neuroscience: science of the brain in spanish

5/10/2018 Neuroscience: Science of the Brain in Spanish - slidepdf.com

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Neuroscience: The Science of the Brian

This is the Spanish language translation of the public education booklet. Thistranslation was made for The BNA by:

Dr José Rodríguez-Arellano, Lecturer in Neuroscience, Faculty of Life , TheUniversity of Manchester, UK

The British Neuroscience Association (BNA) commissioned the booklet for thepurposes of teaching young people in the UK about their Brain and Neuroscience thescience of the brain. The booklet contains short explanatory chapters on differentsubjects written by experts in each topic. The original booklet was published in 2004.

In 2005 the International Brain Research Organisation (IBRO) purchased the copyrightof the booklet. We have commissioned members of our organisation to translate thebooklet in multiple languages. In addition to the Spanish version that you are nowreading the booklet is available in a further sixteen languages also contained on thisCDROM.

We hope that you will use these translations for the purpose of improving publicunderstanding and awareness of the brain and the importance of brain research. IBROand the BNA are happy for you to make printed copies or clone theses PDFfiles.However this should not be done for profit. For more information please read theadditional information that is appended at the end of the booklet.

Contents

Pages 2-61: Neuroscience The Science of the Brain (Spanish version)

Page 62-73: Additional information (English only).

An introduction to IBRO and the CDROM:

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NEUROCIENCIAS

LA CIENCIA DEL CEREBRUNA INTRODUCCIÓN PARA JÓVENES ESTUDIANT

ASOCIACIÓN BRITÁNICA DE NEUROCIENCIAS

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ASOCIACIÓN BRITÁNICA DE NEUROCIENCIAS

Este libro ha sido preparado y editado bajo los auspicios de la Asociación Británica de Neurociencias y laAlianza Europea Dana para el cerebro por Richard Morris (Universidad de Edimburgo ) y Marianne Fillenz(Universidad de Oxford ). El diseño gráfico ha sido realizado por Jane Grainger (Estudio de Diseño Grainger

Dunsmore, Edimburgo ). La traducción del Inglés al Español ha sido realizada por José Julio Rodríguez Arellano(Universidad de Manchester ). Agradecemos la contribución de nuestros colegas de la División de

Neurociencias , en particular a Victoria Gill así como a otros miembros de la comunidad neurocientífica deEdimburgo. También estamos agradecidos a los miembros del Departamento de Fisiología de la Universidad de

Oxford , y más concretamente a Colin Blakemore, así como a otros valiosos colaboradores pertenecientes a

diferentes instituciones y cuyos nombres se citan en la contraportada.

La Asociación Británica de Neurociencias (Brit ish Neuroscience Association; BNA) es la organizaciónprofesional del Reino Unido que representa a los Neurocientíficos y que se dedica a un mejor conocimiento ycomprensión del sistema nervioso normal y patológico. Los miembros de la BNA acaparan un amplio espectro,desde científicos establecidos que ostentan diferentes posiciones en Universidades e Institutos de Investigaciónhasta estudiantes de postgrado. Las reuniones anuales de la BNA, que generalmente se celebran enprimavera, constituyen un forum para la presentación de los últimos resultados y/o descubrimientos científicos.Numerosos grupos locales de todo el país organizan seminarios científicos de manera frecuente, así comoactividades de divulgación con el público en general, tales como visitas a colegios y museos. Para másinformación visite el sitio Web http://www.bna.org.uk.

El objetivo de la Alianza Europea Dana para el cerebro (European Dana Alliance for the Brain; EDAB ) esinformar al público en general, así como a las personas que ocupan cargos con poder decisorio sobre laimportancia de la investigación sobre el cerebro. EDAB pretende avanzar en el conocimiento sobre losbeneficios personales y públicos de las Neurociencias, así como diseminar información referente al cerebro encondiciones normales y patológicas de una manera totalmente accesible y relevante. Las alteracionesneurológicas y psiquiátricas afectan a millones de personas de todas las edades y tienen un gran impacto en laeconomía nacional. Con el fin de solventar estos problemas, en 1970, 70 destacados neurocientíficos europeosfirmaron una Declaración de Objetivos de Investigación Asequibles y, se comprometieron a incrementar elconocimiento general sobre las alteraciones del cerebro y la importancia de las Neurociencias. Desdeentonces, muchos otros han sido elegidos, representando actualmente 24 países europeos. EDAB tiene en laactualidad más de 125 miembros. Para más información visite el sitio Web http://www.edab.net.

Publicado por La Asociación Británica de Neurociencias

The Sherrington BuildingsAshton StreetLiverpoolL69 3GEUKCopyright Asociación Británica de Neurociencias 2003

Este libro está sujeto a copyright.Ninguna parte deeste libro se puede reproducir sin laautorizaciónescrita de La Asociación Británica de

Neurociencias ,

salvo excepciones estatutarias yacuerdos de licencia relevantes.

Publicado por primera vez en 2003ISBN: 0-9545204—0-8




NEUROCIENCIAS:LA CIENCIA DEL CEREB

Dentro de nuestras cabezas, pesando aproximadamente 1.5 Kg., reside unexcepcional compuesto de billones de minúsculas células. Nos permite relacionarnos con el mundo que nos rodea, pensar y hablar. El cerebro huma

órgano más complejo del cuerpo, y aunque discutible, la cosa más compleja tierra. Este libro es una introducción para jóvenes estudiantes.

En este libro, describimos lo que sabemos acerca de cómo funciona el cereque todavía nos queda por aprender de él. Su estudio implica a científicos y de diferentes disciplinas, que van desde biología molecular a la psicología expey que incluyen entre otras anatomía, fisiología y farmacología. Su interés comque ha dado lugar a la aparición de una nueva disciplina llamada neurociciencia del cerebro.

El cerebro, tal y como lo describimos en este libro, puede hacer mucho pero Contiene células nerviosas –sus componentes fundamentales- que se conectanformando redes. Estas redes tienen una actividad eléctrica y química constcerebro que describimos puede ver y sentir. Puede sentir dolor y sus escaracterísticas químicas ayudan a controlar y tolerar los desagradables

producidos por él. El cerebro tiene ciertas áreas implicadas en la coordinanuestros movimientos, permitiéndonos llevar a cabo acciones altamente sofisUn cerebro que puede hacer estas y muchas otras cosas no aparece toformado, se desarrolla gradualmente y aquí describimos algunos de los geneimplicados. Cuando uno o más de estos genes funcionan de manera errpueden presentar distintas alteraciones, tales como la dislexia. Existensimilitudes entre el desarrollo del cerebro y los mecanismos responsables de mposteriormente las conexiones entre las células nerviosas – un proceso plasticidad neuronal. La plasticidad neuronal es la base del aprendizaje y la mEl cerebro del que hablamos en este libro puede recordar números de teléfonohicisteis las navidades pasadas. Desgraciadamente, un cerebro que recuevacaciones familiares no puede comer o beber. De manera que todo queda limitado. No obstante, el cerebro se estresa, como todos nosotros, y en etratamos algunos de los mecanismos hormonales y moleculares implicaprocesos de ansiedad extrema-como la que padecemos cuando se aceexámenes. Llegado el momento, también es importante el sueño, así que ddarle el descanso que precisa. Lamentablemente, el cerebro también enferdaña.

