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El cerebro
El cerebro es un órgano extraordinario. Sin apenas hacerse notar, sin hacer ruido, sin aparente esfuerzo gobierna y permite que todas las actividades cotidianas de nuestro cuerpo se realicen impecablemente. El cerebro controla casi todas las funciones del organismo que suceden de manera inconsciente (respiración, circulación y digestión) y dirige todas nuestras actividades conscientes. Merced a una complicada mezcla de fenómenos químicos y eléctricos que tienen lugar en nuestro cerebro, podemos hablar, movernos, ver, recordar, tener emociones y tomar decisiones. El cerebro humano adulto en números:
- Pesa unos 1.350 gramos.
- Tiene el tamaño de una coliflor mediana y un aspecto que se asemeja a la misma con su tallo y sus cabezuelas.
- Está formado por sustancia gris (neuronas), sustancia blanca (fibras o prolongaciones de las neuronas), células gliales (astrocitos, oligodendrocitos y microglía), arterias y venas.
- Contiene unos 100 mil millones de neuronas.
- Las neuronas se comunican entre sí a través de unos espacios llamados sinapsis. El número de sinapsis que hay en el cerebro es alrededor de un billón. La masa cerebral está formada por las células nerviosas o neuronas, sus prolongaciones y por las llamadas células gliales. Lo que distingue al género humano de otros mamíferos y primates es la enorme cantidad de neuronas que posee nuestra corteza cerebral la cual es tremendamente más grande en superficie que la de cualquier otro animal. Las áreas de la corteza cerebral son las partes que mantienen nuestras funciones cognitivas tales como pensar, aprender, hablar, recordar y decidir. Las tres partes más importantes del cerebro propiamente dicho son: a) los hemisferios cerebrales , derecho e izquierdo, que constituyen el 85% del peso total del órgano. b) el cuerpo calloso que une un hemisferio con el otro. Es una gruesa banda de fibras nerviosas. Cada hemisferio cerebral difiere del otro en el modo de procesar la información. El izquierdo permite reconocer detalles de las cosas (por ejemplo, un rostro concreto dentro de una multitud de gente) y en él asienta también la función del lenguaje en la
inmensa mayoría de las personas. El derecho se ocupa más del conjunto que de los detalles (por ejemplo, comprender la posición relativa de los objetos en un espacio). c) los miles de millones de neuronas situadas en la capa externa de cada hemisferio forman la corteza cerebral que se aloja en el cráneo a base de constituirse en pliegues múltiples (cada pliegue se llama circunvolución que está delimitada por hendiduras o surcos). En la corteza es donde el cerebro procesa toda la información que le llega a través de los órganos de los sentidos (vista, oído, olfato, gusto y tacto) desde el mundo exterior, controla los movimientos voluntarios y regula el pensamiento consciente y la actividad mental. Figura tomada de W. J. Hendelman. Atlas of functional neuroanatomy. CRC, London 2000, p.37. Las manos de un anatomista toman entre sí los hemisferios cerebrales. Los dos pulgares tratan de separar el gran surco inter- hemisférico dejando a la vista el cuerpo calloso. Las circunvoluciones y los sur- cos de la corteza no se notan mucho porque no se han retirado las membra- nas meníngeas que los recubren. El cerebelo supone hasta un 10% del cerebro. En castellano culto, el conjunto del cerebro, cerebelo y tronco cerebral se llama encéfalo pero aquí se asimila cerebro con encéfalo. El cerebelo tiene a su cargo el equilibrio y la coordinación. También está formado por dos hemisferios. Hasta ellos llega constantemente información desde los ojos, oídos, músculos y articulaciones sobre los movimientos y posición del cuerpo. Una vez que el cerebelo procesa tal información la envía al resto del cerebro y a la médula espinal con instrucciones motoras precisas de lo que hay que hacer en cada instante permitiéndonos así andar gentilmente, mantener el equilibrio y girar casi de manera refleja, sin percatarnos de ello.
