En este blog de El Cedazo vengo publicando desde hace tiempo varias entradas relacionadas con el cerebro humano. Ello demuestra un especial interés en investigar y conocer, en la medida de lo que sea posible para un profano, como es mi caso, las entretelas más básicas de algo que nos crea la ilusión-realidad de un Yo que actúa en y reacciona con su medio. No sólo proporcionándonos una evidencia consciente, sino también gestionando un desconocido submundo inconsciente que bulle en modo autónomo dentro de las redes de nuestro encéfalo.
“El cerebro creó al hombre”, “El cerebro y el mito del yo” y “Eres tu memoria” son tres libros, entre muchos al respecto, que hablan de cómo el cerebro modela por sí solo al hombre. Han sido escritos por tres eminentes neurólogos, Antonio Damasio, Rodolfo Llinás y Luis Rojas-Marcos. Con seguridad habrá muchos más abundando en la idea de que somos lo que nos propone nuestro cerebro, amén de infinitas opiniones, conferencias o frases que apoyan esta realidad psico-biológica. Sabemos con certeza que es así, pero no sabemos con exactitud milimétrica cómo lo consigue. En esa serie de entradas, que comienza con la de hoy, nos vamos a centrar en un solo aspecto, que consiste en cómo la red de conexiones neuronales, a todos sus niveles, condiciona definitivamente la funcionalidad del sistema nervioso y su traducción a percepciones, acciones motoras, emociones o pensamientos. Tal como lo podemos leer en el libro “Discovering the Human Connectome”: “…la función cerebral surge a partir de la acción coordinada de los elementos neurales organizados en forma de un complejo sistema multiescala.”[1]
Imagen de un cerebro humano, tomada mediante la técnica conocida como tomografía por emisión de positrones (PET), que muestra su consumo energético (Wikimedia, dominio público)
En esta serie vamos a hablar, por tanto, de lo que se conoce como Conectoma. De forma sencilla, aunque luego revelaremos que incompleta, el conectoma es el conjunto de conexiones físicas, dinámicas y funcionales neuronales.[2] Algo semejante como concepto semántico, e incluso con un sorprendente paralelismo en las bases de su funcionamiento, a lo que es el genoma como el conjunto de genes de un organismo vivo que condicionan su fenotipo y su fisiología.
Pensemos en lo que es un cerebro. Un conjunto de células entre las que destacan las neuronas. Estas últimas se hablan entre sí, gracias a sus interconexiones físicas, ofreciendo un producto compatible con la homeostasis [3] y la supervivencia del organismo del que forman parte. Si lo consideramos como un órgano vivo, conformado a través de los millones de años por fuerzas evolutivas, no podemos por menos que defender el hecho de que es como es por puro azar. Su arquitectura ha sido diseñada por el azar, es totalmente contingente, como así lo son también las funciones y habilidades que desarrolla. Arquitectura y función han ido desarrollándose cronológica y fisiológicamente una al lado de otra, una imbricada en la otra. Los genes y el medio ambiente iban construyendo y remodelando una realidad física que se veía sometida segundo tras segundo al test de su idoneidad para la supervivencia. No muy distinto a lo que le pasó a nuestras piernas de Homo en su viaje adaptativo desde la braquiación a la bipedestación: anatomía y función fueron avanzando fundidas de la mano. Pues lo mismo con nuestro cerebro. Paso a paso la coyuntura del momento iba remodelando los fotogramas de la película del cerebro como un todo: tras un nuevo paso diferencial en el diseño físico emergía la posibilidad de una nueva funcionalidad… y cada nueva funcionalidad modificaba la expresión génica y atendía de otra manera al medioambiente, lo que a la larga volvía a remodelar la arquitectura. Un avance a través de bucles y realimentaciones. Así fue la realidad y no de otra manera. Quizás la probabilidad de que se hubieran seguido otras vías que fijaran nuestra arquitectura orgánica, nuestro fenotipo cerebral, pudo haber sido en algún momento significativa, pero la de verdad, la que nos ha traído a lo que conocemos, la que realmente talló la evolución, es la nuestra. Cualquier otra posible cayó en el camino.