Las neurociencias modernas están cambiando gracias a la aparición detécnicas, tales como: la implantación de electrodos en la superficie celular, laóptica, los scanners cerebrales y los chips de sílice conteniendo circuitos ceartificiales entre otros. En el presente libro intentamos introduciros a todoconceptos y tratamos algunos aspectos que derivan de las neurociencias, caspectos éticos y las implicaciones sociales.

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El Sistema Nervioso

Neuronas y Potencial

de Acción

Tacto y Dolor

Visión

El Desarrollo del

Sistema Nervioso

Dislexia

Plasticidad

Aprendizaje y Memoria

El Sistema Inmune

Sueño

Visualizando el Cerebro

Redes Neuronales yCerebros Artificiales

Cuando las cosasvan mal

Neuroética

Formación y Carreras

Lectura adicional yagradecimientos

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Mensajeros Químicos

Drogas y el Cerebro

Estrés

Movimiento




El SistemaNervioso

El Sistema Nervioso Central Humano mostrando el

cerebro y la médula espinal.

Estructura BásicaEl sistema Nervioso está compuesto por el cerebro, lamédula espinal y los nervios periféricos. Está formadopor las células nerviosas, llamadas neuronas y lascélulas de soporte llamadas células gliales.

Las neuronas tienen una citoarquitectura específica qu

consiste en un cuerpo celular y en dos extensionesadicionales denominados “procesos”. Uno de ellos sellama axón y su función consiste en transmitir lainformación de una neurona a otras con las que tengaconexión. La otra extensión está formada por lo queconocemos como dendritas y su función es la de recibinformación transmitida por los axones de otras neuroAmbos procesos forman parte de los contactosespecializados llamados sinapsis (ver capítulos 2 y 3 sPotencial de Acción y Mensajeros Químicos). Las neuse organizan en complejas cadenas y redes queconstituyen las diferentes vías por las cuales la informse transmite dentro del sistema nervioso.

El cerebro y la médula espinal están conectados a losreceptores sensoriales y a los músculos por medio deaxones muy largos que constituyen los nervios perif érLa médula espinal tiene dos funciones. En primer lugala responsable tanto de los reflejos simples, tales comestiramiento de la rodilla y retirar la mano cuando nosquemamos y/o pinchamos y también de reflejos máscomplejos. Y en segundo lugar, constituye la “autopistpor la cual viaja toda la información entre el cuerpo y ecerebro en ambas direcciones.

Estas estructuras básicas del sistema nervioso son lasmismas en todos los vertebrados. Lo que diferencia alhumano es su gran tamaño con respecto al cuerpo. Esdebe al enorme aumento en el número de interneurondurante el proceso evolutivo, lo que dota al ser humanuna amplia gama de reacciones frente al ambiente.

El cerebro se compone del tronco del encéde los hemisferios cerebrales.

El tronco del cerebro se divide en el cerebro caudal (ro

encéfalo y médula oblongata), cerebro medio(mesencéfalo)y un cerebro intermedio justo antes de lohemisferios cerebrales llamado diencéfalo. La médulaoblongata y el romboencéfalo son, en cierto modo, unaextensión de la médula espinal, que contiene una serieredes neuronales implicadas en el control de funcionesvitales tales como la respiración y la presión sanguíneaactividad de algunas de estas redes neuronales controestas funciones. El cerebelo, situado en el techo delromboencéfalo, tiene un papel fundamental en el contrcoordinación de los movimientos (ver capítulos sobreMovimiento y Dislexia).

El mesencéfalo contiene varios grupos de neuronas, c

uno de ellos utiliza predominantemente un tipo especímensajero químico (neurotransmisor), que se proyectahemisferios cerebrales. Se cree que estos grupos

Hay tres tipos fundamentales de neuronas. Las neuronassensoriales están conectadas con unos receptoresespecializados en detectar y responder a diferentesestímulos, internos u externos. Los receptores sensibles alos cambios de luz, sonido y estímulos mecánicos yquímicos están asociados con la visión, oído, tacto, olor ygusto, respectivamente. En la piel, cuando los estímulosmecánicos, térmicos o químicos exceden un cierto umbral

de intensidad pueden causar dolor e incluso dañar el tejido.Cuando esto sucede, un grupo especial de receptores,llamados nociceptores, se activan dando lugar a lasensación de dolor y a los reflejos protectores (ver capítulo 5sobre el Tacto y Dolor). Las neuronas motoras controlan laactividad muscular y son responsables de múltiplescomportamientos, incluyendo la capacidad de hablar. Lascélulas intercaladas entre las neuronas sensoriales ymotoras son las interneuronas, siendo las más numerosasen el cerebro humano. Las interneuronas intervienen en losreflejos simples y, además, son las responsables de lasfunciones superiores del cerebro. Las células gliales, quepor mucho tiempo fueron consideradas solamente comosoporte para las neuronas, contribuyen de manera muy

importante en el desarrollo del sistema nervioso y en sufuncionamiento. Aunque las células gliales son mucho másnumerosas, no transmiten la información de la mismamanera que las neuronas

Anatomía del cerebro




q g pmanera que las neuronas

El cerebro humano en vista dorsal, ventral y lateral.

El padre de las neurocienciasmoderna, Santiago Ramón y

Cajal delante de su microscopioen 1890.

Primeras fotografías deRamón y Cajalmostrando unaneurona piramidal ysus dendritas.

Exquisitos

dibujos de lasneuronas del

cerebelorealizados por

Vista sagital del cerebro mdivisión entre hemisferios tronco del encéfalo. Extendorsalmente al tronco del epuede observar el cerebelcerebral, tronco del encéfa

Hemisferio Cerebral

Tronco del Encéfalo

Cerebelo

Tálamo

Hipotálamo

Hemisferio cerebralCuerpo Calloso

Ganglios Basales

Sección coronal a travécerebro mostrando el táel hipotálamo.

