Las funciones del cerebro han apasionado e intrigado a los seres humanos durante siglos. Ya los filósofos griegos se preocupaban del origen de nuestra capacidad para razonar



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PRESENTACIÓN

Las funciones del cerebro han apasionado e intrigado a los seres humanos durante siglos. Ya los filósofos griegos se preocupaban del origen de nuestra capacidad para razonar. Transcurridos muchos siglos, hemos sido capaces únicamente de aprender las cuestiones más generales sobre el funcionamiento celular. Desde un punto de vista global, las células del sistema nervioso en esencia no parecen ser diferentes de otras; están compuestas por los mismos tipos de moléculas y funcionan utilizando los mismos mecanismos generales que las demás. Sin embargo, se distinguen por la gran capacidad que tienen de comunicarse entre ellas y con las células de otros tejidos. Así como la mayor parte de las funciones de una célula muscular están relacionadas con su actividad como un elemento contráctil, la estructura y el funcionamiento de una neurona están íntimamente ligados a su capacidad de comunicarse con otras. Por otro lado, esta capacidad funcional de las neuronas depende esencialmente de la producción y transmisión de estímulos inhibidores y excitadores, y de que una neurona se comunique con un número enorme de congéneres, dando lugar a redes con una cierta semejanza a la de nuestras computadoras, pero con una complejidad extraordinariamente mayor.

Conocemos algunos de los principios que rigen la integración de órdenes para realizar movimientos y para modularlos. Hemos logrado conocer también los principios generales del funcionamiento de nuestros órganos de los sentidos y de la percepción de la luz, el sonido, el calor, etc., y los hemos localizado en algunas áreas del sistema nervioso. Sabemos también del papel de éste como regulador en el funcionamiento de algunos órganos tan importantes como el corazón. Hemos identificado agrupaciones especializadas de neuronas en diversas regiones del sistema nervioso, y conocemos algunas de sus acciones. Hay conocimientos que empiezan a dar resultados en cuanto a establecer los mecanismos de ciertas enfermedades neurológicas, y no sólo esto, sino también a aportar posibles tratamientos eficaces. Desde la época de los griegos, hemos avanzado mucho ciertamente, pero no cabe duda de que lo que nos falta saber para entender los detalles del funcionamiento de los núcleos y circuitos cerebrales excede considerablemente lo que ya conocemos.

Todavía más difícil será llegar a integrar estos conocimientos y explicar en todos sus aspectos, por ejemplo, nuestra capacidad de caminar simplemente, no digamos ya la de ejecutar una pieza musical en un piano o una guitarra. Todo esto, además del gran número de preguntas abiertas sobre las funciones cerebrales más complejas como, en palabras del autor de este libro: "Imaginar, diseñar, confiar, recelar, desear, crear, juzgar, soñar, despreciar, odiar, rechazar, amar, decidir, escoger, apreciar, valorar, evaluar y, quizá lo más sorprendente, saber que se está haciendo lo anterior, es decir, ser consciente de ello..."

Todas estas preguntas se plantean en este libro en forma extremadamente interesante y amena, a la vez que sencilla, atractiva y brillante. Su autor, Ricardo Tapia, ha dedicado su vida al estudio del funcionamiento del sistema nervioso y, sin duda, logra su objetivo de adentrar al lector en los problemas que ofrece el conocimiento de las funciones de las células de la mente. El libro pone al alcance de todos, sin necesidad de conocimientos básicos profundos, la posibilidad de asomarse a este mundo extraordinario del funcionamiento del cerebro.

ANTONIO PEÑA
PREFACIO

distintos órganos del cuerpo.

