Neurobioquímica

Sistema nervioso central (SNC).

Denominado también eje-di encéfalo-espinal o bien neuroeje, es una entidad anatómica, protegida eficazmente de los traumas externos mediante formaciones óseas del cráneo y de la columna vertebral (canal raquídeo), encargada de recibir y transmitir impulsos, coordinando de esta forma las diferentes actividades del organismo. Se origina por modificación y sucesiva evolución de la parte medial (placa neural) de la hoja external o ectodermo del embrión, durante las primeras semanas del desarrollo el SNC, comprende el cerebro, cerebelo, puente, bulbo y médula espinal. Cada parte va envuelta en membranas de naturaleza conectiva denominadas meninges, que, desde el exterior hacia el interior, son la duramadre, la aracnoides y la piamadre. A lo largo de todo el recorrido del eje cerebroespinal en el interior de él se aprecia un canal que modifica la propia uniformidad de su calibre, ampliándose o estrechándose según las regiones que se examinen: es el canal central del epéndimo. En él, como en los espacios delimitados por las meninges, circula una sustancia, compleja en cuantos a su composición, denominada líquido cefalorraquídeo, cuya función es la de evitar que los traumas de cierta entidad repercutan, transmitiéndose directamente sobre el neuroeje. En el espesor de la sustancia encefaloespinal se encuentran, ordenadamente dispuestas, los elementos nerviosos, reagrupados, formando los denominados núcleos, cada uno de los cuales, como es conocido, está provisto de prolongaciones dendríticas y de una neurita. La mayoría de las neuritas, de longitud variable, se unen formando fascículos nerviosos que, por lo general, salen del SNC o, como se dice en lenguaje anatómico, emergen en puntos del neuroeje bien individualizados y recorren tramos más o menos largos, alcanzando las áreas de inervación. Los citados haces constituyen las vías nerviosas (piramidales, sensoriales, de asociación, etc.), que proceden desde los centros neuroaxiales (vías eferentes) y conducen estímulos motores o que provienen de la periferia (vías aferentes), y conducen sensaciones más o menos en el límite de la conciencia.
        A la localización normal de las diferentes partes ayudan los elementos de sostén del SNC, definidos con el término de neuroglia y de células ependimales. Las primeras (células de oligodendroglia, microglia y astrositos están situadas en el contexto del SNC, y con sus propias prolongaciones forman una red más o menos amplia de mallas irregulares, útil para las relaciones con las neuronas; las segunda, que mantienen los caracteres de células epiteliales, revisten internamente el canal homónimo y dan lugar a una membrana limitante interna. De la parte basal de las células del epéndimo, colocada hacia la sustancia neuroaxial, se originan unas finas prolongaciones que se ramifican en el seno de la sustancia misma y con sus extremidades en forma de finos pedículos envuelven todo el contorno de los vasos; en correspondencia de la porción periférica de la misma sustancia, justo por debajo de la piamadre, otros pedículos forman la membrana limitante externa.
        En el seno del neuroeje se observa la presencia de dos tipos de sustancias, las cuales, a causa del color que poseen, se denominan sustancia blanca y sustancia gris. Estas están distribuidas de una forma típica, y en algunos segmentos del eje encefaloespinal se encuentran a veces en compañía de la sustancia gris, pequeños, debidos a masas de elementos nervioso funcional y morfológicamente distintos. También los centros nerviosos, están definidos como zonas de llegada o de partida de los estímulos relativos a las actividades neurológicas más amplias y complejas.
        De las cinco vesículas cerebrales primordiales, que, en sentido cráneo-caudal, están representadas por el telencéfalo, diencéfalo, mesencéfalo, metencéfalo y mielencéfalo, toman su origen para describir, delimitando así mejor los diferentes segmentos del encéfalo; la médula espinal viene descrita, por lo tanto, como el segmento que se desarrolla caudalmente al mielencéfalo.

EL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL

           

Los cuerpos neuronales están en el sistema nervioso central, y el sistema nervioso periférico está formado por las prolongaciones

            El cuerpo de las neuronas y sus prolongaciones están distribuidos de forma desigual en el sistema nervioso. Los cuerpos de las neuronas están dentro del sistema nervioso central, que es la parte del mismo que está dentro del cráneo y del canal raquídeo de la columna vertebral. La parte del sistema nervioso dentro del cráneo se denomina encéfalo, y la que está dentro de la columna vertebral es la médula espinal. Esta envoltura de hueso forma una armadura que protege al sistema nervioso central, y los cuerpos de las neuronas en el sistema nervioso central son como los generales que están en el cuartel general dentro de un búnker.

