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  • 1. NEUROCIENCIASLA CIENCIA DEL CEREBROUNA INTRODUCCIÓN PARA JÓVENES ESTUDIANTESASOCIACIÓN BRITÁNICA DE NEUROCIENCIASALIANZA EUROPEA DANA PARA EL CEREBRO
  • 2. Este libro ha sido preparado y editado bajo los auspicios de la Asociación Británica de Neurociencias y laAlianza Europea Dana para el cerebro por Richard Morris (Universidad de Edimburgo) y Marianne Fillenz(Universidad de Oxford). El diseño gráfico ha sido realizado por Jane Grainger (Estudio de Diseño GraingerDunsmore, Edimburgo). La traducción del Inglés al Español ha sido realizada por José Julio Rodríguez Arellano(Universidad de Manchester). Agradecemos la contribución de nuestros colegas de la División deNeurociencias, en particular a Victoria Gill así como a otros miembros de la comunidad neurocientífica deEdimburgo. También estamos agradecidos a los miembros del Departamento de Fisiología de la Universidad deOxford, y más concretamente a Colin Blakemore, así como a otros valiosos colaboradores pertenecientes adiferentes instituciones y cuyos nombres se citan en la contraportada.La Asociación Británica de Neurociencias (British Neuroscience Association; BNA) es la organizaciónprofesional del Reino Unido que representa a los Neurocientíficos y que se dedica a un mejor conocimiento ycomprensión del sistema nervioso normal y patológico. Los miembros de la BNA acaparan un amplio espectro,desde científicos establecidos que ostentan diferentes posiciones en Universidades e Institutos de Investigaciónhasta estudiantes de postgrado. Las reuniones anuales de la BNA, que generalmente se celebran enprimavera, constituyen un forum para la presentación de los últimos resultados y/o descubrimientos científicos.Numerosos grupos locales de todo el país organizan seminarios científicos de manera frecuente, así comoactividades de divulgación con el público en general, tales como visitas a colegios y museos. Para másinformación visite el sitio Web http://www.bna.org.uk.El objetivo de la Alianza Europea Dana para el cerebro (European Dana Alliance for the Brain; EDAB) esinformar al público en general, así como a las personas que ocupan cargos con poder decisorio sobre laimportancia de la investigación sobre el cerebro. EDAB pretende avanzar en el conocimiento sobre losbeneficios personales y públicos de las Neurociencias, así como diseminar información referente al cerebro encondiciones normales y patológicas de una manera totalmente accesible y relevante. Las alteracionesneurológicas y psiquiátricas afectan a millones de personas de todas las edades y tienen un gran impacto en laeconomía nacional. Con el fin de solventar estos problemas, en 1970, 70 destacados neurocientíficos europeosfirmaron una Declaración de Objetivos de Investigación Asequibles y, se comprometieron a incrementar elconocimiento general sobre las alteraciones del cerebro y la importancia de las Neurociencias. Desdeentonces, muchos otros han sido elegidos, representando actualmente 24 países europeos. EDAB tiene en laactualidad más de 125 miembros. Para más información visite el sitio Web http://www.edab.net.Publicado por La Asociación Británica de NeurocienciasThe Sherrington BuildingsAshton StreetLiverpoolL69 3GEUKCopyright Asociación Británica de Neurociencias 2003Este libro está sujeto a copyright.Ninguna parte deeste libro se puede reproducir sin laautorizaciónescrita de La Asociación Británica deNeurociencias,salvo excepciones estatutarias yacuerdos de licencia relevantes.Publicado por primera vez en 2003ISBN: 0-9545204—0-8Las imágenes de esta página pertenecen a neuronas de la corteza cerebral visualizadaspor medio de diferentes fluorocromos inyectados en células adyacentes.
  • 3. NEUROCIENCIAS:LA CIENCIA DEL CEREBROPara solicitar copias adicionales en Línea : www.bna.org.uk/publicationsPor correo: The British Neuroscience Association, c/o: Sherrington Buildings, Ashton Street, Liverpool, L68 3GE电话: 44 (0) 151 794 4943/5449 电传: 44 (0) 794 5516/5517Dentro de nuestras cabezas, pesando aproximadamente 1.5 Kg., reside un órganoexcepcional compuesto de billones de minúsculas células. Nos permite sentir yrelacionarnos con el mundo que nos rodea, pensar y hablar. El cerebro humano es elórgano más complejo del cuerpo, y aunque discutible, la cosa más compleja sobre latierra. Este libro es una introducción para jóvenes estudiantes.En este libro, describimos lo que sabemos acerca de cómo funciona el cerebro y loque todavía nos queda por aprender de él. Su estudio implica a científicos y médicosde diferentes disciplinas, que van desde biología molecular a la psicología experimentaly que incluyen entre otras anatomía, fisiología y farmacología. Su interés común es loque ha dado lugar a la aparición de una nueva disciplina llamada neurociencias-laciencia del cerebro.El cerebro, tal y como lo describimos en este libro, puede hacer mucho pero no todo.Contiene células nerviosas –sus componentes fundamentales- que se conectan entre siformando redes. Estas redes tienen una actividad eléctrica y química constante. Elcerebro que describimos puede ver y sentir. Puede sentir dolor y sus especialescaracterísticas químicas ayudan a controlar y tolerar los desagradables efectosproducidos por él. El cerebro tiene ciertas áreas implicadas en la coordinación denuestros movimientos, permitiéndonos llevar a cabo acciones altamente sofisticadas.Un cerebro que puede hacer estas y muchas otras cosas no aparece totalmenteformado, se desarrolla gradualmente y aquí describimos algunos de los genes clavesimplicados. Cuando uno o más de estos genes funcionan de manera errónea sepueden presentar distintas alteraciones, tales como la dislexia. Existen ciertassimilitudes entre el desarrollo del cerebro y los mecanismos responsables de modificarposteriormente las conexiones entre las células nerviosas – un proceso llamadoplasticidad neuronal. La plasticidad neuronal es la base del aprendizaje y la memoria.El cerebro del que hablamos en este libro puede recordar números de teléfono y lo quehicisteis las navidades pasadas. Desgraciadamente, un cerebro que recuerda lasvacaciones familiares no puede comer o beber. De manera que todo queda un pocolimitado. No obstante, el cerebro se estresa, como todos nosotros, y en este librotratamos algunos de los mecanismos hormonales y moleculares implicados enprocesos de ansiedad extrema-como la que padecemos cuando se acercan losexámenes. Llegado el momento, también es importante el sueño, así que debemosdarle el descanso que precisa. Lamentablemente, el cerebro también enferma y sedaña.Las neurociencias modernas están cambiando gracias a la aparición de nuevastécnicas, tales como: la implantación de electrodos en la superficie celular, la imagenóptica, los scanners cerebrales y los chips de sílice conteniendo circuitos cerebralesartificiales entre otros. En el presente libro intentamos introduciros a todos estosconceptos y tratamos algunos aspectos que derivan de las neurociencias, como losaspectos éticos y las implicaciones sociales.P11P14P19P22P25P27P30P35P37P39P41P44P47P52P54P56El Sistema NerviosoNeuronas y Potencialde AcciónTacto y DolorVisiónEl Desarrollo delSistema NerviosoDislexiaPlasticidadAprendizaje y MemoriaEl Sistema InmuneSueñoVisualizando el CerebroRedes Neuronales yCerebros ArtificialesCuando las cosasvan malNeuroéticaFormación y CarrerasLectura adicional yagradecimientosP2P4P7P9Mensajeros QuímicosDrogas y el CerebroEstrésMovimiento
  • 4. El SistemaNerviosoEl Sistema Nervioso Central Humano mostrando elcerebro y la médula espinal.Estructura BásicaEl sistema Nervioso está compuesto por el cerebro, lamédula espinal y los nervios periféricos. Está formadopor las células nerviosas, llamadas neuronas y lascélulas de soporte llamadas células gliales.Las neuronas tienen una citoarquitectura específica queconsiste en un cuerpo celular y en dos extensionesadicionales denominados “procesos”. Uno de ellos sellama axón y su función consiste en transmitir lainformación de una neurona a otras con las que tengaconexión. La otra extensión está formada por lo queconocemos como dendritas y su función es la de recibir lainformación transmitida por los axones de otras neuronas.Ambos procesos forman parte de los contactosespecializados llamados sinapsis (ver capítulos 2 y 3 sobrePotencial de Acción y Mensajeros Químicos). Las neuronasse organizan en complejas cadenas y redes queconstituyen las diferentes vías por las cuales la informaciónse transmite dentro del sistema nervioso.El cerebro y la médula espinal están conectados a losreceptores sensoriales y a los músculos por medio deaxones muy largos que constituyen los nervios periféricos.La médula espinal tiene dos funciones. En primer lugar, esla responsable tanto de los reflejos simples, tales como elestiramiento de la rodilla y retirar la mano cuando nosquemamos y/o pinchamos y también de reflejos máscomplejos. Y en segundo lugar, constituye la “autopista”por la cual viaja toda la información entre el cuerpo y elcerebro en ambas direcciones.Estas estructuras básicas del sistema nervioso son lasmismas en todos los vertebrados. Lo que diferencia al serhumano es su gran tamaño con respecto al cuerpo. Esto sedebe al enorme aumento en el número de interneuronasdurante el proceso evolutivo, lo que dota al ser humano deuna amplia gama de reacciones frente al ambiente.El cerebro se compone del tronco del encéfalo yde los hemisferios cerebrales.El tronco del cerebro se divide en el cerebro caudal (romboencéfalo y médula oblongata), cerebro medio(mesencéfalo)y un cerebro intermedio justo antes de loshemisferios cerebrales llamado diencéfalo. La médulaoblongata y el romboencéfalo son, en cierto modo, unaextensión de la médula espinal, que contiene una serie deredes neuronales implicadas en el control de funcionesvitales tales como la respiración y la presión sanguínea. Laactividad de algunas de estas redes neuronales controlaestas funciones. El cerebelo, situado en el techo delromboencéfalo, tiene un papel fundamental en el control ycoordinación de los movimientos (ver capítulos sobreMovimiento y Dislexia).El mesencéfalo contiene varios grupos de neuronas, cadauno de ellos utiliza predominantemente un tipo específico demensajero químico (neurotransmisor), que se proyecta a loshemisferios cerebrales. Se cree que estos gruposneuronales del mesencéfalo controlan la actividad de lasneuronas en los centros superiores del cerebro.Hay tres tipos fundamentales de neuronas. Las neuronassensoriales están conectadas con unos receptoresespecializados en detectar y responder a diferentesestímulos, internos u externos. Los receptores sensibles alos cambios de luz, sonido y estímulos mecánicos yquímicos están asociados con la visión, oído, tacto, olor ygusto, respectivamente. En la piel, cuando los estímulosmecánicos, térmicos o químicos exceden un cierto umbralde intensidad pueden causar dolor e incluso dañar el tejido.Cuando esto sucede, un grupo especial de receptores,llamados nociceptores, se activan dando lugar a lasensación de dolor y a los reflejos protectores (ver capítulo 5sobre el Tacto y Dolor). Las neuronas motoras controlan laactividad muscular y son responsables de múltiplescomportamientos, incluyendo la capacidad de hablar. Lascélulas intercaladas entre las neuronas sensoriales ymotoras son las interneuronas, siendo las más numerosasen el cerebro humano. Las interneuronas intervienen en losreflejos simples y, además, son las responsables de lasfunciones superiores del cerebro. Las células gliales, quepor mucho tiempo fueron consideradas solamente comosoporte para las neuronas, contribuyen de manera muyimportante en el desarrollo del sistema nervioso y en sufuncionamiento. Aunque las células gliales son mucho másnumerosas, no transmiten la información de la mismamanera que las neuronas.Anatomía del cerebro
  • 5. El cerebro humano en vista dorsal, ventral y lateral.El padre de las neurocienciasmoderna, Santiago Ramón yCajal delante de su microscopioen 1890.Primeras fotografías deRamón y Cajalmostrando unaneurona piramidal ysus dendritas.Exquisitosdibujos de lasneuronas delcerebelorealizados porRamón y Cajal.Vista sagital del cerebro mostrando ladivisión entre hemisferios cerebrales ytronco del encéfalo. Extendiéndosedorsalmente al tronco del encéfalo sepuede observar el cerebelo. Hemisferiocerebral, tronco del encéfalo, cerebelo.Hemisferio CerebralTronco del EncéfaloCerebeloTálamoHipotálamoHemisferio cerebralCuerpo CallosoGanglios BasalesSección coronal a través delcerebro mostrando el tálamo yel hipotálamo.Sección coronal a través delcerebro mostrando los gangliosbasales y el cuerpo calloso.Mediando las funciones del sueño, la atención y la recompensa se encuentra eldiencéfalo. Éste se divide en dos áreas diferentes llamadas tálamo y hipotálamo.El tálamo funciona como un área de relevo por donde pasan los impulsos detodos los sistemas sensoriales que se dirigen a la corteza cerebral, quien a suvez vuelve a mandar mensajes de vuelta al tálamo. Este fenómeno de ida yvuelta es un aspecto intrigante dentro de las conexiones que se establecen en elcerebro, ya que la información no solo viaja en un sentido sino en ambos. Elhipotálamo controla funciones tales como comer y beber y también regula laliberación de las hormonas implicadas en las funciones sexuales.Los hemisferios cerebrales –telencéfalo- están formados fundamentalmente pordos partes, el núcleo que consiste en los ganglios basales y una lámina extensaaunque fina que los rodea y que, formada por múltiples neuronas compone lasustancia gris de la corteza cerebral. Los ganglios basales juegan un papel muyimportante en la iniciación y coordinación de los movimientos (ver capítulo 7sobre los Movimientos). La corteza cerebral se encuentra empaquetada en unreducido espacio entre los ganglios basales y el cráneo, por lo cual se pliega yforma numerosas invaginaciones, lo que le permite incrementar su superficie ypor tanto, el número de neuronas comprendidas en ella. Realmente seríaimposible sin tal complejidad. Este tejido cortical compone la región másaltamente desarrollada del cerebro humano (es cuatro veces mayor que lacorteza cerebral de los gorilas). La corteza cerebral se divide en un gran númerode discretas áreas, que se diferencian unas de otras por las diferentes capas quela componen, así como sus conexiones. Las funciones de muchas de estasáreas están claramente definidas y se conocen, como por ejemplo: las áreasvisuales, auditivas, olfativas, motoras y las sensoriales que reciben informaciónde la piel (también conocidas como somatosensoriales). Las vías que van desdelos receptores sensoriales a corteza y de corteza a los músculos cruzan de unlado al otro del cerebro; por lo que los movimientos del lado derecho del cuerpoestán controlados por el lado izquierdo de la corteza y viceversa. Del mismomodo, la parte izquierda del cuerpo manda información sensorial al lado derechode la corteza, por ejemplo, los sonidos percibidos por el oído izquierdo vanfundamentalmente a la corteza del hemisferio derecho. No obstante, las cortezasde ambos hemisferios no trabajan de manera aislada sino que están conectadaspor un tracto de fibras grueso y largo conocido como el cuerpo calloso.Sitios Internet: http://science.howstuffworks.com/brain.htmhttp://faculty.washington.edu/chudler/neurok.html http://psych.hanover.edu/Krantz/neurotut.htmlLa corteza cerebral es fundamental para acciones voluntarias como el lenguaje,el habla y otras funciones superiores como el pensamiento y la memoria. Muchasde estas funciones son llevadas a cabo por ambos hemisferios cerebrales, peroalguna de ellas se encuentra altamente lateralizada, estando fundamentalmentecontroladas por uno de los hemisferios. Las áreas implicadas en alguna de estasfunciones superiores como el habla (que se encuentra lateralizadafundamentalmente en el lado izquierdo de la mayoría de las personas) han sidoidentificadas. No obstante, todavía queda mucho por descubrir y aprender y,fundamentalmente en aspectos tan importantes como la conciencia; por lo que elestudio de la corteza cerebral y las funciones en las que está implicada es unade los campos de investigación más activo y excitante dentro de lasNeurociencias.
  • 6. Neuronas y Potencialde AcciónTodas las neuronas independientemente de que sean sensoriales omotoras, grandes o pequeñas, tienen una característica en común yaque su actividad es de dos tipos: eléctrica y química. Las neuronascooperan y compiten entre ellas con el fin de regular el estado generalde sistema nervioso, de la misma manera que los individuos de unasociedad cooperan y compiten a la hora de tomar decisiones. Lasseñales químicas recibidas, por las dendritas procedentes de losaxones que las contactan, son transformadas en señales eléctricas yse incorporan (adicionándose o sustrayéndose) al resto de señalesprocedentes de las otras sinapsis, decidiéndose si la señal sepropaga hacia la siguiente neurona o no. Por lo tanto, los potencialeseléctricos viajan por el axón hacia la sinapsis, pasando a las dendritasde la siguiente neurona y el proceso se repite.La neurona dinámicaTal y como describimos en el capítulo anterior la neurona se componede cuerpo celular, dendritas, axones y terminales sinápticos. Estaorganización es un fiel reflejo de su subdivisión funcional en diferentescompartimentos encargados de recibir, integrar y transmitir. Engeneral, la dendrita recibe, el cuerpo celular integra y el axóntransmite. Dicho concepto lo conocemos como polarización, ya que lainformación que procesan va supuestamente en una dirección.Conceptos claves de la neuronaDendritas CuerpoCelularAxón SinapsisRecepción Integración TransmisiónComo cualquier otra estructura, la neurona tiene que mantenerunidos todos sus componentes. Las membranas externas de laneurona se sitúan en torno a un citoesqueleto, que está compuestopor paquetes de proteínas tubulares y filamentosas que seextienden y propagan de la misma manera hacia dendritas y axones.Esta estructura se asemejaría a una tienda de campaña, siendo lamembrana la tela y el citoesqueleto el armazón que la sustenta. Losdiferentes elementos de la neurona están en constante movimiento,reorganizándose lo que refleja la propia actividad neuronal y la delas neuronas vecinas. Las dendritas cambian de forma dando lugara nuevas conexiones y eliminando alguna de las existentes,mientras que los axones forman nuevos terminales dependiendo deque la neurona requiera comunicarse con las que la rodean de unaforma más intensa y/ o precisa.Dentro de las neuronas existen múltiples compartimentos internos.Estos consisten, fundamentalmente, en proteínas que se producen anivel del cuerpo celular y son transportadas a las diferentes partes de laneurona, por medio del citoesqueleto. Las dendritas tienen pequeñasprotuberancias que se denominan espinas dendríticas. Es en las espinasdendríticas en donde la mayoría de los axones establecen susconexiones. Las proteínas que son transportadas a las espinas sonimportantes para crear y mantener la conectividad neuronal. Estasproteínas se intercambian constantemente siendo reemplazadas, unavez que ya han realizado su función, por otras de nueva síntesis. Todasestas actividades requieren energía para seguir llevándose a cabo y,dicha energía proviene de unas factorías que se encuentran dentro de lacélula llamadas mitocondrias. Las porciones finales de los axonestambién responden a ciertas moléculas llamada factores de crecimiento.Estos factores son captados y transportados al cuerpo celular dondeintervienen en la expresión génica de la neurona y, por consiguiente, enla formación de nuevas proteínas. Estas proteínas le permiten a laneurona formar dendritas más largas y complejas u otros cambiosdinámicos en su forma o función. Información, nutrientes y mensajerosviajan constantemente por la célula desde o hacia el cuerpo celular.Las espinas dendríticas son las pequeñasprotuberancias que emergen de las dendritas en verde.Aquí es donde se localizan las sinapsisNeurona motoraespinalCélula piramidal Célula de Purkinjedel cerebeloAxón3 tipos diferentes de neuronasCuerpoCelular CuerpoCelular CuerpoCelularAxónAxón
  • 7. corteza cerebral se encuentran situadas en las espinasdendríticas, que sobresalen de las dendritas comopequeños micrófonos en busca de señales. Lacomunicación entre las células nerviosas en estospuntos de contacto es lo que se conoce comotransmisión sináptica, la cual implica un procesoquímico que describiremos en el siguiente capítulo.Cuando una dendrita recibe uno de los mensajerosquímicos liberados por uno de los axones al espacioque los separa, se crean en ella corrientes eléctricas enminiatura. Estas corrientes pueden dirigirse a la célula,y son llamadas excitatorias o bien se mueven haciafuera de la célula, y entonces son llamadas inhibitorias.Todas estas corrientes positivas y negativas seacumulan en las dendritas y se dispersanposteriormente por el cuerpo celular. Si estas corrientesno crean suficiente actividad al sumarse acabanmuriendo y no ocurre nada más. Sin embargo, si estascorrientes al sumarse superan el umbral de actividad,entonces la neurona enviará un mensaje a las otrasneuronas vecinas.En la parte receptora de la célula, las dendritasestablecen contactos con los axones procedentes deotras células, cada uno de ellos separado por unminúsculo espacio de aproximadamente 20billonésimas partes de un metro. Una dendrita puederecibir contactos de una, varias o miles de neuronas.Estos puntos en donde se establecen los contactos eslo que se conoce como sinapsis, término que provienedel griego y que significa “unido”. La mayoría de lassinapsis en las células de laLa respuesta reside fundamentalmente en la gestión de laenergía almacenada en forma de gradientes físicos yquímicos y, en combinarlas de forma adecuada. Los axonesde las neuronas transmiten pulsos eléctricos llamadospotenciales de acción.Los potenciales de acción viajan a lo largo del axón comouna onda a lo largo de una cuerda. Esta corriente se propagaya que a lo largo de la membrana del axón existen canalesiónicos, que se pueden abrir y/o cerrar permitiendo el paso deiones eléctricamente cargados. Alguno de estos canalespermite el paso de iones de sodio (Na+), mientras que otrospermiten el paso de iones de potasio (K+). Cuando loscanales se abren, los iones de Na+ y K+ pasan creandogradientes químicos y eléctricos opuestos, en el interior yexterior de la célula, en respuesta a la despolarizacióneléctrica de la membrana.La neurona puede ser, por tanto, considerada como unacalculadora en miniatura, constantemente sumando ysubstrayendo. Lo que la neurona suma y resta son losmensajes que recibe de otras neuronas. Algunassinapsis son excitadoras mientras que otras soninhibidoras. En que medida estas señales constituyen labase de las sensaciones, pensamientos y movimientosdepende, en gran medida, de la red neuronal en la quese encuentran.El potencial de acciónEl potencial de acciónApertura de loscanales de sodioApertura de loscanales de potasioPotencial de reposoMilivoltios毫秒Las neuronas para comunicarse entre ellas necesitan enprimer lugar que la señal se propague a lo largo del axón.¿Cómo lo hacen las neuronas?Recibiendo y decidiendo
  • 8. Un potencial de acción es un complejo proceso eléctrico. Lasfibras nerviosas se comportan como conductores eléctricos(aunque son menos eficientes que los cables con aislamiento),por lo cual, un potencial de acción generado en un puntoconcreto genera otro gradiente de voltaje entre las porciones demembrana, activadas y en reposo, adyacentes a él. Por tanto,el potencial de acción se propaga como una onda dedespolarización de un extremo de la fibra nerviosa a la otra.Una analogía, que nos puede ayudar a entender la conducciónde los potenciales de acción, seria compararlo con el movimientode energía a una bengala, una vez que se enciende uno de losextremos. Cuando se enciende una bengala se origina unarápida activación local que inicia la ignición (en forma dechispas), lo que seria equivalente al paso de los iones de un ladoal otro de la membrana en el punto de inicio de un potencial deacción; sin embargo posteriormente la onda de chispas a lo largode la bengala se propaga más lentamente.Todos estos conocimientos se han adquirido en los últimos 50años, gracias a los maravillosos experimentos realizados conneuronas y axones gigantes de algunos animales marinos. Elgran tamaño de los axones permite a los científicos la inserciónde pequeños electrodos, que permiten medir los cambios en elvoltaje eléctrico. En la actualidad, el uso de una técnica deregistro eléctrico denominada patch-clamping está permitiendo alos neurocientíficos el estudio del movimiento de los iones entodo tipo de neuronas, permitiendo mediciones muy precisas deestas corrientes en cerebros mucho mas parecidos al nuestro.Cuando un potencial de acción se inicia en el cuerpo celular, loscanales que se abren en primer lugar son los canales de Na+. Unpulso de sodio entra directamente en la célula y en cuestión demilisegundos se establece un nuevo equilibrio. En un instante, elvoltaje de membrana cambia en aproximadamente 100 mV. Setransforma de un potencial negativo dentro de la membrana(aproximadamente -70mV) a uno positivo (aproximadamente+30mV). Este cambio de potencial hace que los canales de K+ seabran, iniciando un pulso de iones de K+ hacia el exterior de lacélula, casi tan rápido como el flujo de iones de Na+, lo que haceque el potencial dentro de la célula vuelva nuevamente a su valornegativo original. El potencial de acción tiene una duración similaral tiempo que transcurre entre encender y apagar de maneraconsecutiva una bombilla. Sorprendentemente, se necesitan muypocos iones atravesando la membrana para producir este efecto yla concentración de Na+ y K+ dentro del citoplasma durante unpotencial de acción no varia significativamente. De todas formas,a largo plazo el equilibrio iónico dentro de la célula se mantienegracias al trabajo de las bombas iónicas, que se encargan deeliminar el exceso de sodio. Este proceso ocurre de la mismamanera en que una pequeña vía de agua en un bote puede serevitada vaciando el agua que entra con un cubo, sin alterar lacapacidad del mismo para mantener la presión del agua sobre laque flota evitando hundirse.Aislando los axonesEl uso de nuevas técnicas de investigación nos estápermitiendo conocer la composición proteíca de esta cubiertade mielina. Esta cubierta evita que las corrientes iónicas seproduzcan en lugares no apropiados. Las células glialesdejan ciertos espacios sin cubrir y es aquí donde seconcentran los canales iónicos de Na+ y K+. Estasacumulaciones de canales iónicos funcionan comoamplificadores de la señal, manteniendo el potencial deacción según va literalmente saltando y propagándose a lolargo del nervio. Este es un proceso extremadamente rápido,de hecho en neuronas mielinizadas el potencial de acciónpuede propagarse a una velocidad de 100 metros porsegundo.Los potenciales de acción se caracterizan por funcionarsiguiendo la regla del todo o el nada, no cambian de tamañoo intensidad, sólo en la frecuencia con la que ocurren. Portanto, la única forma en la que la intensidad y duración de unestimulo puede ser registrada por una célula es por lavariación en la frecuencia de los potenciales de acción. Losaxones más eficaces son capaces de transmitir lospotenciales de acción a una frecuencia de 1000 veces porsegundo.Sitios Internet: http://psych.hanover.edu/Krantz/neurotut.htmlhttp://www.neuro.wustl.edu/neuromuscular/En muchos axones, los potenciales de acción se muevenrazonablemente bien, aunque no muy rápido. En otros, lospotenciales de acción saltan a lo largo del axón. Esto se debe aque los axones se encuentran envueltos por una cubierta aislantede naturaleza grasa, formada por la extensión de membranas decélulas gliales y que se llama cubierta de mielina.Alan Hodgkin y AndrewHuxley ganaron el premioNobel al descubrir losmecanismos implicados enla transmisión del impulsonervioso. Para elloutilizaron el axón gigantedel calamar y realizaron susestudios en el Laboratoriode Biología Marina dePlymouth.Investigación fronterizaLas fibras nerviosas en la imagen (azul/púrpura) seencuentran rodeadas por las células de Schwann (rojo),aislándolos de la actividad eléctrica nerviosa de las fibrasvecinas. Los diferentes colores se deben a la aplicaciónde anticuerpos asociados a distintos fluorocromos queidentifican nuevos complejos proteicos. La alteración deestos complejos proteicos induce una enfermedadhereditaria que implica una pérdida de la masa muscular.