El capítulo III está dedicado a conocer cómo son las células nerviosas, qué forma y tamaño tienen, y cómo se estructuran en capas y circuitos, constituyendo lo que llamo la arquitectura celular del cerebro. Por esta razón el título del capítulo es el mismo que el del libro. En el capítulo IV se trata de relacionar e integrar la información revisada en los dos capítulos precedentes, de modo que sea posible entender por qué la existencia de los mecanismos de comunicación mediante moléculas es determinante de la función de las células nerviosas y de cómo éstas interactúan con las demás. Así, este capítulo describe cuál es la información que las neuronas manejan, es decir, qué lenguaje hablan (de ahí el título del capítulo), y analiza la arquitectura de los sitios celulares en los que ocurre la comunicación interneuronal. Se analizan, también, algunas de las más interesantes consecuencias de que la comunicación interneuronal sea química, entre ellas, la muy importante actividad de ciertas células de inhibir la función de otras.

En el capítulo V se enfoca el funcionamiento global de ciertos circuitos neuronales en el interior del cerebro que son más o menos bien conocidos, incluyendo algunos que tienen como función central la coordinación de los movimientos musculares. En este capítulo se revisan algunos resultados experimentales de mi laboratorio, dentro del enfoque general mencionado. Finalmente, el último capítulo constituye un acercamiento al problema de cómo el cerebro puede tener las tantas y tan exquisitas funciones que caracterizan la mente, y plantea una serie de preguntas que la investigación sobre el cerebro tiende a resolver, pero que presentan dificultades que en ocasiones parecen insuperables. En este contexto se revisan, entre otros aspectos, los experimentos del "cerebro dividido", que han dado lugar al concepto de que los hemisferios cerebrales llevan a cabo distintas funciones.

Sin duda alguna, conocer el funcionamiento del cerebro constituye uno de los retos más apasionantes para la inquisitiva mente que caracteriza al hombre. Y más aún si tenemos presente que cuando el hombre investiga los mecanismos de la función cerebral,está escudriñando precisamente los mismos recónditos y hasta ahora inaccesibles mecanismos que están en marcha en el momento de realizar la investigación. Es decir, en último análisis se trata de saber cómo el cerebro puede saber; de investigar cómo el hombre puede investigar; de descubrir cómo la mente puede descubrir. Algo en cierto modo parecido al famoso soneto de Lope de Vega, que se va construyendo al tiempo de irse planteando la dificultad de construirse:

Un soneto me manda hacer Violante,

que en mi vida me he visto en tanto aprieto;

catorce versos dicen que es soneto:

burla burlando van los tres delante.

Yo pensé que no hallara consonante

y estoy a la mitad de otro cuarteto,

mas si me veo en el primer terceto,

no hay cosa en los cuartetos que me espante.

Por el primer terceto voy entrando,

y parece que entré con pie derecho,

pues fin con este verso le voy dando.

Ya estoy en el segundo, y aún sospecho

que voy los trece versos acabando;

contad si son catorce, y está hecho.

Sólo que en el caso de la investigación sobre el cerebro estamos muy, pero muy lejos, de poder decir "está hecho".


I. ¿EN DÓNDE ESTÁS?

que visitar, unas flores en una recámara que significaba mucho para él, un bosque de pinos, una fogata junto a un riachuelo... Concluyó que esas asociaciones se debían a la percepción de olores, que apenas era capaz de captar. Olores mal definidos, ligerísimos, que muy de vez en cuando le parecía —no podría asegurar que fueran verdaderos— percibir casi como en sueños. Estos apenas identificados olores lo hacían imaginarse los platillos que más le gustaban: sabores llenos también de recuerdos, casi escozores en la lengua, el paladar y los labios producidos por el chile, por la pimienta, por la carne de cerdo marinada en limón, naranja, ajo y orégano, por un pollo bañado en mole negro de Oaxaca. Y reconoció entonces que no estaba comiendo, que desde el terrible accidente no había vuelto a sentir en su lengua ningún sabor, ninguna de esas sensaciones que produce el cosquilleo de ciertos manjares o vinos cuando se ponen en contacto con la lengua y se manipulan dentro de la boca para ser deglutidos.

