: ¿Por qué no se ha aplicado hasta ahora la metodología de ciencia basada en el descubrimiento al estudio del cerebro humano?

MdlI

: Para poder aplicar la metodología basada en el descubrimiento son necesarios dos factores críticos que no se habían dado hasta el momento. El primero de ellos es la capacidad de obtener una cantidad de información masiva del problema a resolver. En la actualidad, gracias a la popularización de la Resonancia MagnéticaFuncional ya es posible realizar la adquisición de imagen cerebral de forma masiva. Por otra parte, también resulta necesario disponer de la capacidad para analizar esa gran cantidad de información. Gracias al desarrollo de las ciencias de la computación y metodologías de análisis como ICA o Análisis de vóxel semilla, es posible en la actualidad abordar el estudio de esta gran cantidad de datos para poder obtener conclusiones grupales.

Ya Marcus E. Raichle comentó en una entrevista realizada por Eduard Punset que un 20% de la energía total que emplea el organismo es consumida por el cerebro, pero toda esa energía no se utiliza para resolver un problema o tarea determinada. ¿Para qué se utiliza esta energía? Esto fue lo que le condujo a escribir un artículo en la revistaScience titulado “The Brain’s Dark Energy”.

Aquí se puso de manifiesto el hecho de que hasta ahora la función cerebral se ha estudiado principalmente aplicando una tarea y observando las áreas cerebrales que se activan en el desarrollo de esta tarea. Sin embargo, esto solo supone un incremento del 10% en el consumo metabólico del cerebro. ¿En qué se emplea el 90% restante? No es que el cerebro no haga nada en estado basal, es que aún no sabemos qué está haciendo, y el objetivo de este proyecto es averiguarlo. Se pretende investigar los circuitos intrínsecos del cerebro y ver cómo diversas patologías afectan a este comportamiento, estudiándolos a través de la adquisición de una sencilla secuencia de resonancia magnética.

ED

: ¿Se genera un volumen de datos significativo sobre la actividad el cerebro en estado de reposo en España y países iberoamericanos?

MdlI

: Este es precisamente el objetivo del proyecto. La capacidad existe, pero hay que concienciar a más grupos para que realicen estas adquisiciones y las compartan. Esto es lo que pretendemos conseguir a partir de ahora. Desde la coordinación queremos evaluar las adquisiciones que están realizando los distintos grupos de investigación al respecto para tener una perspectiva de la situación general.

Los datos necesarios para realizar este proyecto, como ya hemos comentado, se obtienen mediante la toma de una secuencia de resonancia magnética funcional en estado de reposo, lo cual resulta sencillo y viable, por lo que queremos invitar a los distintos grupos de investigación a que se animen a tomar en sus proyectos este tipo de datos.

ED

: Si tenemos en cuenta la influencia que el entorno y la experiencia pueden tener en el desarrollo del cerebro, una diferencia importante con el estudio del genoma, ¿hasta qué punto son realmente integrables los distintos grupos de datos obtenidos?

MdlI

: Dada la plasticidad cerebral existe una mayor dificultad para establecer conclusiones generales sobre todos los datos obtenidos. Es muy importante recoger las variables más relevantes (datos demográficos) para que quede reflejado el entorno, y así poder realizar comparativas poblacionales.

Olaf Sporns, un profesor de neurociencias en la Universidad de Indiana (EE.UU.), publicó un artículo en 2005 en el que atribuía los defectos a gran escala de la investigación en neurociencia general a la ausencia de una descripción anatómica de base, “fundacional”, del cerebro. Antes de ponerse a investigar, era necesario hacer un mapa. Sporns propuso llamar a este mapa el “conectoma”. El nombre, obviamente, hace recordar a un proyecto importantísimo que había concluido dos años antes con éxito, el Proyecto Genoma Humano. El proyecto al que estaba dando nombre no era menos ambicioso: un atlas sistemático y completo de todas las conexiones del cerebro en un adulto sano.

Unos pocos años después, Los Institutos Nacionales de la Salud (NIH, por sus siglas en inglés) de los Estados Unidos hicieron suya la idea de Sporns y lanzaron el Proyecto Conectoma Humano (HCP, por sus siglas en inglés), con la esperanza de crear un mapa completo del cerebro adulto sano para 2015. El proyecto de los NIH intenta trazar las conexiones a gran escala entre regiones cerebrales tanto a nivel de estructura como función. La especificidad del objeto de a investigación (adulto y sano) presupone la eliminación de muchas fuentes de variabilidad en los datos, haciéndolos muy integrables.

Por ahora, el NIH espera conseguir su objetivo a cinco años de tener completado un mapa región a región potenciando la colaboración entre científicos, muchos de los cuales han pasado años trabajando aisladamente, usando técnicas no verificadas y con pocas reproducciones de los datos obtenidos en laboratorios diferentes.

El impacto del HCP sobre la neurociencia será importantísimo, similar al Proyecto Genoma Humano. De hecho, habrá un antes y un después del HCP. La SRNS intenta coordinar la contribución española al HCP.

ED

: Este parece un trabajo de pura investigación básica en el que se va a explorar el cerebro en el más amplio sentido de la palabra, ¿están preparadas las instituciones para financiar proyectos tan generales?

