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Biografía de lo Humano 05: Entendiendo el encéfalo




En esta nueva entrada de la serie sobre la Biografía de lo Humano nos vamos a centrar en lo que definíamos como una de las tres columnas que soporta le evolución de la condición humana: el encéfalo. Por su importancia como órgano en donde se asienta las capacidades que nos definen y diferencian como humanos, me permitiréis que me centre ahora en algo meramente biológico, aunque quizás haya lectores que opinen que este matiz se aleja un tanto del tema de la serie. Estoy seguro que durante las próximas entradas os será útil recordar su estructura y sus modos de funcionamiento.

Dicho lo anterior, iniciaremos la entrada de hoy con una brevísima descripción de cómo entró a formar parte de los organismos animales, para acabar con unas pinceladas sobre su anatomía. A lo largo de este sencillo recorrido hablaremos de lo mayor, sus estructuras y topografía, así como de lo menor, las células que forman sus tejidos.

El cerebro surge como la consolidación orgánica de una necesidad vital de los animales: sólo tienen un sistema nervioso, más o menos desarrollado, aquellos organismos que necesitan moverse. Luego no nos queda más remedio que pensar que su desarrollo evolutivo responde a las necesidades del movimiento, y así se puede comprobar estudiando los individuos a lo largo del árbol filogenético y a sus descendientes actuales: Observamos cómo se ha ido añadiendo sofisticación a la gestión de las acciones motoras a medida que las especies adquieren complejidad.

Este órgano ancla sus antecedentes en algún organismo eucariota pluricelular primitivo, en el que debió aparecer inicialmente como ayuda y puente de unión entre las células sensoriales, que detectaban las condiciones de contorno, y las motoras, que dirigían los movimientos. Esta asociación triple, sensorial-nerviosa-motora, sin duda generaría en aquel sencillo animal unas mejores pautas de movimiento, las más adecuadas para cubrir sus necesidades de búsqueda de alimentos, de huida ante amenazas o de encontrar con quien aparearse.

El sencillo entendimiento entre la célula que detectaba el exterior y la que se movía en consecuencia, proceso que, como decimos, comenzó a ser intermediado por una mensajera intermedia, se fue haciendo cada vez más complejo al serlo también el organismo al que debía servir. De forma que, a la par de que se multiplicaba su número formando tejidos neuronales, el conjunto de células nerviosas intermediadoras sólo podía ser útil si todas ellas funcionaban de manera coordinada y rápida. No podían dejar al animal a expensas de que la circuitería neuronal “dudara” en la toma de una decisión. Para evitarlo, y para ser más ágiles en la respuesta, sus células debían posicionarse lo más cerca posible unas de otras, a poder ser juntas formando ganglios -”protoencéfalos”-, a la vez que estos núcleos celulares se situaran físicamente en el organismo lo más próximos posible a los principales detectores de la información -generalmente en la parte anterior del organismo-.

Sistema nervioso de los insectos en paralelo al cuerpo de un saltamontes. Se observa cómo la mayor concentración neuronal se da en posiciones frontales, donde se encuentran la mayor parte de los órganos de los sentidos (Wikimedia, CC BY-SA 3.0)

En los animales bilaterales el centro coordinador fue lógicamente decantando su posición hacia la cabeza, en donde se encuentran los órganos de los sentidos precisos para decidir las pautas de movimiento: ojos, oídos, olfato… incluso el gusto, o el tacto de las antenas en los artrópodos. Se puede observar a través de los fósiles y los animales actuales cómo iba evolucionando este centro director hacia mayores volúmenes, núcleos especializados y funciones más sofisticadas, para culminar en los vertebrados, que encierran prácticamente a todo su sistema nervioso en unas cajas óseas: cráneo y columna vertebral. El cráneo pasa así a ser el templo de la percepción, coordinación y decisión, una especie de caja negra que no duda en actuar usando una información parcial y con ello proponer patrones que, si no réplicas de la realidad exterior, al menos son lo suficientemente útiles como para mantener una homeostasis equilibrada. Y así durante los últimos 600 millones de años: Imperfecto pero tremendamente práctico.