Al cabo de un gran esfuerzo de concentración pudo darse cuenta que estaba acostado boca arriba. Algo sentía sobre la piel de la espalda, quizá el peso de su propio cuerpo descansando sobre esa piel que establecía precisamente el límite de su espalda, el límite de su cuerpo. Hasta pudo identificar una, dos pequeñas arrugas de la sábana que se hundían levemente en la piel de su espalda y que le confirmaron que sí sentía en esa región. Pero nada más. No le era posible sentir en ninguna otra parte del tronco, ni mucho menos con las manos, con los dedos, con la piel de la palma de la mano.

Cuando intentó moverse, lo hizo inicialmente con las manos, pero éstas no le respondían. Quiso apretar los dedos, después mover la mano entera sobre la muñeca, más tarde el antebrazo completo: imposible. Lo mismo le sucedió con las piernas. No tenía la menor posibilidad de respuesta, ni en el pie, ni en la rodilla, ni en el muslo. También trató de mover la cabeza: logró moverla ligeramente, calculó no sin esfuerzo apenas unos milímetros.

Quiso hablar. Se imaginó con precisión sus labios, su lengua en el interior de la boca, y la levísima contracción en su garganta. Pero no logró emitir ningún sonido, ni aún gutural, mucho menos articulado, imposible una palabra estructurada.

Con el paso del tiempo (tiempo dedicado con todas sus fuerzas a sentir algo, lo que fuera pero algo, y por moverse un poco, siquiera ligeramente, sin obtener sensación o respuesta alguna) tuvo que concluir que la explosión —que recordaba vagamente pero de cuya ocurrencia no tenía duda alguna, pues había estado luchando por horas para escapar de ese sitio antes que ocurriera— lo había dejado completamente mutilado. Que no tenía brazos, ni piernas, que su cara había quedado destrozada, que su boca, nariz y lengua ya no existían, que las quemaduras en el tronco le habían dejado insensible también la piel, que sus oídos se habían dañado al romperse los tímpanos. Que lo habían recogido creyéndolo muerto pero que su corazón seguía latiendo, que aún respiraba, que por alguna razón no se había desangrado antes que los cirujanos cosieran, cerraran, amputaran, eliminaran el tejido muerto. Era, pues, un cerebro sano, pensante, normal, con sus funciones mentales, recuerdos, experiencias, deseos, sentimientos, imaginación, voluntad y conciencia. Pero un cerebro aislado, que no podía recibir información ni mensajes del mundo exterior, y que tampoco podía enviar a ese mundo exterior ninguna idea de lo que le pasaba, no podía comunicar sus pensamientos ni sus deseos, ni expresar sus sentimientos. Era un cerebro aislado.



LOS SENTIDOS

El hipotético caso que acabamos de relatar ejemplifica con claridad las funciones más evidentes del sistema nervioso, aquellas que nos permiten comunicarnos con el exterior, con el medio ambiente que nos rodea, en dos direcciones: de afuera hacia nosotros y de nosotros hacia afuera.

Es sorprendentemente cierto —aunque nos parezca demasiado obvio— cómo dependemos estrictamente de los sentidos, y por consiguiente de los órganos de los sentidos para poder percibir lo que ocurre a nuestro alrededor. Lucrecio, en el siglo I antes de Cristo, describía de esta manera las variedades de percepciones que los sentidos recogen en su gran poema filosófico De la naturaleza de las cosas:

Si un hombre cree que no sabe nada, tampoco eso puede saber, pues confiesa que no sabe nada. Omitiré, pues, disputar este caso con ése que de este modo puso su cabeza en sus pies. Y sin embargo, aunque yo conceda que al menos sabe esto, preguntaré: si antes nada vio verdadero en las cosas ¿de dónde sabe qué es el saber y el no saber, a su turno; qué cosa creó el conocimiento de lo verdadero y lo falso, y qué cosa probó que difiere entre lo cierto y lo dudoso? Encontrarás que de los sentidos fue primero creada la noción de lo verdadero y no se pueden refutar los sentidos. Pues de mayor certeza debe considerarse lo que espontáneamente puede vencer con lo verdadero a lo falso. Y entonces, qué puede juzgarse de mayor certeza que los sentidos? ¿Podrá la razón nacida de falso sentido contradecirlos, la que nació toda entera de los sentidos? Si éstos no son verdaderos, también la razón se hace falsa. ¿O podrán las orejas reprender a los ojos, o el tacto a las orejas? ¿O a este tacto argüirá el gusto de la boca, o refutarán a las narices los ojos? No es así, opino; pues cada uno tiene su potestad aparte, cada uno su fuerza. Y por eso debemos percibir lo que es blando y frío o caliente por una facultad distinta, por otra percibir los diferentes colores de las cosas y así ver todo cuando esté conexo con los colores. Tiene, aparte, fuerza el sabor de la boca; los olores nacen aparte, aparte el sonido. Y así es necesario que los sentidos no puedan convencerse unos a otros. Ni podrán, además, reprenderse ellos mismos, pues deberá siempre tenérseles igual fe. Por eso, lo que a cada sentido pareció en cualquier tiempo, es verdadero.

