Cerebro

En biología, el cerebro, como parte de la anatomía del encéfalo de los animales vertebrados, es el centro supervisor del sistema nervioso (aunque también suele usarse el mismo término para referirse al tumor de los invertebrados). En muchos animales, el cerebro se localiza en la cabeza.

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Características físicas básicas

El cerebro humano pesa aproximadamente 1300-1500 gramos. Su superficie (la llamada corteza cerebral), si estuviera extendida, cubriría una superficie de 1800-2300 centímetros cuadrados. Se estima que en el interior de la corteza cerebral hay unos 22,000 millones de neuronas, aunque hay estudios que llegan a reducir esa cifra a los 10,000 millones y otros a ampliarla hasta los 100,000 millones. Por otra parte, el cerebro es el único órgano completamente protegido por una bóveda ósea y alojado en la cavidad craneal.

Funcionamiento general

El cerebro usa la energía bioquímica procedente del metabolismo celular como desencadenante de las reacciones neuronales. Los 'paquetes' de energía se reciben en las dendritas y se emiten en los axones en forma de moléculas de sustancias químicas (sustancias que, por esa misma razón, se denominan neurotransmisores)

Regiones metabólicas

Cada neurona pertenece a una región metabólica encargada de compensar la deficiencia o exceso de cargas en otras neuronas. Se puede decir que el proceso se ha completado cuando la región afectada deja de ser activa. Cuando la activación de una región tiene como consecuencia la activación de otra diferente, se puede decir que entre ambas regiones ha habido un intercambio biomolecular. Todos los resultados y reacciones desencadenantes son transmitidos por neurotransmisores, y el alcance de dicha reacción puede ser inmediata (afecta directamente a otras neuronas pertenecientes a la misma región de proceso), local (afecta a otra región de proceso ajena a la inicial) y/o global (afecta a todo el sistema nervioso).

Electricidad y bioelectricidad

Dada la naturaleza de la electricidad en el cerebro, se ha convenido en llamarlo bioelectricidad. El comportamiento de la electricidad es esencialmente igual tanto en un conductor de cobre como en los axones neuronales, si bien lo que porta la carga dentro del sistema nervioso es lo que hace diferente el funcionamiento entre ambos sistemas de conducción eléctrica. En el caso del sistema nervioso, lo porta el neurotransmisor.

Interacción neurotransmisora

Un neurotransmisor es una molécula en estado de transición, con déficit o superavit de cargas. Este estado de transición le da un tiempo máximo de estabilidad de unas cuantas vibraciones moleculares. El medio a través del cual se transmite es la mielina, responsable de la sinapsis neuronal, que conecta con el grupo de receptores dendríticos, descargando en la dendríta específica que admite el neurotransmisor portador de la carga. El paso del neurotransmisor por los axones estimula la creación de mielina, por lo que, a mayor cantidad de mielina, menor resistencia a la transmisión y menor uso de recursos.

Esquema de funcionamiento

El esquema de funcionamiento sería el siguiente: la neurona A demanda paquete de energía, la neurona B recibe el estímulo. La neurona B procesa paquete de energía, la neurona B emite paquete de energía con carga eléctrica. El paquete es transmitido por el cuerpo del axón gracias al recubrimiento lipídico, y es llevado hasta la dendrita de la neurona A que tiene por costumbre recibir ese tipo de paquetes. El triaxón de la neurona B libera el paquete y la neurona A lo descompone y asi sucesivamente.

Transmisión eléctrica y neurotransmisión

Entendido esto (en rasgos muy generales), se establece que, tanto un sistema de transmisión de cobre tiene resistencia al paso de las cargas eléctricas, de forma equivalente, el sistema nervioso tiene una resistencia al paso de las cargas bioeléctricas, establecido (principalmente) por la cantidad de mielina en los axones. Otros aspectos a tener en cuenta en dicha 'resistencia', serían los siguientes:

• Metabolismo
• Tipo de molécula que porta la carga
• Tiempo en el que esa molécula conserva sus propiedades
• Variación de la entalpía
• Otros factores

No todas las neuronas son productoras de mielina, por lo que no toda neurotransmisión tiene el mismo patrón específico, pero sí general.