(Figura extraída de “Structure and function of complex brain networks”, Olaf Sporns, fig. 7, 2013, fair use.)
La figura anterior esquematiza muy bien lo que queremos decir, la jerarquía de fenotipos cerebrales que van desde las escalas moleculares a las del comportamiento. Es el abanico que ha tallado la genética y la influencia del medio ambiente: de abajo a arriba, los genes y sus interacciones expresaron los diferentes tipos de proteínas y patrones fisiológicos; que a su vez son la base de la génesis de las moléculas orgánicas; cuyas formas geométricas y patrones de polaridad hicieron que apareciera el milagro de la célula; la pluricelularidad y la especialización formaron sistemas orgánicos; que sobrevivieron gracias a la mayor o menor habilidad para que de ellos emergieran comportamientos aptos para sortear los retos ambientales. Si lo focalizamos en el mundo del cerebro, esa historia se particulariza en los patrones de conexiones estructurales y de la actividad cerebral funcional a nivel celular y de sistemas, lugar donde los factores genéticos y ambientales convergen, campo del que se ocupa la conectómica.
A pesar de ese camino evolutivo general y aparentemente lineal, la verdad es que groso modo, y tras una simple, o no tan simple inspección anatómica, nos podemos dar cuenta de que no todos los cerebros son físicamente iguales y sin embargo en lo importante funcionan igual, lo que nos puede resultar sorprendente. Tamaño global, asimetría entre hemisferios, desarrollo de los giros y surcos de la corteza, tamaño de los núcleos subcorticales, topología de los tractos en la materia blanca, densidad zonal neuronal, geometría de dendritas y sus sinapsis, densidad de neurotransmisores o localización de neurorreceptores… a medida que bajamos a escalas más pequeñas más disimilitudes podemos apreciar entre individuos. Sin embargo, todos los cerebros sanos dan más o menos las mismas prestaciones. Como, desde luego, no podía ser de otra manera. Genes, ambiente y evolución nos han hecho de tal manera que podamos vivir. No todos los cerebros son iguales, pero gracias a que sus arquitecturas física, dinámica y funcional son tan variadas, lo que sucede en la realidad es que no hay un único patrón físico para llevar a cabo una función cerebral específica. No hay una relación perfectamente biunívoca entre la función que emerge en un momento con una particular arquitectura de red neuronal ya que, como hemos dicho, el cerebro no es una máquina construida de forma determinista, sino completamente azarosa. De entre todas las variadas y posibles configuraciones de conexión que se trenzan en el tejido neuronal en un momento y en un cerebro determinados, hay una que es la seleccionada para que de ella emerja una particular función, que posiblemente en otro cerebro -o incluso en el mismo- la pudiera llevar a cabo otro conexionado y otros núcleos neuronales. Por eso decimos que el cerebro funciona como un sistema degenerado[4] que si no va por un camino siempre tiene la opción de ir por otro. Lo que nos lleva a pensar que sus funcionalidades no emergen de la actividad de unos lugares determinados del cerebro, sino que son el resultado de unos procesos neuronales determinado. Parece como si en la red cerebral lo que realmente cuenta son los canales de interrelación más que los sujetos que se interrelacionan.