Sección coronal a travécerebro mostrando los gbasales y el cuerpo cal

Mediando las funciones del sueño, la atención y la recompensa se encuentra eldiencéfalo. Éste se divide en dos áreas diferentes llamadas tálamo y hipotálamo.El tálamo funciona como un área de relevo por donde pasan los impulsos detodos los sistemas sensoriales que se dirigen a la corteza cerebral, quien a suvez vuelve a mandar mensajes de vuelta al tálamo. Este fenómeno de ida yvuelta es un aspecto intrigante dentro de las conexiones que se establecen en elcerebro, ya que la información no solo viaja en un sentido sino en ambos. El

hipotálamo controla funciones tales como comer y beber y también regula laliberación de las hormonas implicadas en las funciones sexuales.

Los hemisferios cerebrales –telencéfalo- están formados fundamentalmente por dos partes, el núcleo que consiste en los ganglios basales y una lámina extensaaunque fina que los rodea y que, formada por múltiples neuronas compone lasustancia gris de la corteza cerebral. Los ganglios basales juegan un papel muyimportante en la iniciación y coordinación de los movimientos (ver capítulo 7sobre los Movimientos). La corteza cerebral se encuentra empaquetada en unreducido espacio entre los ganglios basales y el cráneo, por lo cual se pliega yforma numerosas invaginaciones, lo que le permite incrementar su superficie ypor tanto, el número de neuronas comprendidas en ella. Realmente sería

imposible sin tal complejidad. Este tejido cortical compone la región másaltamente desarrollada del cerebro humano (es cuatro veces mayor que lacorteza cerebral de los gorilas). La corteza cerebral se divide en un gran númerode discretas áreas, que se diferencian unas de otras por las diferentes capas quela componen, así como sus conexiones. Las funciones de muchas de estasáreas están claramente definidas y se conocen, como por ejemplo: las áreasvisuales, auditivas, olfativas, motoras y las sensoriales que reciben informaciónde la piel (también conocidas como somatosensoriales). Las vías que van desdelos receptores sensoriales a corteza y de corteza a los músculos cruzan de unlado al otro del cerebro; por lo que los movimientos del lado derecho del cuerpoestán controlados por el lado izquierdo de la corteza y viceversa. Del mismomodo, la parte izquierda del cuerpo manda información sensorial al lado derechode la corteza, por ejemplo, los sonidos percibidos por el oído izquierdo vanfundamentalmente a la corteza del hemisferio derecho. No obstante, las cortezas

de ambos hemisferios no trabajan de manera aislada sino que están conectadaspor un tracto de fibras grueso y largo conocido como el cuerpo calloso.

La corteza cerebral es fundamental para acciones voluntarias como el lenguaje,el habla y otras funciones superiores como el pensamiento y la memoria. Muchasde estas funciones son llevadas a cabo por ambos hemisferios cerebrales, peroalguna de ellas se encuentra altamente lateralizada, estando fundamentalmentecontroladas por uno de los hemisferios. Las áreas implicadas en alguna de estasfunciones superiores como el habla (que se encuentra lateralizadafundamentalmente en el lado izquierdo de la mayoría de las personas) han sidoidentificadas. No obstante, todavía queda mucho por descubrir y aprender y,

fundamentalmente en aspectos tan importantes como la conciencia; por lo que elestudio de la corteza cerebral y las funciones en las que está implicada es unade los campos de investigación más activo y excitante dentro de las




R ó C j lp g y

Neuronas y Potencialde Acción

Todas las neuronas independientemente de que sean sensoriales omotoras, grandes o pequeñas, tienen una caracterí stica en común yaque su actividad es de dos tipos: eléctrica y quí mica. Las neuronascooperan y compiten entre ellas con el fin de regular el estado generalde sistema nervioso, de la misma manera que los individuos de unasociedad cooperan y compiten a la hora de tomar decisiones. Lasseñales quí micas recibidas, por las dendritas procedentes de losaxones que las contactan, son transformadas en señales eléctricas yse incorporan (adicionándose o sustrayéndose) al resto de señalesprocedentes de las otras sinapsis, decidiéndose si la señal se

propaga hacia la siguiente neurona o no. Por lo tanto, los potencialeseléctricos viajan por el axón hacia la sinapsis, pasando a las dendritasde la siguiente neurona y el proceso se repite.

La neurona dinámica

Tal y como describimos en el capítulo anterior la neurona se componede cuerpo celular, dendritas, axones y terminales sinápticos. Estaorganización es un fiel reflejo de su subdivisión funcional en diferentescompartimentos encargados de recibir, integrar y transmitir. Engeneral, la dendrita recibe, el cuerpo celular integra y el axóntransmite. Dicho concepto lo conocemos como polarización, ya que la

información que procesan va supuestamente en una dirección.

Conceptos claves de la neurona

Dendritas CuerpoCelular

Axón Sinapsis

Recepción Integración Transmisión

Como cualquier otra estructura, la neurona tiene que mantener unidos todos sus componentes. Las membranas externas de laneurona se sitúan en torno a un citoesqueleto, que está compuestopor paquetes de proteínas tubulares y filamentosas que seextienden y propagan de la misma manera hacia dendritas y axones.Esta estructura se asemejar ía a una tienda de campaña, siendo lamembrana la tela y el citoesqueleto el armazón que la sustenta. Losdiferentes elementos de la neurona están en constante movimiento,reorganizándose lo que refleja la propia actividad neuronal y la delas neuronas vecinas. Las dendritas cambian de forma dando lugar a nuevas conexiones y eliminando alguna de las existentes,mientras que los axones forman nuevos terminales dependiendo deque la neurona requiera comunicarse con las que la rodean de una

Dentro de las neuronas existen múltiples compartimentos inEstos consisten, fundamentalmente, en proteínas que se prodnivel del cuerpo celular y son transportadas a las diferentes paneurona, por medio del citoesqueleto. Las dendritas tienen peprotuberancias que se denominan espinas dendr íticas. Es en dendr íticas en donde la mayor ía de los axones establecen sus

conexiones. Las proteínas que son transportadas a las espinaimportantes para crear y mantener la conectividad neuronal. Eproteínas se intercambian constantemente siendo reemplazadvez que ya han realizado su función, por otras de nueva sínteestas actividades requieren energía para seguir llevándose a cdicha energía proviene de unas factor ías que se encuentran dcélula llamadas mitocondrias. Las porciones finales de los axotambién responden a ciertas moléculas llamada factores de crEstos factores son captados y transportados al cuerpo celular intervienen en la expresión génica de la neurona y, por consigla formación de nuevas proteínas. Estas proteínas le permitenneurona formar dendritas más largas y complejas u otros camdinámicos en su forma o función. Información, nutrientes y meviajan constantemente por la célula desde o hacia el cuerpo c

Las espinas dendrí ticas son las pequeñas

Neurona motoraespinal

Célula piramidal Célula de Purkinjdel cerebelo

Axón

3 tipos diferentes de neuronas

CuerpoCelular Cuerpo

Celular CuerpoCelular

AxónAxó




que la neurona requiera comunicarse con las que la rodean de una

corteza cerebral se encuentran situadas en las espinasdendr íticas, que sobresalen de las dendritas comopequeños micr ófonos en busca de señales. Lacomunicación entre las células nerviosas en estospuntos de contacto es lo que se conoce comotransmisión sináptica, la cual implica un procesoquímico que describiremos en el siguiente capítulo.Cuando una dendrita recibe uno de los mensajerosquímicos liberados por uno de los axones al espacioque los separa, se crean en ella corrientes eléctricas enminiatura. Estas corrientes pueden dirigirse a la célula,y son llamadas excitatorias o bien se mueven haciafuera de la célula, y entonces son llamadas inhibitorias.

