domingo, 10 de mayo de 2009

Más circuitos que estrellas en el cielo

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Para la neurobiología el cerebro no es más que una maquina. Una máquina que interpreta el mundo exterior y que nos capacita para interaccionar con él; una máquina que piensa. Pero, ¡qué máquina!. Medidas recientes indican que tiene unas 170 mil millones de piezas (86 mil millones de neuronas y 84 mil millones de células no neuronales, llamadas células de glía). Es un número tan grande que escapa de nuestro conocimiento cotidiano pero, para que os hagáis una leve idea, es comparable con el número de estrellas de la Vía Láctea (estimado en unos 200 mil millones). Incluso si tenéis la suerte de vivir en un sitio en donde se vean las estrellas, cuando miréis al cielo en una noche clara solo estaréis viendo un pequeño número de ellas: una de cada cincuenta millones. Y bajando a la Tierra, puesto que cada neurona está conectada con muchas otras (entre unas decenas y varios miles), podéis imaginar la cantidad de circuitos eléctricos que se pueden generar. Es una forma de hablar porque no, no lo podemos imaginar. Cómo hacer para comprender esa inmensidad que alberga nuestra capacidad de ver, oír, tocar, hablar, escribir, movernos, planificar, tener conciencia de nosotros mismos y de los que nos rodean. Capaz de creer, de amar, de odiar, de engañar o de confiar en los demás…. Todo lo que podemos hacer es un pequeño bosquejo, un modelo simplificado su funcionamiento. Lo que los filósofos llaman una aproximación reduccionista. Creo que es la única compatible con la ciencia actual.

La función del cerebro está clara: optimizar nuestra supervivencia como individuos y como especie. La aparición de la inteligencia en la tierra es sólo uno de los múltiples caminos que podría haber seguido la evolución para asegurar estos objetivos. Un camino aparentemente exitoso, a la vista de cómo la especie humana se ha adaptado a su medio ambiente… siempre que no acabemos por destruirlo. En otras palabras, el cerebro nos proporciona información de nuestro ambiente a través de los sentidos y, tras procesarla, elabora una respuesta motora adecuada a las circunstancias: búsqueda de sustento nutritivo, huida ante peligros, colaboración con congéneres, búsqueda de pareja….. Este esquema es enriquecido por el propio sistema nervioso a través de una propiedad esencial del mismo: su plasticidad que conduce al aprendizaje y a la memoria. En efecto, el sistema nervioso es capaz de aprender de las experiencias previas de ese individuo o de otros individuos (transmitidas por el proceso de la comunicación) y guardar lo aprendido en la memoria, de forma que cuando se enfrente a situaciones parecidas ya tendrá una respuesta preparada. El cerebro elabora un esquema del mundo y va a actuar conforme a ese esquema aprendido y almacenado. Es más, esos esquemas le permiten hacer predicciones sobre como evolucionará su entorno en el futuro y, por tanto, anticipar las respuestas. Lógicamente esto aumenta enormemente la eficiencia de las mismas. La mayor parte de estos procesos se realizan en la corteza cerebral, una zona de reciente aparición en la historia evolutiva ya que sólo está presente en los mamíferos. Sin embargo, el procesamiento de la información sensorial, la comparación con los patrones almacenados previamente y la elaboración de la respuesta motora adecuada requiere de cierto tiempo. A veces demasiado. Por ello el proceso tiene algunos atajos, controlados por otras partes del sistema nervioso más “automáticas”. Por ejemplo, los reflejos, las emociones (miedo, agresividad, placer) o los estados de necesidad (hambre, sed, calor…), llevados a cabo por zonas evolutivamente más antiguas. Estas zonas evolutivamente antiguas controlan también funciones básicas del organismo como la respiración, el latido del corazón o la digestión, por citar algunos ejemplos. Todo esto ya lo tenían nuestros ancestros los reptiles, y por eso a veces –un poco impropiamente- se denomina el cerebro reptiliano a esa parte antigua de nuestro cerebro. En fin, esto es muy interesante, pero nos desviaría a una clase de fisiología, lo que no es mi intención en este momento.