El hipotálamo , situado debajo del tálamo, controla funciones como la temperatura corporal, el hambre, la sed y la sexualidad. Es el auténtico reloj de nuestro cuerpo y el director de orquesta de todas las funciones hormonales. Cómo funciona el cerebro Hace unos diez años era inimaginable que fuera posible “ver” en una imagen cómo el cerebro realiza una actividad intelectiva. Sin embargo, hoy resulta ya moneda de cambio legal hablar de que la función tal o cual asienta en tales o cuales áreas corticales implicando a éstos y aquéllos circuitos. Las nuevas técnicas de neuroimagen permiten hoy visualizar qué ocurre en el cerebro de sujetos vivientes cuando reconocen un rostro, aprenden de memoria un texto que leen o discriminan qué hacer ante dos opciones de conducta. Este es un mundo neurocientífico nuevo que está naciendo sobre muy sólidas bases. Su gran importancia radica no en la mera curiosidad de lo nuevo ni en puros avances tecnológicos. Es una potencialidad para distinguir de manera objetiva la normalidad de la anormalidad, el envejecimiento cerebral “normal” del asociado a enfermedades como el Alzheimer. Una de las técnicas de neuroimagen más prometedoras se llama tomografía con emisión de positrones o PET. Permite medir la cantidad de sangre y el consumo de glucosa por parte de las neuronas en las distintas partes del cerebro (para más detalles ver la Crónica 12 “El trabajo de las neuronas” que pronto será publicada). Cuando una región del cerebro se ha de activar para realizar una función tan simple como mover repetidamente el dedo pulgar varias veces, sus neuronas necesitan más sangre, más oxígeno y más glucosa. Estas mayores necesidades energéticas se ven en la PET en color rojo o amarillo. Cuando aparecen imágenes en color azul o negro son indicativas de que las neuronas de esa zona están hipoactivas o inactivas. En esencia, un PET es un auténtico mapa de lo que en el cerebro está activo, hipoactivo o inactivo. Los estudios de PET se llevan a cabo para ver lo que sucede en el cerebro cuando la persona está realizando una actividad física o intelectual, se encuentra en descanso o incluso cuando está dormida y soñando. Se inyecta en la vena una sustancia química marcada con un trazador que reluce en el PET. Estos trazadores pueden desvelar en las imágenes de PET los neurotransmisores del cerebro como la serotonina, tan importante en la depresión, o la dopamina, esencial para el movimiento. Estos
neurotransmisores se alteran con el envejecimiento, aparición de enfermedades como el Alzheimer o el Parkinson o con la toma de diversos medicamentos. De izquierda a derecha, zonas del hemisferio cerebral izquierdo vistas lateralmente que se activan tras escuchar palabras, decirlas, verlas escritas o pensar sobre ellas. Los colores rojos y amarillos indican las áreas que consumen más glucosa durante cada una de estas actividades. Cómo funcionan las neuronas Cada neurona contiene, como todas las células, un núcleo , que controla todas las actividades celulares y un citoplasma o cuerpo celular donde se encuentran unas estructuras llamadas organelas que tienen funciones muy específicas y de donde arrancan prolongaciones nerviosas: la principal se llaman axón , las otras son las dendritas. El axón, cuyo diámetro es mucho, muchísimo más fino que el de uno de nuestros cabellos, trasmite mensajes de una neurona a otra. En algunas ocasiones, como por ejemplo para llevar un impulso desde la corteza cerebral hasta las neuronas de la médula espinal que, situadas en la región lumbar inervan los músculos de la pierna, los axones tienen una longitud superior a un metro. Las dendritas también son ramas del cuerpo celular neuronal que reciben los mensajes que les llegan a través de los axones de otras neuronas. Cada neurona está conectada con miles y miles de otras neuronas a través de sus axones y dendritas. Los puntos de contacto son las sinapsis. Las neuronas están rodeadas de células gliales (astrocitos, oligodendrocitos y microglía) que les sirven como apoyo, protección y fuente de nutrición. Los astrocitos son la principal fuente de nuevas neuronas en el proceso de neurogénesis.
