A pesar de que la fascinación del ser humano por el cerebro data de hace miles de años, su conocimiento ha dependido, al menos en parte, de las herramientas con las que ha contado para desarrollar y amplificar sus sentidos. No se ha tratado únicamente de mejorar la comunicación hacia el exterior, con sus semejantes, sino también de expandir sus horizontes interiores. El ser humano ha recorrido un largo camino para desarrollar esas técnicas, y aún le falta mucho más.
Introducción al Sistema Nervioso
El sistema nervioso es común al ser humano y a la mayoría de los animales cordados, los artrópodos, los moluscos, platelmintos y cnidarios. Este aparato de transmisión de energía química y eléctrica recorre el cuerpo entero y permite la coordinación de los movimientos y acciones, tanto las conscientes como las reflejas, a partir de lo cual se distinguen dos tipos de sistema nervioso: el somático y el autónomo. El sistema nervioso está compuesto por dos divisiones, cada una de las cuales contiene miles de millones de neuronas.
Componentes Fundamentales del Sistema Nervioso
El sistema nervioso está formado, principalmente, por dos tipos de células: las neuronas y las células gliales. La primera es la célula fundamental, se encarga de procesar y transmitir la información a través de todo el sistema nervioso. Las segundas son células que realizan la función de soporte y protección de las neuronas.
La Neurona: Unidad Básica
Las neuronas son las células fundamentales del sistema nervioso. Las neuronas reciben los estímulos de todas las partes del cuerpo y, a su vez, mandan las respuestas para que los órganos y otras capacidades físicas funcionen adecuadamente. Una neurona individual consta de:
- Dendritas: Son estructuras parecidas a árboles cuya función es recibir las señales de otras neuronas y formar células sensoriales especiales que informan acerca del ambiente circundante.
- Cuerpo celular: Es el cuartel general de la neurona y contiene su información genética en forma de ADN.
- Axón: Es una larga extensión que transmite las señales desde el cuerpo celular a otras células, incluyendo otras neuronas, células musculares o células glandulares.
- Mielina: Es una sustancia grasa que recubre los axones de muchas neuronas, permitiendo una transmisión más rápida de las señales. Este aislamiento las protege y también permite que sus señales se desplacen más rápidamente por el axón. Sin este aislamiento, las señales del cerebro podrían no llegar nunca a los grupos musculares exteriores de las extremidades.
- Sinapsis: Es el punto de contacto entre una neurona y otra célula, donde los neurotransmisores son liberados para transmitir señales. Para que una señal eléctrica se desplace entre dos neuronas, primero debe ser convertida en una señal química, que luego cruza un espacio de alrededor de una millonésima de pulgada de ancho (o la 200 milésima parte de un centímetro).
La operación del sistema nervioso depende del flujo de comunicación entre neuronas. Hay alrededor de 100 mil millones de neuronas en el cerebro humano. Cada neurona puede estar conectada a hasta 10,000 otras neuronas, pasando señales a través de sinapsis, lo que resulta en alrededor de 300 millones de millones de conexiones sinápticas corticales.
Lea también: Deducción IVA: Guía Paso a Paso
Estructura del Sistema Nervioso
Sistema Nervioso Central (SNC)
El Sistema Nervioso Central (SNC) contiene el cerebro y la médula espinal. Es una parte fundamental de nuestro cuerpo que controla prácticamente todas nuestras funciones corporales.
- Encéfalo: Es la parte más compleja del SNC y el órgano principal del sistema nervioso. El cerebro controla lo que piensas y sientes, cómo aprendes y recuerdas y la forma en que te mueves. También controla muchas cosas de las que apenas te das cuenta, como el latido de tu corazón y la digestión de la comida.
- Cerebro: Es la parte más grande del encéfalo y está dividido en dos hemisferios cerebrales, el derecho y el izquierdo. La capa externa del cerebro se llama corteza (también conocida como "materia gris"). La información captada por los cinco sentidos llega a la corteza cerebral. La corteza cerebral es una cubierta con neuronas interconectadas que, como la corteza de un árbol, forman una superficie delgada sobre los hemisferios cerebrales. La delgada capa superficial de los hemisferios cerebrales es una capa de células de unos 3 milímetros de grosor y contiene 20-23 miles de millones de células nerviosas. Los pliegues de su superficie aumentan enormemente el área, permitiendo que quepa dentro del cráneo. El cerebro controla la mayoría de las funciones del cuerpo.