Como producto de la evolución su estrategia de crecimiento fue bastante sencilla, ya que sobre las viejas estructuras biológicas se iban añadiendo las nuevas, un poco como capas de cebolla o, como gusta decir a otros, como bolas de helado en un cucurucho. Las estructuras neuronales que iban apareciendo y eran más modernas añadían habilidades a las pautas de funcionamiento del cerebro, aunque siempre contando con el imprescindible apoyo de las estructuras más antiguas sobre las que cabalgaban física y funcionalmente. En los vertebrados más complejos, como son los mamíferos y entre ellos nosotros, los humanos, podemos imaginar que el cerebro está estructurado dibujando tres grandes regiones.

Simplificando muchísimo, podemos decir que la más primitiva está dedicada a las tareas vitales, como son el dirigir el estado de vigilia/sueño y controlar acciones tan básicas como los ritmos cardíaco y respiratorio, o el mantenimiento de la temperatura corporal. Sobre esta primera región, la evolutivamente más antigua, se encuentra la segunda región funcional, con una misión muy importante: el decidir sobre la información que le llega, adosarle una marca emocional que determinará de una forma definitiva la respuesta y, además, sugerir al organismo cómo debe responder. La región envolvente más exterior es la tercera capa, que se encarga de manejar los volúmenes de información, los almacena, pone el foco de atención, consulta sus viejos archivos, contrasta datos e imagina y determina cuál puede ser la respuesta más conveniente. Y aunque cada una de las tres zonas desarrolla unas funciones básicas, ninguna de ellas puede cumplir eficientemente sus cometidos en solitario: toda la actuación cerebral se apoya en la perfecta colaboración entre estos tres “cerebros” que, de acuerdo a la propuesta de cerebro triúnico del neurocientífico Paul MacLean, comúnmente se etiquetan de una forma más o menos aproximada, y de mayor a menor antigüedad evolutiva, como el cerebro reptiliano, el límbico y el cortical o racional. En la imagen siguiente, corte sagital medial del cerebro (sencillamente, partimos el melón por el medio, de delante atrás, y miramos adentro), los podemos identificar gracias al texto.

Imagen del encéfalo con sus estructuras: el tronco y cerebelo sería el cerebro reptiliano, las cortezas exteriores el racional y las zonas centrales el límbico (Wikimedia, CC BY-SA 3.0)

¿Cómo es esta curiosa máquina?

Estructuralmente es un amasijo de células de dos tipos, neuronas y gliales, asistidas por unas redes -sanguínea y cefalorraquídea- que les proporcionan óxigeno y nutrientes y les retiran los residuos, entre otras funciones. Hay por lo menos de diez a cincuenta veces más células gliales que neuronas ¡y éstas, en los humanos, forman un grupo de cien mil millones!

Si ampliamos el zoom sobre estas abigarradas poblaciones celulares, veremos que el amasijo presenta un orden muy “sui géneris”, resultado de su historia evolutiva y forzado por la existencia de dos tipos de tejidos neurales: el ganglionar y el cortical. El primero conforma diversos glóbulos como sacos de canicas, que podríamos decir que están especializados en la gestión básica, mientras que el tejido cortical básicamente se dedica a la gestión de datos y movimientos, el análisis y la toma de decisiones. El córtex externo es lo que vemos al mirar un cerebro sin la tapadera ósea del cráneo, y está sumamente “arrugado”, de forma que si lo extendemos formaría una sábana de casi dos y medio metros cuadrados. A más córtex mayor capacidad de comunicación y procesamiento. Y no sólo para manejar un volumen corporal que pueda ser mayor, sino para razonar.

El orden dentro del encéfalo es imprescindible para organizar la comunicación, y ello se consigue gracias a que en los abundantes intersticios de la materia gris neuronal, no sólo en el córtex, las neuronas entretejen sus cables de conexión y comunicación, formando sus “grupos tribales”. En conjunto, una bonita bobina de ¡180.000 kilómetros!