Diagrama que representa la rela- ción entre las células gliales llama- da oligodendrocitos y las neuronas a cuyas prolongaciones axónicas les proporcionan la vaina de mieli- na. Se representan dos neuronas en la parte superior izquierda y una tercera, más agrandada, en el lado derecho. Los oligodendrocitos se van disponiendo a lo largo de los axones y van formando a su alrede- dor una vaina de varias capas de mielina, que actúa como el aislante de los cables eléctricos. Esta figura representa la función de los astrocitos y el concepto de ba- rrera hemato-encefálica que es tan importante en neurología. En el centro obscuro aparece una sección de un capilar vascular (final de las arteriolas) por donde circula la san- gre hacia las neuronas. La pared del capilar está formada por células endoteliales. Sobre esta pared se dibujan cinco pies que son forma- ciones propias de los astrocitos. Los astrocitos van desde los capilares a las neuronas. Para que una sus- tancia que está en la sangre, por ejemplo un medicamento, llegue al interior de la neurona ha de atrave- sar la membrana de la célula endo- telial, la del pie astrocítico que está sobre el capilar, la del pie astrocíti- co que está sobre la neurona y finalmente la propia membrana neuronal. Es decir, ha de pasar a través de al menos cuatro membranas celulares. Estas mem- branas celulares en su conjunto forman la barrera hemato-encefálica que, si bien es un mecanismo de seguridad para que no lleguen a las neuronas sustancias dañinas que tiene la sangre, también son un gran obstáculo para que los fárma- cos alcancen el interior de las neuronas.
El papel fundamental de las neuronas es comunicarse entre sí millones de veces cada segundo. Para tener una idea aproximada de cómo funcionan las neuronas, podemos hacer una comparación. Imaginémonos los cables de telecomunicación que discurren subterráneamente debajo de las calles de una gran ciudad o de tendido a tendido en los postes de grandes distancias. A través de ellos pasan día y noche millones de llamadas telefónicas a velocidades increíbles que nos permiten concertar citas, dar o recibir recados, compartir alegrías o penas o bien recibir noticias. Pues bien, si tal sistema de comunicaciones lo multiplicamos en cuanto a potencia por un número muy alto, nos haremos una idea de cómo funciona y trabaja el cerebro humano. Las neuronas son los grandes puntos de comunicación de todo el sistema siempre en diálogo con sus vecinas. Siempre que una neurona recibe mensajes de las células vecinas genera una carga eléctrica o impulso nervioso. Este potencial eléctrico se propaga a través del axón hasta el final del mismo. Allí contacta con el cuerpo neuronal de otra neurona (recuadro de la izquierda). A la derecha de la figura, se dibuja en detalle lo que es ese contacto sináptico entre el final de un axón y el cuerpo de la neurona vecina. Al llegar el potencial eléctrico al final del axón, origina la liberación de los neurotrasmisores o mensajeros químicos que atraviesan el espacio intersináptico y se acoplan a los receptores del cuerpo celular o las dendritas de la neurona vecina (neurona postsináptica). Cada neurona tiene por término medio hasta 15.000 sinapsis. El neurotrasmisor activa a los receptores específicos de la neurona vecina al unirse a ellos. Esta activación consigue abrir unos poros o canales en la membrana de esta neurona receptora de la señal con lo que se ponen en marcha los mecanismos para