¿Qué sino percepciones a través de los sentidos reflejan estas sensaciones maravillosamente descritas por Alejo Carpentier en La consagración de la primavera?:

Me detenía atónito, ante un viejo palacio colonial que me hablaba por todas sus piedras, ante la gracia de una cristalería polícroma que me arrojaba sus colores a la cara, ante la salerosa inventiva de una reja un tanto andaluza en cuyos enrevesamientos descubría yo algo como los caracteres de un alfabeto desconocido, portador de arcanos mensajes. Una repentina emoción me suspendía el resuello al sentir la llamada de una fruta, la musgosa humedad de un patio, la salobre identidad de una brisa, la ambigua fragancia del azúcar prieta. El aliento de los anafes abanicados con una penca, la leña de los fogones, el estupendo sahumerio gris del café en tostadero, el sudor de la caña en molino de guarapo, el potente aroma de los grandes almacenes de tabaco, próximos a la Estación Terminal; el vetiver, la albahaca, la yerbabuena, el "agua de Florida" de la mulata puesta en olor de santería —ya que no de santidad—, el nardo ofrecido en los altos portales del Palacio de Aldama, las repentinas presencias del ajo, la naranja agria y el sofrito en vuelta de una esquina, y hasta el acre hedor de marisco y petróleo, brea y escaramujos, en los muelles de Regla, me conmovían indeciblemente...

Todas estas sensaciones, acumulaciones de estímulos que nos llegan de todo lo que nos rodea y son capaces de suscitar en nosotros emociones, recuerdos, tristezas, alegrías, angustias y placeres, todas llegan a nosotros, a nuestro cerebro, a través de los sentidos. El filósofo y científico inglés John Locke escribió en el siglo XVII, en su Ensayo sobre el entendimiento humano, lo siguiente:

Si los objetos externos no están unidos a nuestras mentes cuando producen ideas en ellas; y sin embargo percibimos estas cualidades originales cuando caen cada una bajo nuestros sentidos, es evidente que algún movimiento debe ser continuado por nuestros nervios, o espíritus animados por algunas partes de nuestros cuerpos, hacia los cerebros o el asiento de la sensación, para producir allí en nuestras mentes las ideas particulares que tenemos de ellas

Y puesto que la extensión, figura, número y movimiento de los cuerpos de un tamaño observable pueden ser percibidas a distancia por la vista, es evidente que ciertos corpúsculos imperceptibles deben salir de ellos hasta los ojos y ahí enviar al cerebro algún movimiento; y esto produce las ideas que tenemos de ellos en nosotros.

