El misterio de la mente (VI)

Qué sabemos del cerebro

El premio Nobel de Fisiología lo recibieron este año tres investigadores del cerebro. El Dr. Arvid Carson de Suecia descubrió que la dopamina es un neurotransmisor. Los doctores Paul Greengard y Eric Kandel, ambos de Nueva York, dieron pasos cruciales para el entendimiento de los sinapses y los procesos de aprendizaje y memoria. Gracias a ellos, y muchos otros, hoy el estudio del cerebro ha entrado en una nueva etapa.

Aunque hoy nos parezca evidente, recién en el siglo II el cerebro fue identificado -por Galeno- como el órgano del pensamiento. Pasaron 14 siglos hasta que Thomas Willis publico la "Anatomía del Cerebro", un tratado ilustrado por Christopher Wren, considero el primero de su índole. Casi 130 años más tarde, Luigi Galvani, experimentando con patas de rana, demostró la relación entre la electricidad y la acción de los nervios. A principios del siglo XIX se planteó que diversas regiones del cerebro desempeñan funciones específicas. En el año 1898, cerca de Vermont, en el noreste de los EE.UU., un joven capataz del ferrocarril, Phineas Gage, sufrió un accidente: una barra de acero le atravesó la cabeza perforándole el cerebro de lado a lado. La barra fue extraída y Gage sobrevivió, aparentemente ileso, pero cambió totalmente de personalidad. De ser una persona afable con gran sentido de responsabilidad, sin perder sus facultades intelectuales, se volvió irresponsable y violento. El caso de Gage fue estudiado por los científicos más eminentes de su época y dio lugar a una serie de especulaciones en cuanto a las funciones del cerebro.

No había duda de que el cerebro está íntimamente ligado a la conducta y al conocimiento, pero no había indicios sobre cómo funcionaba. Recién a principios de este siglo el genial anatomista español Santiago Ramón y Cajal abrió el camino al conocimiento del cerebro. Ramón y Cajal identificó células individuales del cerebro, que llamó neuronas, capaces de enviar mensajes a través de uniones llamadas sinapses, con lo que dio inicio a la neurología moderna.

También a principios de siglo se descubrió que las neuronas tienen potencial eléctrico, el que se altera por el paso de iones (átomos con carga eléctrica) de potasio, sodio y cloro. Esta serie de descubrimientos dieron a los neurólogos la esperanza de eventualmente entender cómo opera el cerebro a nivel celular. En los años 40 se pudo explicar el movimiento de los iones a través de las membranas celulares, pero la transmisión de mensajes entre neuronas también tiene un componente químico, lo que fue demostrado recién en los años 50. En las siguientes dos décadas los investigadores identificaron que son los neurotransmisores los responsables de los mensajes interneuronales. Durante esos años fueron identificados diversos aminoácidos y otras moléculas como transmisores químicos. Además de la acetilcolina, se descubrió la glicina, serotonina, glutamato, GABA, dopamina y la norepinefrina. Hoy se conocen unas 100 moléculas que actúan como neurotransmisores. También se descubrió que no todas actúan directamente, que algunos neurotransmisores modifican la acción de otros y en ciertos casos el mensaje final es eléctrico.

Otro aspecto del cerebro, basado en el descubrimiento de Ramón y Cajal y que había quedado sin respuesta, era la forma en que las neuronas desarrollan sus conexiones. Miles de millones de conexiones cumplen funciones específicas y no son producto de un crecimiento casual. La primera idea de esto proceso la obtuvieron los científicos en los años 40 estudiando el sistema visual de ranas y salamandras. Descubrieron que los nervios del ojo, cuando son cortados, se regeneran y los axones (brazos de las neuronas) encuentran sus conexiones originales.

Mientras los biólogos moleculares iban descifrando la actividad electroquímica de las neuronas, los neurólogos trataban de ubicar las funciones del cerebro. A partir del accidente de Phineas Gage, y el estudio de otros pacientes con lesiones cerebrales, se llegó a la conclusión de que ciertas funciones mentales están ubicadas en zonas específicas del cerebro. En 1957, un paciente identificado con las iniciales H.M. permitió a la Dra. Brenda Milner ubicar ciertas funciones de la memoria en el lóbulo temporal. Al año siguiente neurólogos suecos descubrieron que la enfermedad de Parkinson está ligada a la dopamina y ubicaron su origen en una región determinada del cerebro.