Todas estas corrientes positivas y negativas seacumulan en las dendritas y se dispersanposteriormente por el cuerpo celular. Si estas corrientesno crean suficiente actividad al sumarse acabanmuriendo y no ocurre nada más. Sin embargo, si estascorrientes al sumarse superan el umbral de actividad,entonces la neurona enviar á un mensaje a las otrasneuronas vecinas.

En la parte receptora de la célula, las dendritasestablecen contactos con los axones procedentes deotras células, cada uno de ellos separado por unminúsculo espacio de aproximadamente 20

billonésimas partes de un metro. Una dendrita puederecibir contactos de una, varias o miles de neuronas.Estos puntos en donde se establecen los contactos eslo que se conoce como sinapsis, término que provienedel griego y que significa “unido”. La mayor ía de lassinapsis en las células de la

La respuesta reside fundamentalmente en la gestióenergía almacenada en forma de gradientes f ísicosquímicos y, en combinarlas de forma adecuada. Lode las neuronas transmiten pulsos eléctricos llamapotenciales de acción.

Los potenciales de acción viajan a lo largo del axónuna onda a lo largo de una cuerda. Esta corriente sya que a lo largo de la membrana del axón existeniónicos, que se pueden abrir y/o cerrar permitiendoiones eléctricamente cargados. Alguno de estos capermite el paso de iones de sodio (Na+), mientras qpermiten el paso de iones de potasio (K+). Cuandocanales se abren, los iones de Na+ y K+ pasan cregradientes químicos y eléctricos opuestos, en el intexterior de la célula, en respuesta a la despolarizaceléctrica de la membrana.

La neurona puede ser, por tanto, considerada como unacalculadora en miniatura, constantemente sumando ysubstrayendo. Lo que la neurona suma y resta son losmensajes que recibe de otras neuronas. Algunas

sinapsis son excitadoras mientras que otras soninhibidoras. En que medida estas señales constituyen labase de las sensaciones, pensamientos y movimientosdepende en gran medida de la red neuronal en la que

El potencial de acción

Apertura de loscanales de sodio

Apertura de loscanales de potasio

Potencial de rep M i l i v o l t i o s

毫秒

Las neuronas para comunicarse entre ellas necesitprimer lugar que la señal se propague a lo largo de¿Cómo lo hacen las neuronas?

Recibiendo y decidiendo




depende en gran medida de la red neuronal en la que

Un potencial de acción es un complejo proceso eléctrico. Lasfibras nerviosas se comportan como conductores eléctricos(aunque son menos eficientes que los cables con aislamiento),por lo cual, un potencial de acción generado en un puntoconcreto genera otro gradiente de voltaje entre las porciones demembrana, activadas y en reposo, adyacentes a él. Por tanto,el potencial de acción se propaga como una onda dedespolarización de un extremo de la fibra nerviosa a la otra.

Una analogía, que nos puede ayudar a entender la conducción

de los potenciales de acción, seria compararlo con el movimientode energía a una bengala, una vez que se enciende uno de losextremos. Cuando se enciende una bengala se origina unarápida activación local que inicia la ignición (en forma dechispas), lo que seria equivalente al paso de los iones de un ladoal otro de la membrana en el punto de inicio de un potencial deacción; sin embargo posteriormente la onda de chispas a lo largode la bengala se propaga más lentamente.

Todos estos conocimientos se han adquirido en los últimos 50años, gracias a los maravillosos experimentos realizados conneuronas y axones gigantes de algunos animales marinos. Elgran tamaño de los axones permite a los científicos la inserción

de pequeños electrodos, que permiten medir los cambios en elvoltaje eléctrico. En la actualidad, el uso de una técnica deregistro eléctrico denominada patch-clamping está permitiendo alos neurocientíficos el estudio del movimiento de los iones entodo tipo de neuronas, permitiendo mediciones muy precisas deestas corrientes en cerebros mucho mas parecidos al nuestro.

Cuando un potencial de acción se inicia en el cuerpo celular, loscanales que se abren en primer lugar son los canales de Na+. Unpulso de sodio entra directamente en la célula y en cuestión demilisegundos se establece un nuevo equilibrio. En un instante, elvoltaje de membrana cambia en aproximadamente 100 mV. Setransforma de un potencial negativo dentro de la membrana(aproximadamente -70mV) a uno positivo (aproximadamente+30mV). Este cambio de potencial hace que los canales de K+ seabran, iniciando un pulso de iones de K+ hacia el exterior de lacélula, casi tan rápido como el flujo de iones de Na+, lo que hace

que el potencial dentro de la célula vuelva nuevamente a su valor negativo original. El potencial de acción tiene una duración similar al tiempo que transcurre entre encender y apagar de maneraconsecutiva una bombilla. Sorprendentemente, se necesitan muypocos iones atravesando la membrana para producir este efecto yla concentración de Na+ y K+ dentro del citoplasma durante unpotencial de acción no varia significativamente. De todas formas,a largo plazo el equilibrio iónico dentro de la célula se mantienegracias al trabajo de las bombas iónicas, que se encargan deeliminar el exceso de sodio. Este proceso ocurre de la mismamanera en que una pequeña vía de agua en un bote puede ser evitada vaciando el agua que entra con un cubo, sin alterar lacapacidad del mismo para mantener la presión del agua sobre laque flota evitando hundirse.

Aislando los axones

El uso de nuevas técnicas de investigación nos estápermitiendo conocer la composición proteíca de esta cude mielina. Esta cubierta evita que las corrientes iónicasproduzcan en lugares no apropiados. Las células glialesdejan ciertos espacios sin cubrir y es aquí donde seconcentran los canales iónicos de Na+ y K+. Estasacumulaciones de canales iónicos funcionan comoamplificadores de la señal, manteniendo el potencial deacción según va literalmente saltando y propagándose alargo del nervio. Este es un proceso extremadamente r áde hecho en neuronas mielinizadas el potencial de acciópuede propagarse a una velocidad de 100 metros por segundo.