Como veremos más tarde en esta serie, el cerebro, esta máquina que nos ha regalado el devenir evolutivo y es como es, conforma una especie de red complejísima, variable en el tiempo y que se entreteje a múltiples escalas. Del funcionamiento de esta red y no de la exacta realidad exterior surge nuestra subjetiva realidad. Cómo no admitir este hecho cuando sabemos, por poner un ejemplo, que en el caso de la visión hay un factor desmultiplicador del orden de 108 entre la cantidad de información que llevan los fotones que llegan a nuestra retina y la cantidad de información que manejan las áreas cerebrales que nos dan la percepción visual.[5] Tal como dice el conocido neurólogo norteamericano Marcus E. Raichle: ”… el cerebro debe interpretar, responder e incluso predecir las demandas ambientales a partir de datos aparentemente empobrecidos. Una explicación de su éxito al hacerlo debe estar en gran medida en los procesos cerebrales intrínsecos que vinculan las representaciones que residen ampliamente en los sistemas cerebrales [impresas en algún lugar del conectoma] con la información sensorial entrante”.[6]
Y aunque es muy posible que nunca sepamos su conexionado exacto, tanto en sus aspectos físicos como dinámicos como de información depositada en él, intuyo con facilidad que el hecho de intentar conocerlo es algo de especial importancia. En la siguiente entrada veremos cómo la circunstancia de que ciertas neuronas individuales parezcan tener la capacidad de “especializarse” en particulares propuestas perceptivas o cognitivas muy concretas nos va a llevar de la mano a la sospecha de que impepinablemente tienen que trabajar en colaboración con otras. Lo que será la primera y más simple idea que encontraremos en esta serie acerca de las redes de actividad neuronal.
- Escrito por Olaf Sporns, profesor en ciencias psicológicas y cerebrales de la Universidad de Indiana, y editado por MIT Press, Massachusetts Institute of Technology, 2012, página 179. [↩]
- Más adelante en la serie veremos cómo estos tres aspectos del conectoma no son exactamente lo mismo. [↩]
- La homeostasis (del griego ὅμοιος hómoios, ‘igual’, ‘similar’, y στάσις stásis, ‘estado’, ‘estabilidad’) es una propiedad de los organismos que consiste en su capacidad de mantener una condición interna estable compensando los cambios en su entorno, mediante el intercambio regulado de materia y energía con el exterior. [↩]
- Como concepto esto ya lo vimos en la entrada número 13, “La genética”, de la serie “La Biografía de la Vida” de este blog El Cedazo, al hablar del código genético y sus codones y de cómo varios de ellos podían expresar el mismo aminoácido. O en mecánica cuántica, en donde se denomina degeneración al hecho de que un mismo nivel de energía (en nuestro caso lo asimilamos a función cerebral) posea más de un estado asociado (en nuestro caso, las redes neuronales de donde emerge esa función). [↩]
- La información visual se “comprime” de forma significativa cuando pasa del ojo a la corteza visual: de la información disponible del entorno solo unos 1010 bits seg−1 se depositan en la retina. Debido al número limitado de axones en los nervios ópticos (aproximadamente un millón de axones en cada uno) solo 106 bits seg−1 salen de la retina y solo 104 llegan a la capa IV de la corteza visual V1. Estos datos insinúan claramente que la corteza visual recibe una representación muy resumida del mundo. Y aun más, las estimaciones del ancho de banda de la conciencia consciente (es decir, lo que “vemos”) están en el rango de 100 bits seg−1 o menos. [↩]
- “The restless brain: how intrinsic activity organizes brain function”, Marcus E. Raichle, Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2015. https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rstb.2014.0172#RSTB20140172C4R [↩]
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{ 1 } Comentarios
Noticia de abril de 2013 : “Obama presenta con el español Rafael Yuste su proyecto para estudiar el cerebro” .. y comentaba en aquel tiempo el hoy ex presidente : “Hoy podemos identificar galaxias a años luz, o estudiar partículas más pequeñas que el átomo, pero todavía no hemos desvelado el misterio de las tres libras [unos 1.300 gramos] de materia que tenemos entre las orejas”, ha declarado el presidente durante la presentación del proyecto.. Jreguart, por ello haces muy bien en dedicar un mayor tiempo en investigar acerca de esta maravilla que es el cerebro . es bueno que haya gente como tu que nos de más información con la generosidad que tu lo haces . gracias
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