MdlI

: Por supuesto que sí. De hecho, la Agencia Valenciana de Salud se ha puesto en marcha para contribuir en este proyecto desde la propia administración pública, aportando la gran cantidad de datos que se podría obtener desde la red de hospitales públicos de la Generalitat Valenciana. En concreto el Dr. Luis Martí-Bonmatí está avalando este proyecto, tanto desde el nuevo Hospital de la Fe como desde el Hospital Quirón de Valencia. El sobrecoste de tiempo que genera alargar una exploración de cabeza 5 minutos es relativamente barato comparado con el beneficio científico y médico del conocimiento aportado. Si consiguiéramos extrapolar este proyecto al resto de comunidades estaríamos proporcionando un gran arsenal de información que podría estar disponible para cualquier grupo de investigación, abaratando así los costes de los proyectos nacionales tipo FIS.

ED

: El compartir datos de investigación es clave para los objetivos de la SRSN, ¿cómo se articula su funcionamiento para asegurar una contribución proporcionada, evitar duplicidades en la explotación de los datos y el respeto a los derechos intelectuales de los contribuyentes?

MdlI

: Desde la SRSN queremos difundir la importancia de compartir datos y conocimiento como filosofía general de trabajo. Sabemos lo difícil que resulta para los grupos de investigación poder conseguir financiación para sus proyectos. Como primer paso, lo que intentamos es compartir sólo datos controles, estableciendo un patrón con el que poder comparar nuestras hipótesis o simplemente poder evaluar los distintos métodos que van surgiendo.

La adquisición de imágenes de pacientes (para investigar patologías) debe ser gestionada y custodiada por los diversos grupos de investigación hasta que sean publicados los resultados de estas investigaciones. Nuestro objetivo es que estas imágenes no queden posteriormente guardadas en un cajón y, una vez amortizadas, se pongan a disposición de la comunidad científica, debidamente anonimizadas y epidemiológicamente etiquetadas, para posibles proyectos multicéntricos futuros.

ED

: ¿Qué objetivos fundamentales distinguen a la SRSN dentro del Proyecto 1000 Conectomas Funcionales? ¿Qué plazo se ha establecido para conseguirlos?

MdlI

: Los objetivos del 1000 Conectomas Funcionales y la SRSN son comunes. En nuestro caso, aunamos grupos por proximidad geográfica y lingüística, lo cual favorece la cooperación entre ellos. Además hemos establecido objetivos específicos en el acta fundacional de la SRSN:

· Promover desde España la construcción de una base de datos en la que se incluyan todas las etapas del desarrollo, lo que todavía no se ha llevado a cabo por el proyecto ‘1000 Functional Connectomes Project’. Se trata de una oportunidad importante de contribución a la ciencia internacional, partiendo de la construcción de estas bases de datos.

· Iniciar una red o asociación de investigadores que estén interesados en compartir recursos y conocimientos sobre la conectividad intrínseca cerebral mediante estudios de Resonancia Magnética funcional (RMf) en reposo (rs-fMRI, resting state functional MR Imaging).

· Esta red se establece con el objetivo fundamental de aunar los esfuerzos del mayor número de centros posibles que trabajan con rs-fMRI.

· Para alcanzar este propósito se utilizará la plataforma NITRC (Neuroimaging Informatics Tools and Resources Clearinghouse) actualmente financiada por el NIH Blueprint for Neuroscience Research, perteneciente al proyecto “1000 Functional Connectomes Project”. Esta plataforma servirá como repositorio donde todas las imágenes incorporadas, una vez aceptadas, procesadas y publicadas, se puedan compartir y utilizar. Junto a las imágenes se dispondrá de determinada información demográfica (como sexo, edad, nivel de estudios, lateralidad). Los sujetos y la institución deberán aceptar que las imágenes y ciertos datos demográficos se puedan distribuir y analizar de forma totalmente anónima, protegiendo siempre la confidencialidad de los datos de los pacientes. Se definirá una política de respeto de los derechos intelectuales de cada grupo investigador.

· Esta red pretende colaborar en el proyecto Connectome aportando un gran número de muestras que permitan trabajos fiables y faciliten el acceso a más recursos, tanto nacionales como internacionales.

· Además, se plantea como objetivo la creación de un foro internacional dentro de la plataforma NITRC, donde compartir ideas e iniciativas entre los diferentes centros (en inglés y español). No es requisito hacer conectividad rs-fcMRI para tal participación. Cualquier centro u organismo interesado en neuroimagen y en su aplicación clínica puede adherirse.

Destacar la importancia de poder disponer en estos momentos de una serie de datos que ya existen en la plataforma, aportados por la comunidad internacional que trabaja con rs-fMRI y que aportarán tanto a la red como al foro, un apoyo en cuestiones especificas de rs-fMRI y en el intercambio de ideas, de esta forma los grupos se podrán beneficiar tanto de los datos adquiridos hasta la fecha como de la necesidad de contribuir con datos adicionales.

El plazo previsto para conseguir los objetivos es de dos años.

Agradecemos muy sinceramente a María de la Iglesia su gentileza al responder estas preguntas y le deseamos a ella y a toda la red los mayores éxitos. Desde Experientia docet seguiremos atentos a los resultados.

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