  • 9. MensajerosQuímicosLos neurotransmisores químicos seencuentran empaquetados envesículas, listos para ser liberados através de la sinapsis.Alguna de ellas tienen como pequeños aspiradores enminiatura, llamados transportadores, cuya función es la deeliminar del espacio sináptico el exceso de neurotransmisor.Este proceso libera el espacio de los mensajeros químicosantes de que llegue el siguiente potencial de acción. Peronada se desperdicia: estas celulas gliales procesan elneurotransmisor y lo envían de vuelta para que seaalmacenado de nuevo, dentro de las vesículas sinápticas delos terminales axónicos para su uso en el futuro. Este trabajode las células gliales no es el único mecanismo por el cual losneurotransmisores son eliminados de la sinapsis.Algunas veces las células nerviosas recapturan elneurotransmisor ellas mismas y lo mandan de vuelta a losterminales axónicos. En otros casos, el transmisor eseliminado del espacio sináptico por otros productos químicos.Mensajeros que abren canales iónicosLa interacción de los neurotransmisores con losreceptores se parece al funcionamiento de una llave yuna cerradura. La unión del neurotransmisor (la llave) conlos receptores (la cerradura) generalmente causa laapertura de los canales iónicos; estos receptores sellaman receptores ionotrópicos (ver Figura). Si el canaliónico permite la entrada de iones positivos (Na+ o Ca2+),produciendo una corriente positiva que conduce a unaexcitación. Esto produce un cambio en el potencial demembrana llamado potencial postsináptico excitatorio(ppse). Típicamente, un gran número de sinapsisconverge en una neurona, en cualquier momento, siendounas activas y otras no. Si la suma de todos estos ppsellega al umbral necesario para transmitir un impulso,entonces se origina un nuevo potencial de acción y lasseñales son transmitidas hacia el axón de la neuronareceptora, tal y como fue explicado en el capitulo anterior.Este mensajero se difunde a través de los 20 nanómetrosque constituyen el espacio sináptico. Las vesículassinápticas se vuelven a formar cuando sus membranas sonrecicladas hacia el interior del terminal axónico y se vuelvena rellenar de nuevo con el neurotransmisor, para susubsiguiente liberación, constituyendo un proceso dereciclaje continuo. Una vez que el neurotransmisor llega alotro lado, proceso que ocurre sorprendentemente rápido(menos de un milisegundo), interacciona con estructurasmoleculares especializadas, llamadas receptores, en lamembrana de la siguiente neurona. Las células glialestambién se encuentran presentes alrededor del espaciosináptico.Receptor ionotrópico Receptor metabotrópicoTransmisor(ligando)ExtracelularMembranaPlasmáticaIntracelularTransmisorProteína GSegundoMensajeroEfectorReceptorLos potenciales de acción se transmiten y transportan a lo largodel axón hacia unas regiones denominadas sinapsis, en dondelos axones contactan con las dendritas de otras neuronas. Lassinapsis están constituidas por un terminal nervioso presináptico,separado por un pequeño espacio del componente postsináptico,que normalmente se encuentra situado en las espinasdendríticas. Las corrientes eléctricas responsables del potencialde acción no son capaces de superar este espacio. Latransmisión a través de este espacio se produce gracias a laacción de los mensajeros químicos, también conocidos comoneurotransmisores.Los neurotransmisores se almacenan en pequeñas bolsasesféricas llamada vesículas sinápticas en los terminales delos axones. Existen vesículas dedicadas al almacenamiento yotras situadas mas cerca de los terminales axónicos, queestán preparadas para su liberación. La llegada del potencialde acción induce la apertura de los canales iónicos quepermiten la entrada de Calcio (Ca2+). Esta entrada de Ca2+activa una serie de enzimas que actúan en una gran variedadde proteínas presinápticas, que reciben nombres exóticostales como “snare” “tagmina” y “brevina” (realmente nombresmuy buenos para los personajes de una historia de aventurascientíficas). Los neurocientíficos acaban de descubrir queestas proteínas se asocian a otras, produciendo que lasvesículas sinápticas encargadas de liberar losneurotransmisores, se fusionen con la membrana,abriéndose y liberando el mensajero químico al exterior de losaxones.Almacenamiento y LiberaciónLos receptores ionotrópicos (izquierda) forman uncanal a través del cual los iones pasan (como Na+ yK+). El canal está formado por cinco subunidades quese organizan en círculo. Los receptoresmetabotrópicos (derecha) no forman canales, peroestán asociados a proteínas G situadas dentro de lacélula que pueden pasar el mensaje.Receptor
  • 10. El principal neurotransmisor en el cerebro es el glutamato. La granprecisión de la actividad nerviosa requiere que la excitación dealgunas neuronas se acompañe de la inactividad de otras. Esteproceso se produce debido a la inhibición. En las sinapsisinhibidoras, la activación de los receptores conlleva la apertura decanales iónicos que permiten el paso de iones cargadosnegativamente y dan origen a un cambio del potencial demembrana, llamado potencial postsináptico inhibitorio (ppsi; verFigura). Esto bloquea la despolarización de la membrana y, por lotanto, el inicio del potencial de acción a nivel del cuerpo celular dela neurona receptora. Hay dos neurotransmisores inhibidores-GABA y glicina.La transmisión sináptica es un proceso muy rápido: el tiempo quepasa desde la llegada de un potencial de acción a la sinapsishasta la generación de un ppse en la siguiente neurona es muyrápido (1/1000 de segundo). Las diferentes neuronas tienen quesincronizar su liberación de glutamato sobre otras en un breveperiodo de tiempo si los ppses en la neurona receptora van aadicionarse para originar un nuevo impulso; la inhibición tambiéntiene que ocurrir en el mismo intervalo para ser efectivabloqueando el proceso.El potencial postsináptico excitatorio (ppse) es uncambio del potencial de membrana de -70mV a unvalor cercano a 0 mV. Un potencial postsinápticoinhibitorio (ppsi) tiene el efecto opuesto.Mensajeros que modulanLa búsqueda de los neurotransmisores excitadores e inhibidoresha revelado también la existencia de un gran número de otrosagentes químicos liberados por las neuronas. Muchos de ellosafectan los mecanismos neuronales debido a sus interaccionescon un grupo de proteínas muy diferentes, situadas en lamembrana de la neurona y llamadas receptores metabotrópicos.Estos receptores no contienen canales iónicos, no siempre selocalizan en la sinapsis, y mucho más importante, no conducen alinicio de un potencial de acción. En la actualidad pensamos queestos receptores ajustan o modulan la gran cantidad de procesosquímicos que ocurren en el interior de la neurona y, por lo tanto, laacción de los receptores metabotrópicos se llamaneuromodulación.Los receptores metabotrópicos forman estructuras complejas queunen el exterior de la célula con enzimas en el interior de la célulaque afectan el metabolismo celular. Cuando un neurotransmisor esreconocido y se une a un receptor metabotrópico, las moléculaspuente llamadas proteínas G y las otras enzimas unidas a lamembrana se disparan colectivamente. La unión delneurotransmisor a un receptor metabotrópico se puede comparar almecanismo de una llave de contacto. No abre la puerta a los ionestal y como hacen los receptores ionótropicos pero a diferencia deellos,activa una cascada de mensajeros secundarios, iniciando unasecuencia de procesos bioquímicos (ver Figura). El motormetabólico de la neurona arranca y empieza a funcionar. Dentrode los efectos producidos por la neuromodulación se incluyencambios en los canales iónicos, receptores, transportadores eincluso en la expresión génica. Estos cambios son más lentospero duran más que los producidos por los transmisoresexcitadores e inhibidores y sus efectos se extienden más allá dela sinapsis.Identificando los mensajerosEntre los mensajeros que actúan en los receptores asociados aproteínas G se encuentran acetilcolina, dopamina ynoradrenalina. Las neuronas que liberan estos neurotransmisoresno solo tienen un efecto diverso sobre las células sino quetambién tienen una organización anatómica remarcable, ya queson relativamente pocas en número pero sus axones seproyectan ampliamente por todo el cerebro (ver Figura). Sólo hay1600 neuronas noradrenérgicas (noradrenalina) en el cerebrohumano, pero sus axones se proyectan a todas las partes delcerebro y de la médula espinal. Estos neurotransmisoresmoduladores no transmiten información sensorial precisa peroajustan complejos neuronales dispersos para optimizar sufuncionamiento.La noradrenalina se libera en respuesta a situaciones novedosasy distintas formas de stress, ayudando a organizar la respuestadel individuo frente a estas situaciones. Muchas redes necesitan“saber” que el organismo se encuentra bajo stress. La dopaminase libera cuando ciertas situaciones son satisfactorias para elanimal, actuando en centros cerebrales asociados conemociones positivas (ver Capitulo 4). Por el contrario, laacetilcolina actúa de ambas formas. Actúa tanto sobre receptoresionotrópicos como metabotrópicos. Es el primer neurotransmisorque se descubrió y utiliza mecanismos iónicos a través de launión neuromuscular, para transmitir las señales desde lasmotoneuronas a las fibras de músculo estriado. También losmetabotrópicos pueden funcionar como un neuromodulador. Estose produce, por ejemplo, cuando queremos centrar nuestraatención en algo, ajustando las neuronas del cerebro de maneraque sólo capten la información relevante al proceso.Las células noradrenérgicas se hayan en el locuscoeruleus (LC). Los axones de estas celulas sedistribuyen por todo el cerebro, inervando diferentesregiones como el hipotálamo (Hyp), el cerebelo (C) yla corteza cerebral.NORADRENALINAUn sitio internet excelente sobre sinapsis es:http://synapses.mcg.edu/index.aspPotencialdemembrana(mV)Umbral ExcitaciónReposoppse ppsi
  • 11. Las drogas y elcerebroHay mucha gente que parece tener el deseo constante de alterarsu estado de conciencia por medio del uso de drogas. Usandrogas estimulantes para poder mantenerse despiertos y sercapaces de bailar toda la noche. Otros usan sedantes paracalmar sus nervios. O incluso substancias que les permitenexperimentar nuevas formas de conciencia y así olvidar losproblemas de la vida cotidiana. Todas estas drogas interaccionande diferentes formas con los neurotransmisores y otrosmensajeros químicos en el cerebro. En muchos casos las drogassecuestran los sistemas naturales del cerebro implicados en elplacer y la satisfacción (procesos fisiológicos de importancia encomer, beber, sexo e incluso en aprendizaje y memoria).La vía hacia la adicción y ladependenciaLas drogas que actúan sobre el cerebro o sobre el flujosanguíneo cerebral pueden tener un valor incalculable, como elcaso de las drogas que reducen el dolor (analgésicos).Las drogas de uso recreativo tienen un propósito completamentediferente y el problema de ellas es que pueden llevar al abuso. Elconsumidor puede, muy fácilmente, convertirse en dependiente oincluso en adicto. Él o ella sufrirán trastornos físicos y fisiológicosmuy desagradables propios del síndrome de abstinencia cuandointerrumpan el consumo de drogas. Este estado de dependenciapuede conducir al consumidor a buscar desesperadamente ladroga aunque el hacerlo pueda influir en su trabajo, salud yfamilia. En casos extremos el consumidor pueda llegar incluso acometer crímenes con el fin de poder pagar las drogas.Afortunadamente no todas las personas que consumen drogas deuso recreativo se vuelven dependientes de ellas. Las drogasdifieren en su capacidad de dependencia, yendo desde las de altoriesgo como la cocaína, heroína y nicotina hasta las de bajo riesgocomo el alcohol, cannabis, éxtasis y anfetamina. Durante eldesarrollo de la dependencia a las drogasel cuerpo y el cerebro se adaptan lentamente a lapresencia continua de la droga, pero los cambios queacontecen en el cerebro son todavía un misterio. Aunquelos sitios de acción primarios de la heroína, anfetaminas,nicotina, cocaína y cannabis son todos diferentes, todasellas comparten la capacidad de inducir la liberación delmensajero químico, dopamina, en ciertas regiones delcerebro. Aunque este proceso no desata directamente unmecanismo de “placer”, se piensa que la liberación dedopamina inducida por las drogas puede constituir unavía común definitiva del “placer” en el cerebro. Constituyela señal que hace que una persona siga consumiendodrogas.Las diferentes drogas- Cómofuncionan y los riesgos de suconsumoEl alcohol actúa sobre los sistemas neurotransmisoresdel cerebro reduciendo los mensajes excitadores y, portanto, induciendo una inhibición de la actividad neuronal.La acción del alcohol pasa de estados de relajación y buenhumor, después de una bebida, a estados de somnolenciay pérdida de conciencia. Esta es la razón por lo que lapolicía es tan estricta con respecto al hecho de beber yconducir y por lo que tiene un total soporte publico.Algunas personas se vuelven muy agresivas e inclusoviolentas cuando beben y, aproximadamente, uno de cada10 consumidores de alcohol se vuelven dependientes. Elconsumo de alcohol a largo plazo daña el cuerpo,especialmente el hígado y también, puede causar un dañopermanente al cerebro. Las mujeres que beben durante elembarazo corren el riesgo de tener bebes con el cerebrodañado y con bajo coeficiente intelectual (IC). En GranBretaña más de 30.000 personas mueren al año víctimasde enfermedades asociadas con el consumo de alcohol.HeroínaTranquilizantes yDrogas con recetaCocaínaMarihuanaAlcoholTabacoPorcentaje de personas que han consumido drogas Porcentaje de las personas que se convierten en drogodependientes
  • 12. Craneo con un cigarrillo encendido”por Vincent Van Gogh, 1885.NicotinaLa nicotina es el componente activo del tabaco y de losproductos derivados de el. La nicotina actúa en el cerebro pormedio de los receptores que normalmente reconocen elneurotransmisor, acetilcolina; normalmente, activa mecanismosnaturales de alerta en el cerebro. Dicho esto, no es sorprendenteque los fumadores digan que los cigarrillos les ayudan aconcentrarse y que les calman. El problema es que la nicotina esaltamente adictiva y que muchos de los fumadores asiduossiguen fumando simplemente para evitar los efectos deabstinencia una vez que dejan de fumar. El placer ya no existe.Aunque parece ser que el tabaco no tiene efectos negativos en elcerebro, el humo del tabaco es extremadamente perjudicial paralos pulmones llevando a largo plazo a la aparición de cáncer depulmón así como otras enfermedades pulmonares y cardíacas.En Gran Bretaña, más de 100.000 personas mueren al añovíctimas de enfermedades asociadas con el consumo de tabaco.El Cannabis es todo un rompecabezas, ya que actúa en unsistema natural muy importante del cerebro que utilizaneurotransmisores que químicamente son muy parecidos alcannabis. Este sistema está implicado en el control de losmúsculos y regula la sensibilidad al dolor. Si se usa de maneraadecuada, dentro de un contexto puramente médico, el cannabispuede ser una droga muy útil. El cannabis puede ser placentero yrelajante, pero también puede causar un estado de somnolenciaen el que la percepción de los sonidos, colores y tiempo estánalteradas. Parece ser que nadie ha muerto nunca debido a unasobredosis de cannabis, sin embargo, algunos usuarios padecenataques de pánico muy desagradables después del consumo dedosis elevadas. En Gran Bretaña parece ser que,aproximadamente, la mitad de la población menor de 30 años haconsumido al menos una vez cannabis. Algunas personaspiensan que debería ser legalizado, evitándose de esta forma laposible relación entre el suministro de estas drogas y otrasmucho más peligrosas. Desgraciadamente y como ocurre con lanicotina la forma mas efectiva de consumirla y suministrarla alorganismo es fumándola. El humo del cannabis contiene más omenos las mismas sustancias nocivas que el de los cigarrillos (ya veces se fuma conjuntamente con el tabaco).Los fumadores de cannabis suelen presentar enfermedadespulmonares y corren el riesgo de desarrollar cáncer de pulmón, aunqueesto no ha sido probado todavía. Aproximadamente, uno de cada diezconsumidores se vuelve dependiente, hecho del cual los vendedoresde droga están informados. El uso continuo de cannabis esincompatible con la conducción y con el trabajo intelectual; ciertosexperimentos han demostrado que las personas intoxicadas concannabis son incapaces de desarrollar tareas mentales complejas.Aunque todavía no ha sido demostrado existen ciertas evidencias queindican que el uso continuado de cannabis en personas jóvenessusceptibles puede inducir la aparición de la enfermedad mentalllamada esquizofrenia (ver p.51).AnfetaminasLas anfetaminas son sustancias químicas elaboradas por el hombreentre las que se encuentran la dexadrina, el “speed” y un derivado dela metanfetamina llamado “éxtasis”. Estas drogas actúan en el cerebroinduciendo la liberación de dos neurotransmisores. Uno de ellos ladopamina, lo que explicaría la euforia y los efectos placenterosproducidos por las anfetaminas. El otro es la serotonina, la cual, secree está implicada en efectos lúdicos y de bienestar (“dream-like”),que pueden llegar a producir incluso alucinaciones. La dexedrina y el“speed” producen principalmente una liberación de dopamina, mientrasque el éxtasis es fundamentalmente serotonina. El d-LSD, unalucinógeno más potente, también actúa sobre el sistemaserotoninérgico. Las anfetaminas son unos psicoestimulantes muypotentes que pueden llegar a ser muy peligrosos, especialmente encasos de sobredosis. Los experimentos animales han demostrado queel éxtasis produce una pérdida de las neuronas serotoninérgicas. Éstaseria la causa de los “mid-week blues” que padecen los consumidoresde éxtasis durante los fines de semana. Cada año docenas de jóvenesmueren después de su consumo. Parece ser que el consumo dedexedrina y speed también puede causar aterradoras psicosis de tipoesquizofrenia. Podéis sentiros persuadidos de que el consumo deéxtasis os puede ayudar durante un examen pero no lo hará.HeroínaLa cocaína es otra sustancia química derivada de una planta quepuede producir sensaciones intensas de placer a la vez que es unpotente psicoestimulante. Como las anfetaminas, la cocaína induce laproducción de dopamina y serotonina en el cerebro. Sin embargo,como la heroína, la cocaína es una droga muy peligrosa. La gente quese intoxica con ella, especialmente los que fuman “crack” se vuelvenmuy violentos y agresivos, y tienen un alto riesgo de muerte porsobredosis. La dependencia de cocaína es muy fuerte y la necesidadde consumirla lleva muchas veces a los usuarios a cometer crímenespara obtenerla.Sitios Internet Relacionados: www.knowthescore.info,www.nida.nih.gov/Infofax/ecstasy.html, www.nida.nih.gov/MarijBroch/Marijteens.htmlLa heroína es un derivado de la planta de la morfina creado por elhombre. Como el cannabis la heroína se ecuentran en un sistema delcerebro que utiliza de forma natural unos neurotransmisores llamadosendorfinas. Estos neurotransmisores son muy importantes en el controldel dolor, por lo que las drogas que copian su acción son de granimportancia en medicina. La heroína se inyecta o se fuma causandouna sensación inmediata de placer, posiblemente, debido a un efectode las endorfinas en los mecanismos de recompensa. La heroína esaltamente adictiva, pero cuando aparece la dependencia la sensaciónde placer es substituida por una necesidad permanente (craving). Esun droga altamente peligrosa que puede inducir la muerte incluso consobredosis pequeñas (suprime los reflejos respiratorios). La heroína haarruinado la vida de muchas personas.CannabisCocaína
  • 13. Tacto y dolorEl tacto es especial (un apretón de manos, un beso, unbautizo). Nos permite nuestro primer contacto con el mundo.Múltiples variedades de receptores, distribuidos por todonuestro cuerpo, están sintonizados con diferentes aspectosdel mundo somatosensorial (tacto, temperatura, posición delcuerpo), mientras que otros se encargan de percibir el dolor.El poder de discriminación de estos receptores varia enfunción de la zona del cuerpo, siendo extremadamentesensibles, entre otros, en las yemas de los dedos. Laexploración activa es también muy importante ya queinteracciona directamente con el sistema motor. El dolor nosinforma y nos advierte del daño causado a nuestro cuerpo.Tiene un gran impacto emocional y está sujeto a un grancontrol por parte del cuerpo y del cerebro.Dentro de la dermis de la piel, por debajo de la superficie, seencuentran inmersos diferentes tipos de pequeñosreceptores. Estos receptores reciben el nombre de loscientíficos que los identificaron por primera vez almicroscopio, corpúsculos de Pacinian y Meissner, discos deMerkel y los terminales del organo de Ruffiniidentifican/sienten diferentes aspectos del tacto. Todos estosreceptores tienen canales iónicos que se abren en respuestaa una deformación mecánica, creando potenciales de acciónque se pueden registrar experimentalmente por medio deelectrodos muy finos. Algunos experimentos sorprendentesfueron realizados hace ya algunos años por ciertos científicosque experimentaron sobre ellos mismos, insertandoelectrodos en su propia piel y registrando la actividad dedeterminados nervios sensoriales. Gracias a estosexperimentos y a algunos experimentos parecidos enanimales anestesiados sabemos que, los dos primeros tiposde receptores se adaptan rápidamente y respondenmucho mejor a deformaciones rápidas (sentido de la vibración uagitación). Los discos de Merkel responden mejor adeformaciones duraderas de la piel (sentido de la presión),mientras que los terminales del órgano de Ruffini respondenmejor a deformaciones lentas.Un concepto muy importante con respecto a los receptoressomatosensoriales es su campo de recepción. Éste equivale alárea concreta de la piel donde cada receptor respondeindividualmente. Los corpúsculos de Pacinian tienen campos derecepción mayores que los de los corpúsculos de Meissner.Éstos y otros receptores son los que aseguran que vosotrospodáis sentir las cosas por todo vuestro cuerpo. Una vez quedetectan un estímulo, los receptores envían diferentes impulsos através de los nervios sensoriales que van a las raíces dorsalesde la médula espinal. Los axones que conectan los receptoresdel tacto con la médula espinal son fibras mielinizadas de granlongitud que transmiten la información desde la periferia hacia lacorteza cerebral, muy rápidamente. El frío, el calor y el dolor sondetectados por axones finos con terminales “desnudos” (sinmielina), que transmiten la información más lentamente. Losreceptores de cambios de temperatura también muestranadaptación (ver la ventana del experimento). En la médula y enel tálamo existen estaciones de relevo, para el tacto, antes dellegar al área sensorial primaria dentro de la corteza cerebralllamada corteza somatosensorial. Los nervios cruzan la líneamedia de manera que el lado derecho del cuerpo estárepresentado en el hemisferio izquierdo y el izquierdo en elderecho.Un experimento de adaptación a latemperaturaEste experimento es muy sencillo. Necesitáis unabarra metálica de aproximadamente un metro delongitud, por ejemplo un barra para colgar toallas, ydos cubos de agua. Un cubo debe contener aguacaliente y el otro debe contener agua lo más fríaposible. Meted vuestra mano izquierda en un cubo y laderecha en el otro, y mantenerlas dentro durante almenos un minuto. Ahora sacad las manos de loscubos, secároslas rápidamente y sujetad la barra demetal. Los dos extremos de la barra darán lasensación de estar a diferentes temperaturas. ¿Porqué?Todo comienza en la pielLa información recibida por el cuerpo es sistemáticamenterepresentada en la corteza somatosensorial formando unarepresentación de la superficie corporal. Algunas partes delcuerpo, tales como las yemas de los dedos y la boca tiene unagran cantidad de receptores y, por tanto, una gran cantidad denervios sensoriales. Otras zonas como la espalda tienen menosreceptores y menos nervios.Corpúsculo deMeissnerAxonesDisco de MerkelTerminal del Órganode RuffiniGlándulasudoríparaCorpúsculo dePacinian
  • 14. Sin embargo, dentro de la corteza somatosensorial la densidad deneuronas es uniforme. Por consiguiente, la representación de lasuperficie corporal en la corteza está distorsionada. Estarepresentación se denomina el homúnculo sensorial yrepresentaría que una persona, curiosamente, distorsiona con susreceptores del tacto distribuidos de una manera homogénea a lolargo de la superficie corporal.Vosotros podéis comprobar esta diferencia de sensibilidadrealizando el test de discriminación de dos puntos. Coged un clipde papel y deformadlo hasta que adopte una forma de U, algunoscon los extremos separados por 2-3 cm. y otros con ellos máspróximos. Luego con un antifaz puesto, le pedís a un amigo que ostoque diferentes partes del cuerpo con ellos. ¿Sentís sólo unextremo o los dos? ¿Alguna vez sentís un extremo cuandorealmente estáis siendo tocados por dos? ¿Por qué?El homúnculo. La imagen de una persona está dibujada alo largo de la corteza somatosensorial de maneraproporcional al número de receptores que existen en esaparte del cuerpo. Tiene una forma muy distorsionada.Un poder de discriminaciónexquisitoLa capacidad de distinguir pequeños detalles varía muchodependiendo de la parte del cuerpo y está mucho más desarrolladaen las yemas de los dedos y en los labios. La piel es tan sensitivaque sería capaz de determinar las dimensiones de un punto demenos de 1/100 parte de milímetro de altura, siempre y cuando lotocara de la misma forma que un persona invidente leyendoBraille. Un área de investigación muy importante se dedica aestudiar como los diferentes tipos de receptores contribuyen a lasdiferentes tareas que permiten discriminar entre texturas eidentificar la forma de los objetos.El tacto no es un sentido pasivo que responde sólo a lo que recibesino que, también está implicado en el control activo delmovimiento. Las neuronas de la corteza motora que controlan losmúsculos del brazo y que son responsables del movimiento de losdedos reciben impulsos sensoriales de los receptores del tacto,situados en la yema de los dedos. ¿Qué mejor forma de detectar yreconocer un objeto en la palma de vuestra mano, gracias a larápida comunicación entre los sistemas sensoriales y motores? Lacomunicación entre el sistema sensorial y motor se inicia a nivel dela médula espinal e implica una comunicación recíproca con lasneuronas motoras, que se continua a todos los niveles en elsistema somatosensorial. Las cortezas primarias sensoriales ymotoras se encuentran situadas la una junto a la otra.La exploración activa es fundamental para el tacto. Imagínateque estás intentando determinar las diferencias que existenentre distintos papeles de lija. ¿Qué condiciones son las quenos permitirán diferenciarlos mejor?● ¿Situar las yemas de vuestros dedos sobre las muestras?● ¿Situar y recorrer con las yemas de vuestros dedos lasmuestras?● O ¿Utilizar una máquina que os pase las diferentes muestrassobre las yemas de vuestros dedos?Este tipo de experimentos nos ayudan a determinar en queregión del cerebro se analiza la información sensorial. La tomade imágenes funcionales del cerebro nos indica que laidentificación de las distintas texturas de los objetos se realizaen distintas áreas de la corteza. La toma de imágenes delcerebro nos está empezando a elucidar los fenómenos deplasticidad cortical, revelándonos que la representación delcuerpo en la corteza somatosensorial es variable dependiendodel tipo de experiencia. Por ejemplo, los invidentes poseen unarepresentación cortical del dedo índice que usan para la lectura del Braille mucho mayor, así como losmúsicos que tocan instrumentos de cuerda tienen una mayorrepresentación de los dedos de la mano izquierda.DolorAunque el dolor se considera muchas veces como un sentidoadicional de la piel, constituye en realidad un sistema confunciones y organización anatómica totalmente diferentes. Sumayor característica es que es un sentido que aportasensaciones desagradables que varía dependiendo de lapersona y que, sorprendentemente, sus receptores proveenuna información limitada sobre la naturaleza del estímulo b (lasdiferencias entre el dolor que sentimos por una quemadura o unpinchazo de aguja son mínimas). Los antiguos griegosconsideraban el dolor como una emoción y no como unasensación.El registro de fibras sensoriales individuales nos ha revelado laexistencia de respuestas que solamente indican la posibilidadde un daño tisular, como por ejemplo, un estímulo mecánicointenso (un pellizco), una quemadura o distintos estímulosquímicos. No obstante, este tipo de experimentos no nosaporta ninguna información referente a las sensaciones delindividuo.Las técnicas actuales de biología molecular nos han revelado laestructura y características de diferentes nociceptores. Dentrode los nociceptores se encuentran receptores que responden atemperaturas superiores a 46˚ C, acidez e incluso responden,de manera sorprendente, al componente activo de lasguindillas. Los genes de los receptores que responden aintensas estimulaciones mecánicas todavía no se conocenpero, evidentemente, están ahí. Existen dos tipos de fibrasaferentes nerviosas que responden al dolor: unas mielinizadasrelativamente rápidas llamadas fibras Ad y unas finas, lentas yno mielinizadas llamadas fibras C. los dos tipos de fibras llegana la médula espinal donde establecen contacto (sinapsis) conun tipo de células, que a su vez, se proyectan a la cortezacerebral. Esta proyección la realizan a través de las víasparalelas ascendentes, una que localiza el dolor (parecida a ladel tacto) y la otra que se ocupa del aspecto emocional deldolor.