Los potenciales de acción se caracterizan por funcionar siguiendo la regla del todo o el nada, no cambian de tamo intensidad, sólo en la frecuencia con la que ocurren. Ptanto, la única forma en la que la intensidad y duración destimulo puede ser registrada por una célula es por lavariación en la frecuencia de los potenciales de acción. axones más eficaces son capaces de transmitir lospotenciales de acción a una frecuencia de 1000 veces psegundo.

En muchos axones, los potenciales de acción se muevenrazonablemente bien, aunque no muy r ápido. En otros, los

potenciales de acción saltan a lo largo del axón. Esto se debe aque los axones se encuentran envueltos por una cubierta aislantede naturaleza grasa, formada por la extensión de membranas de

Alan Hodgkin y AndrewHuxley ganaron el premioNobel al descubrir los

mecanismos implicados enla transmisión del impulso

nervioso. Para elloutilizaron el axón gigante

del calamar y realizaron susestudios en el Laboratorio

de Biología Marina dePlymouth.

Investigación fronteriza

Las fibras nerviosas en la imagen (azul/púrpura)encuentran rodeadas por las células de Schwann (roaislándolos de la actividad eléctrica nerviosa de las fibvecinas. Los diferentes colores se deben a la aplicacde anticuerpos asociados a distintos fluorocromosidentifican nuevos complejos proteicos. La alteraciónestos complejos proteicos induce una enfermehereditaria que implica una pérdida de la masa muscu




MensajerosQuí micos

Los neurotransmisores químicos seencuentran empaquetados en

vesículas, listos para ser liberados através de la sinapsis.

Alguna de ellas tienen como pequeños aspiradores en

miniatura, llamados transportadores, cuya función es la deliminar del espacio sináptico el exceso de neurotransmisEste proceso libera el espacio de los mensajeros químicoantes de que llegue el siguiente potencial de acción. Pernada se desperdicia: estas celulas gliales procesan elneurotransmisor y lo envían de vuelta para que seaalmacenado de nuevo, dentro de las vesículas sinápticaslos terminales axónicos para su uso en el futuro. Este trade las células gliales no es el único mecanismo por el cuaneurotransmisores son eliminados de la sinapsis.Algunas veces las células nerviosas recapturan elneurotransmisor ellas mismas y lo mandan de vuelta a loterminales axónicos. En otros casos, el transmisor eseliminado del espacio sináptico por otros productos quím

Mensajeros que abren canales iónico

La interacción de los neurotransmisores con losreceptores se parece al funcionamiento de una llave yuna cerradura. La unión del neurotransmisor (la llave) conlos receptores (la cerradura) generalmente causa laapertura de los canales iónicos; estos receptores sellaman receptores ionotr ópicos (ver Figura). Si el canaliónico permite la entrada de iones positivos (Na+ o Ca2+)produciendo una corriente positiva que conduce a unaexcitación. Esto produce un cambio en el potencial de

membrana llamado potencial postsináptico excitatorio(ppse). Típicamente, un gran número de sinapsisconverge en una neurona, en cualquier momento, siendounas activas y otras no. Si la suma de todos estos ppsellega al umbral necesario para transmitir un impulso,entonces se origina un nuevo potencial de acción y lasseñales son transmitidas hacia el axón de la neuronareceptora, tal y como fue explicado en el capitulo anterior

Este mensajero se difunde a través de los 20 nanómetrosque constituyen el espacio sináptico. Las vesículassinápticas se vuelven a formar cuando sus membranas sonrecicladas hacia el interior del terminal axónico y se vuelvena rellenar de nuevo con el neurotransmisor, para susubsiguiente liberación, constituyendo un proceso dereciclaje continuo. Una vez que el neurotransmisor llega al

otro lado, proceso que ocurre sorprendentemente r ápido(menos de un milisegundo), interacciona con estructurasmoleculares especializadas, llamadas receptores, en la

b d l i i t L él l li l

Receptor ionotrópico Receptor metabotrópico

Transmisor (ligando)Extracelular

MembranaPlasmática

Intracelular

Transmisor Proteína G

SegundoMensajero

Efector

Receptor

Los potenciales de acción se transmiten y transportan a lo largo

del axón hacia unas regiones denominadas sinapsis, en dondelos axones contactan con las dendritas de otras neuronas. Lassinapsis están constituidas por un terminal nervioso presináptico,separado por un pequeño espacio del componente postsináptico,que normalmente se encuentra situado en las espinasdendrí ticas. Las corrientes eléctricas responsables del potencialde acción no son capaces de superar este espacio. Latransmisión a través de este espacio se produce gracias a laacción de los mensajeros quí micos, también conocidos como

neurotransmisores.

Los neurotransmisores se almacenan en pequeñas bolsasesf éricas llamada vesí culas sinápticas en los terminales delos axones. Existen vesículas dedicadas al almacenamiento yotras situadas mas cerca de los terminales axónicos, queestán preparadas para su liberación. La llegada del potencialde acción induce la apertura de los canales iónicos quepermiten la entrada de Calcio (Ca2+). Esta entrada de Ca2+activa una serie de enzimas que actúan en una gran variedadde proteínas presinápticas, que reciben nombres exóticostales como “snare” “tagmina” y “brevina” (realmente nombresmuy buenos para los personajes de una historia de aventurascientíficas). Los neurocientíficos acaban de descubrir queestas proteínas se asocian a otras, produciendo que las

vesículas sinápticas encargadas de liberar losneurotransmisores, se fusionen con la membrana,abriéndose y liberando el mensajero químico al exterior de losaxones.

Almacenamiento y Liberación

Los receptores ionotrópicos (izquierda) forman uncanal a través del cual los iones pasan (como Na+ yK+). El canal está formado por cinco subunidades quese organizan en cí rculo. Los receptoresmetabotrópicos (derecha) no forman canales, peroá í

Receptor




membrana de la siguiente neurona Las células gliales á í

El principal neurotransmisor en el cerebro es el glutamato. La granprecisión de la actividad nerviosa requiere que la excitación dealgunas neuronas se acompañe de la inactividad de otras. Esteproceso se produce debido a la inhibición. En las sinapsisinhibidoras, la activación de los receptores conlleva la apertura decanales iónicos que permiten el paso de iones cargadosnegativamente y dan origen a un cambio del potencial demembrana, llamado potencial postsináptico inhibitorio (ppsi; ver Figura). Esto bloquea la despolarización de la membrana y, por lotanto, el inicio del potencial de acción a nivel del cuerpo celular dela neurona receptora. Hay dos neurotransmisores inhibidores-GABA y glicina.