Tareas cerebrales

El cerebro procesa la información sensorial, controla y coordina el movimiento, el comportamiento y puede llegar a dar prioridad a las funciones corporales homeostáticas, como los latidos del corazón, la presión sanguínea, el balance de fluidos y la temperatura corporal. No obstante, el encargado de llevar el proceso automático es el bulbo raquídeo. El cerebro es responsable de la cognición, las emociones, la memoria y el aprendizaje.

La capacidad de procesamiento y almacenamiento de un cerebro humano estándar supera aun a las mejores computadores hoy en día ^{[cita requerida]}. Algunos científicos tienen la creencia que un cerebro que realice una mayor cantidad de sinapsis puede desarrollar mayor inteligencia que uno con menor desarrollo neuronal.

Hasta no hace muchos años, se pensaba que el cerebro tenía zonas exclusivas de funcionamiento hasta que por medio de imagenología se pudo determinar que cuando se realiza una función, el cerebro actúa de manera semejante a una orquesta sinfónica interactuando varias áreas entre sí. Además se pudo establecer que cuando un área cerebral no especializada, es dañada, otra área puede realizar un reemplazo parcial de sus funciones.

Sistemas que se desarrollan en nuestro cerebro

En los lóbulos parietales se desarrolla el sistema emocional y el sistema valorativo. El sistema emocional esta en las 2 amígdalas cerebrales (situadas cada una detrás del ojo, a una profundidad de aproximadamente 5cm), en estas están todas las emociones que tenemos y que damos cuando algo o alguien interfiere en la actividad que este haciendo en el exterior. Por otra parte esta el sistema valorativo, este es la relación que existe entre los lóbulos prefrontales (que como su nombre lo indica esta atrás de la frente)y las amígdalas cerebrales, esa relación "física" se llama hipocampo.

Cerebro y lenguaje

La percepción sonora del habla se produce en el giro de Heschl, en los hemisferios derecho e izquierdo. Esas informaciones se transfieren al área de Wernicke y al lóbulo parietal inferior, que reconocen la segmentación fonemática de lo escuchado y, junto con la corteza prefrontal, interpretan esos sonidos. Para identificar el significado, contrastan esa información con la contenida en varias áreas del lóbulo temporal.

El área de Wernicke, encargada de la decodificación de lo oído y de la preparación de posibles respuestas, da paso después al área de Broca, en la que se activa el accionamiento de los músculos fonadores para asegurar la producción de sonidos articulados, lo que tiene lugar en el área motora primaria, de donde parten las órdenes a los músculos fonadores.

Regeneración cerebral

El cerebro humano adulto, en condiciones normales, puede generar nuevas neuronas. Estas nuevas células se producen en el hipocampo, región relacionada con la memoria y el aprendizaje. Las células madre, origen de esas neuronas, pueden constituir así una reserva potencial para la regeneración neuronal de un sistema nervioso dañado.

No obstante, la capacidad regenerativa del cerebro es escasa, en comparación con otros tejidos del organismo. Esto se debe a la escasez de esas células madre en el conjunto del sistema nervioso central y a la inhibición de la diferenciación neuronal por factores microambientales.

Un dispositivo elegante

El cerebro en la naturaleza

Tres grupos de animales, con algunas excepciones, tienen cerebros notablemente complejos: los artrópodos (por ejemplo, los insectos y los crustáceos), los cefalópodos (pulpos, calamares y moluscos similares) y los craniados (vertebrados principalmente). El cerebro de los artrópodos y los cefalópodos surge desde un par de nervios paralelos que se extienden a lo largo del cuerpo del animal. El cerebro de los artrópodos tiene grandes lóbulos ópticos por detrás de cada ojo para el procesado visual y un cerebro central con tres divisiones.

El cerebro de los craniados se desarrolla desde la sección anterior de un único tubo nervioso dorsal, que más tarde se convierte en la médula espinal. Los craniados tienen el cerebro protegido por los huesos del cráneo. Los vertebrados se caracterizan por el aumento de la complejidad del córtex cerebral a medida que se sube por los árboles filogenético y evolutivo. El gran número de convoluciones que aparecen en el cerebro de los mamíferos es característico de animales con cerebros avanzados. Estas convoluciones surgieron de la evolución para proporcionar más área superficial al cerebro: el volumen se mantiene constante a la vez que aumenta el número de neuronas. Por ello, es la superficie, y no el volumen (absoluto ni relativo), lo que condiciona el nivel de inteligencia de una especie. Éste es un error muy común que debe ser tenido en cuenta.