NEURONAS RECEPTORAS

Si sólo a través de los sentidos podemos darnos cuenta de lo que sucede en el mundo exterior a nosotros, y por consiguiente qué lugar ocupamos en ese mundo, cabría preguntarse cómo es que tal cosa ocurre. Naturalmente, la primera respuesta es que existe un órgano diferente para cada sentido. Justamente los llamados órganos de los sentidos. Pero, ¿qué tiene de particular el ojo para que pueda ver, el oído para que pueda oír, la nariz para que pueda oler? ¿Cómo es que ni el ojo ni la nariz oyen, ni el oído ni la nariz ven; y sin embargo casi en cualquier parte del cuerpo podemos sentir dolor, aunque éste pueda tener tan distintas características? La respuesta a estas preguntas está en las células particulares que son capaces de captar cada sensación. A nadie se le ocurriría tomar fotografías con un micrófono, pues es claro que ni el micrófono ni lo que está detrás de él —cables, amplificadores, bocinas— es sensible a la luz, mientras que la película fotográfica sí lo es. De manera similar, cada órgano de los sentidos —ver, oír, oler, gustar, tocar (incluyendo en este último la sensibilidad a la presión, al dolor y a la temperatura, no solamente a la textura)— tiene elementos que son sensibles a distintos estímulos, y por lo tanto estos elementos son distintos entre sí. En el ojo son sensibles a la luz, en el oído a la vibración que el sonido produce en la membrana del tímpano, en la mucosa nasal a ciertas moléculas volátiles que llegan a ella y así en las otras percepciones.



¿Qué son estos elementos, y qué tienen en común a pesar de ser tan diferentes en cuanto a lo que son sensibles? Todos son células de un tipo especial, conocidas como células nerviosas, también llamadas neuronas. Estas neuronas de los órganos de los sentidos tienen una región muy especializada en uno de sus extremos (véase la Figura 1), mediante el cual captan o reciben los estímulos específicos que hemos revisado, según el sentido de que se trate. Pero es claro que estas neuronas receptoras —llamadas así porque reciben los estímulos— no servirían de nada si no pudieran transmitir lo que reciben hasta el cerebro, órgano maestro del sistema nervioso. Es por esto que las neuronas receptoras poseen una prolongación, que parte de la zona especializada en reconocer y recibirlos estímulos específicos correspondientes, y se dirige hacia el cerebro. En algunas neuronas receptoras, como las del tacto, esta prolongación es muy larga, mientras que en otras, como las que perciben la luz en la retina del ojo o las olfatorias que reconocen los olores desde la parte más alta del interior de la nariz, son muy cortas. En los siguientes capítulos revisaremos hacia dónde van y cómo están organizadas estas prolongaciones. Por ahora, baste decir que a lo largo de ellas transmiten la información que captan, mediante mecanismos eléctricos que también mencionaremos posteriormente. Todo esto quiere decir que todas las neuronas de los órganos de los sentidos son el sitio sobre el que las cosas que nos rodean hacen su marca y ejercen su acción. Son las páginas en que se inscribe o escribe lo que los objetos emiten o causan, sean luz, sonido, sabor, olor, presión, calor, etc. El gran problema es de qué manera estas páginas, sobre las que se escribe en primera instancia el mensaje del exterior, transmiten hacia el cerebro este mensaje y cómo es captado, ya no como lo que inicialmente se percibe, sino como un objeto preciso que el cerebro da un nombre y reconoce como tal a distintas distancias y en muy diversas condiciones, una pintura, un determinado instrumento musical, una sinfonía o la voz de cierta persona. (Figura 2.)



Figura 1. Algunas neuronas receptoras. Estas neuronas se han especializado en recibir un tipo específico de estímulo, mediante las estructuras que se observan en la porción más superior de cada una de ellas. La primera célula de arriba es una neurona auditiva, que es capaz de percibir la vibración característica de los sonidos y los ruidos. La segunda es una neurona olfatoria, capaz de captar las moléculas volátiles que constituyen los olores. La primera de abajo es una neurona sensible al tacto, con la cual percibimos texturas, la suavidad de una piel o la aspereza de una soga. La última neurona capta el grado de estiramiento de los músculos, lo cual permite regular con precisión la intensidad de su contracción. La información de estímulo específico que estas neuronas receptoras captan es enviada hacia el cerebro a través de las prolongaciones largas que se observan.



Figura 2. Dibujo de Elvira Gascón que aparece en Tres poemas de antes de Rubén Bonifaz Nuño, UNAM, 1979.