De las prolongaciones de las neuronas, algunas no salen del sistema nervioso central, sino que comunican unas neuronas con otras dentro del mismo, y serían como los soldados que llevan mensajes de un general a otro dentro del cuartel. Otras prolongaciones, en cambio transmiten al sistema nervioso central información del resto del organismo o del medio externo, o llevan las órdenes del sistema nervioso central a los órganos periféricos. Estas prolongaciones se agrupan en los nervios, y constituyen el sistema nervioso periférico. El sistema nervioso periférico sería como los mensajeros que llevan la información de la batalla a los generales, o los que llevan ordenes desde los generales al frente.

El sistema nervioso central está organizado de forma jerárquica, es decir en niveles. Cada nivel controla a los niveles que tiene por debajo, y es controlado por los que tiene por encima.

El sistema nervioso central está organizado en niveles jerárquicos

           

La regulación de la temperatura

El nivel más alto es la corteza cerebral. En la corteza cerebral están localizadas las funciones superiores del sistema nervioso central, como la percepción consciente, la memoria, o el razonamiento lógico. Debajo de la corteza cerebral se encuentran otras estructuras que ajustan de forma inconsciente los detalles de los movimientos, por ejemplo el cerebelo y los ganglios basales. El hipotálamo es el que controla el medio interno del organismo. Más abajo está el tronco del encéfalo, que debe su nombre a que tiene forma de un tallo sobre el que se asienta el cerebro, y controla aspectos más básicos de la función, como el mantener el equilibrio en la posición erecta, el control de la presión arterial, y movimientos automáticos como la respiración, la deglución o la masticación. El nivel más básico es el de la médula espinal, que controla los movimientos más sencillos, como el caminar, o el retirar la mano ante un estímulo doloroso.

Grandes momentos de la Fisiología

WILDER PENFIELD Hasta hace unos años, las operaciones del cerebro se realizaban sin anestesia general. El tejido cerebral no es sensible al dolor (cuando decimos que duele la cabeza, en realidad lo que duele son las arterias cerebrales, y las envolturas del cerebro o meninges), por lo que no era necesario dormir al paciente. Se aplicaba anestesia local para abrir el cuero cabelludo y el cráneo, y luego se operaba en el cerebro con el paciente consciente. En aquella época la anestesia general tenía cierto riesgo, por lo que solo se usaba cuando era estrictamente necesario, y por eso no se utilizaba en estas operaciones (hoy la anestesia general tiene menos riesgo, y habitualmente  sí se duerme al paciente para operar en el cerebro) Aprovechando esta circunstancia, en los años 40 y 50 el neurocirujano Wilder Penfield, durante estas operaciones estimulaba con una pequeña corriente eléctrica puntos en la superficie del cerebro, y preguntaba al paciente que sentía (esto se hacía no por simple curiosidad, sino que era necesario para determinar exactamente en qué región había que operar). Cuando se estimulaban así distintas regiones del cerebro, el paciente podía referir distintas sensaciones. Por ejemplo, cuando se estimulaba en la parte posterior del cerebro el paciente veía destellos de luz, si se estimulaba en la parte lateral oía zumbidos, o notaba cosquilleos en alguna parte de la piel, en otra región lo que sucedía era que el paciente movía alguna parte del cuerpo. A partir de estas observaciones Penfield realizó un mapa de la corteza, en donde cada modalidad sensorial, estaba representado en una parte de la corteza cerebral. Y no solo había una región cortical para cada modalidad sensorial, sino que cada parte del cuerpo tenía asignada su región en la corteza, dependiendo del grado de sensibilidad que tuviera. Como se ve en el esquema de arriba, la región que se encargaba de analizar la sensibilidad (parte izquierda del esquema) o de controlar los movimientos (parte derecha) de la mano era mucho mayor que la que analizaba la sensibilidad o controlaba los movimientos del pie, porque el tacto y los movimientos de la mano son más finos que los del pie. Activación de la corteza visual cuando el sujeto miraba una imagen Hoy no se podrían realizar estos experimentos, sin embargo hay otros métodos para conseguir el mismo objetivo. Existen técnicas como la tomografía de emisión de positrones (PET) o la resonancia magnética funcional, que permiten detectar, desde fuera y sin necesidad de abrir el cráneo, qué partes de la corteza se activan al realizar una tarea determinada. Estos estudios han confirmado las observaciones de Penfield, por ejemplo cuando el sujeto mira una escena se activa la parte posterior de la corteza, que es donde está la corteza visual.

La corteza cerebral es la parte del sistema nervioso más desarrollada en humanos, y la que más se diferencia de otras especies. Mientras que la médula espinal o el tronco del encéfalo es bastante parecida en un humano y, por ejemplo, en un perro, la corteza cerebral es enormemente más grande en el primero. La corteza está doblada en múltiples pliegues, con el fin de empaquetar la mayor superficie posible dentro del cráneo, y si se extendiera tendría una superficie de 1900 cm².

