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El Conectoma cerebral. 00. Prólogo.

Hoy propongo una nueva serie que se va a publicar en nuestro querido blog de El Cedazo. En esta ocasión vuelvo a temas neurológicos, ámbito que me tiene cautivado. Como en todas mis series publicadas hasta ahora, advierto que no soy un profesional del tema, sino un mero aficionado. Bien que un aficionado con sumo interés y mucho trabajo. El cerebro, nuestro gran misterio, encerrado en su cajita de hueso y con la terrible responsabilidad de que con cuatro retales nos proponga las mejores pautas para que sigamos en la vida con salud. Normalmente lo consigue… ¡gran proeza!

Reconstrucción tractográfica de las conexiones neurales ¡un punki en nuestro cerebro! (Imagen de Thomas Schultz, Wikimedia, CC BY-SA 3.0)

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Cerebro: del año 0 al año 20 (IV)

Ésta va a ser la última entrada de una miniserie de cuatro en la que desarrollamos el tema de la evolución del cerebro humano en los primeros años de vida, desde el nacimiento al final de la adolescencia con 20 años e incluso más. Como podéis imaginar, se trata de un campo que necesariamente bordea la neurología y la psicología. En la anterior entrada desarrollamos el periodo comprendido desde 5/6 a 10/11 años. Nos queda, por fin, describir la última fase.

Evolución de la altura y del perímetro craneal en los primeros años de la vida de un chico/chica estadounidenses (Imágenes a partir de “Growth, Maturation and Physical Activity“,  Robert M. Malina et al. (2003), fig. 3.11, 3.6 y 3.18, fair use)

La adolescencia: unos diez años de necesaria confusión. Los primeros tres o cuatro años son de aproximación a la fase puberal, del latín “pubere”, que significa pubis con vello, momento en que la espoleta hormonal se dispara generando una progresiva revolución corporal y mental. La explosión hormonal va a ser un factor importante en los cambios, no solamente corporales, sino de la estructura cerebral en particular. Más o menos a lo largo de esa época, que puede alargarse hasta los veinte y pocos años,[1] se va a completar la infraestructura cerebral hasta una arquitectura adulta. Parece como que se culmine la oleada de eficiencia que, desde el tronco cerebral en el momento del nacimiento, se ha ido extendiendo cerebro “arriba” a lo largo de las etapas que hemos ido estudiando. Va a llegar el momento del córtex prefrontal. Sigue leyendo ›

  1. La Organización Mundial de Salud considera adolescencia al periodo comprendido entre los 10 y 19 años de edad, y juventud al que abarca de los 19 a los 25 años. La Sociedad de Medicina y Salud Adolescente (SAHM) de Estados Unidos, en cambio, sitúa la adolescencia entre los 10 y 21 años. []

Cerebro: del año 0 al año 20 (III)

Con esta nueva entrada seguimos avanzando a través de la miniserie que comenzamos hace unas semanas y que habla de la evolución neurocognitiva durante los primeros años de la vida. Como podéis imaginar se trata de un campo que necesariamente bordea la neurología y la psicología. Si has leído la entrada anterior más o menos te habrás podido hacer una idea de lo que le sucede a un niño de hasta tres años. Ahora sigamos la flecha del tiempo.

En los próximos siete a ocho años su complejidad cerebral se va a seguir desarrollando con particular intensidad, aunque no se va a ver significativamente reflejada en el tamaño externo de la “máquina”: su perímetro craneal se va a ver incrementado en menos de un 10%.[1] Qué lejos queda aquel 60% de crecimiento anárquico de los tres primeros años de vida. Al inicio de esa fase, 3 a 11 años, la anatomía neuronal básica está ya creada y ahora sólo falta mejorarla y darle más eficiencia.

Evolución del perímetro craneal según la edad, diferenciado entre niños y niñas. Curvas de Nellhaus G. Head: “Practical Composite International and Interracial Graphs”, Pediatrics, 1968; 41:106-114. (Imagen obtenida de la red, fair use)

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  1. Hago referencia al perímetro craneal (PC) puesto que es el indicador más utilizado para estudiar el correcto desarrollo del cráneo según la edad infantil, ya que pude indicar patologías como macro y microcefalias. Un “modesto” 10% de incremento del PC puede suponer hasta un 33% de incremento volumétrico, lo cual no es tan “modesto”. La verdad es que a los 3 años el peso medio del cerebro es de 970 gramos mientras que a los 10 años ya es de 1.310 gramos. []