  • 15. Vías ascendentes del dolor, desde una región de laespina dorsal (abajo) van hacia diferentes áreas deltronco cerebral y la corteza incluyendo CCA (cortezacingulada anterior) y la insular.Esta segunda vía proyecta a zonas muy diferentes de la cortezasomatosensorial, que incluyen la corteza cingulada anterior asícomo la corteza insular. En experimentos de proyeccion deimagen cerebral realizados por medio de hipnosis, se ha podidodiferenciar la sensación de dolor de la sensación de desagrado aldolor.Los sujetos sumergen las manos en agua extremadamentecaliente y por medio de la sugestión hipnótica se les hace sentirmás o menos intensidad de dolor o desagrado al dolor. Utilizandotomografía por emisión de positrones, se ha descubierto quedurante los cambios de intensidad en la sensación de dolor, seactiva la corteza somatosensorial, mientras que durante loscambios en la sensación de desagrado al dolor se activa lacorteza cingulada anterior.¿Una vida sin dolor?Dada nuestra necesidad de evitar cualquier fuente de dolor,como ir al dentista, os podríais imaginar que una vida sin dolorseria maravillosa. !Pero no! Ya que una de las funciones clavesdel dolor es el permitirnos aprender a evitar las situaciones quenos causan dolor. Los acciones de potencial de los nerviosnociceptivos entran por la médula espinal iniciando reflejosprotectores, como el arco reflejo para evitar el dolor. Tambiénsuministran la información necesaria que nos hace aprendercomo evitar situaciones amenazantes o peligrosas.Otra de las funciones claves del dolor es el evitar la actividadinnecesaria, como por ejemplo, el descanso que después dehabernos hecho un daño tisular nos permite curarlo. Porsupuesto, en algunas situaciones, es fundamental que laactividad y las reacciones de escape no se inhiban. Paraayudarnos a controlar este tipo de situaciones se handesarrollado diferentes mecanismos fisiológicos que puedensuprimir o incrementar el dolor. El primero de estos mecanismosmoduladores en ser descubierto fue la liberación de analgésicosendógenos. En situaciones de posible dolor, como los soldadosen batalla, la sensación de dolor puede suprimirse de maneranotable, probablemente debido a la liberación de estassustancias. Los experimentos en animales han demostrado quela estimulación eléctrica de ciertas regiones del cerebro talescomo la sustancia gris acueductal, eleva el umbral de dolor y estoes mediado por una vía descendente que va desde el cerebromedio hasta la médula espinal.Existen ciertos transmisores químicos implicados en laanalgesia que incluyen los opiáceos endógenos como porejemplo, la met-encefalina. El analgésico conocido comomorfina actúa sobre los mismos receptores que ciertosopiáceos endógenos.El fenómeno opuesto de aumento del dolor se llamahiperalgesia. En este caso se produce una reducción delumbral del dolor, un aumento de la intensidad del dolor y,a veces, un aumento del área en donde se siente el doloro incluso dolor en ausencia de una estimulación dolorosa.Esto puede constituir un grave problema clínico. Lahiperalgesia induce una sensibilización de los receptoresperiféricos así como una serie de procesos complejos adiferentes niveles de las vías ascendentes. Entre estosprocesos se encuentra la interacción química entreexcitación e inhibición. La hiperalgesia que se observa enestados de dolor crónico se debe fundamentalmente a unaumento de la excitación y una disminución de lainhibición. Esto se debe a cambios en la respuesta de lasneuronas que procesan la información sensorial. Tambiénaparecen cambios importantes en los receptores quemedian la acción de los neurotransmisores implicados. Apesar de los grandes avances realizados en lacomprensión de los mecanismos celulares de lahiperalgesia, el tratamiento clínico del dolor crónico siguesin ser el adecuado.Met-encefalinaInvestigación FronterizaLa medicina tradicional china, utiliza la “acupuntura” comoun tratamiento efectivo para aliviar el dolor. En esteproceso se implantan unas agujas muy finas en la pieldistribuidas en unos puntos determinados del cuerpo quese llaman meridianos, y que se giran o se hacen vibrar porla persona que trata al paciente. Esta técnica alivia eldolor pero hasta hace muy poco no se sabía comofuncionaban exactamente.Hace cuarenta anos se estableció un laboratorio enChina para intentar descubrir como funciona este proceso.Sus hallazgos revelaron que la estimulación eléctricaproducida a una determinada frecuencia de vibraciónactiva la liberación de unos opiáceos endógenos llamadosendorfinas tales como la met-encefalina, mientras que laestimulación a otra frecuencia activa un sistema sensiblea las dinorfinas. Todos estos descubrimientos han llevadoal desarrollo de una maquina eléctrica y de bajo coste deacupuntura (izquierda) que puede ser usada paradisminuir el dolor, reemplazando a las drogas. Un par deelectrodos se sitúan en los puntos “Heku” de la manomientras que otro se sitúa en la zona del dolor.¿Quieres leer más sobre la acupuntura?Prueba este sitio internet.... http://acupuncture.com/Acup/AcuInd.htmMorfina
  • 16. La visiónLos humanos son animales altamente visuales queutilizan constantemente sus ojos para tomar decisionescon respecto al mundo que les rodea. Con los ojossituados hacia delante al igual que otros primates,utilizamos la visión para relacionarnos con los distintosaspectos ambientales que se encuentran alejados denuestro cuerpo. La luz es un tipo de energíaelectromagnética que entra a través de nuestros ojos yactúa sobre los fotorreceptores que se encuentran en laretina. Lo cual induce una serie de procesos por los quese generan impulsos nerviosos que viajan a través delas diferentes vías y redes hacia el cerebro visual. Lasvías que van hacia el cerebro medio y a la cortezacerebral son las que median las diferentes funcionesvisuales-detectando, representando movimiento, forma,color así como otros aspectos del mundo visual. Algunode ellos aunque no todos son accesibles a laconciencia. Dentro de la corteza, las neuronasagrupadas en un gran número de áreas visualesdistintas se especializan en distintos tipos de decisionesvisuales.La luz en el ojoLa luz entra a través del ojo por la pupila y por medio dela cornea y la lente es focalizada sobre la retina que seencuentra en el fondo del ojo. La pupila se encuentrarodeada por el iris, pigmentado, que puede expandirseo retraerse haciendo la pupila mayor o menor enfunción de la intensidad luminosa. Por lo tanto, esnatural suponer que el ojo actúa como una cámara,formando una imagen del “mundo”, aunque esto seauna metáfora que acarrea ciertas equivocaciones.Primero, no existen imágenes estáticas ya que el ojosiempre se encuentra en movimiento. Segundo, aunqueuna imagen formada en la retina se mande hacia elcerebro,“viendo” esta nueva imagen,requeriría de otra persona para mirarla (una persona dentrodel cerebro). Con el fin de evitar una regresión infinita, elcerebro tiene que solucionar un problema importante, que esla creación de mensajes codificados por el ojo para poderinterpretar y tomar decisiones sobre el mundo visual.Se deben aprender muchas cosas sobre esta primera fasede procesamiento visual. Los fotorreceptores másnumerosos, llamados bastones, son 1000 veces mássensibles a la luz que la otra categoría, menos numerosos yllamados conos. En general, aunque no del todo exacto, sepuede decir que por la noche vosotros veis con los bastonesmientras que durante el día veis con los conos. Existen trestipos de conos que son sensibles a diferentes longitudes deonda luminosas. Aunque es una simplificación se podríadecir que los conos producen la visión en color, ya que sonfundamentales para ella. Si son sobreexpuestos a un colorespecífico de luz, los pigmentos de los conos se adaptan conel fin de modular nuestra percepción de este color (Ver laventana del experimento).Una vez la luz es focalizada en la retina, los 125 millones defotorececeptores, que se encuentran situados a lo largo de lasuperficie retiniana y que reciben directamente la luz,responden generando pequeños potenciales eléctricos.Estas señales pasan por medio de sinapsis a través de unared de células situadas en la retina, activando así las célulasdel ganglio retiniano, cuyos axones se agrupan paraconstituir el nervio óptico. Éstas entran en el cerebro, endonde transmite los potenciales de acción a las distintasáreas del cerebro responsables de las diferentes funciones.PupilaIris CorneaRetinaFoveaPunto CiegoNervio ÓpticoLa retina. La luz pasa a través de una red de células (p. e.células bipolares) hasta llegar a los bastones y conos en elfondo de la retina y de ahí va al nervio óptico.El ojo humano. La luz que entra por el ojo es focalizadapor la lente sobre la retina que se encuentra situada enel fondo del ojo. Los receptores que se encuentran enella detectan la energía y por medio de un proceso detransducción forman potenciales de acción que van aviajar alo largo del nervio óptico.ConosBastonesCélula horizontalCélula bipolarCélula ganglionarLuzNervio ÓpticoCélula amacrinaRetinaLente
  • 17. En los últimos 25 anos se han hecho descubrimientos muy importantescon respecto a los procesos de foto transducción (conversión de la luzen señales eléctricas por medio de los bastones y conos), las basesgenéticas de la incapacidad a distinguir colores que se debe a laausencia de ciertos pigmentos, la función de la red retiniana y lapresencia de dos tipos de células ganglionares. Alrededor del 90% deestas células son muy pequeñas mientras que otro 5% son células muygrandes de tipo M también llamadas células magnocelulares. Más tardeveremos que ciertas anomalías en las células de tipo M son la causa deciertas dislexias (Capitulo 9).Un experimento de adaptación al colorCentra tu vista en la pequeña cruz que se hallasituada entre los dos círculos grandes durante almenos 30 segundos. Ahora fíjate en la cruz que sehaya situada en la parte inferior. Los dos círculos“amarillos” parecerán ser de diferente color.¿Podrías explicar por qué ocurre este fenómeno?Las vías que van del ojo al cerebroCampovisualIzquierda DerechaCorteza VisualNervio ópticoQuiasma ópticoLas siguientes fases delprocesamiento visualEl nervio óptico de cada uno de los ojos se proyecta hacia el cerebro.Las fibras que componen cada uno de los nervios se encuentran en unestructura llamada quiasma óptico; aquí la mitad de las fibras de cadauno de los nervios se cruzan al otro lado y se unen a la otra mitad defibras que no se han cruzado. Estos paquetes de fibras constituyen eltracto óptico, que contiene fibras procedentes de ambos ojos y queahora se proyecta (vía el núcleo geniculado lateral, una estructura endonde se establece un relevo sináptico) a la corteza cerebral. Aquí esdonde se forman las “representaciones” internas del espacio visual quese encuentran alrededor nuestro. De forma similar a lo que ocurre conel tacto (Capítulo anterior) el lado izquierdo del mundo visual seencuentra en el hemisferio derecho y el lado derecho en el hemisferioizquierdo. Esta representación nerviosa tiene información de ambosojos de manera que las células situadas en las áreas visuales de laparte de atrás del cerebro (llamadas áreas V1, V2, etc.…) puedenresponder a las imágenes de cada uno de los ojos. Esto es lo que seconoce como visión binocular.La corteza visual está formada por un número de áreas que se ocupan delos distintos aspectos del mundo visual, tales como las formas, el color, elmovimiento, la distancia, etc. Sus células se distribuyen en columnas. Unconcepto muy importante sobre las células de la corteza visual es lo que seconoce como campo de recepción (la zona de la retina sobre la cual lacélula responderá al tipo de imagen para la que está especializada). En lazona V1, que es la primera etapa del procesamiento cortical, las neuronasresponden específicamente a líneas o bordes dispuestos en una posicióndeterminada. Un descubrimiento muy importante fue el saber que lasneuronas de una columna determinada responden todas al mismo tipo deorientación, mientras que las células de la columna vecina sólo responden alíneas que presentan un tipo de orientación ligeramente diferente y lomismo pasa con el resto de columnas de la zona V1. Todo esto significaque las células de la corteza visual tienen una organización intrínseca conrespecto a la forma de interpretar su percepción del mundo, aunque estaorganización no es ni mucho menos inmutable. La extensión por la que unacélula puede responder a la actividad del ojo derecho o izquierdo, cambiacon la experiencia. Como cualquier otro sistema sensorial, la corteza visualpresenta lo que conocemos como plasticidad.Torsten·WieselDavidHubelLos registros eléctricos de células de lacorteza visual (izquierda) realizados porDavid Hubel y Torsten Wiesel (arriba)han revelado ciertas característicassorprendentes. Estas característicasincluyen la selectividad sobre laorientación, la perfecta organización encolumnas (abajo) y la plasticidad delsistema. Estos hallazgos les sirvieronpara conseguir el premio Nóbel.Vía hacia lacortezaNúcleogeniculadolateral
  • 18. Investigación fronteriza¿Puedes ver si eres ciego? Seguramente no. Sinembargo, el descubrimiento de las diferentes áreasvisuales ha demostrado que alguna de nuestrashabilidades visuales ocurre sin que nosotros nos demoscuenta. Algunas personas que tienen dañada la cortezavisual primaria (V1) dicen que son incapaces de verciertos objetos dentro de su campo visual, pero cuandose les pide que cojan los objetos, que dicen que nopueden ver, lo hacen con una precisión remarcable.Este fenómeno, curioso pero fascinante, es lo que seconoce como “ceguera visual”. Probablemente, estefenómeno se deba a las conexiones paralelas que vandesde los ojos a otras áreas de la corteza.El hecho de que los objetos que uno ve cada díapasen desapercibidos es un fenómeno que lessucede también a personas normales. Cuandocharlamos con un pasajero mientras conducimos,nuestra conciencia está totalmente centrada en laconversación, sin embargo seguimos conduciendoperfectamente y somos capaces de parar en lossemáforos, así como evitar los obstáculos que se nosinterponen. Esta capacidad también constituye, encierto modo, un tipo de “ceguera visual” funcional.¿Son simplemente puntosnegros y blancos? Enprincipio es bastante difícil elpoder determinar los bordesy la superficie de la imagen.Pero una vez que sabéis quees un perro Dálmata laimagen salta a la vista. Elcerebro visual recurre alconocimiento interno parainterpretar esta escenapuramente sensorial.Los azulejos de este famoso café de Bristol(izquierda) son en realidad rectangulares, aunqueno lo parezcan. La organización de los azulejos creauna ilusión óptica debida a las complejasinteracciones inhibidoras y excitadoras, que seproducen sobre las neuronas encargadas deprocesar las líneas y los bordes. ¡El triangulo deKanizsa (derecha) en realidad no existe, aunqueesto no nos impide verlo! Vuestro sistema visual“decide” que un triangulo de color blanco seencuentra situado encima del resto de los objetos.que otras pueden ser relativamente sencillas y automáticas. Inclusolas decisiones más sencillas requieren una interacción entre lainformación sensorial y el conocimiento adquirido.El intrincado circuito visual es uno de los mayores puzzles que ha atraídola atención de muchos neurocientíficos. Los diferentes tipos neuronales seencuentran distribuidos a lo largo de las seis capas/láminas corticales,estableciendo entre si circuitos locales muy precisos, que sólo ahoraestamos empezando a comprender. Algunas de estas conexiones sonexcitadoras y otras inhibidoras. Algunos neurocientíficos han sugerido laexistencia de microcircuitos corticales canónicos, como los chips quecomponen los ordenadores. Sin embargo, no todo el mundo esta deacuerdo. Ahora pensamos que los circuitos que se establecen en unazona visual son similares a los que se establecen en otras, no obstante,existen pequeñas diferencias que son las que hacen que las distintaspartes del cerebro visual interpreten los diferentes aspectos del mundovisual. El estudio de las ilusiones visuales nos ha permitido comprenderlos tipos de procesado que se llevan a cabo en las diferentes fases delanálisis visual.Decisión e IndecisiónUna función clave de la corteza cerebral es su capacidad de formarimágenes y actuar con respecto a la información sensorial que recibenprovenientes de distintas fuentes. La capacidad de decisión es una partefundamental de esta característica. Lo cual sería el pensamiento,conocimiento o parte “cognitiva” del proceso. Las evidencias sensorialesson sopesadas y se toman decisiones (como responder o abstenerse) enrelación a las mejores evidencias obtenidas. Algunas de estas decisionesson muy complejas y requieren pensarse con detenimiento mientrasUna forma de intentar comprender las bases neuronales de lacapacidad de decisión, seria el dejar a una persona desarrollar susactividades cotidianas normales y registrar sus actividadesneuronales al mismo tiempo que realizan las diferentes actividades.Para ello deberíamos registrar la actividad de cada una de las 1011neuronas del cerebro. De esta forma, no solo tendríamos una grancantidad de datos, pero también un enorme trabajo para procesarlos.Y más complicado aun, seria la interpretación de todos estos datos.Parar entender el porqué, pensad por un momento en las diferentesrazones por las que la gente hace las cosas. Una persona que vemosque va hacia la estación, puede ir a coger un tren, a recoger a otrapersona o incluso solo a ver los diferentes trenes. Sin saber cualesson las posibles interacciones, seria muy difícil interpretar lascorrelaciones entre los signos de activación cerebral y elcomportamiento.Los neurocientíficos experimentales intentan mantener bajo unpreciso control experimental todo tipo de situaciones conductuales.Una forma de conseguirlo es el establecer unas tareas determinadas,en las que se asegura que los individuos experimentales lo hacen lomejor posible después de haber practicado extensamente y entoncesse monitorizan los resultados. La mejor tarea que puede elegirse esaquella que es lo suficientemente compleja para ser interesante, peroa la vez los suficientemente sencilla para ser capaz de analizar todolo que va ocurriendo en cada momento. Un buen ejemplo de ello esel procesado de la decisión visual que se toma ante la aparición deestímulos -a veces mas de uno- siendo la respuesta una decisiónsencilla (p.e. ¿Qué punto de luz es más grande o más luminoso?).Aunque la decisión es sencilla, implica toda una cadena de procesossobre la decisión visual. La información sensorial se adquiere y seanaliza, existen respuestas correctas e incorrectas y se establecenrecompensas dependiendo si la decisión es la correcta o no. Estetipo de investigación constituye en cierto modo la “física de la visión”.Decisiones sobre el movimiento y elcolorUn tema de gran interés es el saber como las neuronas implicadastoman decisiones con respecto al movimiento visual. Saber si unobjeto se mueve o no y en que dirección son criterios y juicios muyimportantes tanto para los humanos como para otros animales. Engeneral, el movimiento relativo es lo que indica si un objeto esdiferente del resto de los que le rodean. Las regiones del cerebrovisual implicadas en el procesado de la información del movimientoson regiones anatómicamente diferentes, tal y como se puedenidentificar mediante el estudio de los diferentes patrones de conexiónque se establecen entre las diferentes regiones, por medio del uso detécnicas de ----cerebral (Capitulo 14), así como por medio del registrointracelular de las actividades neuronales en animales y primates nohumanos.
  • 19. Sensibilidad al movimiento. A. Vista lateral del cerebro de un mono con la corteza primaria visual (V1) situada a la izquierday un área medial llamada MT ( también llamada a veces V5), en donde se encuentran las neuronas sensibles al movimiento.B. Una neurona sensible al movimiento en la cual los potenciales de acción (líneas verticales rojas) aparecenfrecuentemente cuando el movimiento se dirige en dirección noroeste pero aparecen escasamente cuando el movimiento esen la dirección contraria. Las diferentes columnas en las que las células se disponen en la MT (o V5) codifican paradiferentes tipos de dirección de movimiento. C Normalmente en estos experimentos de sensibilidad al movimiento se utilizauna pantalla de televisión en la cual unos puntos se mueven bien en direcciones aleatorias (0% coherencia) o bien todosen la misma dirección (100% coherencia). D. La elección del mono sobre la supuesta dirección en la que los puntos se vanmover aumenta al mismo tiempo que aumenta la coherencia del movimiento (línea amarilla). La micro estimulación eléctricade columnas encargadas de determinar una dirección diferente hace que ocurra un cambio drástico en la estimación de ladirección preferida (línea azul).Se han registrado las neuronas de esta área, MT o V5, en un monocuando realiza una tarea simple de decisión visual, en la que tiene quedeterminar el movimiento de los puntos. La mayoría de estos puntos sonmovidos de una forma aleatoria en distintas direcciones pero hay unpequeño número de ellos que se mueven de forma consistente en unasola dirección: arriba, abajo, izquierda o derecha. El observador tiene quedeterminar de forma general cual es el patrón de movimiento. La tarea sepuede hacer muy sencilla si se organiza que un gran porcentaje de lospuntos se muevan de forma consistente en una dirección en lugar dehacerlos moverse aleatoriamente, o por otro lado, se puede hacer muycomplicada si se disminuye la proporción de puntos que se mueven demanera consistente en una dirección. Se ha comprobado que la actividadde las neuronas en la región V5 reflejan exactamente la fuerza de la señaldel movimiento. Las neuronas de esta región responden de forma selectivaa direcciones de movimiento concretas, incrementando de formasistemática su actividad y precisión cuando los puntos se muevenpreferentemente en la dirección de movimiento a la que codifican.De manera sorprendente, algunas neuronas individuales detectan elmovimiento de los puntos de una forma tan perfecta como que elobservador, sea mono o humano, realiza el juicio conductual (movimientoglobal). La microestimulación de estas neuronas por medio de electrodospuede alterar y/o modificar el juicio que el mono establece sobre elmovimiento relativo. Dado el gran número de neuronas que son sensiblesal movimiento visual, uno esperaría que la decisión fuera el fruto de laactividad de múltiples neuronas en vez de solo unas pocas. Las decisionessobre el color funcionan de una forma similar (ver la ventana deInvestigación fronteriza en la siguiente hoja).El cubo de Necker, a nivel perceptual, estácambiando constantemente. La imagen retiniana nocambia, pero primero siempre vemos el cubo con laesquina superior izquierda próxima a nosotros yluego como si se alejara. Raramente se percibecomo un conjunto de líneas que se interceptan sobreuna superficie plana. Existen muchos tipos de figurasreversibles, algunas de ellas se han utilizado paraestudiar las señales nerviosas implicadas en la tomade decisiones del cerebro visual, con respecto adeterminar si existe algún tipo de conformación quepredomine.ParietalTemporalDorsalAnteriorCoherencia (%)ProporcióndeDecisionesPreferidas0% coherencia 50% coherencia 100%Coherencia
  • 20. Investigación fronterizaCélulas sensibles al color. Ciertas neuronas muestran distintos patrones de actividad dependiendo de las diferenteslongitudes de onda luminosas que reciben. Algunas de ellas responden mejor a las longitudes de onda largas, mientras queotras responden mejor a las cortas. Probablemente vosotros pensáis que esto es suficiente para la percepción del color, perono, no es así. Comparad los diferentes registros de la célula en la izquierda y la célula en la derecha. ¿Podéis ver ladiferencia?Derecha: Ésta es una célula realmente sensible al colorregistrada en la zona V4. Se activa con respecto al áreaen el Mondrian que es rojo y responde con menorintensidad a otras áreas. Este tipo de respuesta aparecea pesar de que las tres longitudes de onda seanreflejadas en cada uno de los patrones de color... El áreaV4 es, por tanto, el área del cerebro responsable de quepodamos percibir los colores, aunque algunosneurocientíficos tienen la sospecha que no es la únicaárea implicada.Izquierda: Éste es un inteligente diseño de color llamadoMondrian (se llama así en honor al artista Piet Mondrian). Estediseño es iluminado por diferentes combinaciones luminosas adiferentes longitudes de onda, de forma que cada panel decolor es reflejado con la misma mezcla de color, aunquenosotros siempre los percibamos como colores diferentes,debido fundamentalmente a la presencia de los otros patronesde colores. La célula en la izquierda, registrada en el área V1,muestra el mismo patrón de actividad en todos los casos, yaque no percibe el color, simplemente responde a la mismamezcla de longitudes de onda que se refleja en cada uno de lospatrones.GrisAzulVerdeRojoRojoVerdeAzulAmarilloSitios Internet: faculty.washington.edu/chudler/chvision.htmlhttp://www.ncl.ac.uk/biol/research/psychology/nsg.Ver es creerEl área V5 del cerebro se ocupa de más cosas que percibir elmovimiento de los estímulos visuales. En ciertos trucos visuales, talescomo el percibir el movimiento de un conjunto de puntos en unadirección u en otra, sólo por la percepción del movimiento de los puntosque la rodean, considerado como una ilusión óptica, las neuronas delárea implicada en la ilusión van a reaccionar y disparar de distintaforma dependiendo de si el movimiento es hacia la izquierda o laderecha. Si la dirección del movimiento es completamente aleatoria, lasneuronas que tienen preferencia hacia el movimiento a la derecha seactivarán y dispararán más en los ejercicios en donde el observador”determina que la señal del movimiento aleatorio va fundamentalmente ala derecha (y viceversa).Otros ejemplos sobre las decisiones u indecisiones visuales incluyenlas reacciones a objetos preceptúales ambiguos tales como el cubo deNecker (Figura de la página anterior). Con estímulos de este tipo, elobservador siempre está sometido a una indecisión continúa fluctuandode una interpretación a otra. Se puede experimentar una rivalidadsimilar si el ojo izquierdo ve un patrón de rayas verticales, mientras queel ojo derecho ve un patrón de rayas horizontales. El resultado de estetipo de percepción es lo que se conoce como rivalidad binocular, en laque el observador dice en primer lugar que el patrón de líneas esvertical, luego dice que es horizontal para finalmente volver a decir quees vertical. Una vez mas las diferentes áreas de la corteza visualreflejan cuando la percepción del observador cambia de horizontal avertical.Nuestro mundo visual es sorprendente. La luz que entra por los ojosnos permite apreciar el mundo que nos rodea, desde los más simplesobjetos hasta las más complejas obras de arte que nos atraen ysorprenden. En este proceso están implicados millones y millones deneuronas, con funciones que van desde la simple respuesta a unadeterminada longitud de onda luminosa por un fotorreceptor de laretina a la compleja decisión de si algo dentro de nuestro mundo visualestá en movimiento, lo que es efectuado por las neuronas del área V5.Todo esto ocurre dentro de nuestro cerebro de forma normal y sinesfuerzo aparente. Realmente no entendemos todos los procesos queocurren, sin embargo los neurocientíficos están haciendo grandesdescubrimientos.Colin Blakemore ha contribuidonotablemente a la comprensión decómo el sistema visual se desarrolla.Incluyendo estudios pioneros queutilizan los cultivos celulares paraestudiar las interacciones entre lasdistintas vías visuales en el cerebro delembrión (izquierda). A la derecha,podemos ver unos axones (tenidos enverde) saliendo de la corteza endesarrollo que se cruzan con otrasfibras (tenidas en naranja) que seestán extendiendo y dirigiendo hacia lacorteza.
  • 21. MovimientoImaginaros cómo coger un balón. ¿Parece fácil verdad? Asílo parece, pero para realizar incluso un movimiento tansencillo vuestro cerebro tiene que realizar cosasremarcables. Normalmente damos todo por hecho, aunquehay muchas cosas que se deben tener en cuenta como: ¿Elbalón es ligero o pesado? ¿De que dirección procede y aque velocidad viene? Para todo ello se precisa lacoordinación. ¿Cómo somos capaces de coordinar nuestrasextremidades para recoger el balón y de qué forma seríamejor? Y luego está la ejecución del proceso: ¿Se dirigenvuestros brazos al sitio correcto y vuestros dedos se cierranpara cogerlo en el momento apropiado?En la actualidad, los neurocientíficos saben que existenmuchas áreas del cerebro implicadas. La actividad neuronalde estas diferentes áreas se combina para dar origen a unacadena de mando (una jerarquía motora). Desde la cortezacerebral y los ganglios básales hasta el cerebelo y la médulaespinal.La unión neuromuscularEn la base de la jerarquía motora, en la médula espinal,cientos de neuronas especializadas llamadas motoneuronasaumentan su actividad así como su frecuencia de disparo.Los axones de estas neuronas proyectan hacia los músculosen dónde activan las fibras contráctiles de los músculos. Lasramas terminales de los axones de cada una de lasmotoneuronas forman unas uniones neuromuscularesespecializadas sobre un número limitado de fibras en unmúsculo (ver la figura abajo). Cada potencial de acciónoriginado en la motoneurona produce la liberación delneurotransmisor en el terminal nervioso y origina elcorrespondiente potencial de acción en las fibrasmusculares. Cuando esto ocurre se produce, en las fibrasmusculares, una liberación de iones de Ca2+ de lasestructuras intracelulares de almacenamiento. Y esto originala contracción de las fibras musculares produciendo fuerza ymovimiento.Los procesos eléctricos que ocurren en el brazo pueden serregistrados por medio de un amplificador, incluso a través de lapiel, y estos registros electromiográficos (EMGs) pueden serutilizados para determinar la actividad de cada uno de losmúsculos (ver figura arriba).La médula espinal juega un papel muy importante en el control delos músculos por medio de diferentes vías de reflejos. Entre ellosestán los arcos reflejos (reflejos de retirada) que os protegen deobjetos punzantes, afilados o calientes, y los reflejos deestiramiento que juegan un papel importante en la postura. Elfamoso reflejo de estiramiento de la rodilla es un ejemplo de estosreflejos de estiramiento, y es bastante especial ya que sólo implicaa dos tipos de células nerviosas (las neuronas sensoriales queinforman de la extensión del músculo, conectadas por medio desinapsis a las neuronas motoras que son las que inducen elmovimiento). Estos reflejos se combinan con otros más complejos,dentro de los circuitos espinales originando comportamientos máso menos complejos, tales como el movimiento rítmico de lasextremidades cuando andamos o corremos.Las neuronas motoras son la vía común final a los músculos quemueven vuestros huesos. El cerebro se encuentra ante unasituación compleja cuando tiene que controlar la actividad de estascélulas. ¿Qué músculos tiene que mover para conseguir unasituación determinada, cuánto y en qué orden?Para hacer que los músculos se contraigan, los nervios formanunos contactos especializados e individuales con las fibrasmusculares en las uniones neuromusculares. Según se vandesarrollando, múltiples fibras nerviosas se dirigen a cada fibramuscular, sin embargo y debido a un proceso de competición entrelas neuronas, al final sólo queda una de ellas. Cuando sólo resta unnervio, entonces se produce la liberación del neurotransmisoracetilcolina que actúa sobre detectores moleculares especializadossituados en la placa motora teñido en rojo). Esta imagen se hatomado utilizando microscopia confocal.Registros de la actividad eléctrica asociada con los músculos(actividad electromiográfica).Nivel de fuerzaSeñal EMG100msLa cima de jerarquía-la corteza motoraEn el extremo opuesto de la jerarquía motora, en la cortezamotora, se realizan un desorbitante número de cálculos por variasdecenas de miles de neuronas para cada parte del movimiento.Todos estos cálculos hacen que el movimiento se realiza de unaforma sencilla y perfecta. Entre la corteza cerebral
  • 22. y las motoneuronas de la médula espinal, existen diversas áreas críticasdel tronco cerebral combinan la información ascendente de lasextremidades y los músculos provenientes de la médula espinal con lainformación descendente proveniente de la corteza motora.Justo por delante de la corteza motora la importante cortezapromotora, que está implicada en la planificación de acciones,preparar los circuitos espinales para el movimiento y en procesos queestablecen la relación entre ver movimientos y comprender gestos.Recientemente, se ha descubierto en monos, sorprendentemente, laexistencia de las neuronas espejo, que responden cuando el monove el movimiento de una mano así como cuando el mismo realiza unmovimiento similar. Las neuronas espejos serían, por tanto,importantes para la imitación de movimientos como para lacomprensión de las acciones. Detrás de la corteza motora, en lacorteza parietal, diferentes áreas corticales están implicadas en larepresentación espacial del cuerpo y de las percepciones visuales yauditivas que nos rodean.Las diferentes regiones implicadas en control delmovimientoUn experimento sobre elmovimiento¿Quién me mueve? Intenta realizar este experimento con unamigo. Coge un libro relativamente pesado y situado en lapalma de tu mano derecha. Ahora levanta el libro de tumano derecha con tu mano izquierda. Tu tarea consiste enmantener tu mano derecha sin moverla. Ésto debería serbastante fácil. Ahora inténtalo de nuevo, manteniendo tumano totalmente inmóvil mientras tu amigo levanta el librode tu mano. Muy poca gente puede hacerlo. No tepreocupes; se precisan muchos intentos para poder obtenerel mismo resultado que cuando lo haces tu mismo.Este experimento ilustra el hecho que la cortezasomatosensorial de tu cerebro tiene más conocimiento einformación de lo que haces tú mismo que la que recibecuando ve a otros actuar par iniciar tus acciones.Los ganglios básalesCerebeloGanglios Básales (interior)Corteza parietalCorteza motoraCortezapremotoraLa corteza motora es una fina banda de tejido que se extiende a travésde la superficie cerebral, directamente por delante de la cortezasomatosensorial (ver p. 12). Aquí existe un mapa complejo del cuerpo:las células nerviosas que causan el movimiento (por medio deconexiones con las motoneuronas de la médula espinal) se encuentranorganizadas topográficamente. Por medio de la utilización deelectrodos de registro, es posible detectar que las neuronas decualquier parte de este mapa se activan aproximadamente 100milisegundos antes de que la actividad sea detectada en el músculo. Elsaber qué es lo que se codificaba en la corteza motora ha sido causade un gran y largo debate (las células en la corteza codifican lasacciones que la persona quiere realizar o individualmente para losmúsculos que se necesitan contraer para realizar dichas acciones). Larespuesta a esta pregunta es en cierto modo diferente. Las neuronasde forma individual no codifican para ninguna de las dos, sino que seutiliza un código de poblaciones, cuyas acciones son especificadas porla actividad y disparos de un conjunto de neuronas.Parece ser que hay un mapa que incluye donde se encuentran nuestrasextremidades así como donde se encuentran los objetivos que nosinteresan con respecto a nosotros. Del daño producido en estas áreas, porejemplo después de un infarto cerebral, se pueden inducr dificultades paraalcanzar objetos o incluso negligencia u omisión de partes del mundo quese encuentra a nuestro alrededor. Los pacientes con la llamada negligenciaparietal son incapaces de detectar objetos (normalmente en su ladoizquierdo) e incluso algunos individuos ignoran la parte izquierda de sucuerpo.“...las neuronas espejo harán por la psicología lo que el ADN hizo por la biología:Proveerán un marco unificador y nos ayudarán a explicar un gran número dehabilidades mentales que hasta ahora han sido misteriosas e inaccesibles a laexperimentación. Son el gran paso en la evolución del cerebro de los primates”. V.S.Ramachandran.Los ganglios básales son un conjunto de áreas directamenteinterconectadas y situadas por debajo de la corteza cerebral enlas profundidades de los hemisferios cerebrales. Son crucialespara la iniciación de los movimientos,
  • 23. SustanciaNegra (SN)aunque la manera en la que lo hacen no está clara todavía. Losganglios básales funcionan más o menos como un filtro,seleccionando la información de entre todos los impulsos quereciben de la parte anterior media de la corteza (las regionessensorial, motora, porefrontal y límbica). Los impulsos de salida delos ganglios básales a su vez alimentan de vuelta (feed-back) a lasdiferentes áreas de la corteza motora.Una enfermedad motora relativamente común en humanos es laenfermedad de Parkinson, y se caracteriza por la presencia detemblores y dificultad a la hora de iniciar los movimientos. Es comosi el filtro selectivo que existe en los ganglios básales se bloqueara.El problema que ocurre es la degeneración de las neuronas situadasen un área del cerebro que se llama sustancia negra (se llama asíporque tiene una apariencia negra), cuyos largos axones proyectany liberan el neurotransmisor dopamina en los ganglios básales (verla ventana de investigación fronteriza abajo). La organización de losaxones con dopamina en sus neuronas dianas en los gangliosbásales es muy complicada e intrincada, lo que sugiere unaimportante interacción entre los diferentes neurotransmisores. Eltratamiento con la droga L-Dopa, que una vez en el cerebro setransforma en dopamina, recupera los niveles normales dedopamina y permite recuperar el movimiento (ver Capitulo 16). Secree que los ganglios básales son también importantes para elaprendizaje, permitiendo la selección de acciones que conducen a larecompensa.El cerebeloEl cerebelo es fundamental para losmovimientos precisos y coordinados. Esuna maravillosa máquina neuronal cuyacompleja arquitectura celular estáorganizada en gran detalle. Al igual quelos ganglios básales, está conectadoextensivamente con las áreas implicadasen el control motor, así como conestructuras del tronco cerebral. El dañoen el cerebelo induce movimientospobremente coordinados, pérdidas deequilibrio, ralentización del habla y ciertasdificultades cognitivas. ¿Os suenafamiliar? El alcohol tiene un efecto muypoderoso sobre el cerebelo. El cerebeloes también fundamental para elaprendizaje y la adaptación motora. Casila totalidad de las acciones voluntariasdependen del control preciso de loscircuitos motores, y el cerebelo esfundamental para un ajuste óptimo, porejemplo, la sincronización.en movimiento, la programación de los movimientos devuestras extremidades y el ajuste de los reflejos de lapostura de vuestro brazo. En todas las etapas, vosotrosnecesitáis integrar toda la información sensorial en lacorriente de señales que se dirigen a vuestros músculos.Una célula de Purkinje del cerebelo mostrando laextensa arborización de su árbol dendrítico. Este árbolles sirve para recibir la miríada de impulsos que serequieren para la sincronización de los movimientosprecisos que aprendemos.Una historia inesperada sobre la dopaminaLa química que se encuentra en las acciones y en lascostumbres implica al neurotransmisor dopamina, lacual se libera sobre las neuronas de los gangliosbásales donde actúa sobre receptores metabotrópicos(Capitulo 3). Ahí funciona de dos formas, como unincentivo para actuar y como una señal derecompensa para actuar apropiadamente. Undescubrimiento intrigante es que los niveles dedopamina son incluso más elevados cuando larecompensa es inesperada. Esto significa que lasneuronas dopaminérgicas se activan y disparanmucho más en una etapa del aprendizaje en donderealmente ayuda la administración de un refuerzo alsistema motor por haber producido la respuestaadecuada. Los movimientos pueden entonces seragrupados en una secuencia por medio de laliberación de sucesivas descargas de dopamina. Mastarde, sobre todo si los movimientos complejosdevienen habituales, el sistema funciona de maneralibre sin necesidad de la recompensa de dopamina.En este preciso momento, si los movimientos tienenque se sincronizados de manera precisa, es entoncesdonde el cerebelo empieza a intervenir.Investigación FronterizaGanglios básalesCaudadoSNAferenciascorticalesAferenciadopaminérgicaNeuronaestriatal10.000 Terminalescorticales1.000 Sinapsisdopaminérgicasen espinasdendríticasTiene una organización cortical muy regular y parece haberevolucionado de manera que combina conjuntamente una grancantidad de información proveniente de los sistemas sensoriales,áreas corticales motoras, médula espinal y tronco cerebral. Laadquisición de movimientos precisos depende de un proceso deaprendizaje celular llamado depresión a largo termino (DLT), elcual reduce la fuerza de algunas de las conexiones sinápticas(ver el capitulo sobre Plasticidad). Existen numerosas teoríassobre la función del cerebelo; muchas implican la idea de quegenera un “modelo” de cómo funciona el sistema motor (un tipode simulador de realidad virtual de vuestro propio cuerpo perodentro de vuestra cabeza). Construye este modelo usando laplasticidad sináptica incluida dentro de esta red tan compleja. Asíque ahora volved a lanzar el bacón de nuevo y daros cuenta quecasi todos los niveles de la jerarquía motora se encuentranimplicados, desde la planificación de la acción con respecto alobjetivo visualAprende un poco sobe la historia de como los neurocientíficos descubrieron el control de los movimientos en:http://www.pbs.org/wgbh/aso/tryit/brainPutamen
  • 24. El desarrollo delsistema nerviosoEl plan básico del cerebro es virtualmente idéntico de persona apersona y relativamente similar en todos los mamíferos. Estádeterminado genéticamente, pero los pequeños detalles de lasdiferentes redes están influidos por la actividad eléctrica delcerebro, especialmente durante las primeras fases de la vida. Sucomplejidad es tan grande que todavía estamos lejos decomprender como se desarrolla el cerebro, no obstante,recientemente han aparecido nuevas pistas debido a larevolución genética.Coged un óvulo fertilizado y seguidlas instruccionesEl cuerpo humano y el cerebro se desarrollan a partir de unasola célula, un óvulo fertilizado. ¿Pero cómo? El principio quegobierna la biología del desarrollo explica que el genoma es unconjunto de instrucciones para crear los diferentes órganos delcuerpo, no un plano. El genoma son los más o menos 40.000genes que regulan el proceso. El llevar a cabo estasinstrucciones es comparable al arte chino de la papiroflexia. Unconjunto de procesos tales como plegar, doblar y desplegar creauna estructura, que si fuera un plano necesitaría de la realizaciónde múltiples dibujos y/o bocetos. Todo empieza con el embrión,un pequeño conjunto de instrucciones genéticas que es capaz degenerar la enorme variedad de células y conexiones del cerebrodurante el desarrollo.Sorprendentemente, muchos de nuestros genes son homólogoscon los de la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster. Enrealidad, gracias a los estudios realizados en la mosca de lafruta, fueron descubiertos por primera vez la mayoría de losgenes que son importantes para el desarrollo del sistemanervioso. Los neurocientíficos que estudian el desarrollo delcerebro estudian una gran variedad de animales (pez cebra,rana, pollo y ratón) cada uno de ellos muestra ciertas ventajaspara el estudio de determinados procesos moleculares ycelulares. El embrión del pez cebra es transparente, permitiendola visualización bajo el microscopio de las células durante eldesarrollo. Los ratones se reproducen rápidamente, su genomaha sido analizado y totalmente secuenciado. Las ranas y lospollos son más complicados para los estudios genéticos, pero elgran tamaño de sus embriones nos permite realizarmanipulaciones microquirúrgicas, tales como examinar que es loque pasa cuando las células son emplazadas anormalmente enlugares distintos a su ubicación habitual.Los primeros pasos…El primer paso del desarrollo del cerebro es la división celular.Otro paso clave del proceso es la diferenciación celular en dondelas células, individualmente, dejan de dividirse y adoptan unascaracterísticas determinadas, tales como las de neuronas océlulas gliales. La diferenciación produce una ordenaciónespacial. Los distintos tipos de neuronas migran a sus diferentesdestinos estableciendo un patrón de organización.El primero de estos procesos de organización, en humanos,ocurre durante la tercera semana de gestación cuandoLa placa neural se pliega formando el tubo neural. A. Unembrión humano tres semanas después de la concepción.B. (siguiente pagina) la fosa neural da lugar a la superficiedorsal del embrión. C. (arriba) unos días después el embrióndesarrolla una cabeza que se dobla hacia el polo anterior.La placa neural permanece abierta en ambos extremos,cabeza y cola, pero se cierra en la zona intermedia. D, E, F.Diferentes niveles a lo largo del eje que va de la cabeza a lacola.