Pero además de percibir el mundo exterior mediante estas neuronas receptoras, existe otro mundo, el mundo de nuestro propio organismo interior, que debemos también conocer para funcionar normalmente, aunque en este caso ese conocimiento no llegue al nivel de la conciencia, es decir, no nos damos cuenta de él como con lo que sucede con los sentidos. Este mundo interior es también extraordinariamente rico en información y de su correcto funcionamiento depende, por supuesto, que todo marche bien. Por ejemplo y como una primera aproximación pensemos en el simple movimiento de un brazo o de una pierna. Podemos flexionar el brazo sobre el antebrazo, utilizando para ello la articulación del codo. Pero también podemos extenderlo. Esto implica que tenemos músculos flexores y músculos extensores, pero también establece que la actividad de estos músculos es opuesta: si los dos se contrajeran al mismo tiempo, no podríamos ni flexionar ni extender el brazo, el cual estaría rígido, en una sola posición, pues los dos tipos de músculos intentarían ganarle a su opuesto con el resultado lógico de que el brazo estaría inmovilizado. ¿Cómo es entonces que podemos flexionar y extender el brazo a voluntad? Esto no podría hacerse si el músculo flexor no "supiera" o "aceptara" que tiene que relajarse cuando el extensor se contrae y viceversa. Este "saber" o "aceptar" relajarse cuando el opuesto se contrae, requiere de un flujo de información para que se pueda dar esa precisa coordinación. Y de manera similar a lo que sucede con los sentidos y la información del mundo exterior, existen neuronas receptoras a estos estímulos internos, en este caso particular, a la tensión de los músculos, es decir a qué tanto están contraídos o relajados. También de modo similar, estas neuronas poseen una zona especializada receptora de la señal que representa el grado de tensión del músculo, y deben, a través de prolongaciones, enviar esta información hasta la médula espinal, en donde, a través de una precisa organización, que veremos posteriormente, un mensaje es enviado al músculo opuesto para que se relaje o se contraiga, según el caso.



REFLEJOS

Hay sin embargo una diferencia muy importante entre estas neuronas receptoras de estímulos internos y aquellas que reciben los estímulos externos. La información que estas últimas reciben debe llegar al cerebro para que podamos ver, oír, oler, etc. En cambio, la información de las primeras no se hace consciente, porque la respuesta apropiada al estimulo en cuestión se produce sin necesitar que la información llegue a las regiones del cerebro encargadas de hacer conscientes los estímulos. Así, en nuestro ejemplo de los músculos que se oponen, los flexores y los extensores, ya mencionamos que la información llega sólo hasta la médula espinal para que se establezca la regulación correcta entre la contracción de un músculo y la relajación de su antagonista. Afortunadamente esto es así, ya que si dependiera de las mismas zonas del cerebro con las que captamos y respondemos a los estímulos externos, tendríamos que poner atención en demasiadas cosas al mismo tiempo. Es a este tipo de mecanismos de funcionamiento involuntario que se llama reflejos. Un reflejo es, pues, una respuesta que se lleva a cabo inconsciente e involuntariamente.

A pesar de que los receptores a la tensión muscular que hemos tomado como ejemplo responden normalmente a los cambios naturales del funcionamiento del organismo, es decir, a cambios internos; en ocasiones es posible demostrar su existencia mediante un estimulo exterior que sea capaz de excitar al receptor de manera similar al estímulo interior. Esta demostración es de todos conocida: es el reflejo rotuliano, consistente en aplicar un golpe breve, preciso y no demasiado intenso, al tendón de los músculos extensores de la pierna, inmediatamente abajo de la rodilla. Al realizar esta operación, un receptor localizado en dicho tendón, que responde precisamente al estiramiento momentáneo provocado por el golpe, es excitado y envía su información hasta la médula espinal, en donde es transmitida a las neuronas que a su vez van a hacer que el músculo extensor se contraiga (véase la Figura 3). Como resultado, la pierna se levanta levemente sobre la articulación de la rodilla, y este movimiento es completamente involuntario, pues todo sucede en la médula espinal y la información no llega al cerebro. Este reflejo es de los más simples que se conocen e ilustra con claridad, la existencia de estos receptores a estímulos internos.




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