Una serie de experimentos con monos, gatos y ratones permitieron asociar directamente zonas específicas del cerebro con la percepción visual. Para sorpresa de los neurólogos se descubrió que la visión está dividida en funciones, y que diversas formas se registran en lugares especificos del cerebro. Los electroencefalogramas ayudaron a ubicar regiones de la actividad cerebral, pero recién en 1990 cuando Segi Ogawa logró crear imágenes de la actividad mental por resonancia magnética (PET), pudo estudiar el cerebro en actividad sin invadirlo. A partir de entonces se aceleró la identificación de las funciones de diversas regiones del cerebro.

El conjunto de estos descubrimientos, principalmente en la segunda mitad de este siglo, nos ha dado una visión del cerebro que nadie soñó alcanzar en la época de Ramón y Cajal. Paralelamente, los genetistas han descubierto la causa de ciertas enfermedades neurológicas en los genes defectuosos, como en la enfermedad de Huntington.

Al acabar el siglo XX, los neurólogos cuentan con un mapa parcial de las funciones cerebrales y con conocimientos de biología molecular sobre el funcionamiento de su inmensa red de conexiones. Sin embargo, a medida que se descubren nuevas funciones y mecanismos, resulta evidente la asombrosa complejidad del sistema. Tal vez el aspecto menos conocido y más importante es la capacidad del cerebro de modificarse, adquiriendo información, guardándola en la memoria para luego recabarla y darle uso. Este es el proceso de aprendizaje y alteración de la conducta de acuerdo a las circunstancias, que distingue a los seres pensantes y que estamos aún muy lejos de entender.

PET: Positron Emission Tomography (Tomografía por Emisión de Protones)

Unger, T. Qué sabemos del cerebro. En El Comercio, 17.12.2000

Imágenes: espacial.org., pichicola.com, lynuz.org., tecmente.comuf.com, periodistadigital.com,

El misterio de la mente (V)

Poco después de realizar el primer trasplante de corazón del mundo, Christian Barnard declaró que el trasplante de cerebro era inverosímil, en un futuro próximo, pues la naturaleza del tejido del sistema nervioso central (que incluye el cerebro) hacía virtualmente imposible tal operación. Añadió el famoso cirujano que ni siquiera el caso de que fuera técnicamente factible podría hablarse realmente de trasplante del cerebro humano, pues lo que se haría en realidad sería proporcionar al cerebro un cuerpo nuevo. En consecuencia, tal operación sería un trasplante de cuerpo, no un trasplante de cerebro.

Esta distinción semántica indica claramente el puesto único del sistema nervioso entre todos los demás componentes del organismo humano. Representa el "yo" del individuo, mientras que los demás sistemas sólo representan funciones biológicas. Un cirujano puede cambiar el corazón, el hígado o el pulmón de un individuo, o hacerle un trasplante óseo o epidérmico, sin alterar su naturaleza esencial. Pero no puede decirse lo mismo en el caso de trasplante de cerebros. El receptor se consideraría, sin duda alguna, como el donante equipado con un cuerpo nuevo.

La explicación de Christian Barnard expresa algo que pocos estamos dispuestos a aceptar: que la masa de materia gris, húmeda y gelatinosa llamada cerebro es una y la misma cosa que nuestro yo consciente. Es a la vez mente y cuerpo, el órgano más importante del organismo vivo.

La neurona, unidad básica del sistema nervioso, es quizá la más interesante de todas las células vivas. Es, por una parte, una unidad eléctrica que (en la mayoría de los casos) o está conectada y en acción, o desconectada, sin presentar estados intermedios, y que produce su propia corriente a partir de un potencial de energía constantemente disponible. Cuando actúa, la neurona conduce un impulso eléctrico, el "impulso nervioso", a lo largo de una fibra llamada "axón". Por otra parte, la neurona es una unidad química, y cuando se transmite un impulso nervioso de una célula a otra célula (o a un músculo o una glándula), la transmisión momentánea constituye de modo general un fenómeno químico más que un fenómeno eléctrico. La actividad química tiene lugar en un complejo órgano de contacto, la "sinapsis" entre el axón de la célula transmisora y el cuerpo o una "dendrita" de la célula receptora. Las dendritas son las diversas prolongaciones (además de la neurita, axón o cilindroeje) del cuerpo celular. Lo que ocurre en la sinapsis determina el desarrollo del importantísimo proceso de comunicación entre las neuronas.