  • 25. el embrión está formado sólo de dos placas de células en división. Unpequeño grupo de células, situada en la superficie superior de estabicapa, es el responsable de la formación total del cerebro y de lamédula espinal. Estas células adoptan la forma de una raqueta detenis creando una estructura llamada placa neural; la parte anteriorformará el cerebro, mientras que la parte posterior se convertirá en lamédula espinal. Las señales que gobiernan el destino de estascélulas provienen de la capa inferior que dará lugar a la formación delesqueleto medio y los músculos del embrión. Las diferentes regionesdel sistema nervioso en desarrollo expresan diferentes tipos de genes,que serán los encargados de crear las diferentes áreas del cerebroanterior, medio y caudal, con distinta arquitectura celular y distintasfunciones.EnrollándoseUna semana después, la placa neural se enrolla hacia arriba,cerrándose y formando un tubo que se hunde en el interior del embrión,en donde se rodea de la futura epidermis. Durante las siguientessemanas se producen cambios mucho más dramáticos que incluyencambios en la forma, división, migración y adhesión entre células. Porejemplo, el tubo neural se pliega de manera que la región de la cabezase dobla en ángulo recto hacia la región del tronco. Este patrónprogresa delicadamente.La morfogénesis del cerebro humano entre las 4semanas (A) y 7 semanas (B) después de la concepción.Hay diferentes regiones que se desarrollan y se pliegan alo largo del eje que va de la cabeza a la cola.Surco neuralCresta neural26 Días28 Días35 Días49 Días
  • 26. Conoced vuestra posición en la vidaEl principio básico de la organización es que las células conocensu posición con respecto a los principales ejes del sistemanervioso, de delante a atrás y de arriba abajo. De hecho, cadacélula conoce sus situación con respecto a estas coordenadas, dela misma forma que una persona observando un mapa conoce suposición y distancia con respecto a un punto determinado. Laforma en la que este proceso funciona es porque el embriónestablece un número de regiones polarizadas localizadas, dentrodel tubo neural que segregan moléculas de señalización. En cadacaso, las moléculas difunden desde su punto de origen creando ungradiente de concentración que depende de la distancia. Unejemplo de este mecanismo detector de la posición es el eje dorso-ventral (de arriba abajo) de la médula espinal. La parte de abajodel tubo neural expresa y segrega un proteína llamada “Sonichedgehog”. “Sonic hedgehod” se difunde desde el suelo de laplaca y afecta a todas las células situadas en el eje dorsoventral,dependiendo de su distancia relativa al suelo. Cuando están cercadel suelo “Sonic hedgehod” induce la expresión de un genespecífico que determina la formación de un tipo particular deinterneurona. Cuando están más lejos, la concentración menorinduce la expresión de otro gen que determina la formación de lasmotoneuronas.Quedándose quieto o sabiendo dondevaisUna vez que la neurona adquiere su identidad individual y deja dedividirse, empieza a extender su axón a partir de una estructuracónica llamada cono de crecimiento. De la misma forma que unguía de montaña está especializado en moverse y desplazarse através del tejido, utilizando sus habilidades para encontrar la víamás favorable. Cuando realiza esta operación lleva tras de si alaxón, como si fuera un perro tirando de su correa. Una vez quellega al objetivo, el cono de crecimiento pierde su poder y forma lasinapsis. La guía axonal es un ejercicio fantástico de navegación,extremadamente preciso en distancias cortas o largas. No sóloporque es capaz de llegar a su objetivo, sino porque para ello tieneque pasar por zonas abarrotadas con otros conos de crecimientoque se dirigen a diferentes destinos. Durante su trayecto y con elfin de ayudarles a encontrar su destino existen pistas y/o fuerzasque los atraen (+) o repelen (-), sin embargo, los mecanismosmoleculares de estas pistas se desconocen.Esculpiendo la actividad eléctricaAunque la organización y conectividad de las neuronas seestablece con gran precisión desde el principio, las conexionesdefinitivas de ciertas partes del sistema nervioso sufren un ulteriorajuste dependiente de la actividad, induciendo la eliminación deaxones y la muerte de neuronas. Estas eliminaciones puedenparecer una pérdida de energía, pero no siempre es posible odeseable crear un cerebro completo y perfecto desde el principio.En este sentido, la evolución ha sido siempre considerada comoun escultor o moldeador. Por ejemplo, el mapeo punto a punto,requerido para la agudeza visual, entre las neuronas del ojo y elcerebro se obtiene en gran parte gracias a la influencia de los patronesde actividad eléctrica que existen en la retina. En un principio, seestablecen un grupo numeroso y exuberante de conexiones durante unperiodo crítico, después del cual el patrón básico del sistema visual secompleta, a las ocho semanas en monos y alrededor del año enhumanos. Una pregunta que nos intriga a todos es el saber si estosprogramas de desarrollo temprano pueden ser re-activados en el casode una pérdida neuronal patológica, como en las enfermedades deAlzheimer y Parkinson, o en el caso de lesiones de la médula espinalque conducen a la parálisis. En este último caso, los axones puedenser estimulados para que crezcan de nuevo, sin embargo, lo que aunsigue investigándose es el saber si son capaces de establecer nuevasconexiones y si estas son funcionales.La revolución genómicaÚltimamente estamos adquiriendo de una manera muy rápida unaespecie de catálogo de los genes que se necesitan para construir uncerebro. Gracias al inmenso potencial de la biología molecular podemoscomprobar la función de los genes modificando y modulando suexpresión en cualquier momento del desarrollo, según nos interese. Elobjetivo actual más importante es el determinar la jerarquía genéticaque convierte una lámina de células en un cerebro funcional. Es uno delos grandes retos de las neurociencias.Existen varios tipos de pistas que sirven para guiar a lasneuronas (azul) según extienden sus axones y conos decrecimiento. Existen pistas locales (cercanas) y lejanasque pueden ser atrayentes (+) y/o repelentes (-) para elcono de crecimiento. En la figura se indican algunosejemplos de estas pistas moleculares.Investigación FronterizaLas células madres son unas células delcuerpo que tienen el potencial demodificarse y crear distintos tipos decélulas. Algunas de ellas llamadascélulas madre embriónicas proliferan muytemprano durante el desarrollo. Otras seencuentran en la médula ósea y en elcordón umbilical que conecta a la madrecon el hijo. Los neurocientíficos estánintentando descubrir si estas célulasmadre podrían ser utilizadas para repararlas células dañadas en el cerebro adulto.Actualmente, la mayoría de este trabajode investigación se realiza en animales,pero la esperanza es que se puedanutilizar en humanos con el fin de repararlas áreas del cerebro afectadas por laenfermedad, como la sustancia negra enel caso de la enfermedad de Parkinson.Quimiorepulsión(semaforinas)Quimioatracción(netrinas)Conos decrecimientoAtracción (+) y repulsión (-) al contacto(Caderinas) (Efrinas)Durante ciertas fases del desarrollo se añaden 250.000 células por minuto a nuestrocerebro. Para leer más sobre ello: http:// faculty.washington.edu/chudler/dev.htmlhasta llegar a conferir la identidad individual de las jóvenesneuronas. Sin embargo, las cosas pueden ir mal. Por ejemplo, si eltubo neural no se cierra, entonces se produce lo que se conocecomo espina bífida, una alteración que afecta fundamentalmente a laparte inferior de la médula espinal, aunque no pone en riesgo la vidadel individuo que la padece. Por el contrario, si es la cabeza la queno llega a cerrarse, se produce una ausencia total de organizacióndel cerebro, creándose una condición llamada anencefalia.
  • 27. DislexiaLa capacidad de organizar las letras y los sonidos de maneracorrecta depende tanto de los mecanismos visuales como auditivos.Para las palabras que no nos son familiares, y la mayoría de ellasno lo son para el lector principiante, cada letra se debe identificar ysituar en el orden correcto. Este proceso no es tan fácil comoparece, ya que los ojos deben efectuar pequeños movimientosyendo de una letra a otra. Las letras se identifican cada vez que elojo fija su visión en ellas, sin embargo, el orden se establece pordonde el ojo se fija cada vez que ve una letra. Lo que el ojo vedebe ser integrado con señales motoras del sistema de movimientoocular y normalmente es con este proceso de integración visualmotora que los disléxicos tiene problemas.La lectura depende totalmente en ser capaz de distinguir lossímbolos visuales alfabéticos, la ortografía de cualquier lenguajeque el niño esté aprendiendo y el escuchar los diferentes sonidosde las palabras en el orden correcto. Este proceso implica laextracción de lo que conocemos como estructura fonética, deforma que los símbolos son traducidos en los sonidos apropiados.Desgraciadamente, los disléxicos son lentos a la hora de analizarlos caracteres ortográficos y fonéticos de las palabras.Aprendiendo a leer¿Os acordáis de lo difícil que fue aprender a leer? A diferencia delhabla, cuyos origines evolutivos son bastante antiguos, la lectura yla escritura son descubrimientos humanos bastante recientes.Probablemente, sólo haga más o menos mil años que lasdiferentes comunidades establecidas de forma dispersa alrededordel mundo se percibieron que las miles de palabras habladas secomponen de un número reducido de sonidos independientes (eninglés son 44 fonemas) y que éstos se pueden, incluso,representar con un número menor de símbolos visuales. Elaprendizaje de estos símbolos lleva mucho tiempo y algunos niñostienen serias dificultades para aprenderlos. Esto no es debido aque no sean inteligentes sino, simplemente al hecho de que suscerebros tienen dificultades en adquirir los requisitos necesariospara la lectura. Normalmente, 1 de cada 10 de nosotros ha sufridoesta condición que actualmente se conoce con su nombreneurológico, dislexia.El control visual del movimiento del ojo se realizafundamentalmente por una red de neuronas conocida como elsistema magnocelular. Se llama así porque las neuronas (células)son muy grandes (magno). Esta red se puede seguir desde laretina, pasando por la vía que lleva a la corteza cerebral y cerebelo,hasta las motoneuronas de los músculos oculares. Estáespecializada en la respuesta a los estímulos en movimiento, por lotanto, su papel es el de identificar los objetos en movimiento. Unacaracterística importante de este sistema es la generación deseñales de movimiento, durante la lectura, cada vez que los ojos sedesplazan de las letras que supuestamente están fijando. Estaseñal de error de movimiento es enviada de vuelta al sistema delmovimiento ocular, haciendo que el ojo vuelva a su objetivo. Elsistema magnocelular juega un papel crucial ayudando a los ojos afijarse de manera estable y exacta en cada letra de una en una ypor tanto determinando su orden.PERROAnalizadorvisualLetrasseparadasPalabracompletaP/E/R/R/OAnálisis fonológicoPERROAnálisis visual directoSignificado(semántica)Los movimientos oculares durante la lectura. Losmovimientos de arriba abajo del registro secorresponden con la izquierda y derecha.DislexiaNormalMal lector1 secColoración histológica del núcleo geniculado lateralmostrando la buena organización de las célulasparvocelulares y magnocelulares en una persona normaly su desorganización en una persona disléxica.Capa parvocelularCapa Magnocelular100μmControl DisléxicoLa Dislexia es muy común. Los niños que la padecen no soncapaces de entender porque encuentran tan difícil la lecturacuando otros de sus amigos con la misma inteligencia laencuentran tan fácil, la dislexia les hace sentirse realmente mal.Muchos niños pierden la confianza y les hace caer en una espiralnegativa que lleva a la frustración, rebelión, agresión e incluso a ladelincuencia. No obstante, una enorme cantidad de disléxicosdesarrollan grandes habilidades en otras actividades, como eldeporte, la ciencia, la informática, el comercio y el arte, siempre ycuando sus problemas con la lectura no les hayan afectado a sumotivación y a su auto-estima. Por todo ello, la comprensión de lasbases biológicas de la dislexia no es sólo importante por laenfermedad sino también para evitar todos los sentimientos yreacciones negativas. El comprender mejor el proceso de la lecturanos puede conducir a superar o tratar el problema.
  • 28. Poniendo los sonidos en el ordenadecuadoMuchos disléxicos también muestran dificultad para poner el sonido delas letras en el orden adecuado por lo que también tienen tendencia apronunciar de manera errónea las palabras (como decir “lollypop comopollypop”), así como gran dificultad con los trabalenguas. Cuando seponen a leer son mucho más lentos y son inexactos a la hora detransformar las letras en los sonidos que representan. Al igual que losproblemas visuales, esta deficiencia fonológica puede tener su origenen una ligera deficiencia de las capacidades auditivas básicas.Nosotros distinguimos los sonidos de las letras, llamados fonemas,porque detectamos las diferencias que existen en la frecuencia eintensidad del sonido que las caracteriza. La detección de estasmodulaciones acústicas se realiza por un sistema de neuronas de grantamaño que detecta cambios en la frecuencia e intensidad del sonido.Cada vez existen muchas más pruebas de que estas neuronas no sedesarrollan peor en disléxicos que en lectores normales y por tanto, loslímites que existen entre sonidos similares, como “b” y “d” son másdifíciles de escuchar (ver la Figura).Muchos disléxicos muestran un desarrollo alterado de las células delcerebro, yendo más allá de los problemas visuales y auditivos quemuestran leyendo. Estos problemas en el desarrollo de neuronasafectan fundamentalmente a redes cerebrales especializadas endetectar cambios temporales. Todas las células tienen las mismasmoléculas en su superficie por las que se reconocen y establecencontactos entre ellas, pero puede que alguna de ellas las haga másvulnerables al ataque de los anticuerpos.El sistema magnocelular inerva extensamente el cerebelo (ver Capítulo7 sobre el movimiento). Sorprendentemente, algunos disléxicos sonextremadamente torpes y¿Qué se puede hacer?Existen múltiples tratamientos para la dislexia, cada uno de ellosjustificando las distintas hipótesis sobre las alteraciones que lacausan. Algunos se centran en la hipótesis magnocelular, mientrasque otras distinguen ente dos tipos de alteraciones, la dislexiasuperficial y la dislexia profunda, que requerirían tratamientosdiferentes. No obstante, todos los tratamientos se basan en eldiagnostico temprano.Los científicos no siempre coinciden en todas las cosas y laelección del mejor tratamiento para la dislexia forma uno de estosdesacuerdos. Recientemente, se ha sugerido que los problemaspara procesar los sonidos en algunos disléxicos originan unaprendizaje erróneo de los sonidos como consecuencia de losprocesos plásticos normales del cerebro. La idea es que los niñospor medio de la utilización de juegos de ordenador, en los cualespueden oír más despacio los sonidos con los que tienen dificultad,presentándose así los límites fonéticos son más claros, puedenreencauzar y disminuir estas alteraciones. Posteriormente y deforma gradual los sonidos son presentados de forma más rápida.Se cree que este tratamiento funciona muy bien, no obstante setienen que realizar todavía varias pruebas de maneraindependiente con el fin de confirmarlo. Lo que es científicamenteinteresante con respecto a esta idea es que procesos cerebralesperfectamente normales interaccionan con anormalidadesgenéticas tempranas, exagerando sus efectos. Es un ejemplosorprendente de cómo los genes y el medioambiente puedeninteraccionar.Los Neurocientíficos han descubierto que el sistema visualmagnocelualr se encuentra ligeramente afectado en los disléxicos. Unaforma de constatar este tipo de alteraciones es mediante el análisismicroscópico del cerebro (ver Figura en la página anterior), además lasensibilidad de los disléxicos al movimiento visual es peor que la de loslectores normales, mostrando en respuesta a los estímulos demovimiento unas ondas cerebrales anormales. La proyección deimagen cerebral ha mostrado que en regiones sensibles al movimientovisual existen patrones anormales de activación funcional (ver elCapitulo 15 sobre proyección de imagen cerebral). El control del ojo endisléxicos es menos estable, por lo que normalmente se quejan de quelas letras se mueven e intercambian su posición cuando intentanleerlas. Estas confusiones visuales se deben probablemente a un fallodel sistema visual magnocelular para estabilizar los ojos, tal y como sehace en los lectores normales.su escritura es normalmente bastante mala. La proyección deimagen (ver página 41) y los estudios metabólicos del cerebelohan sugerido que su función se puede encontrar alterada en losdisléxicos, siendo ésta la razón de sus dificultades al escribir.Algunos neurocientíficos consideran que el cerebelo se encuentraimplicado no solamente en la ejecución de movimientos, como laescritura y el habla sino también, en la planificación cognitiva. Siesto es cierto, entonces la alteración de la función del cerebelosería un factor añadido a los problemas de lectura, escritura ydeletreo.Es muy importante el remarcar que los disléxicos pueden serincluso mejores que los buenos lectores en ciertas percepciones,tales como la distinción de colores y la discriminación de formas.Esto puede explicar el porqué algunos disléxicos son mejoresasociando distintos fenómenos. Recordad que Leonardo da Vinci,Hans Christian Andersen, Edison y Einstein, así como otrosgrandes artistas e inventores eran disléxicos.Frecuencia(Hz)Tiempo(msec)Sitios Internet sobre dislexia y dificultades de aprendizaje:http://www.sfn.org/content/Publications/BrainBriefings/dyslexia.htmlhttp://www.learningdisabilities.com/programs.shtml
  • 29. PlasticidadA lo largo de nuestra vida nuestro cerebro va cambiando demanera constante. Esta capacidad del cerebro para cambiar es loque se llama plasticidad (por su analogía con los modelos deplastelina, los cuales se pueden cambiar de formaconstantemente). No se puede cambiar todo el cerebro, pero lasneuronas que lo componen pueden modificarse por diferentesrazones, durante el desarrollo cuando somos jóvenes, comorespuesta a una lesión cerebral, así como durante el aprendizaje.Existen varios mecanismos de plasticidad, de los cuales el másimportante es la plasticidad sináptica que es la capacidad que lasneuronas tienen para alterar su capacidad de comunicación entreellas.Moldeando nuestro futuroComo ya veremos más adelante en el último capítulo, lascomunicaciones entre las neuronas a edad temprana requierenuna sintonización muy fina. A la vez que nosotros interaccionamoscon el ambiente que nos rodea, las conexiones sinápticasempiezan a cambiar, estableciéndose algunas nuevas, otras quenos son útiles se hacen más fuertes mientras que las que no sonútiles o se utilizan poco o son eliminadas. Las sinapsis que sonactivas o las sinapsis que cambian de forma activa se preservanmientras que el resto son eliminadas. Un principio más o menos deo se usa o se pierde, mediante el cual somos capaces de moldearel futuro de nuestros cerebros.La transmisión sináptica implica la liberación de losneurotransmisores químicos, los cuales a su vez activan proteínasespecíificas llamados receptores. La repuesta eléctrica normal queaparece como consecuencia de la liberación del neurotransmisornos determina la fuerza sináptica. Esta respuesta puede variar y elcambio puede durar unos cuantos segundos, minutos o inclusotoda la vida. Los neurocientíficos se interesan fundamentalmenteen los cambios a largo plazo de la fuerza sináptica que se puedenproducir por breves periodos de actividad neuronal ,fundamentalmente en dos procesos llamados potenciación a largoplazo (PLT), la cual aumenta su fuerza, y depresión a largo plazo(DLT), la cual reduce.Como funciona todoEl glutamato es un aminoácido común que es utilizado pornuestro organismo para la síntesis de proteínas. Puedeque muchos de vosotros lo conozcáis como una substanciautilizada para aumentar el sabor de comidas y/o bebidas,llamado glutamato mono-sódico. No obstante, es elneurotransmisor que interviene en las sinapsis másplásticas de nuestro cerebro, las que muestran PLT y DLT.Los receptores de glutamato que normalmente seencuentran en el lado en que se recibe la sinapsis sepresentan de tres formas, tres de ellas son ionotrópicas yreciben el nombre de AMPA, NMDA y kainato. La cuartaforma es metabotrópica y es llamada mGluR. Aunque todosellos responden al glutamato, la función de cada uno deellos es totalmente distinta. Los receptores ionotrópicosutilizan sus canales iónicos para producir potencialespostsinápticos excitatorios (ppse), mientras que losreceptores metabotrópicos, al igual que las accionesmodulatorias que describimos con anterioridad (p. 8)modulan la intensidad y la naturaleza de la respuesta.Todos ellos son importantes para las plasticidad sináptica,pero son los receptores AMPA y NMDA los que más seconocen y los que usualmente se denominan moléculas dela memoria. La mayoría de este conocimiento se debe atrabajos pioneros centrados en el desarrollo de nuevasdrogas que actúan sobre ellos modulando su actividad (verla ventana de la p. 29).Los receptores AMPA son los más rápidos y los que antesintervienen. Una vez que el glutamato se une a estosreceptores, rápidamente abren sus canales iónicosproduciendo un potencial postsináptico excitatoriotransitorio (ppse, tal y como se han descrito en el capitulo3). El glutamato sólo se une a los receptores AMPA poruna pequeña fracción de segundo y una vez que esliberado y eliminado de la sinapsis, los canales iónicos secierran y el potencial eléctrico de membrana vuelve a ser elde reposo. Esto es lo que pasa cada vez que las neuronasse mandan información de una a otra rápidamente.El glutamato esliberado por losterminalespresinápticos,cruza el espaciosináptico y se uno alos distintos tiposde receptores deglutamato-NMDA,AMPA y mGluR.Algunas sinapsisglutamatérgicastambién tienereceptores para elkainato.Neurona presináptica Neurona postsinápticaEspacio sinápticoVesícula conglutamatoMolécula deglutamatoIon Mg2+Receptor NMDAReceptor AMPAReceptor mGluCorriente(iones Na+)Depolarización (ppse)Corriente
  • 30. Los receptores NMDA (rojo) son la maquinariamolecular del aprendizaje. El transmisor se liberadurante la actividad de base así como en la PLT(arriba a la izquierda). El lugar en donde el Mg2+ seune (pequeño circulo negro arriba a la derecha)bloquea el canal que se encuentra en el interior de lamembrana celular de donde es desplazado debido auna intensa despolarización (siguiente esquema pordebajo). Todo esto ocurre cuando las neuronasnecesitan cambiar las conexiones que tieneestablecidas con otras. La PLT también se puedeexpresar como un aumento del número de receptoresAMPA (receptores en amarillo, abajo a la izquierda) ocomo una mayor eficacia de los receptores AMPA(abajo a la derecha).Transmisión BasalEstimulación IntensaInducción de la PLTAumento delnúmero dereceptoresAMPAAumento de laeficacia de losreceptoresAMPALa corrienteentra a travésde losreceptoresAMPAEl número dereceptoresAMPAaumenta, loque implica unaumento de lacorriente y portanto, un ppsemayorLos receptoresAMPA sonmodificadosquímicamente,lo que implicaaumento de lacorriente quelleva a unmayor ppsePLT (aumento del númerode receptores AMPA)Los Receptores NMDA: La maquinariacelular que desencadena la plasticidadLa estimulaciónintensa lleva a laliberación de ionesMg2+ de losreceptores NMDA ya un influjo de ionesNa+ y Ca2+ (flecharoja y azul).PLT (aumento de la eficaciade los receptores AMPA)El glutamato también se une a los receptores NMDA de la neuronapostsináptica. Ellos forman la maquinaria celular que inicia losprocesos de plasticidad. Si la sinapsis se activa de una maneralenta, entonces los receptores NMDA intervienen poco. Esto sedebe a que cuando los receptores NMDA abren los canales iónicosestos son bloqueados por otro ión que se encuentra presente en lasinapsis, el magnesio (Mg2+). Pero cuando las sinapsis se activande manera rápida por impulsos rápidos y múltiples, entonces escuando los receptores NMDA se activan. Esta gran actividadsináptica induce una gran despolarización en la neuronapostsináptica que libera el Mg2+ del canal iónico por un proceso derepulsión eléctrica. Entonces los receptores NMDA son capaces departicipar en la comunicación sináptica.