Si modificamos de nuevo el zoom, nos encontramos con las tres capas de cebolla, los tres cerebros ya comentados, formando las macroestructuras más evidentes del cerebro. No vamos a describir su detalle, pues con lo dicho creo que es suficiente, aunque nos vamos a detener un poco en el aspecto externo del cerebro. Consecuencia de la bilateralidad, el cerebro está dividido en dos hemisferios, el derecho y el izquierdo, unidos por un sólido manojo de cables neuronales que forman lo que conocemos como cuerpo calloso. Cada hemisferio presenta la imagen, y sólo lo presenta, de una gruesa madeja de lana que hemos retorcido y retorcido hasta adoptar un aspecto de una “bolsa de longanizas”: todo sea por los dos metros cuadrados y medio de córtex. Cuantos más, mejor. La bolsa de longanizas se ordena en volúmenes de segunda categoría, llamados los lóbulos (hay cuatro a cada lado: frontal, parietal, temporal y occipital), cada uno de ellos aún perfectamente separados y compartimentados por hendiduras y giros que repiten cada uno de los cerebros de cada uno de los humanos que son. Cada uno de ellos soportando funciones muy concretas.

División del cerebro en lóbulos ( a partir de Wikimedia, Dominio Público)

¿Cuál es el truco del éxito en la actividad cerebral? Como dijimos al inicio de esta entrada, esto se basa en el funcionamiento modular, coordinado y rápido de las neuronas. Estilo que copiaron hace mucho, mucho tiempo, de los tejidos motores -los músculos-, cuando eran sus meras colaboradoras, y que se llevaron con ellas cuando emigraron a su castillo craneal. No fue por simple imitación: es la forma más eficiente de funcionar. Aunque todo el órgano esté siempre activo, el trabajar por bloques pequeños coordinados multiplica la diversidad de posibles respuestas y las hace más rápidas.

Ya dijimos que las neuronas se comunican entre ellas. De sus cuerpos citoplasmáticos salen dos tipos de prolongaciones: una larga, el axón, y muchísimas cortas, las dendritas. El axón de una neurona da la mano, en promedio, a diez mil dendritas de otras neuronas. Es un apretón de manos húmedo, que conocemos como sinapsis, mediante el que el axón envía moléculas químicas especializadas, los neurotransmisores, que producen una cierta reacción cuando llegan a las dendritas: el mensaje de la primera neurona que venía por su axón se transmite por la dendrita a una segunda neurona, en la cual se decide qué acción adoptar: o continuar enviando el mensaje o inhibirlo. Inhibir va bien, pues, si no, el cerebro explotaría al tener que trabajar con todo lo que le viniera, sea importante o no. El cerebro es limitado y, sí o sí, debe acotar su actividad.

Imagen de un par de neuronas efectuando una sinapsis y detalle de esta última (figura a partir de Wikimedia, CC BY-SA 3.0)

Para completar la información diremos que los mensajes que se transmiten a lo largo de los axones y las dendritas de las neuronas son real y físicamente trenes de pulsos eléctricos, con un patrón de amplitud y frecuencia, en cada mensaje, característico. Y éste es el gran invento, ya que las neuronas forman clanes cuyos mensajes entran en resonancia. Y estos clanes forman tribus, y estas tribus, barrios resonantes. No sabemos muy bien cuántos niveles tiene esta organización, pero sí sabemos que trabajan en perfecta armonía, realimentándose unos con otros, de forma especializada. Más o menos, dependiendo del lugar físico en que se encuentre una neurona dentro del encéfalo, está condenada a unas determinadas redes sociales y a unas determinadas funciones.

Aunque también debo decir que estas redes son altamente competitivas. Si una de ellas vaguea, es muy normal que otras redes vayan reclutando sus neuronas para sus propósitos grupales. Y viceversa, si una red practica y practica, conseguirá hacerse con un ejército de trabajadoras realmente reforzado. Es lo que llamamos la plasticidad del cerebro, que le permite aprender u olvidar, mejorar o caer en un abismo cognitivo. El cerebro no es estático, el hombre consiguió de la evolución un encéfalo mayor -más neuronas- y más plástico -mayor habilidad y versatilidad en el procesamiento-. La luz en el túnel hacia una mente racional.

Uno de los productos más trascendentales de las neuronas es la creación física de “mapas” con la información que recibe. Y eso lo consiguen generando en sus redes neuronales un patrón específico de coordinación que se asocia a un matiz de esta información. Estas imágenes o mapas que pertenecen al mundo de las abstracciones tienen realmente un soporte físico, que es la red neuronal que las representa. Con ello el cerebro tiene dónde agarrarse para realizar su labor, puede trabajar haciendo uso de los mapas hasta unos grados de sofisticación que sólo conocemos los hombres, animales creadores, artistas y metafísicos.