realice con normalidad es necesario que reciban mucha sangre con oxígeno y glucosa. La glucosa es habitualmente la única fuente de energía que tiene el cerebro. Si a las neuronas les falta oxígeno o glucosa suficientes, inevitablemente se mueren. Cuando un grupo de neuronas está cumpliendo una función (hablar mucho, pensar en profundidad, recordar con intensidad, leer largo tiempo, caminar mucho rato, etc.), su metabolismo aumenta notablemente. Dicho de otra manera, las neuronas estimuladas tienen un mayor metabolismo, necesitan más oxígeno y más glucosa para funcionar normalmente. Todo esto puede verse con técnicas de neuroimagen. Las diferencias que hay entre las neuronas de la gente joven y las de la gente mayor en cuanto a su capacidad de consumo de oxígeno y glucosa sirven para entender el proceso de envejecimiento como tal y las enfermedades cerebrales asociadas al paso de los años. Mecanismos de reparación neuronal. Las células de la piel, músculos y otros órganos viven poco tiempo pero se renuevan constantemente. Las neuronas no. Las que se formaron en nuestro cerebro durante la vida fetal o poco después del nacimiento pueden vivir incluso durante 100 años o más. Si, por desgracia, sufrimos una encefalitis, un infarto cerebral, una contusión por un golpe intenso en la cabeza o padecemos la propia enfermedad de Alzheimer, se mueren muchos miles de neuronas, se desconectan los circuitos entre ellas y se hace imposible la realización de las funciones que ellos tienen encomendadas. Para impedir que en circunstancias naturales, es decir en ausencia de toda enfermedad, se produzca muerte de neuronas, estas fantásticas células están dotadas de mecanismos de autorreparación. Se remodelan a sí mismas constantemente. Se comprende bien que si estos recursos naturales de limpieza y reparación de las neuronas no funcionan bien o se interrumpen, la célula nerviosa puede eventualmente morir. Los mecanismos de remodelación y vitalidad neuronal están asegurados por unas sustancias químicas llamadas neurotrofinas o factores de crecimiento nervioso que se sintetizan en neuronas especializadas para ello y son conducidos a las demás en
cantidad mayor o menor según el nivel de requerimiento de éstas que depende de su grado de funcionamiento en tal o cual función. Por fortuna, la ciencia avanza con paso firme en cómo promover la regeneración neuronal. Somos muchos los que creemos que el proceso natural de neurogénesis (formación o diferenciación de nuevas neuronas en el cerebro) dará lugar en los años venideros a soluciones terapéuticas para diversas enfermedades que causen daño cerebral o de la médula espinal. Organización de las neuronas en el cerebro: sustancia gris y sustancia blanca Las diferentes partes del cerebro, cerebelo, tronco cerebral y de la médula espinal tienen distintas apariencias a simple vista. Dado el aspecto que ofrecen cuando se ven en una sala de autopsia, las zonas que contienen muchas neuronas, sinapsis y células gliales se llaman sustancia gris en contraste con las otras zonas constituidas principalmente por axones y glía que se llaman sustancia blanca. Las neuronas y sus sinapsis son entidades que cambian de milisegundo en milisegundo al tiempo que procesan y almacenan información de manera muy duradera. Todas las señales que llegan o salen del sistema nervioso han de ser transformadas y programadas dentro de la sustancia gris por grupos de neuronas que tienen similares funciones, semejante tamaño y las mismas conexiones para recibir estímulos (inputs) o emitir impulsos (outputs). Las agrupaciones de estas neuronas encargadas de funciones muy concretas constituyen los núcleos , en la profundidad del cerebro, cerebelo, tronco y médula espinal, y las áreas , sobre todo en la corteza cerebral. Los largos axones que unen las neuronas de unos núcleos con las de los otros o las de las áreas entre sí constituyen los fascículos o haces. No todos los axones están recubiertos de mielina. Los que tienen tal aislante conducen las señales nerviosas a mayor velocidad, pueden ser de menor diámetro y forman haces más diferenciados. Se ven muy bien en los tejidos frescos de autopsia. Las zonas que, no conteniendo neuronas, están formadas exclusivamente por axones recubiertos de mielina muestran un color blanquecino parecido al marfil que permite diferenciar claramente esta sustancia blanca de la gris, muy rica en neuronas.