La transmisión sináptica es un proceso muy r ápido: el tiempo quepasa desde la llegada de un potencial de acción a la sinapsishasta la generación de un ppse en la siguiente neurona es muyr ápido (1/1000 de segundo). Las diferentes neuronas tienen quesincronizar su liberación de glutamato sobre otras en un breveperiodo de tiempo si los ppses en la neurona receptora van aadicionarse para originar un nuevo impulso; la inhibición tambiéntiene que ocurrir en el mismo intervalo para ser efectivabloqueando el proceso.

El potencial postsináptico excitatorio (ppse) es uncambio del potencial de membrana de -70mV a unvalor cercano a 0 mV. Un potencial postsinápticoinhibitorio (ppsi) tiene el efecto opuesto.

Mensajeros que modulan

La búsqueda de los neurotransmisores excitadores e inhibidoresha revelado también la existencia de un gran número de otrosagentes químicos liberados por las neuronas. Muchos de ellosafectan los mecanismos neuronales debido a sus interaccionescon un grupo de proteínas muy diferentes, situadas en lamembrana de la neurona y l lamadas receptores metabotr ópicos.

Estos receptores no contienen canales iónicos, no siempre selocalizan en la sinapsis, y mucho más importante, no conducen alinicio de un potencial de acción. En la actualidad pensamos queestos receptores ajustan o modulan la gran cantidad de procesosquímicos que ocurren en el interior de la neurona y, por lo tanto, laacción de los receptores metabotr ópicos se llamaneuromodulación.

Los receptores metabotr ópicos forman estructuras complejas queunen el exterior de la célula con enzimas en el interior de la célulaque afectan el metabolismo celular. Cuando un neurotransmisor esreconocido y se une a un receptor metabotr ópico, las moléculaspuente llamadas proteínas G y las otras enzimas unidas a lamembrana se disparan colectivamente. La unión delneurotransmisor a un receptor metabotr ópico se puede comparar almecanismo de una llave de contacto. No abre la puerta a los ionestal y como hacen los receptores ionótropicos pero a diferencia de

activa una cascada de mensajeros secundarios, iniciandosecuencia de procesos bioquímicos (ver Figura). El motometabólico de la neurona arranca y empieza a funcionar. de los efectos producidos por la neuromodulación se inclcambios en los canales iónicos, receptores, transportadoincluso en la expresión génica. Estos cambios son más lepero duran más que los producidos por los transmisoresexcitadores e inhibidores y sus efectos se extienden másla sinapsis.

Identificando los mensajerosEntre los mensajeros que actúan en los receptores asociaproteínas G se encuentran acetilcolina, dopamina ynoradrenalina . Las neuronas que liberan estos neurotransno solo tienen un efecto diverso sobre las células sino qutambién tienen una organización anatómica remarcable, yson relativamente pocas en número pero sus axones seproyectan ampliamente por todo el cerebro (ver Figura). S1600 neuronas noradrenérgicas (noradrenalina) en el cerhumano, pero sus axones se proyectan a todas las partescerebro y de la médula espinal. Estos neurotransmisoresmoduladores no transmiten información sensorial precisaajustan complejos neuronales dispersos para optimizar sufuncionamiento.

La noradrenalina se libera en respuesta a situaciones novy distintas formas de stress, ayudando a organizar la respdel individuo frente a estas situaciones. Muchas redes ne“saber ” que el organismo se encuentra bajo stress. La dose libera cuando ciertas situaciones son satisfactorias paranimal, actuando en centros cerebrales asociados conemociones positivas (ver Capitulo 4). Por el contrario, laacetilcolina actúa de ambas formas. Actúa tanto sobre recionotr ópicos como metabotr ópicos. Es el primer neurotran

que se descubrió y utiliza mecanismos iónicos a través deunión neuromuscular, para transmitir las señales desde lamotoneuronas a las fibras de músculo estriado. También metabotr ópicos pueden funcionar como un neuromoduladse produce, por ejemplo, cuando queremos centrar nuestatención en algo, ajustando las neuronas del cerebro de mque sólo capten la información relevante al proceso.

Las células noradrenérgicas se hayan en el locuscoeruleus (LC). Los axones de estas celulas sedistribuyen por todo el cerebro, inervando diferenteregiones como el hipotálamo (Hyp), el cerebelo (C)

NORADRENALINA

P o t e n

c i a l d

e m

e m b

r a n a

( m V

)

Umbral Excitación

Reposo

ppse ppsi




tal y como hacen los receptores ionótropicos pero a diferencia de

Las drogas y elcerebro

Hay mucha gente que parece tener el deseo constante de alterarsu estado de conciencia por medio del uso de drogas. Usandrogas estimulantes para poder mantenerse despiertos y sercapaces de bailar toda la noche. Otros usan sedantes paracalmar sus nervios. O incluso substancias que les permitenexperimentar nuevas formas de conciencia y así olvidar losproblemas de la vida cotidiana. Todas estas drogas interaccionande diferentes formas con los neurotransmisores y otrosmensajeros quí micos en el cerebro. En muchos casos las drogassecuestran los sistemas naturales del cerebro implicados en elplacer y la satisfacción (procesos fisiológicos de importancia encomer, beber, sexo e incluso en aprendizaje y memoria).

La vía hacia la adicción y ladependencia

Las drogas que actúan sobre el cerebro o sobre el flujosanguíneo cerebral pueden tener un valor incalculable, como elcaso de las drogas que reducen el dolor (analgésicos).Las drogas de uso recreativo tienen un propósito completamentediferente y el problema de ellas es que pueden llevar al abuso. Elconsumidor puede, muy f ácilmente, convertirse en dependiente oincluso en adicto. Él o ella sufrir án trastornos f ísicos y fisiológicosmuy desagradables propios del síndrome de abstinencia cuandointerrumpan el consumo de drogas. Este estado de dependenciapuede conducir al consumidor a buscar desesperadamente ladroga aunque el hacerlo pueda influir en su trabajo, salud yfamilia. En casos extremos el consumidor pueda llegar incluso acometer cr ímenes con el fin de poder pagar las drogas.