Historia de un ignorante, ma non troppo… Concierto para piano y orquesta número 1, de Piotr Ilich Tchaikowsky

Éste de hoy es el artículo número 75 de esta serie ignorante sobre música clásica, serie que comencé a escribir hace ya casi diez años. Muchos de los grandes compositores han pasado por estas páginas, o mejor dicho, han sido destripados en estas páginas, que sin embargo siempre han contado con el apoyo de vosotros, queridos lectores de El Cedazo. Beethoven, Bach, Tchaikowsky, Mahler, Shostakovich, Vivaldi, Mendelssohn, Mozart, Wagner, Rodrigo, Debussy, Camilo, Gorecki… autores de todas las épocas y de casi todos los estilos.[1] Y obras de todos los géneros; desde el gran oratorio coral, como lo es la Pasión según San Mateo al Réquiem contemporáneo, el de Goodall; desde la sonata de piano clásica hasta un gran concierto moderno para piano y orquesta; desde el concierto barroco hasta la música más contemporánea, obras de una gran brillantez y otras reflexivas hasta la congoja… y muchas, muchas obras sinfónicas.

Eso sí, sin orden ni concierto, según me iba apeteciendo o, más bien, según iba encontrando videos adecuados, o al menos no demasiado desastrosos, en youtube… Ah, el buen youtube. ¡Cómo ha cambiado desde 2009!

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  1. Los que me seguís sabéis que no soporto el dodecafonismo ni la mayoría de “ismos” que surgieron en la parte central del siglo XX, así que obras de esas no hay ni una. []

[De Thomson a Bohr, historia de un átomo] 0-Conceptos previos 9: Fuerzas Centrales (Parte II)

Hace unos días, en el último artículo, hablamos sobre las fuerzas centrales, pero lo hicimos todo cualitativamente. Como es costumbre en esta serie, vamos a rehacer lo que ya vimos en el último capítulo, pero para aquellos a los que no les asuste ver un poco de matemáticas.

Si no habéis leído el anterior capítulo id a leerlo, pues muchas de las cosas que hablé ahí son importantes para este artículo y no voy a repetir todas las cosas. Ahí discutimos la existencia de un vector, al que llamamos vector posición, que nos definía precisamente la posición de un objeto; y también hablamos sobre dos formas de escribir vectores, las coordenadas cartesianas y las polares. Un resumen muy general y rápido de las coordenadas cartesianas:

Un vector en dos dimensiones puede especificarse con dos números, especificando la distancia en dos direcciones perpendiculares. Por ejemplo, la distancia hacia el Este y la distancia hacia el Norte (que llamaremos, respectivamente xy, siguiendo la nomenclatura típica).

Entonces cualquier punto se puede especificar con los números x e y. A estos dos números los llamaremos coordenadas cartesianas, y a partir de aquí ya podemos dejar de hablar de Este y Norte pues eran simplemente nombres para que todos pudiéramos entendernos. Vamos a renombrar la dirección Este por lo que llamaremos el Eje x y el Norte por el Eje y.

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Explorando el álgebra geométrica 14 – Proyección y exclusión respecto a un vector. Simetrías axiales y reflexiones respecto a un hiperplano.

En esta entrada se introducirán dos conceptos importantes en álgebra geométrica, el de proyección y el de exclusión de un vector respecto a otro. De hecho, no se trata más que la descomposición de un vector en una parte paralela (la proyección) y en una parte ortogonal (la exclusión) respecto a otro vector. A continuación veremos la expresión en álgebra geométrica de una simetría axial, así como también la expresión de una simetría de reflexión respecto a un hiperplano. Tanto las simetrías axiales como las reflexiones respecto a un hiperplano son ejemplos de transformaciones ortogonales. Una transformación ortogonal es aquella transformación lineal que conserva el producto interior de dos vectores, de modo que el producto interior de dos vectores es igual al de los vectores transformados. Como el producto interior define la métrica del espacio vectorial, a partir de la que se define la norma de un vector y el módulo del ángulo que forman dos vectores, las transformaciones ortogonales conservan las normas de los vectores y el módulo de los ángulos que forman cualquier par de vectores entre sí. Un tipo importante de transformaciones ortogonales son las rotaciones, pero estas quedarán ya para las próximas entradas de esta serie.