  • 31. Lo hacen de dos formas: primero, como los receptores AMPA,conduciendo Na+ y K+ lo que aumenta la despolarización; ysegundo permiten el paso de calcio (Ca2+) al interior de laneurona. En otras palabras, los receptores NMDA se percatan dela gran actividad neuronal y envían señales a la neurona en formade flujo de Ca2+. Este flujo de Ca2+ es bastante corto, no durandomás de un segundo que es más o menos el tiempo que elglutamato se mantiene unido a los receptores NMDA. Sin embargoel Ca2+ es una molécula crucial ya que a su vez indica a laneurona cuando se han activado los receptores NMDA.Una vez dentro de la neurona, el Ca2+ se une a unas proteínasque se encuentran extremadamente cerca de las sinapsis en lasque los receptores NMDA han sido activados. Muchas de estasproteínas están conectadas físicamente a los receptores NMDAconstituyendo una verdadera maquinaria molecular. Algunas deellas son enzimas activadas por Ca2+, lo que lleva a su vez amodificaciones químicas de otras proteínas dentro de la sinapsis obien cerca de ellas. Estas modificaciones químicas son losprimeras etapas de la memoria.Los receptores AMPA: nuestra maquinariamolecular para almacenar memoriasSi la activación de los receptores NMDA desencadena los cambiosplásticos en la conectividad neuronal, ¿a que se debe el cambio enla fuerza? Podría ser debido a una mayor liberación deneurotransmisor. Esto podría ocurrir, pero estamos prácticamenteseguros de que esto se debe a ciertos mecanismos que implican alos receptores AMPA en el lado postsináptico de la sinapsis. Hayvarias maneras en las que esto puede ocurrir. Una de ellas sería elpermitir que los receptores AMPA funcionen de una forma máseficaz, permitiendo el paso de una mayor corriente una vezactivados. La segunda sería el permitir la inserción de másreceptores AMPA en la sinapsis. En ambos casos, esto lleva a unmayor ppse, que es el fenómeno de PLT. El cambio contrario seríauna reducción de la eficacia o el número de los receptores AMPAlo que produciría una DLT. La belleza de este mecanismo paraproducir PLT o DLT radica en su elegancia a pesar de una relativasimplicidad (todo puede ocurrir en una espina dendrítica aisladaaunque alterando la fuerza sináptica de una forma masgeneralizada o global). Esta seria la forma en la que se crean lasmemorias, un tema del que volveremos a hablar en el próximocapítulo.Ejercitando el cerebroLos cambios en el funcionamiento de los receptores AMPA noconstituyen la totalidad de la historia. A la vez que las memoriasse hacen más permanentes también aparecen alteracionesestructurales dentro del cerebro. Las sinapsis que tienen mayornúmero de receptores AMPA después de la inducción de PLTpueden cambiar su forma y incrementar su tamaño o inclusooriginar nuevas sinapsis en la misma dendrita, de tal manera queel trabajo realizado por una sinapsis es compartido por dos. Porel contrario, las sinapsis que reducen el número de receptoresAMPA después de la inducción de DLT pueden debilitarse oincluso desaparecer. El estado físico de nuestro cerebro cambiaen respuesta a la actividad cerebral. A los cerebros les gusta elejercicio, ¡el ejercicio mental por supuesto! De la misma formaque nuestros músculos se hacen mayores cuando realizamos unejercicio físico; por lo que parece evidente que nuestrasconexiones sinápticas se hacen más numerosas y están másorganizadas cuanto más las utilizamos.La mente sobre la memoriaNuestra capacidad de aprendizaje depende de nuestro estadoemocional, tenemos tendencia a recordar eventos asociados consituaciones alegres, tristes o dolorosas determinadas. Tambiénaprendemos mejor cuanto mayor atención prestamos. Estosestados mentales están asociados con la liberación de losneuromoduladores, tales como la acetilcolina (en situaciones deatención máxima), dopamina, noradrenalina y hormonasesteroides, tales como el cortisol (durante procesos nuevos,situaciones de estrés o ansiedad). Los moduladores ejercenacciones múltiples sobre las neuronas, algunos de ellosactuando sobre los receptores NMDA. Otras acciones puedeninducir la activación de ciertos genes específicamenterelacionados con el aprendizaje. Las proteínas que producenayudan a mantener la PLT y a hacerla más duradera.El doctor internoLa plasticidad sináptica también juega otro papel importantedentro de nuestro cerebro, pudiendo ayudar al cerebro arecuperarse después de una lesión. Por ejemplo, si las neuronasque controlan ciertos movimientos son destruidas tal y comoocurre en los casos de infarto o serios traumas cráneo-encefálicos, no todo está perdido. En la mayoría de lascircunstancias las neuronas no vuelven a reproducirse. Sinembargo, otras neuronas restantes se adaptan y a veces puedentener el mismo papel funcional que las neuronas que se hanperdido, estableciendo redes similares. Es un proceso de re-aprendizaje, que muestra la capacidad de recuperación que tieneel cerebro.Aparato que se utiliza para detectar los pequeñosvoltajes eléctricos que ocurren durante una sinapsis.Jerry Watkins. Un químico médicoque transformó el estudio de latransmisión excitatoria del cerebro,gracias al desarrollo de drogas talescomo el AP5 (abajo) que actúaespecíficamente sobre los receptoresde glutamato.Sitios Internet: http://www.cf.ac.uk/plasticity/index.htmlhttp://www.bris.ac.uk/synaptic/public/brainbasic.html
  • 32. Aprendizaje y memoriaLa memoria es fundamental para establecer nuestraindividualidad. Lo que cada uno de nosotros recordamos esdiferente de lo que otros recuerdan, incluso en situaciones en lasque las mismas personas han estado juntas. Aunque, dedistintas maneras, todos recordamos acontecimientos, hechos,sentimientos emocionales y habilidades, algunos por pocotiempo y otros durante toda la vida. El cerebro tiene múltiplessistemas de memoria con diferentes características y mediadospor diferentes redes neuronales. Actualmente se piensa que laformación de memorias nuevas depende de la plasticidadsináptica (tal y como se vio en el capítulo anterior), pero todavíano está claro cuales son los mecanismos neuronales paraencontrar la información. Aunque todos nos quejamos de nuestramemoria, es generalmente bastante buena, y sólo empieza afallar cuando envejecemos o si padecemos alguna enfermedadneurológica. Podría ser bueno intentar mejorar nuestra memoria,pero el hacerlo sería a costa de recordar muchas cosas que esmejor olvidar.La organización de la memoriaNo existe una estructura única en el cerebro en donde vaya aalmacenarse todo lo que aprendemos. La memoria de trabajoretiene información en vuestro cerebro por un corto plazo y en unestado activo de conciencia. El almacenamiento de información amás largo plazo y que se realiza de una forma pasiva: es lo quese llama memoria a largo plazo.Memoria de trabajoComo un bloc de notas sobre el despacho en donde escribimosnombres o números de teléfono que necesitamos recordarbrevemente, el cerebro también tiene un sistema para retener ytrabajar con pequeñas cantidades deinformación de una forma muy precisa. Lo utilizamos pararecordar un discurso o una frase el tiempo necesario parainterpretar el sentido de una conversación, para hacer cálculosaritméticos y para recordar dónde y cuándo dejamos las llaveshace un momento. La precisión es fundamental para el sistema,un hecho que implica una capacidad y persistencia limitada. Sedice que normalmente en la memoria de trabajo podemosrecordar 7±2 cosas; esa es la razón por la cual los números deteléfono no tienen más de 7 ó 8 dígitos. Pero el recordarlos demanera exacta es fundamental. Vosotros podéis comprobar lacapacidad y persistencia limitada de la memoria de trabajo en unexperimento muy sencillo que podéis llevar a cabo con vuestrosamigos.Un sistema central ejecutivo controla el flujo deinformación, ayudado por dos sistemas adicionales dememoria. Hay un sistema de almacenamiento fonológicojunto con un bucle silencioso de prueba, la parte devuestro cerebro que utilizáis para deciros cosas avosotros mismos. Aunque leas palabras o númerosvisualmente, la información será transcrita en forma decódigo fonológico y almacenada a corto plazo por estesistema dual. También existe un block de notas visualque puede almacenar imágenes de objetos el tiemponecesario para ser manipuladas por la mente de vuestroojo.El sistema de memoria de trabajo a corto plazo delcerebroBloc de Notas Visuo-EspacialEscriba InternoSistema Central EjecutivoAlmacenamiento Auditivo aCorto PlazoBucle Silenciosode PruebaUn experimento de memoriaa corto plazoUna prueba sencilla de memoria de trabajo es lo quese llama “serie de letras”. Para ello necesitáis comomínimo 2 personas aunque lo ideal seria queparticipara toda la clase. De forma secreta, uno devosotros escribe una serie de letras empezando almenos con dos y asegurándoos que no forman unapalabra (p. e. XT). Esta misma persona produce luegovarias series de letras, una letra más cada vez (p. e.una serie de 5 letras como QVHKZ y una de 10 comoDWCUKQBPSZ). El experimento empieza una vezque se han preparado todas las series. La otrapersona (o la clase) escucha cada serie de letras ydespués de aproximadamente 5 segundos debeintentar escribir de memoria las letras en el ordencorrecto. Empezando con las series de d2, elexperimento de memoria debe avanzar hacia lasseries más largas. La mayoría de la gente lo puedehacer bastante bien hasta 7 o 8 letras y a partir de ahílos errores empiezan a aumentar. Muy poca gente escapaz de hacer 10 letras correctamente. La capacidadde la memoria a corto plazo ha sido descrita como “elnúmero mágico 7 más o menos 2”).La memoria de trabajo se encuentra mayoritariamente situadaen los lóbulos frontal y parietal. Estudios de proyección deimagen cerebral (ver p. 41) usando PET y fMRI indican que laspartes auditivas de la memoria de trabajo
  • 33. generalmente lateralizadas a la izquierda de los lóbulos frontal y parietaldonde interaccionan con las redes neuronales implicadas en el habla,organización y establecimiento de decisiones. Éstas son actividades paralas cuales una buena memoria de trabajo es fundamental. El bloc denotas visual se encuentra situado en el hemisferio derecho (ver laventana de Investigación Fronteriza al final del capítulo).¿Cómo ha evolucionado la memoria de trabajo? Los animales, incluso losmamíferos, probablemente no tengan el mismo sistema de memoria acorto plazo que tenemos nosotros, y claramente, tampoco ayudó a losprimeros homínidos a memorizar números de teléfono. Diferentesestudios con niños pequeños han demostrado la importancia de lamemoria a corto plazo para el aprendizaje del lenguaje, lo que sugiereque este sistema de memoria ha evolucionado en paralelo con el habla.La precisión que se requiere para recordar las palabras y su orden dentrode una frase son fundamentales para comprender el significado exacto.Memoria a largo plazoLa memoria a largo plazo se encuentra dividida en diferentes sistemasque se distribuyen ampliamente a través de múltiples redes en elcerebro. Las diferentes redes neuronales se encargan de distintasfunciones. A groso modo, la información entra por el sistema sensorialy es procesada de manera especializada a través de diferentes vías.Por ejemplo, la información visual pasa por una vía ventral desde lacorteza estriada hasta el lóbulo temporal medio, a través de una seriede redes que se encargan de procesar la forma, el color, la densidaddel objeto, si el objeto es familiar o no, hasta que finalmente seestablece un tipo de memoria por el cual el objeto queda registrado yse sabe cuándo y dónde ha sido observado.Existen distintas formas de concebir toda esta serie de análisis. Enprimer lugar, existen ciertas áreas dentro de la corteza visual que seencargan de extraer la información perceptiva de lo que estamosobservando. Esta información se utiliza para almacenar y,posteriormente, reconocer las cosas que nos rodean. Nuestracapacidad para identificar personajes familiares en los periódicos,tales como personalidades políticas, reflejan este sistema. Unsistema íntimamente relacionado es el que conocemos comomemoria semántica (que constituye la gran mayoría del conocimientoque albergamos sobre todo lo que hay y pasa en el mundo).Sabemos que París es la capital de Francia, que el ADN codifica lainformación genética, y otras muchas cosas. Una característicaimportante es que todos los hechos están organizados en diferentescategorías. Organizándose de forma ramificada como un árbol, loque es fundamental para la búsqueda y localización de hechos. Si lamemoria semántica se organizara de forma aleatoria tal y como lagente ordena sus cosas en el ático de la casa, entonces seríaterriblemente complicado recordar cualquier cosa. Afortunadamente,el cerebro organiza toda la información y la almacena endiferentes categorías, lo cual junto con la ayuda de un buenprofesor nos ayuda a recordar todas las cosas queaprendemos en el colegio. De hecho los buenos profesoresnos ayudan a crear este tipo de organización casi sinesfuerzo.Nosotros también somos capaces de desarrollar ciertashabilidades y de adquirir sentimientos emocionales conrespecto a ciertas cosas. El saber que un piano es un pianoes una cosa, pero el ser capaz de tocar el piano es una cosacompletamente distinta. El saber montar en bicicleta es útil,pero el reconocer que ciertas situaciones en la carretera sonpeligrosas son igualmente importantes. Las diferenteshabilidades se aprenden gracias a la práctica, sin embargo, elaprendizaje emocional es mucho más rápido. Habitualmentetiene que ser muy rápido, especialmente cuando estárelacionado con las cosas que tenemos que temer. Ambosprocesos son procesos de aprendizaje condicionado. Existendiferentes áreas cerebrales especializadas en este tipo deaprendizaje: los ganglios basales y el cerebelo sonfundamentales para el aprendizaje de habilidades, mientrasque la amígdala está relacionada con el aprendizajeemocional. Muchos animales aprenden ciertas habilidades, loque es fundamental para su supervivencia.Los chimpancés han aprendido a pescar termitascon un palo. Los jóvenes chimpancés lo aprendenobservando a sus progenitores.Las cosas que sabemos sobre los animales estánorganizados en forma de árbol. No obstante nosabemos como el cerebro es capaz de organizartodo esto.Las diferentes regiones del cerebro por las cuales esprocesada la información visual y posteriormentememorizada.ObjetosInanimados AnimadosMamíferos PájarosPájaros voladores Pájarosno voladoresPájaros cantores Otros pájarosCanarios Pingüinos
  • 34. Fallo en la memoria y localización dela memoria episódica en el cerebroEl último tipo de sistema de memoria en el cerebro es elque se conoce como memoria episódica. Es lo queutilizamos para recordar nuestras experienciaspersonales. El recordar ciertos sucesos es totalmentediferente al aprendizaje, ya que normalmente lossucesos sólo ocurren una vez. Si tú te olvidas de lo quehas desayunado hoy (raro), o lo que pasó lasNavidades pasadas (posible), o todas las cosas queocurrieron el primer día de colegio (probablemente),desgraciadamente no puedes volver a repasarlos comosi fueran una clase extra. Este sistema aprende demanera rápida ya que debe hacerlo así.Hemos aprendido mucho sobre la memoria episódicagracias al estudio de pacientes neurológicos, loscuáles, después de sufrir infartos cerebrales, tumorescerebrales o infecciones virales, tales como laencefalitis inducida por herpes; muestran déficitsespecíficos de este tipo de memoria. El estudio de estospacientes ha permitido conocer mucho mejor laorganización anatómica de este y otros sistemas dememoria.Las personas afectadas por la condición llamadaamnesia son incapaces de recordar a gente que hanconocido tan solo media hora antes. No se puedenacordar si han comido o de si tienen que comer, eincluso cosas tan simples y necesarias en la vida comosaber si se ha puesto algo nuevo en la casa. Si se lesmuestra un dibujo complejo como el de la figura soncapaces de copiarlo de manera exacta, pero despuésde tan sólo 30 minutos son incapaces de dibujarlo comolo haría el resto de nosotros. A menudo son incapacesde recordar que era lo que hacían antes de contraer laenfermedad. Esto es lo que se llama amnesiaretrograda.Este tipo de vida carece de todo tipo de estructura encuanto a tiempo y lugar, y ha sido descrita por unpaciente (extensivamente estudiado) como estarcontinuamente “andando en un sueño”. No obstante, lamisma persona siguió reteniendo la capacidad dellenguaje, el significado de las palabras, e inclusoSorprendentemente, los pacientes amnésicos son capaces deaprender ciertas cosas que luego no recuerdan de maneraconsciente. Se les pueden enseñar ciertas habilidades motoras o aleer al revés rápidamente.Entrenarlos para poder leer al revés necesita cierto tiempo. Pero estono sólo ocurre con amnésicos, sino también con nosotros, la únicadiferencia es que mientras ellos son incapaces de recordar que se lesha enseñado nosotros sí podemos. Todo esto supone una fascinantedisociación en su capacidad de darse cuenta de las cosasconscientemente. Los amnésicos son ciertamente conscientescuando aprenden, pero luego no son conscientes de que hanaprendido. Son también incapaces de darse cuenta de formaconsciente del pasado.El daño causado por esta condición puede ocurrir en diferentescircuitos cerebrales. Áreas del cerebro medio, tales como los cuerposmamilares y el tálamo parecen ser críticas para la memoria normal,así como una estructura en el lóbulo temporal medio llamadahipocampo. El daño causado en estas áreas parece afectar demanera particular a la formación de las memorias episódicas ysemánticas.Los amnésicos (A) son capaces de ver y copiar dibujostan complejos como este con bastante exactitud, peroson incapaces de recordarlos durante cierto tiempo, taly como lo haría un individuo con control normal (CN).suficiente memoria detrabajo como para podermantener una conversación.Sin embargo, no es hastadespués de mantenerexactamente la mismaconversación con élmomentos más tarde, que senos revela el devastadoraislamiento de su existencia.“No es tanto la lesión lo que atrae nuestra atenciónsino como, a través de la lesión o la enfermedad, sedesvela su funcionamiento normal”(Sir Henry Head-Neurólogo del siglo XX).Dos estructuras muy importantes para la memoriaepisódica son la corteza perirhinal (PRH), la cual crea elsentido de familiaridad con respecto al pasado y elhipocampo (HIPPO), el cual codifica hechos y lugares.Copia Memoria Retrasada
  • 35. Otros sistemas de memoriaDaño en cualquier otra zona del cerebro también puede afectar otrossistemas de memoria. Condiciones degenerativas, como ciertos tiposde demencia semántica (un tipo de enfermedad de Alzheimer),pueden inducir alteraciones remarcablemente notorias de la memoriasemántica. Al principio, los pacientes te pueden decir fácilmente quela fotografía que están viendo corresponde a un gato, un perro, uncoche o un tren. Más tarde, cuando se desarrolla la enfermedadpueden tener dudas en reconocer la fotografía de un ratón como tal,y dirán que es un perro. Lo que esto confirma es que la informaciónde los hechos está organizada categóricamente, quedando lainformación animada almacenada en un lugar mientras que lainformación inanimada se encuentra en otro lugar diferente.Neurobiología de la memoriaEl estudio cuidadoso de los pacientes neurológicos nos permitedescubrir donde se encuentran las diferentes funciones de lamemoria en el cerebro, pero el conocer como funcionan en términosde transmisores químicos precisa de una investigación cuidadosarealizada en animales de laboratorio.Actualmente, los neurocientíficos piensan que muchos aspectos delajuste fino de las conexiones nerviosas durante el desarrollo delcerebro se utilizan también en las fases tempranas del aprendizaje.La relación que se establecen entre un niño y su madre ha sidotambién estudiado en pollos jóvenes en un proceso llamadoimpresión.Actualmente, los neurocientíficos piensan que muchos aspectos del ajustefino de las conexiones nerviosas durante el desarrollo del cerebro seutilizan también en las fases tempranas del aprendizaje. La relación quese establecen entre un niño y su madre ha sido también estudiado enpollos jóvenes en un proceso llamado impresión. Actualmente, sabemosdonde tiene lugar este proceso, en el pollo joven, así como lostransmisores químicos que se liberan para actuar sobre los receptoresimplicados en el almacenamiento de la “imagen” asociada a la madre.Esta imagen es extremadamente precisa, tanto que el joven polluelo sóloseguirá a su madre y no a ninguna otra. Los animales jóvenes tambiénprecisan saber qué comida es segura y esto lo hace por medio de ladegustación, prueban de una en una pequeñas cantidades de comidaaprendiendo de esta forma a diferenciar las que tienen mal sabor. Estetipo de cosas no pueden ser dejadas simplemente a las predisposicionesgenéticas; de hecho se necesita el establecimiento de ciertos ajustes en elaprendizaje durante el desarrollo. Una vez activados los receptoresdespués del proceso de impresión o la discriminación de la comida, existeuna cascada de mensajeros químicos secundarios para transmitir señalesal núcleo de las células nerviosas, donde a su vez los genes se activan yproducen proteínas especiales encargadas de fijar la memoria.Las células de ubicación (“Place cells”) son otro descubrimiento de granimportancia. Son neuronas dentro del hipocampo que descargan supotencial de acción simplemente cuando el animal está explorando unlugar que le resulta familiar. Diferentes células codifican para lasdiferentes partes de un entorno, de manera que una población de célulasse encarga de realizar un mapa de todo el área. Otro grupo de célulasvecinas se encarga de detectar en la dirección que el animal se desplaza.Ambas áreas trabajan de manera conjunta (organizando un mapa delespacio, así como un sentido de dirección), ayudando al animal aencontrar su camino, dentro del mundo que lo rodea. Esto es de sumaimportancia para los animales, ya que el encontrar comida y agua, asícomo su camino de vuelta a su escondrijo, nido o casa es fundamentalpara su supervivencia. Este aprendizaje de navegación se relaciona conambas memorias, la semántica y la episódica. Los animales establecen unrepresentación fija de las cosas que se encuentran en su territorio, de lamisma forma que nosotros adquirimos nuestro conocimiento sobre elmundo. Este mapa del espacio permite establecer un marco de memoriaen el cual se pueden recordar sucesos, tal y como el determinar cual fueel último lugar en donde se detectó al predador. Las células de ubicaciónprobablemente codifican para algo más un lugar determinado, de hechoayudan al animal a recordar en donde un suceso determinado tuvo lugar.El HipocampoEsta tinción de Golgi muestraun grupo deneuronas teñido en negro¿Cómo se forman estos mapas así como los diferentes tipos de memoria?Una de las concepciones que está emergiendo con fuerza es el hecho deque la plasticidad sináptica implicada en ellos depende de los receptoresNMDA. En el último capítulo vimos como una vez que se activa laplasticidad sináptica se puede cambiar la fuerza de las conexiones dentrode una red neuronal pudiéndose así almacenar la información. Elaprendizaje espacial (lugares) se altera cuando se administran drogas quebloquean (antagonistas) los receptores NMDA.Cuatro electrodos de registro dentro del hipocampo revelan impulsosnerviosos en dos de ellos (1 y 2, ocasionalmente 4) que representanneuronas disparando en respuesta a un lugar determinado (punto rojo dentrodel círculo amarillo). Aumentando la escala del tiempo (círculo rojo) vemosrepresentado la forma del impulso en el cerebro.Electrodo 1Electrodo 2Electrodo 3Electrodo 4
  • 36. en el hipocampo. Por ejemplo, ratas y ratones pueden ser entrenadospara andar en una piscina y ser capaces de encontrar una plataformade escape que se encuentra escondida debajo de la superficie delagua. Ellos utilizan sus células de ubicación (lugar), así como lascélulas que controlan la dirección de la cabeza para encontrarla ymemorizan la ubicación exacta de la plataforma utilizando laplasticidad activada por los receptores NMDA. Actualmente, se hancreado animales Knock-out (KO) en los que genéticamente se haeliminado la presencia de los receptores NMDA en el hipocampo.Estos animales son incapaces de aprender y también tienen unfuncionamiento deficitario de sus células de ubicación. En el últimocapítulo, también explicamos que los cambios en la fuerza sinápticase expresan a través de alteraciones en los receptores excitatoriosAMPA. Su implicación en los procesos de memoria es un tema degran interés en la investigación actual.¿Podemos mejorar la memoria?Todos nosotros pensamos que seria fantástico mejorar nuestracapacidad de memoria y su persistencia. La gente mayornormalmente se queja de su memoria. Sin embargo, el poder mejorarla memoria tendría un coste determinado. Esto ocurre porque lamemoria consiste en un equilibrio entre recordar y olvidar. Si lafuéramos a mejorar, entonces tendríamos un gran problema a la horade olvidar las cosas triviales que acontecen durante el día y que noson necesarias recordar. Por lo tanto, el “ying y el yang” de la buenamemoria es el que organiza y recuerda las cosas necesarias en elcerebro y olvida las cosas que no son importantes. Es bastanteimprobable que alguna vez tengamos una pastilla que nos ayude amejorar nuestra memoria como si fuera un varita mágica, al menosen las personas normales. La evolución se ha encargado de asegurarque el sistema se encuentra correctamente equilibrado.Una vez dicho esto, sí es cierto que la pérdida de memoriapatológica se puede, en cierto modo, mejorar gracias a laadministración de drogas que mejoran la función de los receptoresNMDA y AMPA, o bien drogas capaces de estimular la cascada demensajeros secundarios implicados y, demostrada en los estudiossobre el aprendizaje realizados en animales jóvenes. Seria muyimportante encontrar alguna forma de paliar y/o ralentizar el curso delas enfermedades neurodegenerativas que afectan la memoria, talescomo la enfermedad de Alzheimer. Una de las grandes empresas ymotivación de las Neurociencias actuales, tanto para científicos anivel universitario como en compañías farmacéuticas, es trabajar eneste tipo de proyectos. Con la esperanza de vida aumentando cadavez más y, por tanto, un mayor número de personas de edadavanzada, el desarrollo de tratamientos que les ayuden a mantenervidas de forma independiente por un mayor tiempo sería de granvalor.importante. La idea consiste en intentar aprovechar todo lo que sesabe sobre como se codifica, almacena, consolida (el proceso defijación), y posteriormente, como se encuentra la información. Elconcentrarse y prestar atención, espaciar las sesiones deaprendizaje así como establecer recordatorios frecuentes parafacilitar este proceso de fijación son algunas de las estrategias autilizar. Algunos pacientes con problemas de memoria encuentranque la utilización de un sistema de ayuda que aplica algunos deestos principios llamados “Neuropage” es muy beneficioso. Lesayuda a recordar que es lo que tiene que hacer a continuación yles ayuda a organizar su día, cosas que de otra forma olvidarían.El reconocer los diferentes principios operativos de la memoriaepisódica y el aprendizaje de ciertas habilidades también sonesenciales; no seríamos capaces de aprender una habilidaddeterminada sólo oyendo hablar de ella, aunque esto para lamemoria episódica es suficiente. Alguien intentando aprender unahabilidad determinada también debe practicarla a menudo, comopasa con cualquier estudiante de música, por ejemplo, paraaprender y mejorar hay que practicar.La rata ha nadado hasta encontrar la plataforma, enla que actualmente se encuentra.Investigación fronterizaLos taxistas de Londres deben de conocer perfectamente laciudad incluso antes de poder solicitar la licencia. Cuando losinvestigadores han sometido a taxistas experimentados ascanner, después de hacerles imaginar la ruta desde “MarbleArch” a “Elephant and Castle”, muestran una gran activaciónde la corteza parahipocampal derecha (áreas en rojo). Scannerestructurales con MRI en estos mismos taxistas muestrancambios en el tamaño relativo de distintas partes de suhipocampo dependiendo de lo bien que puedan conocer ymemorizar las diferentes partes de la ciudad, aunque tambiénpueden influir otros factores.Los taxistas analizando y pensando en una ruta determinadamuestran un aumento de la actividad cerebral en el hipocampo yen áreas vecinas.Alan Baddeley, quien desarrolló laidea que la memoria de trabajoconsiste en la interacción demúltiples sistemas.El almacenamiento fonológico, el bloc visuoespacial, elcentro ejecutivo se encuentran localizados endiferentes áreas del cerebro.Sin embargo, algunos científicos piensan que junto al desarrollo deestos tratamientos sería necesario el desarrollo de la ingenieríacognitiva. En los periódicos y en las noticias no se oyen tantas cosassobre la ingeniería cognitiva como sobre el desarrollo ydescubrimiento de nuevos fármacos, pero no por eso deja de ser¿Quereis probar algunos experimentos sobre la memoria?Probad http://www.exploratorium.edu/brain_explorer/memory.htlm
  • 37. EstrésEl estrés afecta incluso a las personas más tranquilas. Todos lopadecemos de alguna manera, durante los exámenes, en unacompetición deportiva o incluso cuando nos enfadamos con nuestrosamigos. ¿Qué es lo que ocurre y qué es lo que causa estassensaciones tan desagradables? ¿Sirve para algo? ¿Qué es lo queocurre cuando va mal? Los neurocientíficos están empezando acomprender como el cerebro genera y coordina su respuesta químicaal estrés.¿Qué es el estrés y por quélo necesitamos?El estrés es realmente difícil de analizar. No significa solamente estarbajo presión, porque esto no es siempre estresante, sino que más bienlo que ocurre es una desorganización entre los retos que el cuerpo y elcerebro anticipan y los que realmente ocurren y/o sentimos. Muchos delos retos a los que nos enfrentamos son psicológicos, reflejando lasdificultades que tenemos en interacción con otras personas: cuandotrabajamos para triunfar en nuestra carrera académica, competimospor un puesto en el colegio o en un equipo, o incluso más tarde en lavida luchamos por un trabajo. Sin embargo, otros tipos de estrés sonfísicos, como padecer una enfermedad repentina o rompernos lapierna en un accidente de coche. La mayoría de estreses compartenambos componentes: el dolor y las alteraciones físicas causadas poruna enfermedad y van acompañadas por la preocupación, no sólo depadecerlas sino también de lo que puedan implicar.El estrés es un proceso fundamental. Afecta a todos los organismosdesde los más sencillos como bacterias y protozoos, hasta los máscomplejos eucariotas, como los mamíferos. En organismos unicelularesy en las células individuales de nuestros cuerpos, se han desarrolladouna serie de moléculas que forman un sistema de emergencia paraproteger las funciones celulares de posibles e inesperados retos y/oalteraciones externas, así como de sus consecuencias internas. Porejemplo, unas moléculas especiales llamadas proteínas de shocktérmico se ocupan de guiar a las proteínas dañadas a lugares dondepuedan ser recuperadas, o bien destruidas sin crear ningún daño, conlo que protegen a las células frente a una posible disfunción otoxicidad. En organismos complejos como el nuestro, los sistemas deestrés han evolucionado convirtiéndose en sistemas altamentesofisticados que, nos ayudan a controlar el efecto que pueden produciren nosotros los diferentes retos a los que nos enfrentamos. Para elloutilizamos diferentes mecanismos celulares que componen una ampliade red de protección frente al estrés.El estrés se percibe y la respuesta es coordinada por el cerebro.Cuando evaluamos cognitivamente una situación determinada, elcerebro interacciona con las diferentes señales que aparecen ennuestro organismo dentro del torrente circulatorio, tales comohormonas, nutrientes y moléculas inflamatorias, así como con lainformación procedente de los nervios periféricos y que controlannuestros órganos vitales y nuestras sensaciones. Somos capaces decomprender cómo todo esto funciona gracias al estudio de laNeuroendocrinología. Las hormonas que circulan por nuestra sangreestán directamente reguladas por el cerebro ayudándonos a superar ya vivir las situaciones de estrés.El estrés y el cerebro¿Luchar o escapar?La respuesta más fácil de reconocer es la inmediata activación delllamado sistema simpático. Después de encontrarnos frente a unasituación de estrés y procesar la respuesta adecuada, el cerebroactiva rápidamente los nervios que se originan en los centros decontrol situados en el tronco cerebral. Esta activación induce unaliberación de noradrenalina en diferentes estructuras y la liberaciónde adrenalina por las glándulas adrenales (situadas justo encima delos riñones). Su liberación genera la respuesta luchar o escapar, laclásica e inmediata reacción que debe producirse en respuesta auna situación de peligro. Todos reconocemos la sensación inicial decosquilleo, sudor, aumento de la atención, incremento del pulso,aumento de la presión sanguínea y sentimientos generalizados demiedo que todos sentimos inmediatamente después de haber sidosometidos a una situación de estrés. Estos cambios se producenporque los receptores que se encuentran en los vasos sanguíneosse activan e inducen una vasoconstricción, por lo que nuestrapresión sanguínea se dispara y en el corazón se produce unaaceleración del ritmo, lo que origina esa sensación de tamborileo enel pecho que conocemos como palpitaciones. También hayreceptores en la piel que causan que nuestros pelos se ericen(carne de gallina) y en el intestino, causando todas esassensaciones abdominales tan desconcertantes y que sentimoscomo estrés. Todos éstos cambios ocurren para prepararnos aluchar o escapar y, como consecuencia, concentrar nuestro flujosanguíneo en los órganos vitales, los músculos y el cerebro.El eje hipotalámico-pituitario-adrenal(HPA)El eje HPA. El hipotálamo, que se encuentra situado en el centro,controla la liberación de hormonas de la glándula pituitaria y que a suvez actúan sobre las glándulas adrenales. Esta liberación de hormonasse encuentra sometida a un control de feedback negativo a distintosniveles dentro del eje.HipocampoHipotalámoPituitariaGlándulaAdrenal
  • 38. La segunda mayor activación neuroendocrina en respuesta alestrés es la activación de un circuito que relaciona directamente elcuerpo y el cerebro y que se llama eje HPA. Éste se conecta alhipotálamo, a la glándula pituitaria, a la corteza adrenal y alhipocampo por medio de un sistema circulatorio que transportahormonas especializadas.El hipotálamo es la zona clave de nuestro cerebro que regula lashormonas. Recibe múltiples conexiones e inputs de áreas delcerebro, encargadas de procesar la información emocional,incluyendo la amígdala, así como de regiones del tronco delcerebro, controlando las repuestas nerviosas simpáticas. Integratodas ellas para producir una respuesta hormonal que estimularála siguiente parte y/o elemento del circuito, la glándula pituitaria. Asu vez, ésta libera la hormona llamada adrenocorticotropina(ACTH) en el flujo sanguíneo. La ACTH estimula una parte de laglándula adrenal que segregará cortisol.El cortisol es una hormona esteroide fundamental para entenderla siguiente fase de la respuesta al estrés. Aumenta laconcentración de azúcar en sangre así como de otros productosmetabólicos, como los ácidos grasos. A menudo, esto ocurre aexpensas de las proteínas que son degradadas en nutrientes parasu uso inmediato, son como “barras energéticas de chocolate”para los músculos y el cerebro. El cortisol también ayuda a laadrenalina a la hora de aumentar la presión sanguínea, lo que enun corto plazo nos hace sentir bien. Por ejemplo, cuando nosencontramos ante el reto de cantar un solo en el concierto delcolegio, lo que menos queremos es sentirnos angustiados. Lo quequeremos es hacerlo bien con la menos autoconciencia posible.El cortisol también desconecta el crecimiento, la digestión, lainflamación o incluso la recuperación de heridas, cosas quefundamentalmente se pueden hacer mucho mejor más tarde.También desconecta el apetito sexual. La última parte del circuitoes el control de feedback negativo del cortisol al cerebro. Lamayor densidad de los receptores de cortisol se encuentran en elhipocampo, una estructura que es fundamental para elaprendizaje y la memoria., no obstante, el cortisol también actúasobre la amígdala encargada de procesar la ansiedad y el miedo.El efecto concreto es activar la información relacionada con laamígdala, permitiendo el aprendizaje del miedo y desactivar elhipocampo, asegurando que no se pierden recursos en aspectosmás complejos aunque innecesarios para el aprendizaje. Elcortisol es la base para mantenerse focalizado.El estrés es algo inevitable, algo quetodos experimentamos. Puede serpsicológico, físico o (incluso) ambos.La historia de los dos receptores decortisol y el hipocampo menguanteEl hipocampo tiene niveles elevados de los dos receptores decortisol llamémosles el bajo receptor MR y el alto receptor GR. Elbajo receptor MR se activa por los niveles normales de cortisol enel sistema circulatorio del eje HPA. Esto mantiene nuestrometabolismo y la actividad cerebral funcionando de maneraperfecta. Sin embargo, cuando los niveles de cortisol empiezan aaumentar, fundamentalmente por la mañana, los altos receptoresGR empiezan a ocuparse mucho más. Cuando nos estresamos,los niveles de cortisol aumentan muchísimo por lo que la actividadde estos receptores se mantiene y en consecuencia el hipocampose bloquea por medio de un programa genéticamente controlado.Si ponemos todo esto junto, entonces obtenemos lo quellamamos un curva con forma de campana. Ésta es la curvaclásica que relaciona el estrés a la función cerebral, un poquitosiempre es bueno, un poco más es mejor, pero un exceso esmalo.La curva con forma de campana. Un poco de estréspuede hacer las cosas mejores, pero demasiado hacelas cosas peores.FunciónCognitivaNiveles de Cortisol低MR MR/GR 高GRLa depresión y la hiperactividaddel sistema de estrésEn algunas enfermedades cerebrales se puede observar un exceso decortisol. En concreto, en la depresión severa el cortisol se produce enexceso y trabajos recientes sugieren que el hipocampo tambiéndisminuye en esta enfermedad. Estos hallazgos han llevado a lospsiquíatras a pensar que la depresión severa es un estrés severo alargo plazo. No está del todo claro si los elevados niveles de cortisolson la causa fundamental de la enfermedad o si, por el contrario, essimplemente una consecuencia de la severa alteración psicológica y elestrés que la acompaña. Sin embargo, los pacientes mejoran de formaremarcable cuando se bloquea la producción o la acción del cortisol,especialmente en aquellos donde la administración de antidepresivosclásicos no funciona. Los antidepresivos a menudo ayudan anormalizar la actividad del eje HPA. Una de las ideas es que estoocurre, en parte, ya que se ajusta la densidad de receptores MR y GRen el cerebro y particularmente en el hipocampo. Los neurocientíficosque trabajan en ello esperan desarrollar tratamientos mas efectivosbasados en el reajuste del sistema de control de feedback negativo yreduciendo las respuestas hormonales excesivas al estrés.El estrés y el envejecimientoEl envejecimiento cerebral se acompaña por un declive generalizadode sus funciones, pero un decline que varía mucho, dependiendo delos individuos. Algunos individuos mantiene grandes capacidadescognitivas con la edad (envejecimiento exitoso), mientras que otros nolas preservan tan bien (envejecimiento no exitoso). ¿Podemoscomprender las bases moleculares de este proceso? Los niveles decortisol son mayores en personas con un envejecimiento no exitosoque en las que presentan un envejecimiento exitoso. Este aumentoprecede a la degeneración de las capacidades mentales y estádirectamente asociada a una disminución en el tamaño del hipocampo,tal y como ha sido determinado por medio del scanner. Losexperimentos llevados a cabo en ratas y ratones han demostrado queel mantenimiento de los niveles de las hormonas del estrés bajosdesde el nacimiento, o incluso desde edades medias en adelante,previene la aparición de los déficits de la memoria que se observan enlas poblaciones no tratadas. Por lo que parece que aquellos individuoscon una respuesta hormonal excesiva al estrés, no necesariamenteaquellos que sufren mayor estrés, pero aquellos que responden conmayor fuerza a las situaciones de estrés, son aquellos que presentanuna mayor pérdida de memoria y otras alteraciones cognitivas con elpaso de los años. Entonces, si esto es cierto en humanos, tambiénpodríamos ser capaces de conocer la carga de tales efectos, tal vezexplotando el uso de los antidepresivos que mantienen el sistema deestrés HPA bajo control. El estrés es algo de gran importancia en lavida moderna y existen más aspectos de la historia. No obstante, eldescribir esto aquí, conllevaría la inclusión del sistema inmune.Sitios Internet: http://www.brainsource.com/stress_&_health.htm