Afortunadamente no todas las personas que consumen drogas deuso recreativo se vuelven dependientes de ellas. Las drogasdifieren en su capacidad de dependencia, yendo desde las de altoriesgo como la cocaína, heroína y nicotina hasta las de bajo riesgocomo el alcohol, cannabis, éxtasis y anfetamina. Durante el

desarrollo de la dependencia a las drogas

el cuerpo y el cerebro se adaptan lentamente a lapresencia continua de la droga, pero los cambios queacontecen en el cerebro son todavía un misterio. Aunquelos sitios de acción primarios de la heroína, anfetaminas,nicotina, cocaína y cannabis son todos diferentes, todasellas comparten la capacidad de inducir la liberación delmensajero químico, dopamina, en ciertas regiones delcerebro. Aunque este proceso no desata directamente unmecanismo de “placer ”, se piensa que la liberación dedopamina inducida por las drogas puede constituir unavía común definitiva del “placer ” en el cerebro. Constituyela señal que hace que una persona siga consumiendo

drogas.

Las diferentes drogas- Cómofuncionan y los riesgos de suconsumo

El alcohol actúa sobre los sistemas neurotransmisoresdel cerebro reduciendo los mensajes excitadores y, por tanto, induciendo una inhibición de la actividad neuronal.La acción del alcohol pasa de estados de relajación y buehumor, después de una bebida, a estados de somnolency pérdida de conciencia. Esta es la razón por lo que lapolicía es tan estricta con respecto al hecho de beber yconducir y por lo que tiene un total soporte publico.Algunas personas se vuelven muy agresivas e inclusoviolentas cuando beben y, aproximadamente, uno de cad10 consumidores de alcohol se vuelven dependientes. Elconsumo de alcohol a largo plazo daña el cuerpo,especialmente el hígado y también, puede causar un dañpermanente al cerebro. Las mujeres que beben durante eembarazo corren el riesgo de tener bebes con el cerebrodañado y con bajo coeficiente intelectual (IC). En GranBretaña más de 30.000 personas mueren al año víctimasde enfermedades asociadas con el consumo de alcohol.

Heroí na

Tranquilizantes yDrogas con receta

Cocaí na

Marihuana

Alcohol

Tabaco




Craneo con un cigarrillo encendido”

por Vincent Van Gogh, 1885.

NicotinaLa nicotina es el componente activo del tabaco y de losproductos derivados de el. La nicotina actúa en el cerebro por medio de los receptores que normalmente reconocen elneurotransmisor, acetilcolina; normalmente, activa mecanismosnaturales de alerta en el cerebro. Dicho esto, no es sorprendenteque los fumadores digan que los cigarrillos les ayudan aconcentrarse y que les calman. El problema es que la nicotina esaltamente adictiva y que muchos de los fumadores asiduossiguen fumando simplemente para evitar los efectos deabstinencia una vez que dejan de fumar. El placer ya no existe.Aunque parece ser que el tabaco no tiene efectos negativos en el

cerebro, el humo del tabaco es extremadamente perjudicial paralos pulmones llevando a largo plazo a la aparición de cáncer depulmón así como otras enfermedades pulmonares y cardíacas.En Gran Bretaña, más de 100.000 personas mueren al añovíctimas de enfermedades asociadas con el consumo de tabaco.

El Cannabis es todo un rompecabezas, ya que actúa en unsistema natural muy importante del cerebro que utilizaneurotransmisores que químicamente son muy parecidos alcannabis. Este sistema está implicado en el control de los

músculos y regula la sensibilidad al dolor. Si se usa de maneraadecuada, dentro de un contexto puramente médico, el cannabispuede ser una droga muy útil. El cannabis puede ser placentero yrelajante, pero también puede causar un estado de somnolenciaen el que la percepción de los sonidos, colores y tiempo estánalteradas. Parece ser que nadie ha muerto nunca debido a unasobredosis de cannabis, sin embargo, algunos usuarios padecenataques de pánico muy desagradables después del consumo dedosis elevadas. En Gran Bretaña parece ser que,aproximadamente, la mitad de la población menor de 30 años haconsumido al menos una vez cannabis. Algunas personaspiensan que deber ía ser legalizado, evitándose de esta forma laposible relación entre el suministro de estas drogas y otrasmucho más peligrosas. Desgraciadamente y como ocurre con la

nicotina la forma mas efectiva de consumirla y suministrarla alorganismo es fumándola. El humo del cannabis contiene más omenos las mismas sustancias nocivas que el de los cigarrillos (ya veces se fuma conjuntamente con el tabaco)

Los fumadores de cannabis suelen presentar enfermedadespulmonares y corren el riesgo de desarrollar cáncer de pulmóesto no ha sido probado todavía. Aproximadamente, uno de consumidores se vuelve dependiente, hecho del cual los vende droga están informados. El uso continuo de cannabis esincompatible con la conducción y con el trabajo intelectual; cexperimentos han demostrado que las personas intoxicadascannabis son incapaces de desarrollar tareas mentales comAunque todavía no ha sido demostrado existen ciertas evideindican que el uso continuado de cannabis en personas jóve

susceptibles puede inducir la aparición de la enfermedad mellamada esquizofrenia (ver p.51).

AnfetaminasLas anfetaminas son sustancias químicas elaboradas por el entre las que se encuentran la dexadrina, el “speed” y un dela metanfetamina llamado “éxtasis”. Estas drogas actúan en induciendo la liberación de dos neurotransmisores. Uno de dopamina, lo que explicar ía la euforia y los efectos placenterproducidos por las anfetaminas. El otro es la serotonina, la ccree está implicada en efectos lúdicos y de bienestar (“dreamque pueden llegar a producir incluso alucinaciones. La dexed

“speed” producen principalmente una liberación de dopaminaque el éxtasis es fundamentalmente serotonina. El d-LSD, unalucinógeno más potente, también actúa sobre el sistemaserotoninérgico. Las anfetaminas son unos psicoestimulantepotentes que pueden llegar a ser muy peligrosos, especialmcasos de sobredosis. Los experimentos animales han demosel éxtasis produce una pérdida de las neuronas serotoninérgseria la causa de los “mid-week blues” que padecen los consde éxtasis durante los fines de semana. Cada año docenas dmueren después de su consumo. Parece ser que el consumodexedrina y speed también puede causar aterradoras psicosesquizofrenia. Podéis sentiros persuadidos de que el consum

éxtasis os puede ayudar durante un examen pero no lo har á

Heroí na

La cocaína es otra sustancia química derivada de una plantapuede producir sensaciones intensas de placer a la vez que potente psicoestimulante. Como las anfetaminas, la cocaínaproducción de dopamina y serotonina en el cerebro. Sin embcomo la heroína, la cocaína es una droga muy peligrosa. La

se intoxica con ella, especialmente los que fuman “crack” se muy violentos y agresivos, y tienen un alto riesgo de muerte sobredosis. La dependencia de cocaína es muy fuerte y la nde consumirla lleva muchas veces a los usuarios a cometer c

La heroína es un derivado de la planta de la morfina creado hombre. Como el cannabis la heroína se ecuentran en un siscerebro que utiliza de forma natural unos neurotransmisoresendorfinas. Estos neurotransmisores son muy importantes edel dolor, por lo que las drogas que copian su acción son deimportancia en medicina. La heroína se inyecta o se fuma cauna sensación inmediata de placer, posiblemente, debido a ude las endorfinas en los mecanismos de recompensa. La healtamente adictiva, pero cuando aparece la dependencia la s

de placer es substituida por una necesidad permanente (cravun droga altamente peligrosa que puede inducir la muerte insobredosis pequeñas (suprime los reflejos respiratorios). La arruinado la vida de muchas personas.