La corteza está dividida en regiones con distintas funciones

Hay algunas regiones de la corteza que tienen una función definida, por ejemplo la parte más posterior es la región a donde va la información visual, y si hay una lesión en esa región el sujeto no puede ver, aunque los ojos funcionen perfectamente. En otras regiones se recogen las otras modalidades sensoriales, como el oído o el tacto, y otras regiones de la corteza envían órdenes a los músculos para producir los movimientos voluntarios. Estas regiones, sin embargo, ocupan en humanos una parte muy pequeña de la superficie total, y a la mayoría de la corteza no se le podía encontrar una función obvia en los primeros estudios. Aunque el funcionamiento de estas regiones es todavía en gran parte desconocido, los últimos estudios aportan algunos indicios de cuál puede ser su función.

            Por ejemplo, la corteza parietal está en la encrucijada entre las regiones donde se procesa la información visual, auditiva y táctil. En esta corteza se integra la información de los distintos sentidos, y se reúne la información táctil, auditiva y visual que viene de un mismo punto del espacio. La corteza parietal nos permite reconocer que el pájaro que vemos es el mismo que produce el canto que estamos oyendo, y además está dentro de la jaula que estamos tocando. Esto nos permite reconocer al pájaro como un objeto concreto, y no como un conjunto de sensaciones dispersas. La corteza parietal crea un mapa del espacio que nos rodea, en el que asigna la posición de cada objeto y los estímulos que proceden de él.

¿Sabía que...?

EL CEREBRO DE EINSTEIN Tras su muerte en 1955, el cerebro de Albert Einstein fue donado a la ciencia y se conservó en el Departamento de Anatomía de la Universidad de Kansas. La neurocientífica Marian Diamond estudió muestras de distintas partes de este cerebro, y encontró que había un número significativamente mayor de células en la región parietal, comparado con los cerebros de 11 varones “normales”. Es posible que esa diferencia pudiera estar relacionada con una mayor capacidad de razonamiento matemático o espacial. De todas maneras, la causa neuronal de las diferencias en la capacidad intelectual de unas personas a otras es todavía, casi en su totalidad, un misterio. Curiosamente, el volumen del cerebro de Einstein era ligeramente inferior al promedio. Esto indica que la inteligencia no depende exclusivamente del tamaño del cerebro.

            Una de las diferencias entre el comportamiento de humanos y otras especies es la capacidad de planificar el futuro. Por ejemplo, un ser humano puede comer menos aunque tenga hambre, con el fin de guardar la comida si prevé que el futuro va a tener más necesidad de ella. Un animal, sin embargo es incapaz de planificar el futuro de esa manera, puede decirse que los animales viven siempre en el presente (naturalmente, algunos animales acumulan comida para el invierno, pero lo hacen por instinto y no porque sepan que lo que vendrá en el futuro). Esta planificación del futuro se realiza en la corteza frontal, que es la región más anterior del cerebro. Esta región cerebral es donde existe más diferencia de tamaño entre el cerebro humano y el de otros animales, como los chimpancés.

            Otras regiones de la corteza realizan otras funciones, por ejemplo, en la región lateral e inferior se almacenan las imágenes de los objetos, esta región nos permite reconocer un perro cuando lo vemos y saber que no es un gato. El psiquiatra Oliver Sacks ha escrito un libro titulado “El hombre que confundió a su mujer con un sombrero”. En este libro cuenta, entre otros casos, el de un paciente que le pasaba, precisamente, lo que dice en el título. Este paciente tenía una lesión en esa región de la corteza.

¿Sabía que...?

DIESTROS Y ZURDOS Los humanos, tenemos tendencia a usar más una mano que la otra. En la mayoría de la población la mano preferida es la derecha, mientras que aproximadamente el 10 % de la población son zurdos que utilizan la izquierda. Este predominio de la derecha parece que es una característica única humana. Los monos también tienden a usar más una mano que la otra, pero el 50% de los individuos utilizan la derecha y el 50% prefieren la izquierda. Este predominio de la derecha en humanos quizás esté relacionado con otra característica exclusivamente humana que es el lenguaje. En casi todos los individuos diestros, los centros del lenguaje están en la mitad izquierda del cerebro, que es la que controla la mano derecha (las vías nerviosas están cruzadas, de manera que la mitad izquierda del cerebro controla a la mitad derecha del cuerpo, y viceversa), y en la mayoría de los individuos zurdos (aunque no en todos) los centros del lenguaje están en la mitad derecha del cerebro. Porqué la aparición del lenguaje en un lado del cerebro ha resultado en el uso de una mano más que la otra, o porqué esta situación se invierte en los individuos zurdos, no se conoce.

¿Sabía que...?