El cerebro en medicina

El cerebro, junto con el corazón, es uno de los dos órganos más importantes del cuerpo humano. Una pérdida de funcionalidad de este órgano lleva a la muerte. Por otro lado, los daños en el cerebro causan pérdidas de inteligencia, memoria y control del cuerpo. En la mayor parte de los casos, estos daños suelen deberse a inflamaciones, edemas, o impactos en la cabeza. Los accidentes cerebrovasculares producidos por el bloqueo de vasos sanguíneos del cerebro son también una causa importante de muerte y daño cerebral.

Otros problemas cerebrales se pueden clasificar mejor como enfermedades que como daños. Las enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, la esclerosis lateral amiotrófica y la enfermedad de Huntington están causadas por la muerte gradual de neuronas individuales y actualmente sólo se pueden tratar sus síntomas. Las enfermedades mentales como la depresión clínica, la esquizofrenia, el desorden bipolar y el trastorno de estrés postraumático tienen una base biológica teórica en el cerebro y suelen tratarse con terapia psiquiátrica, drogas o una combinación de ambas.

Algunas enfermedades infecciosas que afectan al cerebro vienen causadas por virus o bacterias. La infección de las meninges puede llevar a una meningitis. La encefalopatía espongiforme bovina, también conocida como el mal de las vacas locas, es una enfermedad mortal entre el ganado y se asocia a priones. Asimismo, se ha verificado que la esclerosis múltiple, la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Lyme, así como la encefalopatía y la encefalomielitis, tienen causas virales o bacterianas.

Algunos desórdenes del cerebro son congénitos. La enfermedad de Tay-Sachs, el síndrome X frágil, el síndrome deleción 22q13, el síndrome de Down y el síndrome de Tourette están asociados a errores genéticos o cromosómicos.

El cerebro en datos

• De todo el peso de nuestro cuerpo, el cerebro solo representa entre el 1,5% y 2%.
• El consumo de energía (en forma de oxígeno y glucosa) del cerebro con relación al resto del cuerpo es apróximadamente del 20%, manteniendose muy estable en torno a ese valor independientemente de la actividad corporal.^[1]
• Por esta razón hay actividades incompatibles entre sí, pues el cerebro varía la cantidad de energía consumida con referencia al sistema circulatorio, y por consecuencia a la del resto del cuerpo. Por ejemplo, si se hace deporte y se queman 1500 Calorías, el cerebro habrá consumido el 20%, del cual ha invertido en activar la región cerebral que controla la parte corporal que a su vez ejecuta las ordenes en las partes físicas que han interactuado con la actividad ordenada por el consciente.
• Si se trata de estudiar mientras se hace deporte (por ejemplo), la misma energía que el cerebro debería estar empleando para esa actividad, la deriva a otras funciones relacionadas con el aprendizaje, concentración y atención.
• Cuanto más se entrene en realizar varias actividades al mismo tiempo, menos energía empleará el cerebro en realizar esas mismas funciones en un futuro, pues no necesitará crear los enlaces sinápticos necesarios que le permiten ese tipo de "multitarea".
• Diferentes regiones cerebrales entrando en juego con consumos paralelos mermaran la calidad de las actividades.
• El cerebro no puede ni debe consumir más del 20% de la energía general del cuerpo. Es la cantidad que soporta el ser humano, más energía posiblemente desemboque en patologías mentales; menos energía causaría una desconexión inmediata de las partes menos representativas a la hora de conservar el estado homeostático. (análogamente a lo que supondría enchufar un electrodoméstico cortocircuitado en su electrónica o sus componentes eléctricos, el cerebro que aumenta su consumo a más del 20% tiene algo roto y el que lo disminuye, es que no le llega el aporte suficiente, el cerebro tiene un consumo nominal dependiente del trabajo a realizar)
• Está compuesto por unos 10 a 15 mil millones de neuronas, cada una de las cuales se interconecta con otras por un número de sinapsis que va de varios centenares a más de 20.000, formando una red estructural que es unas 100 veces más compleja que la red telefónica mundial.
• Toda experiencia sensorial, consciente o inconsciente, queda registrada en el aparato neuronal y podrá ser evocada posteriormente, si se dan ciertas condiciones propicias; y algo parecido sucede con nuestro conocimiento hereditario inconsciente que constituye una base de potencialidad aun mucho mayor (Popper, 1980, p.136-7).
• Igualmente, la vastedad y los recursos de la mente son tan eficientes que el hombre puede elegir, en un instante dado, cada una de las 10000000000⁴ sentencias diferentes de que dispone una lengua culta (Polanyi, 1969, p. 151).