  • 39. El Sistema InmuneHasta hace pocos años, se pensaba que el cerebro era un “órganoprivilegiado inmunitariamente” ya que no estaba afectado por lasrespuestas inmunes o inflamación. Ciertamente, está protegido hastacierto punto, por influencias externas, por la “barrera hematoencefálica”.Realmente no es una barrera, sino una serie de células endotelialesespecializadas en los vasos sanguíneos del cerebro, que sonrelativamente resistentes al paso de grandes moléculas, o célulasinmunitarias de la sangre al cerebro. Sin embargo, esta concepción delcerebro como privilegiado ha cambiado dramáticamente en la últimadécada como resultado de la investigación sobre las interacciones entreel cerebro y el sistema inmune. La Neuroinmunología es actualmente unárea muy activa de investigación.Las defensas del cuerpoEl sistema inmune es nuestra primera línea de defensa contra losinvasores externos. Estos invasores, virus y bacterias varían desde lospoco peligrosos, como los de la gripe, hasta los altamente peligrososque ponen en riesgo nuestra vida, como por ejemplo VIH, meningitis oincluso tuberculosis.Nuestras defensas trabajan de distintas formas. La primera de ellas esdirectamente sobre el tejido infectado, dañado o inflamado causando,dolor, cambios en el flujo sanguíneo y liberación local de moléculasinflamatorias. De forma más general, la activación del sistema inmuneactiva la producción y presencia de las células llamadasleucocitos y macrófagos y proteínas de la fase aguda, queviajan hasta la zona afectada, matando y eliminado lospatógenos. Esta respuesta en la fase aguda genera lossíntomas que todos nosotros hemos sentido alguna vez (fiebre,malestar, dolor, somnolencia, pérdida de apetito y de interés)Cada una de estas respuestas ayuda a combatir la infección,preserva la energía y ayuda a reparar el tejido afectado, aunquecuando se produce una activación excesiva y/o continuadapuede ser incluso negativa, dañándonos. Por lo que tiene queestar cuidadosamente controlada.El cerebro y las respuestasdefensivasLa visión del cerebro como un órgano inmunológicamenteprivilegiado ha dado lugar a una concepción diferente de surelación con el sistema inmune. Esto se debe a que en laactualidad se sabe que el cerebro puede y, de hecho lo hace,responde a las señales que recibe del sistema inmune así comodel tejido dañado. La experimentación ha revelado que elcerebro presenta una gran variedad de respuestas inmunes einflamatorias locales y que realmente ejerce un importantecontrol sobre el sistema inmune y en particular sobre surespuesta en la fase aguda.El cerebro recibe señales del tejido dañado o infectado, quepueden tener un origen nervioso (por medio de los nerviossensoriales) o humoral (por medio de moléculas específicas enel sistema circulatorio). Las señales nerviosas se transmiten pormedio de las fibras C (que también transmiten el dolor, vercapítulo 5) y vía el nervio vago, desde el hígado, lugarfundamental en la producción de las proteínas presentes en lafase aguda. La naturaleza de las señales que circulan por elcerebro no se conocen en su totalidad, pero parecen incluirprostaglandinas (inhibidas por aspirina) y las proteínas decomplemento (una cascada de proteínas que son de granimportancia para matar a las células invasoras). Aunque,probablemente, las señales más importantes son un grupo deproteínas que han surgido en los últimos 20 años y que seconocen como citoquinas.Múltiples mecanismos se asocian a la hora decoordinar el cerebro y el sistema inmune.Estrés, Factores SocialesCerebroHipotalámoAferenciasneurales yhumoralesInfecciónLesiónInflamaciónEferencias LocalesSistemaNerviosoSimpáticoSistema Immune yEndocrinoCRPACHTGlucocorticoidesLas citoquinas comomoléculas de defensaLas citoquinas son los gladiadores (retaliators) del cuerpo.Existen en la actualidad más de 100 y se siguen descubriendootras nuevas. Normalmente, estas proteínas se producen enpequeñas cantidades, pero esta producción se activarápidamente como respuesta al daño y a la enfermedad. Entreellas se incluyen interferones, interleukinas, factores de necrosistumoral y quimiokinas. Muchas de ellas son producidas de formalocal en los tejidos dañados y actúan sobre las células vecinas,sin embargo, algunas entran en el flujo sanguíneo por medio delcual transmiten señales a órganos distantes incluyendo elcerebro. Son las citoquinas las que causan la mayoría de lasrespuestas a la enfermedad y a la infección.PituitariaAdrenal
  • 40. No te preocupes, que lascitoquinas vendrán a turescate!Los desencadenantes de la producción de citoquinas incluyen losproductos virales o bacteriales, el daño celular o los elementos queponen en peligro la supervivencia celular, tales como las toxinas olos bajos niveles de oxígeno. Otro importante regulador de laproducción de citoquinas es el cerebro, el cual a través de lasseñales nerviosas a los tejidos (fundamentalmente a través delsistema nervioso simpático) u hormonas (tales como el cortisol delas glándulas adrenales) puede activar o desactivar la producciónde citoquinas.Las citoquinas son proteínas que tienen numerosas funciones,particularmente sobre el sistema inmune. La mayoría de ellasestimulan el sistema inmune y los componentes clave de lainflamación como la hinchazón, los cambios locales en el flujosanguíneo, y la liberación de la segunda ola de moléculasinflamatorias. Actúan prácticamente en la totalidad de los sistemasfisiológicos, incluyendo el hígado en donde estimulan la producciónde las proteínas de la fase aguda. Sin embargo y aunque lascitoquinas comparten muchas de sus acciones y funciones, tambiénvarían de forma significativa. Algunas son anti-inflamatorias einhiben los procesos pro-inflamatorios; muchas de ellas actúanlocalmente sobre células vecinas situadas en proximidad a dondeson sintetizadas, mientras que otras son liberadas al torrentecirculatorio como las hormonas.Son los tipos de estrés que no podemos soportar los que inhibennuestras defensas, tales como la sobrecarga de trabajo y lasgrandes tragedias. Los mecanismos precisos y responsables deesta relación entre estrés y sistema inmune no se conocen del todobien, aunque si sabemos que un componente importante es laactivación del eje hipotalámico-pituitario-adrenal. La principalrespuesta del cerebro frente al estrés es el aumento en laproducción de una proteína del hipotálamo llamada factor liberadorde corticotropina (CRF). El CRF viaja desde el hipotálamo hasta laglándula pituitaria en donde induce la liberación de otra hormona, elfactor liberador de adrenocorticotropina (ACTH). Esta hormona viajaa través del torrente circulatorio hasta las glándulas adrenales endonde liberan las hormonas esteroides (cortisol, en humanos), queson los supresores mas potentes del sistema inmune y de lainflamación. Pero la historia es aun más complicada ya queintervienen otras hormonas así como otros elementos neurales, ytambién sabemos que algunas formas de estrés suave puedenmejorar activamente nuestra función inmune.Respuestas inmunitarias einflamatorias en el cerebroEstrés y sistema inmuneTodos hemos oído alguna vez que el estrés y la preocupaciónpueden disminuir nuestras defensas y hacernos más propensos acaer enfermos. Ahora estamos empezando a comprender no solocomo el estrés puede afectar al cerebro directamente activando eleje HPA (descrito en el capitulo anterior), sino también como puedeinfluenciar al sistema inmune- y de forma no sorprendente pormedio de una vía indirecta que por supuesto pasa por el cerebro. Elestrés puede influenciar el sistema inmune y nuestra susceptibilidada enfermar, pero depende del tipo de estrés y de cómorespondemos-algunas personas pueden incluso mejorar.La investigación reciente que muchas moléculas implicadas en losmecanismos de defensa tales como las citoquinas contribuyen demanera importante en el desarrollo de ciertas enfermedadescerebrales tales como la esclerosis múltiple, infarto y enfermedadde Alzheimer. Parece ser que la producción en exceso de estasmoléculas en el cerebro puede dañar las neuronas- y en particularciertas citoquinas. Algunos de los nuevos tratamientos paracombatir enfermedades cerebrales se basan en la idea de inhibir lapresencia de moléculas inmunes e inflamatorias. Por lo tanto, laneuroinmunologia una nueva disciplina dentro de las Neurocienciaspuede proporcionar algunas pistas así como posibles tratamientospara alguna de las mayores enfermedades cerebrales.Sitios internet: http://science.howstuffworks.com/immune-system.htm
  • 41. El SueñoCada noche nos vamos a nuestra habitación, nos metemos en lacama, y caemos en el estado inconsciente del sueño. La mayoría denosotros dormimos alrededor de 8 horas, lo que significa quepasamos aproximadamente un tercio de nuestras vidasinconscientes- y parte de ella soñando. Si intentáis suprimir el suenocon el fin de utilizar este precioso tiempo en otro tipo de actividadestales fiestas nocturnas o estudiar para los exámenes, vuestro cuerpoy vuestro cerebro os dirán muy pronto que no debéis hacerlo. Lopodemos suprimir durante un cierto tiempo pero no por mucho. Elciclo de sueño/vigilia es una de las múltiples actividades rítmicas delcuerpo y el cerebro. ¿Porque existe, cuales son las zonas implicadasy como funcionan?Un ritmo para vivirEl ciclo sueño/vigilia es un ritmo endógeno que gradualmente seencadena con el ciclo de día/noche en los primeros años de vida. Eslo que se llama ritmo circadiano- se llama así ya que se origina dellatín “circa” alrededor, y “dies” día. Es importante a lo largo de la vida:los bebes duermen durante cortos periodos tanto durante ele díacomo durante la noche, los niños normalmente se echan la siestadespués de comer mientras que los adultos generalmente duermensolo por la noche. El sueno es bueno para vosotros- Se dice WinstonChurchill, el primer ministro británico durante la segunda guerramundial, solía echarse pequeñas siestas de 5 minutos o algo mas aveces incluso durante los consejos de ministros.El patrón normal de sueño y vigilia encadenado al ciclo de día/nocheesta parcialmente controlado por un pequeño grupo de célulassituadas en el hipotálamo justo encima del quiasma óptico llamadonúcleo supraquiasmatico. Estas neuronas, que presentanextrañamente muchas sinapsis entre sus dendritas para podersincronizar sus descargas de manera conjunta forman parte del relojbiológico del cerebro. En los humanos funciona con un ritmo un pocomayor que la duración de un día, aunque normalmente se mantieneen hora gracias a los impulso procedentes de los ojos que informande cuando es de día o de noche. Hemos llegado a saber todo estogracias a la gente que ha participado en experimentos de sueñoviviendo en profundas cuevas durante largos periodos de tiempo,alejados de cualquier pista sobre el tiempo y la hora exacta del día,adoptando patrones de actividad libres estableciéndose un ciclo desueño/vigilia de aproximadamente 25 horas.Las etapas del sueñoEl sueño no es un estado tan pasivo como parece. Si conectamos auna persona con electrodos sobre la superficie del cráneo, en unlaboratorio de sueno (que tiene camas y no bancos), elelectroencefalograma del cerebro (EEG) pasa por varias etapas.Cuando estamos en vigilia nuestros cerebros muestran una actividadeléctrica de baja amplitud. Cuando nos dormimos, el EEG se vahaciendo más plano al principio pero luego, gradualmente, muestraun aumento de amplitud y disminuye en frecuencia según avanzamosa lo largo de las distintas etapas del sueño. Estas etapas se llamansueño lento o sueño de onda lenta (SL/SWS). Las razones de estoscambios de actividad eléctrica no son totalmente conocidas. Sinembargo se cree que cuando las neuronas dejan de responder a susimpulsos normales, se van sincronizando de manera gradual entreellas. Perdemos tono muscular, ya que las neuronas que controlan elmúsculo esquelético se inhiben de manera activa, aunqueafortunadamente las que controlan la respiración y el latido delcorazón siguen funcionando de manera normal.A lo largo de la noche vamos pasando de una fase a otra del sueño.En una de ellas el EEG se vuelve a parecer al que presentamoscuando estamos despiertos y nuestros ojos empiezan a moverseactivamente debajo de nuestros parpados que están cerrados. Estoes lo que se conoce como movimiento rápido del ojo o sueño rápido(REM) que es cuando mas propenso somos a soñar. Si la gente sedespierta durante el sueño REM, todos ellos son capaces dedescribir que han soñado, incluso los que dicen que nunca sueñan(¡intenta hacer el experimento en algún miembro de tu familia!). Dehecho, la mayoría de nosotros tenemos entre 4-6 episodios de sueñoREM cada noche. Los bebes tienen un poco mas de sueño REM eincluso los animales presentan sueño REM lento.El núcleo supraquiasmatico es el reloj personal delcerebro.SCN activo con la luz del día SCN inactivo por la nocheUna noche normal de sueño consiste en un patrónformado por distintas fases de sueño, con pequeñasexplosiones de sueño REM (áreas en rojo) queaparecen más o menos 4 veces por noche.Horas de SueñoVigiliaREMFase 1Fase 2Fase 4Fase 3Privación de sueñoHace algunos anos, un adolescente americano llamado Randygardner, decidio hacerse un hueco en el libro Guinness de los recordintentando pasar el mayor tiempo posible sin dormir. ¡Su intenciónera aguantar 264 horas sin dormir y lo consiguió! Fue un experimentocuidadosamente controlado
  • 42. y supervisado por los médicos de las fuerzas navales americanas-nouno que os recomendemos repetir. Sorprendentemente sobrevivióbastante bien. Las mayores dificultades que tuvo (a parte de sentirsemuy somnoliento) fueron problemas de habla, incapacidad paraconcentrarse, vacíos de memoria y sueños diurno alucinógenos. Perosu cuerpo se mantuvo en excelentes condiciones físicas y nunca sevolvió psicótico o perdió contacto con la realidad. Una vez que elexperimento termino, [presento un efecto rebote, durmió durante casiquince horas la primera noche y luego periodos cortos extra lasnoches siguientes. Este y otros muchos experimentos hanconvencido a los investigadores del sueño que es fundamentalmenteel cerebro el que se beneficia del sueño y no tanto el cuerpo.Conclusiones parecidas se han obtenido de otros experimentosincluyendo experimentos animales controlados.¿Porque dormimos?Muchos temas en Neurociencias siguen siendo un enigma y el sueñoes uno de ellos. Alguna gente argumenta que el sueno es una formaadecuada para los animales de permanecer inmóviles y así reducirlos peligros. Pero tiene que haber algo más que eso. Losexperimentos de privación de sueño nos llevan a pensar que elsueño REM y algunas fases del SWS permiten al cerebrorecuperarse. Tenemos este tipo de sueño durante las primeras 4horas de la noche. Tal vez esto sirva para el reajuste del cerebro yprobablemente un buen momento para ello, por analogía a lo queocurre con un barco en dique seco, cuando el cerebro no estaprocesando la información sensorial, o el hecho de estar vigilante yatento, o tener que controlar nuestras acciones. La investigacióntambién sugiere que el sueño es el tiempo en el cual consolidamos loque hemos aprendido durante el día- un proceso esencial en lamemoria.¿Como funcionan los ritmos?Se ha aprendido mucho sobre los mecanismos neurales de lasactividades rítmicas tal y como el sueño gracias al registro de laactividad de neuronas en distintas áreas cerebrales durante lastransiciones que aparecen durante las fases del sueño. Esto harevelado un sistema activador en el tronco cerebral que implicandovarios transmisores neuromoduladores, incluyendo uno llamadoadenosina,produciendo un tipo de reacción en cadena que nos lleva a travésde las distintas etapas del sueño. Los mecanismossincronizadores le permiten a las redes neuronales el pasar deuna fase a otra.Un gran paso adelante se ha dado gracias a la aparición de laneurogenetica. Se han identificado varios genes que, como losengranajes de un reloj, son los componentes moleculares de losmaracapasos rítmicos. Mucho de este trabajo se ha realizado enDrosophila (mosca de la fruta) en donde se ha descubierto quedos genes -per y tim- producen proteínas que interaccionanconjuntamente y regulan su propia síntesis. La síntesis de ARNmy proteína empieza temprano en el día, acumulándose la proteínaque se va uniendo y acoplando parando de esta forma su propiasíntesis. La luz del día ayuda a degradar esta proteína haciendoque sus niveles disminuyan hasta el punto en donde los genesPER y TIM empiezan a activarse de nuevo. Este ciclo sigueproduciéndose una y otra vez, y puede incluso mantenerse demanera permanente siempre que las neuronas en cultivo sigancon vida. El reloj de los mamíferos como el nuestro funciona de lamisma forma que el de las moscas. Como los ritmos circadianosson muy primitivos en términos evolutivos, no es sorprendenteque las mismas moléculas regulen el reloj en organismos tandiferentes y distantes.¡Ahora te tienes quedormir!Investigación fronterizaRatones que no tienen “jet-lag”Para intentar comprender mejor los mecanismos de los ritmos circadianos, los neurocientíficos han desarrollado genéticamente ratones enlos cuales los genes que se expresan en el núcleo supraquiasmatico han sido eliminados (“Knock-out”. Estos ratones VIPR2 viven demanera normal y presentan cambios en los patrones de actividad entre el día y la noche, tal y como los ratones normales. Los puntosnegros del patrón que se muestra arriba indican cuando los ratones están activos-un ritmo diario con actividad nocturna (zona gris). Sinembargo cuando el tiempo en el que las luces se encuentran apagadas se avanzan en 8 horas (alrededor del día 25), los ratonesnormales muestran “jet-lag” llevándoles varios días el volver a sus patrones normales de actividad. Los ratones “knock-out se readaptaninmediatamente. Este tipo de estudios nos deberían ayudar a comprender los mecanismos moleculares por los cuales la luz activa losgenes del marcapasos circadiano.Luz LuzOscuridad Oscuridad OscuridadOscuridadLuz LuzRatones normales muestran “jet-lag” Ratones mutantes con inmediato “cambio de reloj”DíasSitios internet: http://www.hhmi.org/lectures/2000/http://www.cbt.virginia.edu, http://science.howstuffworks.com/sleep.htm
  • 43. Los frenólogos pensaron que ellos podrían comprender el cerebrogracias al análisis de los bultos en la superficie del cráneo. Aunqueen la actualidad esto parezca estar muy lejos de la realidad, suambición de intentar comprender el cerebro desde el exterior delcráneo ha fascinado a muchos durante años. Ahora, lo podemoshacer realmente, gracias a las nuevas técnicas de imagen cerebral.Los scanners modernos utilizan una gran variedad de mediosproporcionándonos imágenes fantásticas de la estructura deneuronas y proyecciones de fibras, flujo sanguíneo y metabolismoenergético del cerebro, así como cambios en la actividad neuronalque se produce después de inducir diferentes cosas.El camino hacia las técnicasmodernasEn los intentos de relacionar estructura con función, neurólogos yneurofisiólogos han aprendido muchas cosasgracias a correlacionar las singularidades de la mente o elcomportamiento con la medición de estructuras cerebrales enestudios postmortem. Es así como las zonas cerebrales implicadasen el lenguaje fueron descubiertas por Broca. Este tipo de análisishan tenido muchos éxitos pero también tienen sus limitaciones. Unono puede asumir que la pérdida de una función específica, debidoal daño en una región cerebral, representa la función normal de esaregión. Por ejemplo, un déficit puede aparecer porque lacomunicación entre esa región y otras con las que se comunica sehaya bloqueado o desconectado. También es posible que regionesque no están alteradas puedan hacerse cargo de alguna de lasfunciones que lleva a cabo la zona dañada en condicionesnormales. En definitiva, existen muy pocas lesiones patológicas queestén confinadas a una zona funcional específica. Además, siempretranscurre mucho tiempo entre el estudio de un paciente cuandoestá con vida y el posterior estudio del cerebro.Las técnicas de imagen estructural del cerebro se empezaron adesarrollar hace 30 años. El reciente desarrollo de los métodos deproyección de imagen funcional por físicos médicos ha creado graninterés. Esto nos permite, literalmente, mirar dentro del cerebro einvestigar el cerebro humano, a la vez que pensamos, aprendemoso soñamos.Cómo funciona todoLas técnicas electrofisiológicas desarrolladas para monitorizar laactividad neuronal se basan en los cambios del potencial demembrana en las neuronas activadas. Las técnicas de scanningcerebral monitorizan los cambios que aparecen en el metabolismoenergético requerido por las neuronas activadas.Los gradientes electroquímicos que inducen el movimiento de losiones adentro y fuera de las neuronas (base de la comunicaciónsináptica y de los potenciales de acción) requieren energía. La fuentede energía procede de la oxidación de glucosa. La glucosa y eloxígeno son transportados al cerebro por medio de la circulacióncerebral. Por medio de esta conexión neurovascular, sabemos queexiste un aumento local en el flujo sanguíneo cerebral en las zonasactivadas. Estos cambios ocurren rápidamente. Las técnicasmodernas de neuroimagen miden estos cambios locales en el flujosanguíneo y los utilizan como un índice de actividad neuronal.La primera técnica funcional que se desarrolló fue la llamadaTomografía por Emisión de Positrones (PET). Este proceso implica lainyección, en humanos, de trazadores radiactivos unidos acompuestos con interés biológico (tales como drogas o fármacos quese unen a los receptores de diferentes neurotransmisores). Grandesanillos de detectores situados alrededor de la cabeza del pacienteregistran la sincronización y posición de las partículas gammaemitidas por los isótopos radioactivos que atraviesan el cerebro. ElPET se puede utilizar para la realización de mapas de cambios en elflujo cerebral sanguíneo (CBF). Este tipo de medidas han permitidolocalizar donde residen las funciones sensoriales, motoras ycognitivas en el cerebro humano. Sin embargo, el PET tiene algunasdesventajas, la mayor de ellas es que requiere la inyección detrazadores radioactivos. Lo que significa que mucha gente no puedesometerse a un PET scann, por ejemplo, niños y mujeresembarazadas. En el mismo sentido, el número de medidas tomadasdurante el scann son limitadas.Una técnica diferente que se ha desarrollado y no es invasiva ni usasubstancias radioactivas es la llamada Proyección de Imagen porResonancia Magnética (MRI).Izquierda: Parte de los beneficios ingresados por EMI con la venta de los discos de los “Vétales” ayudaron a pagar eldesarrollo de los primeros scanners cerebrales. Estos y otros equipos desarrollados posteriormente han permitido a losneurocientíficas mirar el cerebro de una forma diferente.Derecha: Un scanner MRI moderno. El paciente yace en una mesa que se mueve dentro del anillo de imanes para realizarel scanner, lo que lleva entre 30 minutos y 1 hora.Visualizandodel Cerebro
  • 44. Esto permite que cualquier persona, independientemente de suedad pueda someterse a un scann. La MRI permite obtenerimágenes muy detalladas de la estructura cerebral, yrecientemente el desarrollo de la proyección de imagen por tensorde difusión (DTI) ha permitido la obtención de imágenesdetalladas de las fibras de sustancia blanca que conectan lasdistintas regiones cerebrales.Imágenes de vasos sanguíneos en el cerebro. Los cambiosen el flujo sanguíneo se pueden medir y sirven como índicede actividad neuronal.Con la nueva tecnología informática, las imágenesobtenidas por scanners PET y MRI muestran dondeexactamente ocurren los cambios en flujo sanguíneodentro del cerebro.Probablemente seáis muy buenos substrayendo números. ¿Perohabéis probado alguna vez a substraer cerebros? No es deextrañar, por tanto, que el niño en el dibujo esté confundido. Elsubstraer imágenes cerebrales en 2 y 3 dimensiones parece serfundamental para el análisis de los datos y/o resultados. Lamayoría de los estudios por MRI conlleva la medición de BOLD,cuando la gente se encuentra realizando determinadas tareas deforma controlada. Durante la realización de un scann, los sujetosyacen dentro del anillo de imanes y sus respuestascomportamentales a diferentes estímulos son monitorizadas. Sepueden presentar una gran variedad de estímulos, tanto visuales,proyectados en una pantalla para que el individuo los pueda ver oauditivos por medio de auriculares.Una de las aplicaciones más excitantes de la tecnología de MRIes el proporcionar imágenes funcionales del cerebro: esto es loque se llama Proyección de Imagen Funcional por ResonanciaMagnética (fMRI). Ésta se basa en las diferentes propiedadesmagnéticas existentes entre oxihemoglobina y deoxihemoglobinaen sangre (por lo cual la señal que se obtiene en FMRI se llamaSeñal Dependiente del Nivel de Oxigenación Sanguínea: BOLD).Cuando la actividad neuronal aumenta se induce un aumento delmovimiento de iones que a su vez activan las bombas iónicas querequieren energía, por lo que aparece un aumento delmetabolismo energético y del consumo de oxígeno. Todo estoimplica un aumento de deoxihemoglobina y una disminución de laseñal magnética. Sin embargo, el aumento en el consumo deoxígeno va inmediatamente seguido (segundos) por un aumentolocal del flujo cerebral. El aumento del flujo cerebral es mayor queel aumento en consumo de oxigeno; por lo tanto, hay un aumentorelativo de oxihemoglobina y de intensidad de la señal. Elmecanismo exacto de cómo se produce este aumento de flujosanguíneo no está claro, pero parece ser que las responsablesserian ciertas señales relacionadas con neurotransmisores.Ponerlo en marcha
  • 45. También se pueden examinar otros fenómenos tales como lapercepción, el aprendizaje, los recuerdos, el pensamiento e inclusola planificación. A menudo, se designan dos tareas teniendo querealizarse una justo después de la otra. La idea es que la primeratarea es la que implica el proceso en que el investigador estáinteresado mientras que la otra no debería. La sucesión deimágenes que se obtienen se substraen la una de las otras paraobtener una imagen en 2 dimensiones, con los cambios que estánespecíficamente asociados con el proceso cerebral realizado. Estasimágenes son acumuladas y apiladas por el ordenador para crearuna substracción efectiva y proporcionar una imagen en 3dimensiones (ver el dibujo de la página anterior). Los recientesavances y descubrimientos hacen que incluso breves pensamientoso cortos procesos cerebrales (tan cortos como uno o dos segundos)puedan ser analizados. Esto es lo que se conoce como MRIasociado a un proceso. Para determinar si los cambios en unaseñal son reales y estadísticamente significativos durante larealización de una tarea se utilizan sofisticados métodos de análisisde datos. Un sistema de análisis que ha permitido estandarizar elprocesado de los datos obtenidos de las imágenes es el llamadoMapeo parametrito estadístico (SPM). Los mapas SPMnormalmente son en color, en donde el amarillo intenso se usa paralas áreas de mayor actividad (“calientes”) mientras que el azul ynegro indican áreas de menor actividad (“frías”).Los científicos que trabajan con las técnicas de imagen hablan deáreas que se “encienden” cuando ciertas actividades se llevan acabo. Si una persona mira constantemente como cambia el patrónde un tablero de damas, la activación se observaráfundamentalmente en la corteza visual primaria. La utilización depatrones en movimiento o distintas combinaciones de colores asícomo otros estímulos inteligentemente diseñados para activar lasdiferentes áreas de la corteza visual nos ha dado muchísimainformación sobre la organización del sistema visual. Estudiossimilares se han llevado a cabo para el estudio de otros sistemassensoriales. Esta forma de pensar localizada también ha ayudado aidentificar las regiones del cerebro implicadas en los distintoscomponentes de la lectura, tales como transformar las palabras quevisualizamos en el código fonológico, como agrupamos los fonemaspara obtener la palabra completa, el proceso de comprender elsignificado de las palabras y demás. También se han estudiado lastareas de aprendizaje, así como las zonas implicadas en lapercepción y anticipación del dolor.Sin embargo a la vez que la investigación ha ido avanzando,también han aparecido algunas sorpresas. Un ejemplo muytemprano fue la incapacidad de visualizar el lóbulo temporalactivado regularmente durante tareas que implican memoria a largoNo obstante, nuevos paradigmas experimentales, incluyendorealidad virtual, están actualmente revelando su actividad durantelos procesos de memoria junto con otras, tales como la cortezaprefrontal y el precuneous. Junto con los nuevos descubrimientosneurofisiológicos y otras técnicas de proyección de imagen, estavariedad de regiones cerebrales implicadas en la memoria nos hallevado a re-evaluar nuestra comprensión de los sistemas dememoria del cerebro. También se están desarrollando nuevastécnicas matemáticas para poder observar y comprender como laactividad neuronal de diferentes regiones cerebrales interaccionan yse correlacionan durante tareas complejas, es lo que se llamaconectividad eficaz. Esta medida nos permite ver como las áreasdel cerero trabajan como un equipo y no son sólo un punto calientefuncional aislado. La esperanza radica en que estas nuevastécnicas, con imanes de alta fuerza de campo dándonos imágenesmucho más precisas, nos revelen la dinámica de las redes deneuronas que se comunican entre ellas en el control de lapercepción, el pensamiento y la acción.La persona del scanner ha sido expuesta a distintasimágenes. Todas ellas van a “iluminar” o activar lasáreas primarias de la corteza visual. El uso inteligente delas técnicas de substracción ha revelado que elprocesado del color (izquierda) se lleva a cabo en el áreaV4, mientras que el procesado del movimiento (puntosaleatorios moviéndose en una pantalla, derecha) activa elárea V5.La activación del área V5 refleja la percepción de movimiento.Las conexiones que llegan a esta área provienen del área V2 dela corteza y de la región pulvinar (Pul) situada másprofundamente. La corteza parietal posterior (PPC) controla elflujo de información. El análisis de la conectividad eficaz permitedeterminar la contribución de cada una de estas zonas.Investigación FronterizaNikos Logothetis es un joven neurocientífico que está realizandouna gran contribución para comprender la relación que existe entrela actividad de las neuronas en el cerebro y las señales que seobservan en los experimentos de proyección de imagen.Recientes experimentos en los que se han combinado el registroeléctrico con FMRI han mostrado una estrecha relación entre laactividad sináptica y la señal BOLD que con la descarga delpotencial de acción. Por lo que parece ser que la señal BOLD es unmejor indicador de la actividad sináptica de una región del cerebro,que la descarga de su potencial de acción. Esto tiene implicacionesmuy importantes para la interpretación de la señal BOLD conrespecto a la localización de funciones.plazo.V4 ActivaV1&V2 ActivasV5 ActivaSitios Internet: http://www.dcn.ed.ac.uk/bic/http://www.fil.ion.ucl.ac.uk
  • 46. Redes Neuronales yCerebros ArtificialesConstruyendo circuitoscerebrales de silicioEl verdadero cerebro es una materia blanda. Sus neuronas, vasossanguíneos y ventrículos llenos de líquido están compuestos de lípidos,proteínas y una gran parte de agua. Podéis hundir parte del cerebro conun dedo, cortarlo con un micrótomo, insertar electrodos en las neuronasy ver como la sangre circula a través de él. El estudio del cerebro estátotalmente ligado a la biología y la medicina. Sin embargo, hay otramanera de pensar sobre él y que ha atraído la atención de matemáticos,físicos, ingenieros e informáticos. Piensan en el cerebro escribiendoecuaciones, creando modelos informáticos e incluso dispositivos dehardware que imitan a las verdaderas neuronas dentro de él.Los cerebros reales son altamente adaptativos. Son capaces de hacercosas tales como leer una escritura que nunca han visto y comprender elhabla de personas que desconocen. Y pueden tolerar cosas que nofuncionan o van mal. Funcionan bastante bien a lo largo de la vida,aunque sus células mueran y envejezcan, todavía son capaces deaprender cosas nuevas. Los robots actuales son bastante buenoshaciendo determinadas tareas para las que han sido diseñados, comoconstruir una parte de un coche, pero no funcionan cuando algo va mal.Todos los cerebros reales están compuestos de redes neuronalesaltamente interconectadas. Sus neuronas necesitan energía y las redesnecesitan espacio. Nuestro cerebro contiene aproximadamente 100billones de células nerviosas, 3,2 millones de kilómetros de fibras“cables”, un millón de billones de conexiones y todo ello agrupado en unvolumen de 1,5 litros, sólo pesa 1,5 Kg. y consume simplemente 10Vatios. Si intentamos construir un cerebro similar con chips de silicio,consumiría aproximadamente 10 megavatios, suficiente energía aparaabastecer a una ciudad. Parece empeorar las cosas, el calor queproduciría un cerebro de silicio de tales características le haría fundirse.El reto está en descubrir como el cerebro es capaz de funcionar taneficientemente y de una forma tan económica e intentar usar principiosparecidos para construir máquinas similares al cerebro.El coste energético de, transmitir señales, comunicarse (deuna neurona a otra) ha sido probablemente el factor másimportante en la evolución del cerebro. Aproximadamente, el50-80% del consumo total de energía por parte del cerebro esdebido a la conducción de los potenciales de acción a travésde las fibras y a la transmisión sináptica. El resto es utilizadopara la producción y mantenimiento. Esto es igualmente ciertotanto para el cerebro de una abeja como para el nuestro. Sinembargo, cuando comparamos la velocidad de losordenadores actuales, con la velocidad en la transmisión deimpulsos nerviosos es muy lento, sólo unos cuantos metrospor segundo. Esto en el procesador de un ordenador haría lavida imposible. Los cerebros biológicos, sin embargo, estánconstruidos como redes altamente paralelas. La mayoría delas neuronas se encuentran conectadas directamente conmuchos miles de otras. Para ello, el cerebro explota suvolumen tridimensional en el que puede almacenar todo,doblando las capas de células en pliegues y situando lasconexiones de manera conjunta en paquetes. Por el contrario,el establecer conexiones incluso entre un número reducido deneuronas de silicio está limitado por la naturalezabidimensional de los chips y circuitos. Por lo que a diferenciadel cerebro, la comunicación directa entre las neuronas desilicio está muy restringida. Sin embargo, gracias a laposibilidad de explotar la alta velocidad de la electrónicaconvencional, los impulsos de muchas neuronas de silicio sepueden multiplicar, un proceso que llevaría múltiples mensajesa través del mismo cable. De esta forma, los ingenierosinformáticos pueden empezar a emular las conexiones de lasredes biológicas.Para reducir energía pero aumentar la velocidad, losingenieros inspirados por las neuronas han adoptado laestrategia de utilizar una codificación análoga en vez dedigital. Carver Mead, uno de los gurús de Silicon Valley enCalifornia, acunó la expresión de “Ingeniería Neuromórfica”para describir la traducción de neurobiología en tecnología. Envez de codificar digitalmente en 0s y 1s, los circuitos análogoscodifican en continuos cambios de voltaje, como hacen lasneuronas durante su estado de sub-umbral (ver Capítulo 3).Los cálculos pueden, por tanto, realizarse en menos pasos yaque se puede explotar mejor la física básica de los dispositivosde silicio. La computación análoga a las bases del cálculo:suma, substracción, exponenciales e integración, todo ellocomplicados procesos en máquinas digitales. Cuando lasneuronas, ya sean biológicas o de silicio, computan y tomandecisiones que transmiten impulsos por los axones paracomunicar la respuesta a las neuronas diana. Como lacodificación por picos tiene un gran coste energético, lacodificación eficaz maximiza la información representada enun patrón de picos mediante la reducción y es lo que se llamaredundancia. La eficiencia energética también se aumenta yaque se utiliza el menor número posible de neuronas activas.Esto es lo que se llama codificación dispersa y proporcionaotro importante principio de diseño para los ingenieros queconstruyen redes neuronales artificiales.Vuestro cerebro contiene aproximadamente100,000,000,000 células nerviosas, 3,200,000kilómetros de fibras (cables), con1,000,000,000,000,000 de conexiones y todoello agrupado en un volumen de 1,5 litros, sólopesa 1,5 Kg. y sólo consume la misma energíaeléctrica que una bombilla.