Con escasas excepciones, las células nerviosas, muy variadas, son microscópicas, a pesar de que en algunos casos sus neuritas ultrafinas llegan a medir varios decímetros. Estas minúsculas dimensiones se hacen patentes si pensamos que el cerebro humano de diez a doce mil millones de neuronas, todas las cuales están envueltas en otro tipo de células, las células "neuróglicas", que las superan en número. Incluso un nervio que corre a lo largo del cuerpo consiste en un manojo de fibras de células nerviosas, axones, y en un nervio único, que puede imaginarse como una línea telefónica principal, puede haber 100.000 fibras, siendo cada una de ellas la extensión de una neurona.

Todas estas células, que suman tres o cuatro veces el número de habitantes de la tierra, funcionan en armonía para dirigir el mecanismo electroquímico de un sistema infinitamente complejo de información y de control que decide lo que cada ser humano es en conjunto. Su poder más notable y misterioso es algo que todos aceptamos despreocupadamente: el poder de almacenar una asombrosa cantidad de información y recordarla a voluntad. El maravilloso proceso de la memoria puede verse en el hombre de ochenta o noventa años que relata los detalles de una experiencia vivida a los seis. Estremece, por ejemplo, el caso de un albañil que fue capaz, bajo hipnosis, de describir todas las muescas y vetas de un ladrillo que había colocado en una pared hacía veinte años. Hace varias décadas, los científicos estimaban que en setenta años de vida el cerebro humano, solo en estado de vigilia, recibe, y posiblemente almacena, unos quince billones de "bitios" de información (un bitio es la unidad más pequeña de información de un aparato de registro, como, por ejemplo, un computador). Pero esto no es más que un simple dato estadístico que difícilmente puede reflejar la naturaleza mágica de la memoria, cuyas funciones apenas hemos empezado a comprender, a pesar de que es primordial para todas las capacidades humanas.

Los investigadores descubrieron que las células nerviosas no se ajustan a ninguna descripción, sino que adoptan una amplia variedad de complejas formas geométricas y dimensiones. Sin embargo, hay características comunes. Toda célula tiene un cuerpo central, el "perikarion". Dentro de él se encuentra el centro metabólico que proporciona lo necesario para el propio mantenimiento de la célula y para satisfacer sus necesidades funcionales. Muchos de los elementos internos, los "organículos", que realizan el trabajo, son estructuras que se hallan en otros tipos de células vivas: las mitocondrias y los complejos de Golgi son dos ejemplos. Una de las principales tareas del perikarion es la síntesis de carbohidratos, líquidos, y, sobre todo, proteínas. "El significado biológico de las proteínas no necesita subrayados", explica un libro de texto de bioquímica. "Si podemos considerar a los carbohidratos y a los lípidos los combustibles del horno metabólico, debemos considerar que las proteínas forman no sólo el aparato estructural, sino también los mecanismos y palancas de la maquinaria operadora. De hecho, arriesgándonos a llevar a extremos la analogía, debemos considerar a las hormonas proteínicas (que actúan como reguladoras del metabolismo), como la alta dirección que proyecta la política de la empresa".

En resumen, la misión de recepción y transmisión de una célula nerviosa puede ser algo muy complejo. Como acabamos de ver al analizar las entradas celulares, cientos o miles, con mensajes bien inhitorios, bien excitatorios, pueden incidir en una sola célula cuya misión es a su vez inhibitoria o excitatoria. Si se activa un impulso en la célula receptora, la actividad eléctrica recorre el axón y es distribuida a través de sus ramas. Cada una de estas llega luego a una sinapsis entre varias otras (inhibitorias y excitatorias) que forman las entradas de otra célula, que es también por su parte inhibitoria o excitatoria. Tal complejidad desafía la capacidad de comprensión si se recuerda que el sistema nervioso central del hombre contiene suficientes conexiones sinápticas como para ligar diez o doce mil millones de células nerviosas. Incluso zonas funcionales independientes como el ojo, desafían cualquier intento de imaginar el intrincado circuito. La retina depende de unos 130 millones de células receptoras, y las fibras que conducen al cerebro son aproximadamente un millón.

Stevens, L. (1974). Exploradores del cerebro. Barcelona: Barral

Imágenes: piuravirtual.com, javifan.blogspot.com, mononeurona.org., tvplayvideo.com