Estos y otros datos similares nos llevan a concluir que el cerebro humano es la realidad más eficiente en cuanto a consumo y transformación de la energía se refiere, en lo que nos hemos podido encontrar en este universo. Es una verdadera máquina de la transformación de la energía y un ejemplo a seguir por los estudiosos de la termodinámica. Nos podemos preguntar qué sentido o significado tiene, o qué función desempeña, esta asombrosa capacidad del cerebro humano que reside en su optimizada manera de memorizar y en su constante aumento de la velocidad de procesar información. Nuestra respuesta es que esa dotación gigantesca está ahí, esperando a que se le enseñe cual es la disposición sináptica que permitirá a las especies más evolucionadas, subsistir por más tiempo sobre la tierra.

Capacidad del cerebro humano

Existe la tendencia a comparar al cerebro con los constructos electrónicos del hombre. No se debe hacer, pues se suele caer en demagogia y alguna que otra falacia argumental. No existe base científica que logre demostrar sin margen de error que los datos de las comparaciones sean fiables al 100%, por lo que esos estudios son estimaciones por comparación entre conceptos equivalentes. Si bien las equivalencias pueden llegar a satisfacer los requerimientos de ciertos científicos, ellos mismos reconocen sus límites a la hora de entender el funcionamiento exacto del cerebro.

En un pasado, la euforia de los ingenieros por los logros tecnológicos, les llevaron a comparar los procesos cerebrales con los electrónicos, estableciendo equivalencias. No obstante, los intereses económicos de empresas se valen de esos estudios para sus fines comerciales. Así, estos estudios siempre salen de la mano de algún ente privado, sin una concordancia con alguna universidad de prestigio que avale esos resultados. Tenemos el caso de la típica comparación que existe entre las memorias de ordenadores, así como de otros métodos de retener información, y la capacidad rememorativa del cerebro humano. La compañía Laboratorios de Tecnología Avanzada de la Corporación RCA ofrece estas comparaciones, según se publicaron en la revista “Business Week”: Por eso, con toda la tecnología humana existente, el cerebro humano todavía tiene una capacidad 10 veces mayor que lo que está almacenado en los Archivos Nacionales de Estados Unidos, 500 veces mayor que un sistema de memoria de un ordenador avanzado y 10.000 veces mayor que lo que está registrado en la “Encyclopedia Britannica.”

A diferencia de los ordenadores (lo que está en blanco permanece en blanco) el cerebro no pierde el tiempo ni desaprovecha las supuestas regiones 'no usadas'. Dada su gran capacidad de optimizar la energía, las neuronas siempre interactúan para evitar un costo mayor, por lo que las regiones 'no usadas' pasan a convertirse en regiones poco optimizadas. Una neurona sin usar es más costosa de mantener que cuando esta se conecta a un entramado sináptico. Por ello, cuando una neurona queda aislada del resto, su tendencia es a morir, y no a quedar en blanco.

De esto se desprende los comportamientos curiosos de las personas cuando han de incorporar nuevos enlaces a sus esquemas sinápticos. Por ejemplo, tratar de hacer entender a una abuelita el funcionamiento de un cajero automático puede ser desesperante, sus facultades mentales están acostumbradas a tratar con personas, su optimización sináptica está adaptada a personas, no con máquinas; cambiar toda la inercia cerebral de un anciano que ha basado su experiencia bancaria en base a la comunicación humana, es muy costoso, la tendencia siempre será a ir a lo conocido. Ahora pongamos a un niño de 5 años frente a una máquina, suponiendo que en su corta vida solo haya jugado con juguetes tradicionales, el niño pronto aprenderá a entenderse con el constructo electrónico.