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Cerebro: Del año 0 al año 20 (II)

Esta entrada de la miniserie dedicada a la evolución del cerebro en su primeros años de vida es la continuación a la publicada con antelación y que resultó un encuadre global de cómo van evolucionando y adaptándose los desarrollos neuronal y conductual de un humano desde que nace hasta que, abandonando la adolescencia, entra en la edad madura. Ahora vamos a hablar de la primera fase tras el nacimiento, del año 0 al año 3.

El recién nacido ha llegado al mundo con todo su hardware cerebral preparado y operativo. Pero, salvo unas ciertas instrucciones motoras automáticas y unas pocas experiencias sensoriales intrauterinas -que no alcanzan a las visuales-, su encéfalo es una “tabula rasa”. Es evidente que mucho antes de madurar como para ser parido los sentidos están allí, recopilando experiencias que no tienen ningún significado para él. Es evidente que dentro del útero el feto se mueve, aunque de una manera absolutamente automática e inconsciente.[1]  Tiene todo que aprender a pesar del exceso neuronal y sináptico con el que amaneció a la vida: con el paso del tiempo parte lo va a ir reforzando con el uso, dejando en el camino parte, que morirá por no tener la oportunidad de practicar.

Mielinización del cerebro a través del desarrollo. Imágenes por resonancia magnética axiales del cerebro de un niño, que muestran un aumento relacionado con la edad en el tamaño del cerebro y la intensidad de la materia blanca. A: parte frontal, L: lado izquierdo (Imagen a partir de “Normal Development of Brain Circuits”, fig 5, Gregory Z. Tau y Bradley S. Peterson, Neuropsychopharmacology, 2010)

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  1. En filosofía la tabula rasa hace referencia a la tesis de que cada individuo nace con la mente «vacía», es decir, sin cualidades innatas, de modo que todos los conocimientos y habilidades de cada ser humano son exclusivamente fruto del aprendizaje, a través de sus experiencias y sus percepciones sensoriales. Los neurólogos saben que eso no es así, ya que el neonato sí trae de fábrica habilidades básicas, como la de la succión, la de la distinción de sonidos, la del reflejo de equilibrio, los miedos innatos, el sentido del numero, el reconocimiento de caras familiares… []

[De Thomson a Bohr, historia de un átomo] 0-Conceptos previos 9: Fuerzas Centrales (Parte I)

Estamos de vuelta con la serie de modelos atómicos. En los anteriores artículos hablamos de energía potencial y de momento angular, en este artículo vamos a hablar sobre cómo definir la posición de un objeto en el espacio y de un tipo de fuerzas muy especiales, las fuerzas centrales. ¡Empecemos!

En primer lugar vamos a hablar sobre cómo podemos localizar un objeto en el espacio; para simplificar al máximo las cosas, voy a suponer solamente espacios bidimensionales (es decir, sólo existe adelante, atrás, izquierda y derecha, pero no arriba y abajo). Pues bien, resulta que lo que nos sirve para localizar objetos es algo que ya presentamos en el artículo sobre colisiones ¡un vector!

Ya hablamos en ese artículo que un vector es algo que nos indica, además de un valor, una dirección, sentido y punto de aplicación. Entonces deberíamos ver casi de inmediato que esto nos sirve para localizar objetos en el espacio. Vamos a hacer una prueba: supongamos que queremos describir la posición de un objeto; primero de todo necesitamos un punto de aplicación, es decir, la posición del objeto no será la misma para mí que para otra persona. Un ejemplo:

Suponed que el objeto está a 5m de mí hacia el Norte y tengo un amigo que está a 10m de mí hacia el Sur. Entonces yo no puedo decirle a mi amigo que el objeto está 5m hacia el Norte y quedarme tan tranquilo, pues si él camina 5m hacia el Norte no lo va a encontrar. Debo especificar que “el objeto está 5m hacia el Norte, partiendo desde donde yo estoy”. Necesitamos saber el punto de aplicación. Otra forma que tenemos de describirle la posición del objeto sería decirle que está 15m al Norte de donde está él. Ahora sí, fijaos que hemos cambiado el punto de aplicación, y ha “cambiado la posición” del objeto, ha pasado de estar 5m al Norte a estar a 15m.[1]

Bien, pues en efecto necesitamos conocer el punto de aplicación, pero esto evidentemente no basta. Necesitamos además una dirección. El concepto de dirección es bastante confuso para muchos, y suele confundirse con el “sentido”, ya que muchas veces ambas informaciones se dicen juntas. Si releéis el ejemplo anterior habréis notado que, para dar la localización del objeto, no me ha bastado con decir solamente el punto de aplicación, he necesitado especificar “5m al Norte”. Pues bien, ese “al Norte” nos indica la dirección, pero no sólo la dirección, sino también el sentido. Más concretamente, la dirección sería la dirección Norte-Sur:  nos indica la línea recta en la que encontraremos el objeto, mientras que es el sentido el que nos indica si, dentro de la dirección “Norte-Sur”, debemos ir hacia el Norte o hacia el Sur. Luego pongo un ejemplo que siempre me ha gustado para entender la diferencia entre dirección y sentido.