  • 47. Un retina de silicioSe ha creado una versión artificial sencilla de una red biológica graciasa la construcción de una retina de silicio que captura la luz que adaptasu respuesta automáticamente en respuesta a los cambios deintensidad luminosa. Está conectada a dos neuronas de silicio, que aligual que las neuronas de la corteza visual tiene la función de extraerla información sobre los ángulos de líneas y límites de contraste de laimagen retiniana.Las neuronas de este prototipo se llaman neuronas de integración yrespuesta y son muy utilizadas por los ingenieros neuromórficos. Sellaman así porque “suman” los distintos estímulos que reciben,codificados como voltajes, que llegan a sus sinapsis y sólodesencadenan un potencial de acción si el voltaje alcanza un umbraldeterminado. Las neuronas de silicio están construidas a base detransistores, pero en vez de usar los transistores como interruptores einducir una saturación de voltajes, como ocurre en los sistemasdigitales convencionales, los transistores operan dentro de su gama desubumbrales. Dentro de esta gama se comportan como la membranade las neuronas reales. Transistores adicionales pueden proporcionarconductancias activas emulando las corrientes dependientes de voltajey tiempo producidas por los canales iónicos reales. Este pequeñosistema es sólo un prototipo para sistemas visuales mucho máscomplejos que se están desarrollando actualmente, no obstante,permite ilustrar como un estímulo real que puede estar contaminadopor otras señales puede ser procesado para crear una respuestasencilla. Es capaz de realizar la tarea para la que ha sido diseñado,como la orientación de una línea dentro de una escena y losneurocientíficos están utilizando este sistema visual de sílice paraprobar equipos y enseñar a estudiantes. Lo más importante de lasredes artificiales es que son capaces de funcionar en el mundo real, entiempo real y utilizan poca energía.Redes neuronales artificialesLas redes neuronales artificiales (RNAs) se utilizan a menudopara el estudio del aprendizaje y la memoria. Normalmente soncomo un software en un ordenador digital convencional y consistenen un pequeño número de unidades de procesamiento que estánaltamente interconectadas dentro de una red. La forma más sencillade RNA es un asociador de “feedforward”, que tiene distintascapas de impulsos y de respuestas interconectadas. Una memoriaasociativa se codifica modificando la fuerza de las conexionesestablecidas entre las distintas capas de forma que, cuando un tipodeterminado de impulso se presenta, el patrón asociadoalmacenado con dicho tipo de estímulo se encuentra de formainmediata (ver la ventan del puzzle matemático en la siguientehoja). Una RNA más compleja es la red neuronal recurrente. Éstaconsiste en una capa simple en donde cada unidad estáinterconectada y todas las unidades funcionan como estímulo yrespuesta. Parece extraño pero este tipo de diseño permitealmacenar patrones y no sólo pares de elementos. Ladescodificación de este tipo de red autoasociativa se consiguegracias a la búsqueda recurrente de un patrón almacenado. Se hademostrado que para una red de 1000 unidades, se puedenencontrar aproximadamente 150 patrones antes de que los erroresque aparezcan en su búsqueda sean demasiado grandes.La similitud entre la RNA y el cerebro se encuentra en la forma enque almacenan y procesan la información. El conocimiento queprocesan se haya dentro de la misma red. No tiene una ubicaciónseparada de la memoria tal y como ocurre en los ordenadoresdigitales, en los cuales el procesador aritmético y la memoria estánseparados. En vez de esto, tienen un almacenaje de contenidodirigido. En una RNA la información se encuentra almacena en lafuerza de las conexiones, de la misma forma que las sinapsiscambien su fuerza y/o intensidad durante el aprendizaje. Las redesneuronales no están programadas para realizar un procesoespecífico. Cada “neurona”, dentro de ella es “muda” y simplementeresponde con respecto a la suma de la intensidad de los estímulos.No obstante pueden ser entrenadas para ser inteligentes. Lasreglas de aprendizaje que se utilizan para entrenar a las redesmodifican la intensidad de las conexiones establecidas entre lasneuronas, una de las más comunes es la que toma la respuesta dela red a un impulso determinado y lo compara con el patróndeseado. Cualquier error en la comparación se utiliza para ajustarla intensidad de las conexiones de forma que se pueda conseguir larespuesta deseada. De esta forma la red cada vez reduce el error almínimo. Esto parece funcionar, pero lentamente.Los errores son muy importantes. El aprendizaje es imposible si lared no puede cometer errores. Esto es un aspecto del aprendizajeque puede ser pasado por alto. Las redes excesivamenteentrenadas que no cometen errores acabaran respondiendo sólo aun tipo de estímulos. Estas redes se llaman de forma metafórica“sabias” en referencia directa a las míticas “células sabias” delcerebro humano que pueden responder pero nunca puedencometer un error. Esto no es muy útil en aplicaciones reales ya quecualquier cosa que quisiéramos aprender requeriría una redseparada. Por el contrario, algo que es muy útil en las RNA es sucapacidad de generalizar sus respuestas frente a patrones deestímulos para los que nunca han sido entrenadas. Son capacesde detectar relaciones, asociaciones y descubrir irregularidades enlos patrones. Pero también se estropean y alteran como loscerebros reales. No obstante, pueden ser capaces de encontrar unpatrón almacenado aunque el patrón de estímulo esté contaminadoo sea incompleto. Estas son propiedades extremadamenteimportantes de los cerebros biológicos que las RNAs pueden hacertambién.La lente de una cámara está situada delante de la retinade silicio.Circuito+LenteConector BNCControl deVolumenAltavoz internoSelector de SalidaConexiónAltavozExterno
  • 48. La paradoja de la tecnologíainformática modernaLa paradoja de las RNAs es que son simulaciones matemáticasen ordenadores. Esto hace que su utilización en situacionesreales sea mucho más limitada, ya que la simulación llevatiempo por lo que las RNAs no pueden funcionar en tiempo real.Las RNAs pueden funcionar bien para conducir un coche ocontrolar un avión en vuelo ya que son extremadamenterobustas frente a las contaminaciones de la señal y/o impulso ypueden seguir funcionando a pesar de que alguna de lasunidades de la red deje de funcionar. Sin embargo, los sistemasexpertos que se usan generalmente en los pilotos automáticosson ordenadores digitales programados con softwaredeterminístico convencional que por seguridad siemprerequieren de un sistema de “backup”. Si las cosas se complicanterriblemente y el sistema no puede funcionar, entonces el pilotodebe hacerse cargo de la situación. Los algoritmos actuales deentrenamiento para las RNAs son muy lentos para este tipo desituaciones de emergencia. Si las neuronas de silicio pudieranaprender, lo que actualmente no pueden hacer, muchos deestos problemas se podrían evitar. A la vez que seguimoscomprendiendo como funciona el cerebro, seremos capaces deconstruir redes neuronales más sofisticadas que nos permitiríanun funcionamiento real similar al del cerebro.NOMAD es un prototipo del tipo de máquinas pensantes quese producirán en un futuro próximo. Mide dos metros y tieneforma de cilindro presentando ojos, oídos y brazos que lepermiten coger cosas y otros tipos de sensores que lepermiten desplazarse. Lo que hace que NOMAD sea diferentedel resto de robots es que puede funcionar sin reglas oinstrucciones codificadas. En su lugar, tiene un cerebrosimulado por ordenador con 10.000 neuronas artificiales ymás de un millón de conexiones a través de las cuales escapaz de percibir sensaciones y reaccionar con respecto almedio que lo rodea. Puede adaptarse a situacionesnovedosas y aprender de sus errores a la vez que se mueve através de un área llena de cubos pintados con distintospatrones. Algunos cubos tiene bandas pintadas y sonconductores de electricidad lo que les hace “apetecibles”.Otros cubos tienen puntos pero no conducen la electricidadtan bien, lo que les hace menos apetecibles. Mirando a loscubos y saboreándolos con sus sensores eléctricos en losbrazos. NOMAD aprende a ignorar los cubos punteados y sólova a por los apetecibles cubos con bandas.El puzzle matemáticoUna memoria distribuida de contenidodirigidoImaginaros un grupo de cables situados horizontalmente,cruzándose con 4 cables situados verticalmente, con interruptores ensus puntos de intersección (panel A). Esta matriz es una memoria. Lainformación le es presentada en forma de números binarios, talescomo 0011 y 1010, y lo organizamos de manera que los interruptoresse conectan siempre y cuando un 1 se encuentre con otro 1 (panel B,en azul). Se almacenan las parejas de estos dos números. La matrizpuede almacenar otros números a parte de los primeros pares, talescomo 10101 y 0110. El estado final de la matriz debería tener 7interruptores conectados tal y como se muestra en C. Si ahora semuestra de nuevo el primer numero, 0011, a la situación final de lamatriz y lo organizamos de manera que la corriente pase por loscables verticales siempre y cuando los interruptores esténconectados (D), entonces terminareis con la corriente saliendo por laparte inferior y proporcional al número 2120. Éste no es el númerocon el que 0011 estaba emparejado al principio. Pero si dividís 2120por el número total de unos utilizados como la pista de memoria(0+0+1+1 lo que iguala 2) utilizando la división del número entero (eltipo donde os olvidáis del resto), acabáis obteniendo 1010 por lo quela matriz ha recordado que 0011 va junto con 1010 a pesar de queotro mensaje se haya almacenado encima del primero. Todo esto lopodéis verificar también con el segundo par de números también.Este es el tipo de memoria que pensamos que tiene elcerebro. No almacena la información en lugaresespecíficos, como en un PC. La información sedistribuye a través de la red almacenada en forma decambios en la intensidad sináptica y, por lo tanto, sepuede encontrar con respecto a su contenido. Uno delos problemas es que este tipo de memoria se saturarápidamente, especialmente cuando sólo hay cuatrocables. Sin embargo, con 1.000 pares de cables, unamatriz podría almacenar muchos pares de mensajes sindemasiadas interferencias.Sitios internet: www.artificialbrains.comhttp://www.ini.unizh.ch/División del número entero por 2
  • 49. Cuando las cosasvan malEl cerebro es un órgano muy delicado. Ciertos accidentes puedenproducir lesiones cerebrales y el cerebro puede enfermar y dejar defuncionar de manera normal. Las enfermedades cerebrales puedenproducir una gran variedad de síntomas y el comprenderlos puedeser difícil. La determinación de las alteraciones cerebrales requierelas dotes clínicas de un neurólogo o psiquiatra, así como unasofisticada gama de pruebas biomédicas y técnicas de proyección deimagen. La investigación sobre las alteraciones cerebrales requiereincluso de una mayor variedad de especializaciones. Algunasalteraciones tales como la epilepsia y la depresión son bastantecomunes, incluso en niños y adolescentes. Otras son menoshabituales, tales como la esquizofrenia, o sólo habituales con laedad, como la enfermedad de Alzheimer, pero no menosimportantes y/o dañinas. Algunas de ellas tienen un grancomponente genético, lo que nos lleva a considerar la posibilidad depoder presentar mutaciones relevantes que nos puedan predisponera tal tipo de enfermedades.Señales desorganizadas: EpilepsiaDurante una convulsión (ajuste epiléptico), la persona pierde laconciencia y puede incluso caer al suelo, ponerse rígido y temblar.Cuando vuelve en si, se puede dar cuenta de que se ha mordido oincluso mojado. Después de estos episodios pueden estar confusos osomnolientos. Hay muchos niños afectados por esta condición, peropuede ocurrir que con la edad se reduzcan los ataques. No obstantey desgraciadamente, para alguno de ellos estos episodios puedenaparecer una vez a la semana o incluso una vez al día.Así, ¿qué es lo que va mal? Durante las convulsiones hay unaumento en la descarga de potenciales de acción seguidos de unperiodo de excitabilidad reducida. Este proceso cíclico es moduladopor el neurotransmisor modulatorio (GABA) y el excitatorio(glutamato). Cuando la reducción de la excitación es incompleta, lasconvulsiones pueden ser desencadenadas por la activaciónincontrolada de las neuronas vecinas. Esta activación puede serlocalizada (causando una convulsión parcial) o puede extenderse a lolargo de la corteza (convulsión generalizada). Durante unaconvulsión generalizada, el ritmo alfa normal delelectroencefalograma (EEG) es sustituido por ondas largas, lentas ysincronizadas de la actividad eléctrica en ambos hemisferioscerebrales.Las convulsiones aisladas son bastante comunes, pero convulsionesrecurrentes, epilepsia, es menos frecuente y mucho másproblemática. Sus causas inmediatas se desconocen. En gente conepilepsia, los ataques se pueden producir por cansancio, saltarse lascomidas, bajos niveles de azúcar, alcohol o incluso imágenesinestables de la televisión. Todas las personas afectadas deben tenercuidado.El fondo de pagina muestra un EEG durante un episodioepilépticoLa investigación neurocientífica ha hecho dos contribucionesextremadamente importantes para mejorar la vida de laspersonas con epilepsia. Primero, gracias a nuestra mayorcomprensión de la transmisión excitatoria, ahora podemosdiseñar fármacos que reduzcan la actividad anormal durante lasconvulsiones. Los antiguos fármacos solían funcionar comosedativos, mientras que los de nueva generación son muchomás selectivos. Segundo, las mejoras en las técnicas deproyección de imagen significan que para alguna gente conconvulsiones severas, es posible el origen de éstas de formaprecisa. Por lo que algunas veces, los neurocirujanos puedenextirpar la zona del cerebro dañada reduciendo la presencia yfrecuencia de convulsiones, así como el que se extiendan a lolargo de las zonas del cerebro no afectadas. El tratamientoquirúrgico de la epilepsia es drástico, sin embargo susresultados son a veces remarcables.Dolor de cabeza y migrañaLa mayoría de la gente tiene dolores de cabeza en algúnmomento. Normalmente, se origina por tensión muscular y noes nada serio de lo que preocuparse. Ocasionalmente,especialmente si el dolor de cabeza aparece rápidamente, oestá asociado con una irritación de la piel o con vómitos puedehaber causas más serias. En este tipo de situaciones el dolor noproviene del mismo cerebro, sino de la irritación o distensión delas meninges.Una causa más frecuente del dolorde cabeza es la migraña. Así como lacabeza dolorida (a veces sólo en unlado de la cabeza), la gente se sientemal (vómitos) y encuentran las lucesmuy brillantes y los ruidos fuertesmuy dañinos. Y sufren lo que sellama áurea de migraña que consisteen luces destellantes y líneasdentadas. Este áurea normalmenteprecede al dolor de cabeza.Ahora parece que la migraña apareceen el área del cerebro que procesalas sensaciones dolorosasprovenientes de los vasossanguíneos.La proyección de imágenes cerebrales revela el aumento de laactividad en estas regiones al principio de la migraña. Comorespuesta, hay un breve aumento en el flujo local de sangre (loque induce los síntomas de luces destellantes), seguidoinmediatamente por una disminución del flujo (lo que se reflejaen debilidad temporal).En la última década ha habido una revolución en el tratamientode los ataques de migraña siguiendo los avances en elconocimiento de los receptores de serotonina (5-HT).
  • 50. Se ha descubierto una nueva clase de fármacos que activaespecíficamente un subgrupo de receptores de serotonina. Estosfármacos – los triptanos - son altamente efectivos bloqueando losdolores de cabeza debidos a migraña desde el principio.No hay suficiente combustible –infarto cerebralCuando la gente desarrolla de forma repentina una debilidad enuno de los lados del cuerpo, esto se debe normalmente a lapresencia de un infarto cerebral que afecta al lado contrario delcerebro. También pueden ser afectados el equilibrio, lassensaciones, lenguaje y el habla. Algunas veces, estas alteracionesevolucionan y mejoran con el tiempo, incluso hasta el punto dellegar a ser prácticamente normales, no obstante el infarto cerebralsigue siendo una causa común de incapacidad e incluso muerte.Los infartos pueden aparecer de distintas formas y por diferentescausas y sus consecuencias dependen en gran medida de la zonadel cerebro afectada.Lo que en estos casos va mal es el abastecimiento de energía queel cerebro precisa para poder funcionar. Las neuronas y las célulasgliales precisan combustible para funcionar. Este combustible essuministrado a través de las cuatro grande arterias que irrigan elcerebro. Los combustibles más importantes son el oxígeno y loscarbohidratos en forma de glucosa; conjuntamente, estos proveenal cerebro de los materiales básicos para producir ATP, la forma deenergía que usan las células. Esta energía (ver Capítulos 2 y 3) esnecesaria para crear el flujo de iones que se precisa para crear laactividad eléctrica de las neuronas. Dos tercios de la energíautilizada por la neurona va dirigida al funcionamiento de una enzimallamada ATPasa de Sodio/Potasio, la que se ocupa de recargar losgradientes iónicos de sodio y potasio después de que se hayaproducido el potencial de acción.En lo que se conoce como ataque isquemico transitorio (AIT), elflujo sanguíneo en parte del cerebro falla y se suprime el aportede ATP. Las neuronas no pueden recargar sus gradientes iónicospor lo que ya no pueden conducir potenciales de acción. Si porejemplo, se interrumpiera el flujo sanguíneo que irriga la cortezamotora del hemisferio izquierdo, el brazo y la pierna derecha separalizarían. Si esta obstrucción se elimina rápidamente entonceslas neuronas podrían producir nuevamente ATP, recargar susmembranas y funcionar normalmente de nuevo. Afortunadamenteel daño producido en AIT no es permanente.Un infarto es algo mucho más serio. Si el flujo sanguíneo seinterrumpe durante largo tiempo, entonces se pueden producirdaños irreparables. En ausencia de ATP las células no puedenmantener su homeostasis, con lo que se pueden hinchar e inclusoexplotar. Las neuronas también pueden despolarizarse liberandoneurotransmisores que en exceso pueden ser potencialmentetóxicos tales como el glutamato. Las células gliales, que encondiciones normales eliminan el exceso de glutamato gracias auna bomba dependiente de ATP, también dejan de funcionar. Enausencia de energía, la vida de las células nerviosas esextremadamente precaria.Gracias al estudio cuidadoso de los fenómenos que acontecendurante un infarto, los neurocientíficos han sido capaces dedesarrollar nuevos tratamientos. La mayoría de los infartos sedeben a la formación de coágulos de sangre que bloquean losvasos sanguíneos y el tratamiento con un anticoagulante llamadoactivador plasminógeno del tejido (APT) pude destruir el coágulo yrestaurar el flujo normal. Si se administra rápidamente el APTpuede tener un efecto remarcable. Desgraciadamente, elsuministrar este fármaco rápidamente a una persona sufriendo uninfarto no es fácil ya que las personas que se encuentran a sulado no saben que es lo que está aconteciendo exactamente.Otro tipo de nuevo tratamiento es la utilización de fármacos quebloquean los neurotransmisores, incluso el glutamato que seacumula a niveles tóxicos. Estos fármacos pueden bloquear losreceptores de glutamato o bien las señales intracelularesdesencadenadas por glutamato. Muchos de estos fármacos seencuentran aun en fase de desarrollo. Desgraciadamente hastaahora, ninguna de ellas ha tenido una gran repercusión en eltratamiento de los infartos.Enfermedades genéticasLos médicos han sido capaces de reconocer y diagnosticardurante mucho tiempo las enfermedades cerebrales identificandolas regiones afectadas. En muchas enfermedades, su nombre noes más que la descripción de lo que está alterado y la parte delcerebro afectada, utilizando a menudo expresiones en latín ogriego, como por ejemplo la “apraxia parietal”. Afortunadamente,la explosión del conocimiento genético en los últimos diez años hacambiado las cosas radicalmente. En el caso de muchasenfermedades heridatarias, el problema radica en otras partes.Algunas personas heredan problemas con el control fino delmovimiento lo que les hace ser extremadamente inestables sobresus pies con el paso de los años. Esta enfermedad se llama“ataxia espinocerebelar”, un nombre que refleja la historia de lanomenclatura clásica de las enfermedades. Ahora conocemos losdefectos genéticos que la causan. De hecho, muchasenfermedades se pueden clasificar con respecto a su causa y eldiagnostico genético se ha convertido en una rutina habitual paralos pacientes que se cree pueden presentar ataxiaespinocerebelar o cualquier otra condición genética. Eldiagnostico se puede establecer mucho más rápido y con mayorexactitud.Dibujo mostrando un cerebro dañado por un infarto,así como la región de penumbra a su alrededor quepuede sufrir daños posteriores.HemisferioderechoSección a traves delHemisferio izquierdoZona del infarto“Penumbra”de célulasdañadas porel infartoArterias abastaciendoel cerebroMédula espinalCerebelo
  • 51. La enfermedad de Hungtinton es una enfermedad neurodegenerativaasociada con movimientos involuntarios anormales del cuerpo,llamada así en honor al médico que la describió por primera vez. Sedebe a la repetición de una mutación en uno de los genes másgrandes del genoma humano llamado hungtintin. Alguna de lasformas tempranas de la enfermedad de Parkinson (una enfermedadque causa lentitud, rigidez, temblores e inestabilidad) se debe aproblemas que codifican la parkina. A la vez que ayudan con eldiagnóstico, los tests genéticos se pueden utilizar para prevenir a losmiembros de las familias de los posibles riesgos que pueden tener depadecer la enfermedad o incluso transmitírsela a sus hijos.Sin embargo, la revolución genética ha cambiado la forma en la quelos doctores se enfrentan con las enfermedades del sistema nerviosoy es sólo el principio de un largo viaje. A veces la misma alteracióngenética puede causar distintas enfermedades en diferentespersonas y a veces distintos genes pueden causar enfermedadesmuy parecidas. El comprender que es lo que define estas diferenciasy cómo nuestra dotación genética interacciona con el mundo en elque vivimos y lo que nos rodea, es uno de los mayores retos de laera genomita en la que vivimos.Árbol genealógico de una familia mostrando lasgeneraciones de una familia sufriendo problemas deaprendizaje y esquizofrenia. Fijaros en como estasalteraciones pueden algunas veces saltarsegeneracionesProblemas de AprendizajeEsquizofreniaDebateSi descubrieras que tienes riesgo de desarrollar y depadecer una enfermedad genética, ¿te gustaríasaberlo con certeza? ¿Crees que estaría bienidentificar el gen antes del nacimiento y en caso depoder desarrollar la enfermedad inducir un aborto?¿Y que pasa con todos los años felices yproductivos vividos por las personas antes depadecer la enfermedad?Jacqueline du Pré.Una música muyfamosa que padecióesclerosis múltiple.Inflamación-Esclerosis MúltipleLa esclerosis múltiple está causada por una inflamación agudadel sistema nervioso que posteriormente se estabiliza. Nuestrosistema inmune está diseñado para luchar con infeccionescausadas por virus o bacterias. A veces puede equivocarse yempezar a atacar algunos de nuestros propios órganos y/omoléculas. A este tipo de alteraciones las llamamosenfermedades autoinmunes y pueden afectar a prácticamentetodos los tejidos. Si el sistema inmune ataca a la mielina queenvuelve los axones de las neuronas, entonces se crea un áreade inflamación local que origina un demielinización. Con eltiempo, la inflamación normalmente se estabiliza, la mielina serepara y las cosas vuelven a su estado normal. No se sabe quees lo que desencadena la inflamación en un primer lugar ymucha gente con demielinización sólo sufre uno de estosepisodios. Sin embargo, algunas personas parecen tenertendencia a desarrollar episodios recurrentes en distintas zonasdel cerebro.Como no sabemos que es exactamente lo que origina lainflamación en la esclerosis múltiple, no podemos detenerlacompletamente. Sin embargo, si sabemos que los ataques sepueden reducir gracias a la administración de esteroides quedeprimen el sistema inmune. En el caso de algunos pacientescon severa esclerosis múltiple, algunos médicos creen que eldeprimir ciertos componentes del sistema inmune con productostales como azatiofrina o b-interferón puede ser beneficioso.Aunque todavía existen ciertas dudas con respecto a su uso.La esclerosis múltiple es una enfermedad que aparece enadultos jóvenes. Se caracteriza por episodios repetitivos dedebilidad, entumecimiento, visión doble, pobre equilibrio, queduran durante varias semanas antes de la recuperación,aparentemente a un estado normal. El ciclo existente entre losperiodos de la enfermedad (presencia de síntomas) y laremisión es una de las características de la enfermedad.El sistema inmune también puede atacar a las uniones queconectan los nervios con los músculos, causando unaenfermedad llamada “myasthenia gravis”, o bien a los propiosnervios al nivel de su salida de la médula espinal, causando loque se conoce como síndrome de Guillian Barré.