¿EXISTEN DIFERENCIAS EL CEREBRO DE HOMBRES Y MUJERES? Un tema muy polémico en neurociencia es si el cerebro de hombres y mujeres es diferente. En primer lugar, el cerebro de los hombres es, en promedio, algo mayor que el de las mujeres, pero por otro lado, los hombres también tienen en promedio una mayor estatura y peso, por lo que en relación con el tamaño corporal el cerebro es semejante en ambos sexos. En estudios más detallados se han encontrado algunas diferencias en algunas regiones muy concretas del cerebro, pero se ignora qué significado pueden tener esas diferencias, si es que tienen alguno. En estudios funcionales, con técnicas como el PET o la resonancia nuclear, que permiten ver la activación del cerebro, se ha encontrado que los varones tienden a utilizar una mitad o la otra del cerebro según el tipo de tarea. Por ejemplo, si tienen que hacer una operación aritmética activan la mitad izquierda, mientras que en situaciones con un componente emocional activan más la mitad derecha del cerebro. En cambio en las mujeres se activan las dos mitades del cerebro en ambas tareas. Esto podría interpretarse como que el varón tiende a especializar cada parte del cerebro, mientras que la mujer utiliza más el cerebro de forma conjunta. Algunos estudios también han encontrado que los varones tienden a tener mayor capacidad matemática, mientras que en las mujeres resuelven mejor los problemas que implican habilidad verbal. De todas maneras, las diferencias son pequeñas y se refieren al promedio y no a los individuos (existen mujeres que son grandes matemáticas), y no se sabe si tienen alguna relación con las diferencias anatómicas en el cerebro de ambos sexos.

           

EL SUEÑO

Una función muy importante del cerebro es la memoria. La memoria nos permite almacenar la información para su futuro uso. La memoria parece que no está localizada en una región especial de la corteza, sino que cada tipo de recuerdo se almacena en la región de la corteza correspondiente: por ejemplo los recuerdos visuales se almacenan en la corteza visual, los auditivos en la corteza auditiva, etc. Cuando recordamos una imagen, se activan las mismas neuronas que se activaban cuando realmente vemos esa imagen, por eso al recordarla es como si la viéramos en nuestra mente.

Aunque la memoria parece estar distribuida por toda la corteza, hay una región de la misma que es particularmente importante para esta función y es el hipocampo (el hipocampo está situado en la parte más baja de la corteza, donde toca con el tronco del encéfalo). La función del hipocampo parece ser dirigir cada recuerdo a la región correspondiente de la corteza y hacer que se almacene allí. Por ese motivo, los pacientes que tienen una lesión en el hipocampo conservan los recuerdos que se formaron antes de la lesión, pero no pueden formar recuerdos nuevos. Esto es, su memoria termina en el momento que se produjo el daño y no recuerdan nada de lo que ha sucedido después.

El sistema nervioso central es una estructura biológica que sólo se encuentra en individuos del reino animal. El sistema nervioso central está constituido por elencéfalo y la médula espinal. Se encuentra protegido por tres membranas: duramadre(membrana externa), aracnoides (intermedia), piamadre (membrana interna), denominadas genéricamente meninges. Además, el encéfalo y la médula espinal están protegidos por envolturas óseas, que son el cráneo y la columna vertebralrespectivamente. Se trata de un sistema muy complejo, ya que se encarga de percibir estímulos procedentes del mundo exterior, procesar la información y transmitir impulsos a nervios y músculos. Las cavidades de estos órganos (ventrículos en el caso del encéfalo y conducto ependimario en el caso de la médula espinal) están llenas de un líquido incoloro y transparente, que recibe el nombre de líquido cefalorraquídeo. Sus funciones son muy variadas: sirve como medio de intercambio de determinadas sustancias, como sistema de eliminación de productos residuales, para mantener el equilibrio iónico adecuado y como sistema amortiguador mecánico.

Las células que forman el sistema nervioso central se disponen de tal manera que dan lugar a dos formaciones muy características: la sustancia gris, constituida por el soma de las neuronas y sus dendritas, además de por fibras amielinicas; y lasustancia blanca, formada principalmente por las prolongaciones nerviosasmielinizadas (axones), cuya función es conducir la información. El color de la substancia blanca se debe a la mielina de los axones. En resumen, todos los animales cuyo cuerpo posee un sistema nervioso central están dotados de mecanismos nerviosos encargados de recibir y procesar las sensaciones recogidas por los órganos receptores de los diferentes sentidos y de transmitir las órdenes de respuesta de forma precisa a los distintos órganos efectores.

Sistema nervioso central
Esquema del Sistema Nervioso Central humano. Se compone de dos partes: encéfalo (cerebro, cerebelo, tallo encefálico) y médula espinal.1 Los colores son con fines didácticos.