Redirijámonos a la corteza cerebral, ya que ahí reside no solo el procesamiento de la información sensorial y motora, sino las características que nos hacen humanos como el lenguaje, el razonamiento o la creatividad. La corteza cerebral humana tiene casi el mismo grosor (unos 2 milímetros) y organización que la de una rata (por ejemplo). Se diferencian, sin embargo, en su superficie: la humana tiene la extensión equivalente a la de un mantel pequeño y la de rata a la de un sello de correos. Dada su extensión, la humana está plegada, formando las circunvoluciones cerebrales, de forma que puede empaquetarse en el volumen relativamente pequeño del cráneo. La superficie de la corteza está subdividida en varias áreas, cada una especializada en una función. Por ejemplo, hay un área dedicada a la información visual, otra a la auditiva, otra a la motora, otra a comprender el leguaje, otra expresarlo, es decir, al habla, etc. (Figs. 1 y 2). No obstante, no son áreas aisladas sino que tienen multitud de interconexiones entre ellas. Especialmente importantes son ciertas áreas llamadas de asociación en donde confluyen conexiones de las diversas áreas sensoriales, motoras y emotivas (zonas azules en Fig. 1). Allí se van a integrar todas ellas y se elaborará una respuesta global.



Fig. 1. Esquema de las diferentes áreas de la corteza. Cada una se encarga de procesar un tipo de información.



Fig. 2. Esquema clásico del “homúnculo”. La corteza dedica una zona sensorial y otra motora a cada parte del cuerpo. Cuanto más sensible o más complejo sea el movimiento de esa zona, más superficie necesita. Si dibujamos las diferentes partes del cuerpo en función de la superficie que ocupan obtenemos esos homúnculos. Descubierto por Penfield en 1950.

Cuando miramos a la corteza de perfil se ve que esos dos milímetros de grosor en realidad están divididos en seis capas de neuronas apiladas unas sobre las otras (Fig. 3 y 4). Esas neuronas apiladas forman pequeñas columnas (de menos de 0,5 mm de diámetro) que aunque no se distinguen anatómicamente sí lo hacen funcionalmente, de forma que todas las neuronas de una columna podemos considerarlas como el circuito básico de funcionamiento de la corteza. La corteza, por tanto, sería una especie de mosaico de estas columnitas de neuronas. Cada columna además está conectada con varias de las columnas paralelas, columnas que pueden estar cerca o lejos de la primera. Las informaciones procedentes de los sentidos no llegan directamente a la corteza sino que tienen una primera “parada” en el cerebro reptiliano, y desde aquí son transmitidas a la parte inferior de las columnas, especialmente a la capa 4, y va subiendo hacia las capas 3 y 2 en donde la información se va integrando, transfiriendo a columnas paralelas y, en definitiva, analizándose. Además, se va comparando con los patrones almacenados en la memoria -que también está en la corteza- y finalmente se obtiene un resultado que, principalmente, sale por los axones de las neuronas de la capa 5 (son las neuronas más grandes de la corteza). En resumen, este tránsito por las columnas representa una forma de procesar de manera ordenada la información entrante y la saliente. Como he dicho antes, este procesamiento “lógico” de la información a través de los circuitos corticales se puede ver cortocircuitado por las emociones, e incluso aunque no se llegue a bloquear, siempre van a influir a través de una serie de conexiones entre el cerebro primitivo y la corteza que, como ya he mencionado, se producen en las áreas de asociación. También al revés, la información cortical puede llegar a controlar en cierta medida a la emocional. De esta forma, de la integración de todas estas informaciones, es de donde se desprenden los comportamientos adecuados a cada situación ambiental.


Fig. 3. Esquema de las capas de la corteza en una sección transversal. Cada una de las seis capas tiene un tipo de neurona predominante.



Fig.4. Esquema de las columnas corticales en el área visual. Cada columna recibe un tipo de información del objeto que estamos viendo: unas de la forma, otras del color, otras de la orientación, unas del ojo derecho, otras del izquierdo…. Toda esta información se integra y el cerebro nos construye una imagen virtual de la realidad. Puesto que cada ojo tiene una perspectiva diferente, la reconstrucción es tridimensional.