- Lóbulos cerebrales: Cada hemisferio cerebral está dividido en cuatro regiones o lóbulos: los lóbulos frontales (detrás de la frente), los lóbulos parietales (arriba y hacia atrás), los lóbulos occipitales (en la parte de atrás de la cabeza) y los lóbulos temporales (justo arriba de los oídos).
- Tálamo: Se encarga de enviar los mensajes procedentes de los órganos sensoriales, como los ojos, los oídos, la nariz y los dedos, a la corteza cerebral.
- Hipotálamo: Controla el pulso, la sed, el apetito, los patrones de sueño y otros procesos corporales que ocurren automáticamente. El hipotálamo también controla la glándula pituitaria.
- Cerebelo: Debajo del cerebro, se encarga de funciones como la coordinación de los movimientos y el equilibrio.
- Tronco del encéfalo: Conecta el cerebro con la médula espinal y tiene tres partes principales: el mesencéfalo, la protuberancia y el bulbo raquídeo. Recibe, envía y coordina los mensajes cerebrales. También controla muchas de las funciones que el cuerpo realiza automáticamente, como la respiración, la frecuencia cardíaca y la tensión arterial.
- Médula espinal: La médula espinal es la encargada de conectar el cerebro con el resto del cuerpo y es la principal vía de comunicación entre ambos. Se extiende desde la base del cerebro hasta la parte inferior de la columna vertebral. Contiene nervios en su interior, unos filamentos que se ramifican hacia los demás órganos y partes del cuerpo.
El funcionamiento del SNC es muy complejo por sus componentes y los diferentes procesos. Recibe información del entorno y de nuestro cuerpo a través de diferentes receptores sensoriales. Una vez que la información sensorial llega al SNC, la procesa para entenderla y luego la transmite a través de las neuronas mediante señales eléctricas y químicas. El SNC también recibe retroalimentación sobre el estado del cuerpo y del entorno.
Sistema Nervioso Periférico (SNP)
La otra división, el sistema nervioso periférico, consta de miles de nervios que conectan la médula espinal con los músculos y los receptores de sensaciones. Este sistema conecta el sistema nervioso central con el resto del cuerpo.
- Sistema Nervioso Somático (SNS): Se encarga de las funciones voluntarias y transmite señales desde y hacia los músculos esqueléticos.
- Sistema Nervioso Autónomo (SNA): Se encarga de las funciones involuntarias, como la frecuencia cardíaca, la respiración, la digestión y la regulación de la temperatura.
- Sistema Nervioso Simpático: Prepara al cuerpo para situaciones de estrés repentino, provocando la respuesta de "lucha o huida" con aumento de la frecuencia cardíaca y liberación de adrenalina.
- Sistema Nervioso Parasimpático: Prepara al cuerpo para el descanso y ayuda al tracto digestivo a absorber nutrientes.
Métodos de Investigación y Deducción Científica en Neurobiología
Conocer algunas de las técnicas disponibles en la actualidad para esta tarea, aunque sea de manera superficial, puede ayudar a valorar su utilidad y, no menos importante, saber sus límites. Los factores más importantes a considerar cuando se evalúa la utilidad de una técnica son tres: la resolución temporal, la resolución espacial y el grado de invasividad (término que se refiere a la invasión del organismo: desde la simple inyección hasta la cirugía mayor). La resolución temporal se refiere a la capacidad para detectar fenómenos dinámicos que cambian en el tiempo: desde la milésima de segundo hasta las horas o los días. La resolución espacial se relaciona con la sensibilidad de la técnica para detectar dimensiones pequeñas, desde la milésima de milímetro (la micra =µmm) hasta los centímetros.
Técnicas de Estudio del Sistema Nervioso
A lo largo de la historia, se han desarrollado diversas herramientas y métodos para explorar el sistema nervioso, desde el estudio microscópico hasta la imagenología avanzada y la manipulación directa de la actividad cerebral.
Lea también: Guía para la deducción del ISR
Histología y Microscopía
La estructura microscópica de las células nerviosas puede estudiarse en rebanadas finas de tejido (grosores de entre 5 y 50 µmm) fijado previamente, fresco o congelado inmediatamente después de su extracción. Una vez que se tienen esos cortes finos, se tiñen con un colorante. La elección de éste depende de lo que se quiere analizar.