Para acabar este brevísimo opúsculo acerca del cerebro, sólo nos queda asomarnos a su funcionamiento general… y así poder imaginar cómo trabaja la mente, que en su grado más extremo y complejo es el patrón que genera el pensamiento humano.

La información que maneja el encéfalo en sus procesos mentales está en el mundo exterior y en el propio organismo. Una serie de sensores externos e internos comunican al cerebro lo que hay: mediante señales eléctricas por la vía neuronal, o señales químicas por la vía hormonal. Hay que decir que estos sensores hacen lo que pueden, ya que la información tiene bits casi infinitos, y sólo son capaces de manejar una parte. Al llegar al cerebro, lo que llega –lo que ha decidido el juego de sinapsis- es fraccionado y trasladado a diversas partes del mismo. En las percepciones visuales hay hasta más de treinta centros que gestionan su especialidad: el color, la textura, la orientación, el movimiento, la forma… Cada una hace su trabajo lo mejor que puede de acuerdo a unos criterios en los que suele primar lo variable (por ejemplo movimiento o trazos quebrados) frente a lo homogéneo: a partir de lo variable interpola para ofrecer algo que tenga sentido, a veces, como en el caso de alguna situación de enfermedad, algo que no tiene que ver con la realidad. Otros centros de cooperación neuronal, a distintos niveles operativos, coordinan y reajustan las propuestas de las redes neuronales que trabajan en niveles de coordinación inferiores y superiores. En este laboreo no sólo entra la información sensorial del momento, sino también la almacenada en la memoria resultado de experiencias anteriores. En todo momento se va coloreando con emociones que dirigen, mediante la ancestral pauta de premio/castigo, la toma de decisión. Al final emite un producto, que se supone que es el mejor para la supervivencia.

Los procesos mentales se fueron haciendo más y más complejos y sofisticados con la evolución: el estado de vigilia, la gestión de lo más vital, el manejo de abstracciones, las emociones sentidas, la memoria aplicada, la atención consciente, la recurrencia en los procesos mentales, la proyección al futuro, la predicción y la imaginación. Al final, la mente racional del hombre.

En la siguiente entrada analizaremos cómo fue incrementándose progresivamente el tamaño de los cerebros, lo que llamamos encefalización, tal como se observa a medida que la evolución fue impulsando nuevos organismos y especies.


Sobre el autor:

jreguart ( )

 

{ 11 } Comentarios

  1. Gravatar Brigo | 17/01/2016 at 03:24 | Permalink

    Interesante artículo.

    Creo que hay un pequeño error aquí: “trenes de pulsos eléctricas” Debería ser eléctricos, ¿no? :)

  2. Gravatar jreguart | 17/01/2016 at 05:53 | Permalink

    Efectivamente Brigo. Y gracias por el aviso.

  3. Gravatar nahuel | 19/01/2016 at 03:22 | Permalink

    jreguart : muy contento de que continues inspirado y motivado – no me pierdo tus entradas – y con respecto al tema que nos convoca ; cuando leí eso de “mediante la ancestral pauta de premio/castigo” me acordé de este artículo que enlazo porque puede ser un aporte , un complemento o algo así . ojalá te guste . http://elpais.com/elpais/2016/01/11/ciencia/1452506358_520353.html

  4. Gravatar jreguart | 19/01/2016 at 09:33 | Permalink

    Hola Nahuel,

    muchas gracias por tu aporte. Me ha resultado muy interesante, sobre todo por la conexión de las emociones tristes con la recompensa vía dopamina. Evidentemente tiene que ver con nuestro antiguo ser animal.

    Y me alegro que te sigan entreteniendo mis escritos. Un saludo.

  5. Gravatar kambrico | 20/01/2016 at 01:53 | Permalink

    jreguart : quería compartir algo que leí por ahí : y reza algo así como que los niños dicen la verdad porque el córtex pre frontal termina de madurar mas allá de la adolescencia siendo además de todo como un filtro , un filtro de la verdad ; mientras mas niño mas inmaduro y mas incómodas las verdades . en cambio en los ancianos es la zona que mas rápido se deteriora ; claramente el filtro comienza a fallar y sale nuevamente lo que no debe . a por cierto me olvidaba de felicitarte por la entrada y esperando la próxima.