En el funcionamiento de un ordenador no se permite la modificación de los entramados electrónicos, por ser Hardware. La gran ventaja del cerebro frente a un ordenador, no es la capacidad de almacenamiento ni de proceso de información, sino la de adaptación y constante búsqueda de la optimización de la energía por la modificación de su propio 'Hardware'.

Las ingenierías humanas no tardarán en llegar a fabricar aparatos que superen con creces los recursos de velocidad y almacenamiento cerebral, pero lo que aun queda lejos es dotar a lo construido de la facultad de adaptarse al medio usando recursos naturales por su elección y autonomía, manteniendo al mismo tiempo los recursos de velocidad y almacenamiento. Lo verdaderamente interesante será saber el costo energético que se necesitará para sostener dicha técnica.

Plasticidad del cerebro humano

A la fecha, los estudios indican un alto grado de adaptabilidad y versatilidad funcional de distintas áreas del cerebro. Constantemente el cerebro va generando nuevas redes sinápticas sobre las ya existentes para ir adaptándose a las necesidades cognitivas, emocionales y sociales de un individuo. Se ha corroborado que los avances tecnológicos van modificando la forma en que funciona el cerebro^[2] Sin embargo, existen claras limitaciones químicas, fisiológicas, y ambientales (incluso culturales en algunas sociedades). Incluso se ha comprobado que la meditación permite mejorar la inteligencia innata que el cerebro comprende.^[3]

El interior del cerebro

A pesar del gran número de especies animales en los que se puede encontrar cerebro, hay un gran número de características comunes en su configuración celular, estructural y funcional. A nivel celular, el cerebro se compone de dos clases de células: las neuronas y las neuroglías. Las neuronas se conectan entre sí para formar circuitos neuronales similares (pero no idénticos) a los circuitos eléctricos sintéticos. El cerebro se divide en secciones separadas espacialmente, composicionalmente y en muchos casos, funcionalmente. En los mamíferos, estas partes son el telencéfalo, el cerebelo y el tronco del encéfalo. Estas secciones se pueden dividir a su vez en hemisferios, lóbulos, córtex, áreas, etc.

Histología

El principal tipo de neurona que podemos encontrar en el cerebro es la interneurona (definida como cualquier neurona que no abandona el sistema nervioso central). Sin embargo, también están presentes las neuronas aferentes y las eferentes a través del tronco cerebral. El cerebro contiene cerca de 10 neuroglías por cada neurona, y tradicionalmente se ha visto que su función es la de desarrollar el papel de apoyo de las neuronas y de rellenar el espacio que queda entre ellas (de ahí su nombre, "pegamento" en griego). La mayor parte de las neuroglías del cerebro (y del resto del sistema nervioso central) están presentes en todo el sistema nervioso (a excepción del oligodendrocito).

El cerebro del los mamíferos posee, aparte del tejido nervioso citado arriba, una cierta cantidad de tejido conectivo llamado meninges. Se trata de un sistema de membranas que separan el cráneo del cerebro. El cerebro está suspendido en el líquido cefalorraquídeo formado en los plexos coroideos y que circula entre las capas de las meninges, concretamente por el espacio subaracnoideo, y a través de cavidades en el cerebro llamadas ventrículos, y su función es importante desde el punto de vista químico (en el metabolismo) y físico (en la prevención de golpes).

Anatomía cerebral de los invertebrados

En los insectos, el cerebro se puede dividir en cuatro partes: los lóbulos ópticos, que localizados tras los ojos, procesan los estímulos visuales; el protocerebro, que responde al olfato; el deutocerebro, que recibe la información de los receptores táctiles de la cabeza y las antenas; y el tritocerebro.

En los cefalópodos, el cerebro se divide en dos regiones separadas por el esófago del animal y conectadas por un par de lóbulos. Reciben el nombre de masa supraesofágica y masa subesofágica.