- Método de Nissl: Utiliza colorantes de anilina con afinidad por el ácido ribonucleico (ARN) del retículo endoplásmico rugoso, y permite ver el tamaño, forma y densidad de los cuerpos celulares.
- Métodos de Golgi (impregnación argéntica): Colorantes de sales de plata son útiles para teñir el cuerpo y las ramificaciones neuronales (dendritas y axón), visibles al microscopio de luz o electrónico. Estos métodos representaron un avance cualitativo de nuestro conocimiento acerca de la morfología del SNC.
En la actualidad, se puede insertar un microelectrodo e inyectar colorantes especiales dentro de la célula para un estudio más detallado.
Rastreo de Conexiones Neuronales
Para obtener información sobre las conexiones entre neuronas se usan otras técnicas. Si se secciona un axón, su porción distal degenera. Este fenómeno se conoce como degeneración anterógrada. Con el método de Marchi se tiñe la mielina (la envoltura axonal), y existen otras técnicas con las que se tiñen las terminales sinápticas. Se puede aprovechar el "transporte axonal" para inyectar sustancias marcadoras o utilizar moléculas tomadas por la neurona para después ser transportadas, como la enzima peroxidasa de raíz fuerte, o aminoácidos radiactivos.
Neuroquímica y Biología Molecular
El enfoque moderno de la neuroquímica nos acerca a la dimensión molecular de la función nerviosa. Mediante la separación, el aislamiento y la detección de sustancias específicas, la neuroquímica ha permitido descifrar nuevos significados del lenguaje neuronal. Utilizando moléculas que imitan la acción de compuestos endógenos, o que bloquean sus efectos (los agonistas y antagonistas, respectivamente), se han identificado los integrantes del proceso de comunicación entre las células. Las nuevas técnicas de biología molecular han enriquecido nuestro conocimiento sobre los procesos más íntimos que participan en la función celular.
Técnicas de Imagenología y Registro de Actividad
Existen otros métodos para visualizar el sistema nervioso en los que se utilizan el sonido, la luz, o el registro del flujo sanguíneo cerebral, o la distribución de marcadores radiactivos. Al conjunto de estas técnicas, basadas en el análisis de imágenes, se le conoce como imagenología.
Lea también: Consideraciones sobre la Deducción de IVA en México
A continuación, una tabla que resume algunas técnicas y sus características principales:
| Técnica | Resolución Temporal | Resolución Espacial | Invasividad |
|---|---|---|---|
| Microelectrodos | Muy alta (milésimas de segundo) | Muy alta (milésimas de milímetro) | Alta (requiere introducirse al cerebro) |
| Electroencefalograma (EEG) | Alta (milésimas de segundo) | Baja (no detecta neuronas individuales) | Baja (electrodos superficiales) |
| Resonancia Magnética Nuclear (RMN) | Media | Alta (detecta masas de 2 a 3 mm) | Baja |
| Tomografía por Emisión de Positrones (TEP) | Limitada | Limitada | Media (uso de marcadores radiactivos) |
| Métodos de Golgi/Nissl | Baja (estudio post-mortem) | Muy alta (estructuras celulares) | Alta (requiere extracción de tejido) |
| QEEG (Electroencefalografía Cuantitativa) | Alta | Media | Baja |
Mediante detectores de señales y programas de computadoras se pueden realizar "cortes" del cerebro, o de médula espinal de alta resolución espacial. Una de las técnicas que utilizamos para conocer más sobre el cerebro es el QEEG, que nos aporta información sobre la actividad eléctrica cerebral. Gracias a esta prueba es posible relacionar una actividad cerebral concreta con ciertas funciones en distintas partes del cerebro. A partir de este conocimiento, se ha desarrollado el entrenamiento en Neurofeedback, una técnica que enseña al cerebro a autorregularse para poder mejorar diferentes aspectos.
Análisis del Comportamiento
El análisis del comportamiento natural o aprendido, individual o social del ser humano y los animales comprende desde la sola observación hasta la cuantificación detallada, a partir de imágenes grabadas y desmenuzadas por computadora, de los componentes finos de cada movimiento. El empleo de métodos de condicionamiento clásico pavloviano o instrumental agrega nuevas dimensiones al estudio de la conducta.