  6. Gravatar jreguart | 20/01/2016 at 10:30 | Permalink

    Hola Kambrico,

    efectivamente esto es así. La corteza prefrontal es la última región que conforma su red “estable” de alianzas neuronales. Incluso el proceso llega más allá de la adolescencia. Siempre recordaré como mis hijos se fueron volviendo “normales” (adultos sería la palabra) más allá de los veintitantos. Ahora entiendo que no podía ser de otra manera. Por otro lado, la corteza prefrontal es la que inhibe la expresión pura y espontánea de las emociones generadas en el cerebro límbico, por lo que podemos ser seres que siguen una conducta social y moral, planificar y actuar aún en contra de lo que nos pide el cuerpo (las emociones, el premio/castigo y todo eso), etc… Así que el que el córtex prefrontal no haya llegado a su estado de cocción adecuado o cuando ya se va volviendo mohoso (junto con otras estructuras del cerebro), produce las conductas que tu comentas.

    Y gracias por tus amables palabras.

  7. Gravatar Cataclysm | 20/01/2016 at 04:12 | Permalink

    Felicidades jreguart por esta nueva serie, que creo que no había comentado nada todavía (empecé a leerla hace poco).

    Este, del cerebro, es un tema bastante interesante, aunque mi sensación es que se desconoce más de lo que se sabe. Al menos, leyéndote, aprenderé más sobre ello. Por ejemplo, evolutivamente, no conozco apenas nada.

    Un saludo, y sigue así :)

  8. Gravatar jreguart | 20/01/2016 at 11:09 | Permalink

    Hola Cataclysm,

    gracias por tus palabras acerca de la nueva serie. Sobre el cerebro no sabemos demasiado, aunque el avance en su conocimiento por los estudiosos es imparable. A mi es un tema que me fascina pues el bucear en su conocimiento es como una continua caja de sorpresas. En sus dos facetas de director fisiológico del organismo y director de nuestra conducta. Te recomiendo algún libro introductorio sencillo, de Francisco J. Rubia, Xurxo Mariño o Francisco Mora por hablar de nacionales, o uno superclásico, el de Ramachandran “Fantasmas en el Cerebro” o “El cerebro: manual de instrucciones” de John J. Ratey. Sobre anatomía y fisiología hay un curso on line muy interesante y elemental de la Universidad de Chicago (a través de la web de Coursera). Sobre aspectos evolutivos no tengo conocimiento de algún libro más o menos monográfico, aunque en bastantes de neurología tocan el tema, básicamente en el entorno del cerebro triúnico: reptiliano, límbico y neomamífero, cada uno cabalgando evolutivamente sobre el anterior.

  9. Gravatar Laertes | 24/01/2016 at 06:55 | Permalink

    Kambrico, lo de que los niños dicen siempre la verdad no es cierto, como sabe muy bien cualquiera que trate con niños habitualmente. Y mienten desde bien pequeñitos, con 3 años la mayoría ya lo hace. Se han hecho multitud de experimentos que lo estudian, busca por youtube.

    Por otro lado, excelente artículo como siempre jreguart.

  10. Gravatar Macluskey | 24/01/2016 at 08:49 | Permalink

    Estoy de acuerdo con Laertes.

    Recuerdo cuando mi mujer estaba secando a mi hija tras su baño, de no más de dos años, ellas solas en el baño, cuando la pequeña se tiró un cuesco, una ventosidad, un pum… Mi mujer le recriminó: “te has tirado un cuesco, cochina”… y mi hija, con cara de inocente, respondió: “¿Y cómo sabes que he sido yo?”.

    Además, todos los padres recordamos, seguro, cuando se oía un ruido de estropicio donde estaba tu hijo, ibas a ver qué había pasado, y te encontrabas con cualqiuer cosa desparramada en el suelo y tu hijo asegurando… ¡Ha sido solito!

    Tenemos la mentira programada en el ADN, creo yo, desde que somos capaces de hablar. Igual es eso lo que nos hace humanos, quién sabe.

  11. Gravatar jreguart | 29/01/2016 at 10:41 | Permalink

    Hola Laertes,

    estoy contento porque disfrutes de los artículos de esta serie. Y sí… a partir de determinada (y temprana) edad los niños mienten como bellacos. Como bellacos adultos. Como dice Mac la simulación, la mentira, las falsas apariencias las llevamos en los genes y constituyen una gran parte de la “riqueza” social, no sólo nuestra, sino de la mayoría de los primates superiores.

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