Morfología cerebral humana

Está dividido por la fisura longitudinal del cerebro en dos hemisferios cerebrales, uno derecho y otro izquierdo, encontrándose en cada hemisferio otras fisuras, aunque menos profundas que ésta, que dividen la superficie cerebral en varias partes llamadas lóbulos.

Aun cuando ambos hemisferios humanos son opuestos, no son la imagen geométrica invertida uno del otro. Desde un punto de vista puramente morfológico son asimétricos. Homo erectus, que fue antepasado nuestro, fue de los primeros en tenerlo asimétrico, como el hombre moderno. la asimetría es un rasgo de aumento de la especialización, de una capacidad cognitiva más compleja.

Existen casos documentandos de pacientes en los que se les ha tenido que extirpar una de las mitades del cerebro. La mitad cerebral que se conserva asume tareas de las que antes se encargaba la otra mitad, e inevitablemente se pierden otras. Ambas mitades procesan la información de forma redundada, pero con la peculiaridad de la variación asimétrica del emisferio que lo procesa. La ausencia de un hemisferio incapacita al individuo de interpretar el medio de una forma más amplia, restringiendo su capacidad de trabajo a ciertas funciones propias del hemisferio activo.

Ante todo señalar que las diferencias funcionales entre hemisferios son mínimas y sólo en algunas pocas áreas se han podido encontrar diferencias en cuanto a funcionamiento, existiendo excepciones en personas que no se observaron diferencias. La diferencia de competencias entre los dos hemisferios cerebrales parece ser exclusiva del ser humano. Se ha dicho que el lenguaje y la lógica dotan al individuo de mayor capacidad de adaptación al médio, pero con procesos de aprendizaje mucho más dilatados, y como tal más dependientes de sus progenitores durante la etapa de cria.

Fisiología cerebral humana

El punto anterior permite entender la existencia de tres campos en la ciencia:

• Psiquiatría: Esta ciencia formaliza teorías sobre las partes comunes entre los diferentes cerebros humanos, extrayendo las similitudes y elaborando soluciones a las patologías mentales derivadas de lesiones somáticas.
• Psicología: Esta ciencia formaliza teorías sobre como se debería organizar la información en un cerebro con capacidades filosóficas, para que en el ejercicio de esta facultad no decaiga la salud del mismo llegando a conclusiones autodestructivas. Por lo que expone modelos de educación que dotarán de un criterio y orientación determinados al niño que se le ha aplicado, ayudando a refinar los procesos de pensamiento más ordenados y sofisticados.
• paleoneurología: Esta ciencia formaliza los saltos evolutivos del hombre. Además de revelar el tamaño de un cerebro, examina las impresiones de las características de la superficie del cerebro dejadas en el interior de la calavera.

Regiones metabólicas del cerebro en los vertebrados

En el cerebro de los cordados se identifican las siguientes regiones:

• Rombencéfalo
  • Mielencéfalo
    • Médula oblonga
  • Metencéfalo
    • Puente de Varolio
    • Cerebelo
• Mesencéfalo
  • Téctum
  • Tegumento mesencefálico
  • crus cerebri
• Prosencéfalo
  • Diencéfalo
    • epitálamo
      • glándula pineal
    • Tálamo
    • Hipotálamo
    • Glándula pituitaria
  • Telencéfalo
    • arquipalio
      • ganglio basal
        • núcleo caudado
        • sustancia negra
        • cuerpo estriado
      • amígdala cerebral
    • Paleopalio
      • corteza piriforme
      • bulbo olfatorio
      • amígdala cerebral
    • neopalio
      • Corteza cerebral
        • Lóbulo frontal
        • Lóbulo temporal
        • Lóbulo parietal
        • Lóbulo occipital
        • ínsula
        • corteza cingulada

Más información

• Ratey, John J. (2003), Cerebro: manual de instrucciones, Mondadori. ISBN 978-84-397-0991-6.

Referencias

Véase también

• Carácter
• Cerebelo
• Conciencia
• Consciencia
• Conocimiento
• Creatividad
• Hemisferio cerebral
• Heurística
• Idea
• Imaginación
• Inconsciente
• Inteligencia
• Libido
• Mente
• Pensamiento
• Pensamiento lateral
• Personalidad
• Preconsciente
• Psique
• Zurdo

Enlaces externos

Wikiquote

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