Si tenemos en cuenta que tenemos millones de estas columnas, y todas ellas correctamente conectadas, es fácil hacerse las siguientes preguntas-reflexiones: ¿cómo se generan y se conectan correctamente entre sí y con las otras zonas del cerebro, en lugar de dar lugar a una maraña sin orden ni concierto?; ¿cómo es posible que todo eso llegue a funcionar correctamente en la mayor parte de las personas y no estemos todos locos?

Aquí voy a recurrir a los ya mencionados principios que enunció en su día Kandel (ver post de abril de 2008): Son los genes, a través de sus productos las proteínas, los que determinan que cada neurona se coloque en su lugar, en su capa precisa; y que, en función del sitio en el que se ha colocado, se activen otros genes que a su vez le van a permitir la emisión de un cierto número de prolongaciones (dendritas y axones), y que esas prolongaciones busquen y encuentren el sitio exacto al que se tienen que conectar. Y esto no es así porque lo diga Kandel: cada día que pasa se acumulan evidencias experimentales que lo demuestran. Se han ido identificando genes imprescindibles en la migración de las neuronas hasta dar lugar a ese patrón de capas, y genes implicados en la navegación de los axones y en su interacción con las dendritas. Cuando el emparejamiento es bueno, la conexión se refuerza, y si no lo es se debilita. Y no sólo se empiezan a conocer esos genes, sino también sus mecanismos bioquímicos de actuación. Bueno, hay que reconocer que nos faltan muchos detalles, muchos genes por identificar y muchos mecanismos por averiguar, pero la esencia es ya inmutable.

Pero, además, sabemos que los genes no lo son todo. Para que esas conexiones se formen correctamente se necesita entrada de información del ambiente tanto externo como interno. Del ambiente externo se necesitan señales sensoriales (luminosas, acústicas, táctiles etc,) o derivadas del aprendizaje de tareas (exposición a una lengua, a la lectura, a la escritura etc.). También son muy importantes las influencias sociales, la interacción con “los otros”. Del ambiente interno derivan señales diversas como las hormonales o diversas sustancias químicas (alcohol o drogas, por citar algunas). Un punto especialmente importante es que todas estas señales tienen una mayor influencia durante el desarrollo del embrión y a lo largo de la niñez. Por poner ejemplos cotidianos, si un adulto desarrolla cataratas, se le opera y recupera la vista, pero si las cataratas las tienen un niño (hay casos raros) y este ha estado desprovisto de señales luminosas durante un cierto tiempo, ya nunca podrá ver, aunque se solucionen las cataratas: las columnas del área visual de la corteza no se desarrollarán correctamente, y no hay vuelta atrás. Por no mencionar el aprendizaje de una lengua: los niños la aprenden sin problema y pueden ser monolingües, bilingües o trilingües sin ningún tipo de acento y comprendiendo perfectamente la gramática de cada lengua. En la etapa adulta esto es imposible. El aprendizaje afecta a la expresión de los genes, afecta a la formación de los circuitos y, en definitiva, a esos esquemas del mundo que se hace nuestro cerebro. La plasticidad cerebral es también usada para reutilizar zonas que han perdido su sentido. Por ejemplo, en los ciegos el área visual es reclutada en gran medida por las áreas dedicadas a procesar las señales acústicas o táctiles. A algunas personas el área dedicada a una función se les queda pequeña, pero con ejercicio y entrenamiento la aumentan. En un pianista la zona de la corteza dedicada al control de los dedos acaba siendo mucho mayor que en otras personas, y en los violinistas sólo los de la mano izquierda (que por cierto se controla con el hemisferio cerebral derecho). Y qué decir de alcohol, de las drogas o del stress: estas situaciones en una madre gestante tienen profundos efectos sobre el desarrollo del cerebro del niño. En definitiva, todas esas señales ambientales inciden directa o indirectamente sobre esos múltiples diálogos de fondo que mantienen los genes, las proteínas o las células. Y es la suma de esta componente genética más la ambiental la que va a determinar las propiedades de cada neurona, y su organización en circuitos que finalmente controlan el comportamiento.