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  1. Es importante tener en cuenta que NO estoy hablando que el objeto se haya movido, pero, como he dicho, la posición de un objeto depende del punto de aplicación. []

Cerebro: del año 0 al año 20 (I)

Hace unos pocos días dimos por completa la publicación de un pequeño cuento en tres entregas, que titulé  “El cuento de la neurona”.[1][2] Allí, materializado en el relato autobiográfico de una neurona, os explicaba justamente eso: la biografía de una neurona particular, una neurona cortical motora. A veces, mientras pienso en el cerebro, me distraigo con la idea de que eso que estoy leyendo o estudiando está sucediendo realmente ahí, justo dentro del cráneo de la camarera que se afana en traerme un plato de ensaladilla rusa, o justo dentro del cráneo del policía que se afana por remediar las inconveniencias de un semáforo fallido en donde estoy atrapado. Estoy rodeado de cinco nietos de dos, tres, seis, ocho y once años. Creo que soy afortunado, aunque esa opinión es muy personal. Y sí… también me pregunto qué es lo que pasará en estos cinco cerebros en este preciso instante y cómo será la actividad de las piezas de sus máquinas cerebrales en constante construcción. No os engaño que casi oigo de verdad esta actividad cuando los veo actuar. En un momento dado me planteé que sería superinteresante profundizar un poco en el tema y tener información para ver de verdad su actividad. Es apasionante observar cómo es la Vida en vivo y en directo.

Explicados mis motivos, paso a comentar con vosotros el resultado de mis indagaciones en una miniserie de cuatro relatos que hoy comienza.

El baile de las neuronas: Primera imagen publicada de un electroencefalograma en diciembre de 1929 (Wikimedia, dominio público)

En otras entradas[3] de este blog he explicado un poco cómo es la anatomía cerebral y cómo interactúan entre sí las neuronas. Quizá sería bueno repasarlas si no estás familiarizado con el tema, aunque supongo que si has llegado hasta aquí es que realmente sí sabes de lo que voy a hablar. Sigamos, pues, adelante. Sigue leyendo ›

  1. Esta entrada, ésta y esta otra. []
  2. Título que refleja por mi parte un pretencioso, y en la realidad humilde, homenaje a mi admirado Richard Dawkins y su delicioso libro “The ancestor’s tale”. []
  3. Como por ejemplo en la entrada número 05Entendiendo el encéfalo” de la serieBiografía de lo humano”, o en la entrada 01Un poco de anatomía para una navegación confortable” y la 02Los primeros talleres del procesamiento cerebral de las señales somatosensoriales” de la serieLos sistemas receptores” e incluso en la entrada 25Evolución de la notocorda y el sistema nervioso” de la serieLa biografía de la Vida”, en la que hacía una aproximación evolutiva acerca del tema. []

El cuento de la neurona III

Aviso introductorio: Esta es la tercera entrada de las tres en que ha quedado dividido un minirrelato que no pretende ser una explicación técnica detallada de cómo nacen, evolucionan y mueren las neuronas en general. Simplemente es la historia de una sola muy particular, una de las miles y miles que habitan la corteza motora primaria del cerebro. Que nos cuenta desde el momento biológico actual sus recuerdos de infancia y juventud. 

De vueltas del sueño reparador en que acabó la entrada anterior, continúo con el relato de mi vida. Os estaba contando de qué manera mis neuritas, axón y dendritas, vieron la luz y se dirigieron a sus destinos operativos: una unidad motora del sóleo izquierdo.[1] Pero, conscientemente, me dejé en el tintero una mención especial a mi axón, y ahora es el momento de sacarlo a relucir.

Nuestra neurona “cuentacuentos”. Una piramidal Betz, situada en la parte interior del giro central en la corte motora primaria del encéfalo (Imagen de la neurona: Bob Jacobs, Wikimedia, CC BY-SA 3.0; imagen del cerebro, modificada de la red, fair use)

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  1. El sóleo es un músculo situado en la pantorrilla de la pierna que se encarga de la flexión y extensión del pie. []