  • 52. Neurodegeneración-Enfermedadde AlzheimerEs nuestro cerebro lo que hace de nosotros lo que somos: cómoreaccionamos ante diferentes situaciones, de quién nos enamoramos,qué tememos y qué recordamos. Este aspecto fundamental de lanaturaleza humana queda al desnudo cuando nuestro cerebro padeceuna alteración progresiva conocida como enfermedad de Alzheimer. Laenfermedad de Alzheimer es un tipo de demencia, una pérdidageneralizada de facultades que afecta aproximadamente al 5% de laspersonas con 65 años y al 25% de las personas con 85 o más años.Es una enfermedad devastadora: normalmente empieza con fallos enla memoria y va avanzando hasta producir una pérdida total de suscapacidades como persona llegando a causar finalmente la muerte. Elver a las personas que queremos de esta forma es una experienciaterrible para los familiares. Al final las personas que la padecen sonincapaces de reconocer a sus más íntimos allegados y requierenayuda para sus actividades diarias tales como vestirse, comer, bañarsee ir al servicio. Por lo que la vida de las personas que se ocupan deellos también cambia de una forma dramática.“Actualmente papá no sabe quien soy. Parece que yano es capaz de reconocerme. Se enfada y se asustapor cualquier cosa. No creo que sea capaz decomprender lo que pasa a su alrededor. Al principioparecía olvidarse de las cosas, siempre perdiendo algo.Luego empeoró. No se iba a la cama, no parecía darsecuenta de la hora que era ni de donde estaba. Ahora yano puede controlar sus intestinos y necesita ayuda paracomer y vestirse. ¡Ya no puedo más!”¿Qué es lo que va mal? A la vez que la enfermedad de Alzheimerprogresa, las células se van muriendo, la corteza se reduce y losventrículos (los espacios del cerebro llenos de líquidos) aumentan. Eldiagnóstico se realiza fundamentalmente por medio decaracterísticas y signos clínicos, pero desgraciadamente no puedeser confirmado definitivamente hasta que se realiza un análisis post-mortem una vez que a nivel microscópico se puede establecer lapérdida celular así como la acumulación anormal de una proteínaamiloide dispersa en forma de placas amiloides degenerativas y deovillos enredados con otras proteínas que son constituyentesnormales de las células nerviosas, ovillos fibrilares. Los proyectos deinvestigación actuales están intentando mejorar el diagnósticotemprano durante la vida del paciente con nuevas técnicasneurofisiológicas centradas en distinguir los cambios mentales en lasetapas tempranas de la enfermedad de Alzheimer comparándolascon las que aparecen en otras alteraciones, tales como la depresión.Una tinción de unamuestra del cerebromostrando las placasamiloides (en elrectángulo) y los ovillosteñidos en negro (flechas).De nuevo la genética ha proporcionado un apoyo para empezar acomprender mejor esta enfermedad, indicando ciertas mutaciones engenes determinados que codifican para la proteína precursora deamiloide (de la que se forma la proteína amiloide) y las presenilinas(que codifican para las enzimas encargadas de fragmentar elprecursor). El heredar una variación determinada del gen de laapolipoproteina E (apoE) designado apoE-4 constituye un factor dealto riesgo para la enfermedad. Sin embargo, los factores genéticosno proporcionan la historia completa: ciertos factores ambientales,tales como toxinas y otras alteraciones como las lesiones producidaspor el trauma cerebral pueden jugar un papel extremadamenteimportante. No obstante, los factores genéticos son losuficientemente importantes como para haber desarrolladomodelos animales que muestran las características de laenfermedad. La investigación en estos modelos debe serinterpretada cuidadosamente y no sobre-interpretarse, aunquenos puede proporcionar gran información sobre la biología de esteproceso degenerativo.Todavía no existen tratamientos que impidan la progresión de laenfermedad de Alzheimer, aunque son altamente deseados y espor lo que la investigación en modelos animales esextremadamente importante. Se sabe que las células que utilizanel neurotransmisor llamado acetilcolina son especialmentevulnerables en esta enfermedad. Los fármacos que activan ypermiten el funcionamiento de la acetilcolina restante,bloqueando la enzima encargada de su destrucción tienen unefecto relativo tanto en humanos como en modelos animales. Elrelacionar las pistas genéticas, que nos ayudan a comprender lasrelaciones entre la química cerebral y la función psicológica, juntocon la comprensión de los mecanismos por los cuales las célulasse dañan y destruyen parece ser el único paso adelante parapoder paliar esta enfermedad.DepresiónPuede parecer sorprendente el darse cuenta que la depresión y laneurodegeneración pueden estar asociadas, pero sabemos quepacientes seriamente depresivos pueden perder célulasnerviosas.La depresión es unaenfermedad muy diferente delos momentos en que nosencontramos anímicamente malde vez en cuando. Nos estamosrefiriendo a una condiciónmédica muy seria en las que elbajo estado anímico durasemanas e incluso meses.Cuando esto ocurre la situaciónparece apoderarse de todo,Vincent Van Gogh, el pintorimpresionista, sufriódepresión profunda.hasta el extremo en el que las personas que la padecen quierenmorirse e incluso llegan a intentar el suicidio. Las personas que lopadecen muestran unos síntomas característicos: alteración delsueño, pérdida de apetito, falta de concentración y memoria ypérdida del interés en la vida. Afortunadamente se puede tratar.. Los antidepresivos queaumentan la acción de lostransmisores neuromoduladores,tales como la serotonina ynoradrenalina puedenrápidamente (en semanas) tratarla enfermedad. Tratamientosespecializados de diálogo yconversación son también muyefectivos y una combinación detratamientos químicos ypsicológicos puede ser muy útil.Esta enfermedad es muycomún: 1 de cada 5 personas lapadece en algún momento desus vidas. El estar severamentedeprimido tiene un efecto de
  • 53. desequilibrio en el control de las hormonas del estrés, como elcortisol, que se liberan de forma beneficiosa durante situacionesestresantes (Capitulo 12). Sin embargo, cuando se activancrónicamente, las hormonas del estrés pueden dañar las célulasnerviosas, fundamentalmente en los lóbulos frontal y temporal delcerebro. Recientemente se ha descubierto que los antidepresivosfomentan la integración de las células nerviosas y aumentan laneurogenesis en el hipocampo. De esta forma podrían en ciertomodo ser protectores e incluso impedir los efectos tóxicos delestrés en el cerebro.EsquizofreniaOtra alteración psiquiátrica que muestra alteraciones en la químicadel cerebro y en la estructura cerebral es la esquizofrenia. Estaalteración es progresiva y potencialmente muy deshabilitadota queafecta a 1 persona de cada 100. Esta enfermedad aparecefundamentalmente en jóvenes adultos y se dice que destruye másvidas que el cáncer.Los síntomas principales de la esquizofrenia son las delusiones(creencia anormales, ideas extrañas de naturaleza persecutoria) yalucinaciones (alteraciones de la percepción en la que las personasque las padecen tienen impresiones sensoriales anormales, talescomo oír voces sin que haya nadie alrededor). A menudo tambiénaparece una disminución progresiva de las capacidades cognitivas,interacción social y capacidad para trabajar.Esta alteración está muy mal entendida: no tiene nada que ver conla “personalidad dividida” con la cual se confunde muy a menudo; nitampoco las personas que la padecen son violentas. En realidad, lamayoría de las personas con esquizofrenia son más miedosas quepeligrosas. Claramente existen factores genéticos en el origen de laenfermedad, pero como otras muchas alteraciones también tiene ungran componente ambiental y de estrés. A pesar de ello este tipode alteración es fundamentalmente una enfermedad cerebral. Sesabe desde hace mucho tiempo que los ventrículos aumentan eneste tipo de enfermedad y que la actividad de los lóbulos frontalesse ven alteradas.“Al principio no sabíamos lo que le pasaba a nuestrahija, Susana. Empezó muy bien en la Universidad yno tuvo ningún problema con los exámenes en elprimer año. Luego empezó a cambiar, se volviómucho más introvertida y dejó de hacer las cosasnormales que hacía en casa. Dejó de ver a susamigos, luego descubrimos que había dejado de ir aclase y que de hecho pasaba todo el día en la cama.Luego un día nos dijo que había recibido un mensajeespecial de un programa de televisión diciéndola quetenía poderes especiales y que los satélitescontrolaban sus pensamientos por medio de latelepatía. Se reía sin motivo y luego se ponía a llorar.Evidentemente algo iba mal. Dijo que podía oír vocesalrededor de ella que hablaba sobre todas las cosasque hacía. Resulta que estaba padeciendoesquizofrenia.Estaba en el hospital por primera vez en los dosúltimos meses. Ahora toma medicación de maneraregular. Aunque recientemente ha mejorado mucho,ya no tiene ideas raras sobre los satélites, sigue sintener mucho interés en las cosas. Debió dejar susestudios y aunque trabajó durante cierto tiempo enuna pequeña tienda local, tuvo que ir al hospital porun par de semanas y perdió su trabajo. Ella ya no esla misma persona”.Los fármacos que bloquean los receptores de dopamina son muyútiles reduciendo la frecuencia y el impacto de los síntomas, pero nocuran la enfermedad. Las investigaciones más recientes hanmostrado que cuando en las personas con esquizofrenia seadministran experimentalmente drogas tales como las anfetaminas sepueden detectar anomalías en la liberación de dopamina. Todavíaquedan muchas cosas por descubrir respecto a esta alteración:estudios post-mortem sugieren que la forma en las que se hanconectado las neuronas durante su desarrollo es anómala, por lo queotros neurotransmisores tales como el glutamato, pueden tambiénfuncionar anormalmente.Nuestros esfuerzos para poder comprender la naturaleza de lasalteraciones mentales significa la última gran frontera en lasneurociencias médicas. Organizaciones tales como en Consejo deinvestigaciones médicas y la fundación Wellcome Trust han situado lasalud mental en su agenda de prioridades para la próxima década.Un proyecto actual es la relación entre los estudios genéticos y elscanner cerebral con el fin de estudiar anticipadamente estaenfermedad en familias de alto riesgo (ver ventana investigaciónfronteriza).Investigación FronterizaResultadoInvestigadoresPsiquiatrasMédicos GeneralesPacientesFamilias de altoriesgoUn estudio anticipado sobre la esquizofreniaLa mayoría de los estudios sobre enfermedadesneurológicas y psiquiátricas se realizan en personas queya padecen la enfermedad. Los investigadoresescoceses están utilizando información genética paraestudiar a miembros de familias con alto riesgo dedesarrollar la enfermedad. Los scanner cerebrales y testsdetallados de la función mental así como característicasfísicas se hacen de forma regular para ver si puedenencontrar marcadores tempranos en el desarrollo de laenfermedad. Este tipo de información puede ser muy útilpara el desarrollo de nuevos tratamientos.Sitios internet: Fundación cerebro y medula: http://www.bbsf.org.ukAsociación Británica para la Epilepsia: http://www.epilepsy.org.uk Infarto cerebral: http://www.strokecenter.orgInstituto Nacional de Desordenes Neurológico e Infarto Cerebral : http://www.ninds.nih.gov
  • 54. Érase una vez, hace mucho tiempo (tal y como empiezan loscuentos) que existía una clara distinción entre ciencia y tecnología.Los científicos seguían una senda y corrían desenfrenadamente enbusca de la verdad, hacia cualquier lugar donde ésta les pudieraconducir y con la única recompensa del placer que les daba el poderencontrarla. Los ingenieros y los tecnólogos aplicaban los frutos delesfuerzo de los científicos para cambiar y/o modificar el mundo en elque vivimos. Sin embargo y a pesar de lo seductora que puedaparecer esta distinción, es y siempre ha sido un cuento de hadas.Hoy en día, los científicos están mucho mas informados sobre elcontexto social en el que trabajan, y como ese contexto puedeafectar a sus estudios.NeuroéticaLas cuestiones relacionadas con el impacto de las Neurociencias ennuestra sociedad se encuentran generalmente agrupadas en lo quese conoce como Neuroética, que es la interacción entre lasneurociencias, filosofía y ética. Entre otros esto incluye como losdescubrimientos realizados sobre el cerebro afectan nuestra formade sentirnos como seres humanos (bases neuronales de lamoralidad). Gira alrededor de las implicaciones de la política social(como el potencial educativo de un niño) y cómo se lleva a cabo lainvestigación (como la ética de la experimentación animal o el uso delengaño en humanos). Y también se ocupa de cómo losneurocientíficos pueden mejorar la forma de comunicar al público ycompartir ideas sobre lo que deberían hacer.“PENSAR SOBRE EL CEREBRO ES ALGOQUE TODOS HACEMOS, ES ALGOFASCINANTE”Zach Hall, Universidad de CaliforniaEl contexto socialAunque algunos neurocientíficos piensan que sus ideas yconceptos están totalmente divorciados de la sociedad, esto no escierto. En el siglo XVII, Descartes utilizó una metáfora hidráulicapara explicar como los “humores” (líquidos) del cerebro movían losmúsculos, una metáfora que tomó prestada de una ingenieríaacuática que vio en un castillo Francés. A principios del siglo XX yreflejando la revolución industrial, los neurofisiólogos descubrieronlas complicadas conexiones del cerebro como “un telar encantado”o más tarde como una “centralita telefónica gigante”. Ahora, aprincipios del siglo XXI abundan las metáforas computacionales,tales como la imaginativa “la corteza cerebral funciona de unaforma parecida a una web mundial privada”. Éstos son formassencillas de explicar ideas complejas, pero también conceptos quese transforman en teorías sofisticadas del cerebro.Los neurocientíficos pueden y de hecho se ponen a pensar enproblemas científicos de una forma completamente aislada delmundo real y diario. A veces esta escapatoria va hacia un mundoabstracto y lleno de jerga en el que como si fuera una búsquedamonástica se busca la verdad. Ya sea investigando los canalesiónicos responsables de la propagación del impulso nervioso, comolos mensajeros químicos son liberados y actúan, o como las célulasde la corteza visual son capaces de representar los aspectos delmundo visual, pero muchos problemas en neurociencias puedenser abordados de una manera aislada pero accesible.Pero el mundo real nunca está lejos. Una vez que sabemos comolos transmisores químicos funcionan, es normal el pensar ensubstancias inteligentes que nos puedan ayudar a recordar mejor.Algunos podrían pensar incluso en diseñar neurotoxinas (agentesnervioso) para altear este proceso crítico, tales como inhibidoresenzimáticos y que sólo están a un paso de los agentes que seutilizan en la guerra química.Si hubiera alguna sustancia que os permitiera poder aprobar losexámenes. ¿La tomaríais? ¿Existe alguna diferencia entre esto ylos atletas tomando esteroides para mejorar sus marcas o laspersonas tomando antidepresivos?Algunos dilemas éticos más reales que rodean el futuro de lastécnicas de proyección de imagen. Por ejemplo, las técnicas deproyección de imagen podrían permitir, muy pronto y con los testsadecuados, distinguir entre las memorias reales y falsas de unapersona.
  • 55. Aunque esto todavía queda un poco lejos, puede que algún díaexistan scanners cerebrales a disposición de los juzgados, unaespecie de huella dactilar del cerebro que pueda permitir comprobarla veracidad de los testigos. Esto pone en juicio temas como el dela privacidad cognitiva.Los nuevos descubrimientos sobre el cerebro nos están haciendore-evaluar constantemente nuestra percepción de nosotros mismos.Ideas muy importantes sobre la evolución del cerebro incluyenmuchas relacionadas con la cognición social. En la actualidad, estáemergiendo la idea de que moralidad y consciencia estáníntimamente relacionadas con la parte del cerebro emocional quese ocupa de procesar las señales de recompensa y castigo, unaposibilidad que algunos han bautizado como ética evolutiva. Elconocer más detalles sobre todo ello sería muy importante paraayudarnos a darnos cuenta y ser más conscientes de lossentimientos de otras personas. El integrar estas ideas en nuestrosactuales conceptos primitivos de plasticidad sináptica, podrían tenerun gran impacto dentro de la educación, más allá de los inmediatosobjetivos académicos que en la actualidad son nuestro único focode interés.También es muy importante tener en cuenta que losneurocientíficos no se ponen de acuerdo sobre el futuro de sudisciplina. Para algunos biólogos moleculares, la última verdad sehaya dentro de los constituyentes moleculares del sistema nervioso,con las nuevas técnicas de DNA y proteomics siendo la promesapara dar explicaciones completas del cerebro y que resolverán losproblemas a los que otros neurocientíficos se ven enfrentados. Estaes la agenda reduccionista y cuyo florecimiento filosófico ytecnológico es altamente apreciado por los medios decomunicación. ¿Pero está justificada esta confianza delreduccionismo? ¿O existen otras explicaciones de mayor nivel parael funcionamiento del cerebro y la mente, que no se pueden reducirde esa forma? ¿Existen nuevas propiedades que puedan emergerde la organización del cerebro? Los neurocientíficosmultidisciplinares creen fervientemente en otra agenda. Tienen unaactitud mas ecléctica hacia las neurociencias modernas,considerando también su interacción con las ciencias sociales.Estos no son temas que se puedan discutir fácilmente en un forumpublico, pero las cuestiones sobre que tipo de investigación deberíallevarse a cabo son cosas sobre las que la sociedad debería serconsultada. Al fin y al cabo son los impuestos de la gente los quesufragan la investigación.Neuroética, algunos ejemplos concretosAlgunas de las cuestiones abordadas por la neuroética no son másque sentido común. Imaginaros que el scan cerebral de unapersona voluntaria revela una anormalidad cerebral, como porejemplo un tumor. O imaginaros que una persona en un despisteneurogenético muestra una mutación que lo hace susceptible depadecer una enfermedad neurodegenerativa. En cada uno de estoscasos, ¿se les debería informar a las personas implicadas? Elsentido común sugiere que la responsabilidad es de la personavoluntaria quien, por adelantado, debería haber sido preguntado sidaba o no su consentimiento a revelar cualquier información médicadescubierta en el scan.Sin embargo, el consentimiento de información es una cuestiónmuy particular. Supongamos que un investigador esté llevando acabo unos ensayos clínicos para un nuevo tratamiento del infartocerebral en el cual tanto el placebo como la sustancia, de unaforma ciega, deben ser administradas durante las primeras horasantes del infarto. Hay razones científicas de peso para realizar elprotocolo de esta manera. Pero no podemos anticipar quien va atener un infarto y puede que para la persona que lo padezca seaimposible dar el consentimiento. Si esto evita que el pacienteparticipe en el ensayo, iría en su detrimento y el de posteriorespacientes. Por otro lado, los familiares puede que tampoco estén enun estado de ánimo ni mental que les permita tomar este tipo dedecisiones en ese preciso momento.¿Deberíamos olvidarnos del consentimiento e introducircesiones/renuncias para obtener el mejor resultado? ¿O esasería una dirección muy peligrosa?Otro aspecto extremadamente importante de la neuroética estárelacionado con la experimentación animal. Los animales noestán en situación de dar su consentimiento para losexperimentos invasivos que se van a realizar en sus cerebros.Para algunas personas, sólo la idea de ese tipo de experimentosles disturba. Para otros proporciona un avance en nuestracomprensión del sistema nervioso en condiciones normales ydurante la enfermedad, por lo que el no llevarlos a cabo pareceilógico. Estas no son cuestiones fáciles de debatir, pero debemoshacerlo y de forma respetuosa.En la mayoría de los países europeos, los experimentos conanimales están regulados de una forma muy estricta. Losinvestigadores deben atender cursos y pasar unos exámenes quedemuestren su conocimiento de las leyes, su competencia yasegurar que no va a ocurrir ningún sufrimiento innecesario parael animal. Se acepta de forma general que las tres Rs-reducción,refinamiento y reemplazamiento son unos principios que todos loscientíficos biomédicos deben cumplir. Y lo hacen gustosos, dentrode un marco legal y generalmente con la unánime aceptaciónpública. Muchos hallazgos nuevos en neurociencias se hanoriginado a partir de técnicas de reemplazamiento, tales como loscultivos celulares y los modelos computacionales. Sin embargo,estos no pueden reemplazar todos los estudios “in vivo” delcerebro, de los cuales surgen descubrimientos y tratamientos paramúltiples enfermedades neurológicas y psiquiatritas. Por ejemplo,el uso de L-DOPA para tratar la enfermedad de Parkinson surgiódel trabajo de un Premio Nóbel en el cerebro de rata. Es más,ciertas nuevas técnicas ofrecen nuevas oportunidades a laspersonas enfermas y a los animales enfermos.Sólo comunicación…Es una sorprendente verdad el hecho de que en los países en loscuales los científicos más se comunican con el público general, esdonde menos se confía en los científicos. Pero la relación no esigual que la causa y es poco probable que este esfuerzoresponsable para involucrar al público en la discusión del impactode la ciencia en la sociedad y el gran sentido de laresponsabilidad para hacerlo, sea la causa de esta crecientedesconfianza. Más bien lo que pasa es que la gente interesada seestá volviendo más sofisticada, o mejor dicho más escépticafrente a la aparición de nuevos “fármacos milagrosos”, y son másconscientes del lento y a veces incierto avance de la ciencia. Elintentar reducir la desconfianza no es una razón para volver a laignorancia ciega.Una razón importante para enganchar a los jóvenes y a la genteinteresada en neurociencias es el hecho de que losneurocientíficos todavía discrepan sobre muchos de los pilaresbásicos de su campo. En vez de fijarse sólo en descubrimientosaislados, los medios deberían pensar más bien en la ciencia comoun progreso. Un progreso lleno de debate e incertidumbre.La Neuroética es un nuevo campo. Una ironía curiosa es cuandoRichard Feynmand, un físico teórico, explicó que la razón por laque se dedicaba a la ciencia era “por el placer de descubrir”.Irónica, porque fue Feynmand, quien se lanzó a intentar averiguarporqué la aeronave espacial, Challenger, explotó poco despuésde despegar. El impacto de la ciencia en la sociedad nos afecta atodos.Sitios internet: http://www.stanford.edu/dept/news/report/news/may22/neuroethics.htmlhttp://www.dana.org/books/press/neuroethics/
  • 56. Formacióny CarrerasCuando muchos de los jóvenes estudiantes piensan en unacarrera en Neurociencias, siempre aparecen imágenes degente con batas blancas y laboratorios. Esperamos que estélibre, para mostrar que hay muchos y diferentes aspectos enNeurociencias y que la investigación sobre el cerebro afecta lavida de la gente de muchas maneras. Desde los laboratorios alos hospitales y en otros muchas direcciones existen una granvariedad de oportunidades dentro de este campo.Cursos universitarios deNeurocienciasActualmente muchas universidades ofrecen programas ylicenciaturas en neurociencias. A menudo, se elige como unaespecialización después de los primeros anos de estudios endisciplinas tales como biología, fisiología, farmacología ypsicología. Un conocimiento de genética y biología molecularpuede ser útil también.Sin embargo, no se necesita necesariamente realizar estosestudios básicos en ciencias para poder formar parte de estosprogramas. Para encontrar más información sobre losprogramas de neurociencias y sus requisitos podéis consultarlas páginas UCAS en Internet. Podéis buscar en ellas, ya seapor materia o bien por las universidades en las que estáisinteresados.MedicinaMedicina en Gran Bretaña es una licenciatura. Muchasuniversidades tienen facultad de medicina y recientemente hahabido una gran expansión en el número de estudiantescursando dichos estudios gracias a la creación de nuevasfacultades. La especialización en áreas tales como neurología,neurocirugía, psiquiatría y radiología se obtienen conposteriores años de formación, pero siempre existe laposibilidad de trabajar en laboratorios dedicados a lasneurociencias durante las vacaciones de verano y en los añossabáticos. La competición para acceder a los cursos demedicina es muy grande, pero también las recompensas quese obtienen con una carrera en medicina.“El privilegio del trabajo en una universidad es la libertadintelectual. Ningún día es igual. Cada día aprendes algo nuevoy cada día te ves enfrentado a nuevos retos”Maria Fitzgerald. Profesor en la Universidad de Londres.“La atracción era, y todavía es, la idea de descubrir, vertegratamente sorprendido por los hallazgos y los pequeñosavances obtenidos gracias a estos resultados”Richard Ribchester, Neurofisiólogo en la Universidad deEdimburgo.Rosamund Langston.Estudiante de Doctorado enNeurociencias en la Universidadde Edimburgo.Thomas Petty.Estudiante de Medicinaen la Universidad deEdimburgo.“Estudié ciencias e Inglés en el instituto yluego fui a estudiar Ciencias Biológicas enEdimburgo. Me especialicé enNeurociencias en mi último año y realmenteencontré mi nicho. Fui lo suficientementeafortunada como para que me ofrecieran untrabajo como asistente de investigación enel Departamento de NeurocienciasCognitivas en la Universidad de Edimburgo,y esto me ha llevado a la realización de unDoctorado”.“Desde el colegio siempre había queridoestudiar medicina y solicite la admisión en laUniversidad de Edimburgo por su granreputación. Durante el tercer año me dieronla oportunidad de realizar un curso adicionalen Ciencias Biológicas y elegíNeurociencias. Ese año me dio laoportunidad de estudiar la investigaciónbásica que hay detrás de la medicina, lo queme fue de gran utilidad y además disfrutécon ello”.
  • 57. Constantemente se están descubriendo y desarrollando nuevosmedicamentos y el cerebro es uno de los órganos diana a los que vandirigidos. Las compañías farmacéuticas financian su propia investigación ala vez que sufragan económicamente a instituciones académicas. Muchascooperan con las universidades ofreciendo posiciones durante periodosanuales que ayudan al desarrollo y mejora de las técnicas de laboratorio ydan experiencia. Licenciados de una gran variedad de cursos de cienciasbiomédicas, incluyendo neurociencias son elementos muy deseados por lascompañías, especialmente si tienen experiencia en laboratorios.Investigación en NeurocienciasHay una gran variedad de posibilidades dentro de la investigación. Estecampo tiene muchas áreas que van desde las técnicas de proyección deimagen y estudios comportamentales hasta neurofisiología e investigaciónmolecular y genética. Los investigadores de la Universidad siempre estándispuestos a ayudar a los estudiantes a encontrar áreas que se adapten aellos.Industria InformáticaLas Neurociencias pueden que no sea la materia elegida en la Universidadcuando se tiene en mente una carrera en informática o en tecnología de lacomunicación. No obstante y como hemos visto en el libro, hay un crecienteinterés en modelos computacionales similares al cerebro y parece que iracreciendo aun más con el desarrollo de la web. También existe un graninterés en aplicaciones no médicas de las neurociencias.Enseñanza EscolarLas Neurociencias no se enseñan como una asignatura en el colegio. Sinembargo, licenciados con un título en neurociencias pueden ser idealespara enseñar Biología y tienen otro tipo de habilidades incluyendomatemáticas, lo cual puede ser muy valioso para una carrera enenseñanza.La Industria FarmacéuticaCiencias y Medios de ComunicaciónCiencias y ArteDesde periodismo a radio y televisión, una carrera en los medios decomunicación es muy competitiva y exigente. Sin embargo, existen muchasoportunidades para incorporarse en el área de la comunicación de lasciencias. La ciencia avanza constantemente y existe una importantenecesidad de informar sobre estos avances, con un propósito tantoeducacional como de interés público. El trabajo en la investigación cerebralno es una excepción. Hay un gran interés social, reconocido por los mediosy los últimos descubrimientos están teniendo un gran impacto social. Conun buen currículo científico y comprensión de la investigación, todo elloadquirido en la universidad, es mucho más sencillo el poder comunicardescubrimientos novedosos y complejos de una manera exacta y efectivatanto a otros científicos como al público en general.La ciencia y el arte no son mutuamente excluyentes. Un diseño que atraigala imaginación es fundamental en la presentación de la ciencia a una ampliaaudiencia. Los museos, galerías, medios de comunicación y otrasorganizaciones animan y financian colaboraciones experimentales entrecientíficos y artistas.Sitios internet: http://www.abpi-careers.org.uk/www.gsk.com www.sciart.org
  • 58. AgradecimientosEstamos en deuda con toda la gente que ha contribuido con la preparación del texto y esquemas incluidos en este libro.Esperamos que la presente lista incluya a todos los contribuyentes y nos disculpamos si hay alguien que ha contribuidoy no aparece en esta lista. Dibujos: Maddelena Miele y Robert Filipkowski. Portada: Peter Brophy, Beverley Clark,Michael Hausser, David Linden, Richard·Ribchester. Interior de la Portada: Peter Somogyi, Elaine Snell, Lisa·Cokayne-Naylor. Capitulo 1 (El Sistema Nervioso): Marina Bentivoglio, Nobel Forum. Capitulo 2 (Neuronas y Potencial deAcción): Tobias Bonhoeffer, Peter Brophy, Eric Kandel, Nobel Forum. Capitulo 3 (Mensajeros Químicos): MarianneFillenz. Capitulo 4 (drogas y el Cerebro): Leslie Iversen. Capitulo 5 (Tacto y Dolor): Susan Fleetwood-Walker, HanJiesheng, Donald Price. Capitulo 6(Visióm): Colin Blakemore, Andy Doherty, Bill Newsome, Andrew Parker. Capitulo7(Movimiento): Beverley Clark, Tom Gillingwater, Michael Hausser, Chris Miall, Richard Ribchester, Wolfram Schultz.Capitulo 8 (El Desarrollo del sistema Nervioso): Andrew Lumsden. Capitulo 9 (Dislexia): John Stein. Capitulo 10(Plasticidad): Graham Collingridge, Andrew Doherty; Kathy Sykes. Capitulo 11 (Aprendizaje y Memoria): Ted Berger,Livia de Hoz, Graham Hitch, Eleanor Maguire, Andrew Doherty, Leslie Ungerleider, Fareneh Vargha-Khadem.Capitulo12 (Estrés): Jonathan Seckl. Capitulo 13 (El Sistema Inmune): Nancy Rothwell. Capitulo 14 (Sueño): AnthonyHarmar. Capitulo 15 (Visualizando el cerebro): Mark Bastin, Richard Frackowiak, Nikos Logothetis, Eleanor Maguire,Lindsay Murray, Elisabeth Rounis, Semir Zeki. Capitulo 16 (Redes Neuronales y Cerebros Artificiales): Rodney Douglas,Gerry Edelman, Jeff Krichmar, Kevan Martin. Capitulo 17 (Cuando las Cosas Van Mal): Malcolm Macleod, EveJohnstone, Walter Muir, David Porteous, Ian Reid. Capitulo 18 (Neuroética): Colin Blakemore, Kenneth Boyd, StephenRose, William Saffire. Capitulo 19 (Formación y Carreras) : Yvonne Allen (BNA), Victoria Gill. Interior de laContraportada: Eric Kandel (por la cita de Hipócrates), Richard Morris.Contraportada: Jennifer Altman, David Concar, Spike Gerrell.La Asociación Británica de Neurociencias (British Neuroscience Association; BNA) es una asociación sin ánimo delucro registrada con N° 264450.Lectura adicionalHay muchos libros fascinantes disponibles para continuar leyendo sobre ciencia y neurociencias. Aquí tenéis unapequeña lista de algunos:V.S. Ramachandran, (Sandra Blakeslee). Phantoms in the Brain: Human Nature and the Architecture of the MindFourth Dimension Publications (1999) ISBN: 1857028953Un fascinante relato del dolor fantasma de las extremidades y otras alteraciones relacionadas del sistema nervioso.Oliver Sacks. The Man Who Mistook His Wife for a Hat.Picador (1986) ISBN: 0330294911Un divertido y bien escrito relato de los efectos del daño cerebral en la mente.Jean-Dominique Bauby. The Diving-bell and the Butterfly.Fourth Estate (2002) ISBN: 0007139845Un relato personal y emotivo sobre las consecuencias de un infarto cerebral.Richard P. Feynman. Surely You’re Joking, Mr Feynman: Adventures of a Curious Character.(1992) ISBN: 009917331XFísico, un hombre orquesta: Un héroe para los jóvenes científicos.Nancy Rothwell. Who Wants to Be a Scientist?: Choosing Science as a Career.Smudge (Illustrator) Cambridge University Press (2002) ISBN: 0521520924Consejos prácticos del porqué elegir la ciencia como una carrera.Para pedir copias adicionales: Internet : www.bna.org.uk/publicationsCorreo Postal: The British Neuroscience Association,c/o: The Sherrington Buildings, Ashton Street, Liverpool, L68 3GETeléfono : 44 (0) 151 794 4943/5449 Fax: 44 (0) 794 5516/5517
  • 59. Financial SupportThis project was supported by the British Neuroscience Association, Meurology & GI Centre of Excellencefor Drug Discovery, GlaxoSmithKline and the Centre for Neuroscience of the University of Edinburgh.The authors are grateful for their generous support.Chinese translation by Dr. Melissa Wen Li Rezaie, MBBS, MSc.“ Men ought to kinow that from the brain, and from the brain only,arise our pleasures, joys, laughters and jests,as well as our sorrows, pains, griefs and fears.Through it, in particular, we think, see,Hear and distinguish the ugly from the beautiful,The bad from the good,The pleasant from the unpleasant ”Hippocrates – 5th Century B.C.言“Los hombres lo deberían saber todo del cerebro y sólo delcerebro, surgen nuestros placeres, alegrías, risas y bromas,así como nuestros, dolores, penas y lágrimas. A través deél pensamos, vemos, oímos y distinguimos lo feo de lobonito, lo malo de lo bueno, lo agradable de lodesagradable ”Hipócrates- Siglo V A.C.Soporte económico:Este proyecto ha sido sufragado por la Asociación Británica de Neurociencias (British NeuroscienceAssociation; BNA). Centro de Excelencia de Neurología & GI para el Descubrimiento de Fármacos,GlaxoSmithKline y el Centro de Neurociencias de la Universidad de Edimburgo. Los autores agradecensu generosa contribuciónTraducción al Español realizada por Dr. José Julio Rodríguez Arellano (Universidad de Manchester).