La Actividad Eléctrica y el Mapeo Funcional del Cerebro
Naturaleza del Agente Nervioso
Al tratar de teorías del sistema nervioso, la primera cuestión que se presenta es la de la naturaleza del agente nervioso. En el siglo antepasado, después de haberse señalado las leyes de la propagación de la electricidad por frote, se tenía la presunción de que el fluido nervioso era igual al fluido eléctrico. Galvani descubrió y comprobó la electricidad conocida con el nombre de Galvanismo, sirviendo de fundamento a la teoría eléctrica del sistema nervioso. Sin embargo, los fisiólogos modernos han mirado con desdén esa identificación, por más que exista realmente en el estado normal de los nervios una especie de polaridad eléctrica. Los nervios no son mejores conductores de la electricidad que los demás tejidos, y la velocidad del agente nervioso es considerablemente menor que la de la electricidad.
Localización de Funciones Cerebrales
Se han localizado algunas funciones cerebrales simples. Por ejemplo, en 1870, los médicos alemanes Gustav Fritsch y Eduard Hitzig estimularon suavemente la corteza cerebral de perros e hicieron un descubrimiento importante: podían hacer mover diferentes partes del cuerpo. La estimulación producía movimientos sólo cuando era aplicada en una región de la parte posterior del lóbulo frontal, que es la región que ahora llamamos corteza motora. Hace ya poco más de medio siglo, los neurocirujanos Otfrid Foerster y Wilder Penfield mapearon la corteza de cientos de pacientes conscientes, encontrando que cuando estimulaban diferentes áreas de la corteza motora, se movían diferentes partes del cuerpo.
El neurocientífico José Delgado Rodríguez demostró la mecánica del comportamiento motor evocando en un mono una respuesta de sonrisa más de 400,000 veces. También estimuló en un humano el área en la corteza motora izquierda que movía la mano para hacer un puño. Estos resultados sugieren que algún día la mente humana será capaz de controlar las máquinas para hacer movimientos, lo que beneficiará enormemente a personas paralíticas.
Si la corteza motora puede mandar mensajes hacia el cuerpo, la corteza somatosensorial recibe los mensajes que proceden del cuerpo. Esta área se encuentra paralela a la corteza motora y justo adelante de ella, en los lóbulos parietales. Cuanto más sensible es la región del cuerpo, mayor será el área de la corteza sensorial dedicada a ella, de manera que los labios, que son extremadamente sensibles, se proyectan a un área cerebral más grande que aquella dedicada a los dedos del pie.
Neuroplasticidad y Adaptación
El cerebro es bastante plástico, lo que significa que puede cambiar y adaptarse con el tiempo. Si un humano o un mono pierde un dedo, la región de la corteza sensorial dedicada a recibir entradas desde ese dedo cambia y se dedica a recibir entradas de los dedos adyacentes, haciéndose más sensible. Los barridos de RMN muestran que los pianistas tienen una corteza auditiva mayor que lo usual para codificar los sonidos del piano y que las personas sordas tienen una corteza visual con mayor visión periférica. Es importante seguir estimulándolo para que aprenda cosas nuevas y establezca nuevas conexiones; esto ayuda a mantener el cerebro activo a lo largo de la vida.
Percepción Sensorial y Procesamiento Cerebral
La información sobre el interior de nuestro cuerpo, el estado de los órganos y el cuerpo mismo, y la relación con el medio ambiente es recogida por receptores tanto internos como externos y llevada al cerebro para su análisis y después la toma de una decisión sobre la conducta a seguir.
- La vista: La luz que entra en el ojo forma una imagen invertida en la retina. La retina transforma la luz en señales nerviosas y las envía al cerebro. El cerebro invierte la imagen para que la veas derecha y te indica qué es lo que estás viendo. La información visual se procesa en los lóbulos occipitales.
- La audición: Cada sonido que oímos es el resultado de ondas sonoras que entran en nuestros oídos y hacen vibrar nuestros tímpanos. Esas vibraciones viajan a lo largo de la cadena de huesecillos del oído medio y se transforman en señales nerviosas. La corteza cerebral procesa esas señales y te indica qué estás oyendo. Cualquier sonido es procesado en áreas auditivas de los lóbulos temporales.
- El gusto: La lengua contiene unos grupitos de células sensoriales, llamadas papilas gustativas, que reaccionan a las sustancias químicas de los alimentos. Las papilas gustativas reaccionan a los sabores dulce, ácido, salado y amargo. Ellas son las encargadas de enviar mensajes a las áreas de la corteza cerebral encargadas de procesar el sabor.