Complicado, ¿no?. Y sin embargo funciona. Sí, parece milagroso pero es así. Bueno, no siempre. Hay personas que tienen afasia, agnosia, amnesia, anosmia, alexia, apraxia, agrafia, o anhedonia. Ah! y se me olvidaba: esquizofrenia, depresión o enfermedad obsesivo-compulsiva (por mencionar algunas que no empiezan por a). O son psicópatas asesinos en serie. Con tantas piezas, alguna tiene que fallar.
En el próximo post elaboraré algunas ideas sobre algunas de esas enfermedades, especialmente las llamadas enfermedades mentales. (Si queréis desmoralizaros, aquí hay una lista completa http://es.wikipedia.org/wiki/DSM-IV )

Saludos

Francisco Zafra

4 comentarios:

  1. Paco, ¡impresionante y sensacional, como siempre!

    Sé que la psicología no es tu especialidad, pero, al estar tan relacionada con la neurología, a ver si puedes decirme algo:

    ¿Has oído hablar del EMDR como método utilizado en psicoterapia? ¿Cómo hacer que el cerebro (había leído el otro día algo sobre una pildorita para hacer olvidar las situaciones traumáticas) haga el recorrido en sentido inverso? Me explico:
    El sistema nervioso aprehende de las experiencias previas, ¿podría lograrse que el cerebro no guarde lo aprendido en la memoria de manera que pueda eludir las respuestas anticipadas?

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  2. Estimado Anónimo, gracias por tu comentario. En lo referente a EMDR no creo que te pueda ayudar mucho ya que no estoy capacitado para opinar sobre técnicas terapéuticas. Lo que yo puedo saber lo puedes leer, sin ir más lejos, en internet (pej en wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Eye_Movement_Desensitization_and_Reprocessing#cite_note-pmid17267924-39 y en algunas de las citas que allí se encuentran y que son accesibles picando en ellas: la 40 http://bjp.rcpsych.org/cgi/reprint/190/2/97).

    Lo que te voy a decir es aplicable tanto a los estudios de psicoterapia como a los de farmacoterapia: a menudo es difícil establecer la validez de una técnica terapéutica porque muchos estudios no tienen el rigor estadístico que requerirían. P. ej. muestras demasiado pequeñas, falta de controles de pacientes no tratados para evaluar el efecto placebo, olvido de datos contrarios a la hipótesis, etc.

    Para elucubrar un poco en torno a la eliminación selectiva de situaciones traumáticas te recomiendo este artículo reciente de Javier Sampedro en El País y que hace referencia a descubrimientos recientes en este sentido: http://www.elpais.com/articulo/sociedad/gustaria/borrar/malos/recuerdos/elpepisoc/20090426elpepisoc_1/Tes También son interesantes algunos de los comentarios escritos por los lectores de ese artículo.
    Un saludo,
    F. Zafra

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  3. De Santiago M. Castellano, agradecerte tus articulos, este ultimo lo he saboreado bien.

    Que cantidad de preguntas podriamos hacernos, pensando en lo que tenemos para gobernar nuestros actos , instintos, reacciones etc. Cuando finalizan nuestos dias despues de largos años de vida y nos vamos deteriorando, decimos que no somos nada, pero en realidad ! QUE BIEN ESTAMOS HECHOS!.

    Gracias y un abrazo

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  4. Muchas gracias, Paco, por tus comentarios. Leeré con atención el artículo de Sampedro sobre la eliminación selectiva de situaciones traumáticas.

    Espero ya con impaciencia tu próximo post sobre algunas de esas llamadas enfermedades mentales y ese enfoque que tan bien hilvanas. Imagino que te centrarás en las de carácter psicótico (me parece haber leído una vez que te ocupabas de la esquizofrenia). Si te puedo pedir algo, me gustaría que, en la medida de lo posible, también le dieras un repasillo a esas otras en las que se inhibe la serotonina, así como a las llamdas TOC (nuevas corrientes, nuevos tratamientos, farmacología. Gracias y disculpa por ser tan abusador.

    Aguilera.

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