- El olfato: Las células olfativas de la mucosa que recubre el interior de tus fosas nasales reaccionan a las sustancias químicas que inspiras y envían mensajes al cerebro a través de nervios específicos.
- El tacto: La piel contiene millones de receptores sensoriales que recogen información relacionada con el tacto, la presión, la temperatura y el dolor, y la envían al cerebro para su procesamiento y reacción.
Desarrollo Histórico de la Teoría Neuronal
En el presente trabajo se exponen sucintamente, varias de las teorías sobre el Sistema nervioso, descubrimientos, trabajos y el movimiento científico relacionado con este sistema, propuestos por numerosos investigadores de finales del siglo XIX; que intentan explicar la morfología y funcionamiento del sistema nervioso, sobre todo aquellas que han causado una verdadera revolución en ese ramo de las ciencias universales, como la Teoría de las neuronas. La teoría de las neuronas, una de las doctrinas biológicas más importantes del pasado siglo, después de la microbiana de Pasteur, que parecía llenar todos los vacíos, resolver todos los problemas, ha sido conmovida en sus cimientos, o a lo menos, lleva la tendencia de ser modificada.
La Contribución de Gerlach y Golgi
El sistema nervioso está constituido esencialmente, desde el punto de vista funcional, de células y fibras nerviosas. Las primeras descubiertas por Remac se encuentran en la sustancia gris de los centros encéfalo-medulares y en los ganglios, mientras que las otras, cuyo descubrimiento se debe a Eremberg, forman los nervios periféricos. En 1871 Gerlach, con su método por el cloruro de oro, formuló su teoría, que por mucho tiempo fue adoptada en la ciencia. Él creía en un intrincamiento de fibras al que llamó: red de Gerlach. Golgi, después de haber descubierto su célebre técnica, fundada sobre la propiedad que tienen las células nerviosas de precipitar en su interior el cloruro de mercurio o el cromato de plata rojo, establece la libre terminación de los prolongamientos protoplasmáticos en los vasos, apartándolos del circuito nervioso y dándoles un papel puramente trófico. Los cilindro-ejes de las células sensitivas con sus múltiples colaterales, así como las colaterales del axona de las células motoras, formarían un fino retículo al cual Golgi llama: red nerviosa difusa. Corresponde al célebre profesor italiano el descubrimiento de las colaterales del cilindro-eje.
La Teoría Neuronal de Ramón y Cajal
Promulgado en el mundo biológico el descubrimiento técnico de Golgi, numerosísimos experimentadores lo aplicaron en sus estudios sobre el sistema nervioso; y poco tiempo después Ramón y Cajal, el primero, y tras él Kölliker, Lenhosek, Van Gehuchten y otros, en trabajos publicados en profusión, dieron las pruebas anatómicas de una teoría esencialmente celular, imaginada antes por Meynert, Wundt, y Nansen, fundada sobre la Embriología por His en 1883, y sostenida por Forel en 1887 en nombre de la Fisiología psicológica. Según Cajal y otros autores, las células nerviosas, con sus expansiones cilindraxil y protoplasmáticas, constituyen unidades anatómicas, completamente independientes, a las que Valdeyer llamó neuronas; y Baker, neuros. Tanto el prolongamiento cilindraxil como los protoplásmicos, estos últimos en razón de sus arborizaciones llamadas también dendritos, de cada neurona o neuro, se terminan libremente en los centros como en la periferia. Los dendritos desempeñan también la conducción nerviosa, y ésta se establece entre las neuronas por simple contacto de las ramificaciones celulares. Como se ve, la teoría en referencia se afianzaba más y más; con dos procedimientos técnicos distintos, el de Golgi y el de Ehrlich, se habían obtenido resultados idénticos.
Teoría de la Polaridad Dinámica
Como complemento a la teoría de las neuronas vino otra conocida con el nombre de: Teoría de la polaridad dinámica de las células nerviosas; emitida por Van Gehuchten en 1891, y aceptada por Cajal. Según estos sabios la conducción nerviosa no se ejerce en todos sentidos. En los dendritos se verifica de la periferia al centro (considerando como centro el cuerpo de la célula); y en el cilindraxil, del centro a la periferia; es decir, la corriente nerviosa sigue una misma dirección, del dendrito al axón pasando por el cuerpo de la célula. De ahí que los prolongamientos protoplasmáticos se llaman también celulípetos; y el cilindraxil, celulífugo.