Cannabis

Cocaí na




a veces se fuma conjuntamente con el tabaco) de consumirla lleva muchas veces a los usuarios a cometer c

Tacto y dolor El tacto es especial (un apretón de manos, un beso, unbautizo). Nos permite nuestro primer contacto con el mundo.Múltiples variedades de receptores, distribuidos por todonuestro cuerpo, están sintonizados con diferentes aspectosdel mundo somatosensorial (tacto, temperatura, posición delcuerpo), mientras que otros se encargan de percibir el dolor.El poder de discriminación de estos receptores varia enfunción de la zona del cuerpo, siendo extremadamentesensibles, entre otros, en las yemas de los dedos. Laexploración activa es también muy importante ya queinteracciona directamente con el sistema motor. El dolor nosinforma y nos advierte del daño causado a nuestro cuerpo.Tiene un gran impacto emocional y está sujeto a un grancontrol por parte del cuerpo y del cerebro.

Dentro de la dermis de la piel, por debajo de la superficie, seencuentran inmersos diferentes tipos de pequeñosreceptores. Estos receptores reciben el nombre de loscientíficos que los identificaron por primera vez almicroscopio, corpúsculos de Pacinian y Meissner, discos deMerkel y los terminales del organo de Ruffiniidentifican/sienten diferentes aspectos del tacto. Todos estosreceptores tienen canales iónicos que se abren en respuestaa una deformación mecánica, creando potenciales de acciónque se pueden registrar experimentalmente por medio deelectrodos muy finos. Algunos experimentos sorprendentesfueron realizados hace ya algunos años por ciertos científicosque experimentaron sobre ellos mismos, insertandoelectrodos en su propia piel y registrando la actividad dedeterminados nervios sensoriales. Gracias a estosexperimentos y a algunos experimentos parecidos enanimales anestesiados sabemos que, los dos primeros tipos

mucho mejor a deformaciones r ápidas (sentido de la vibracagitación). Los discos de Merkel responden mejor adeformaciones duraderas de la piel (sentido de la presión),mientras que los terminales del órgano de Ruffini respondemejor a deformaciones lentas.

Un concepto muy importante con respecto a los receptoressomatosensoriales es su campo de recepción. Éste equivaárea concreta de la piel donde cada receptor respondeindividualmente. Los corpúsculos de Pacinian tienen camprecepción mayores que los de los corpúsculos de MeissneÉstos y otros receptores son los que aseguran que vosotropodáis sentir las cosas por todo vuestro cuerpo. Una vez qdetectan un estímulo, los receptores envían diferentes imp

través de los nervios sensoriales que van a las raíces dorsde la médula espinal. Los axones que conectan los receptodel tacto con la médula espinal son fibras mielinizadas de glongitud que transmiten la información desde la periferia hacorteza cer ebral, muy r ápidamente. El fr ío, el calor y el dolodetectados por axones finos con terminales “desnudos” (simielina), que transmiten la información más lentamente. Loreceptores de cambios de temperatura también muestranadaptación (ver la ventana del experimento). En la médulael tálamo existen estaciones de relevo, para el tacto, antesllegar al área sensorial primaria dentro de la corteza cerebrllamada corteza somatosensorial. Los nervios cruzan la línmedia de manera que el lado derecho del cuerpo estárepresentado en el hemisferio izquierdo y el izquierdo en e

derecho.

Un experimento de adaptación a temperatu

Este experimento es muy sencillo. Necesitáis unabarra metálica de aproximadamente un metro delongitud, por ejemplo un barra para colgar toallas, ydos cubos de agua. Un cubo debe contener aguacaliente y el otro debe contener agua lo más fr íaposible. Meted vuestra mano izquierda en un cubo y derecha en el otro, y mantenerlas dentro durante almenos un minuto. Ahora sacad las manos de loscubos, secároslas r ápidamente y sujetad la barra demetal. Los dos extremos de la barra dar án lasensación de estar a diferentes temperaturas. ¿Por qué?

Todo comienza en la piel

La información recibida por el cuerpo es sistemáticarepresentada en la corteza somatosensorial formandrepresentación de la superficie corporal. Algunas partcuerpo, tales como las yemas de los dedos y la boca tiegran cantidad de receptores y, por tanto, una gran cantid

Corpúsculo deMeissner

Axones

Disco de Merkel

Terminal del Órgano

de Ruffini

Glándulasudor ípara

Corpúsculo dePacinian




a a es a estes ados sabe os que, os dos p e os t pos g p y, p , g

Sin embargo, dentro de la corteza somatosensorial la densidad deneuronas es uniforme. Por consiguiente, la representación de lasuperficie corporal en la corteza está distorsionada. Estarepresentación se denomina el homúnculo sensorial yrepresentar ía que una persona, curiosamente, distorsiona con susreceptores del tacto distribuidos de una manera homogénea a lolargo de la superficie corporal.

Vosotros podéis comprobar esta diferencia de sensibilidad

realizando el test de discriminación de dos puntos. Coged un clipde papel y deformadlo hasta que adopte una forma de U, algunoscon los extremos separados por 2-3 cm. y otros con ellos máspr óximos. Luego con un antifaz puesto, le pedís a un amigo que ostoque diferentes partes del cuerpo con ellos. ¿Sentís sólo unextremo o los dos? ¿Alguna vez sentís un extremo cuandorealmente estáis siendo tocados por dos? ¿Por qué?

El homúnculo. La imagen de una persona está dibujada alo largo de la corteza somatosensorial de maneraproporcional al número de receptores que existen en esaparte del cuerpo. Tiene una forma muy distorsionada.

Un poder de discriminaciónexquisito

La capacidad de distinguir pequeños detalles var ía muchodependiendo de la parte del cuerpo y está mucho más desarrolladaen las yemas de los dedos y en los labios. La piel es tan sensitiva

que ser ía capaz de determinar las dimensiones de un punto demenos de 1/100 parte de milímetro de altura, siempre y cuando lotocara de la misma forma que un persona invidente leyendoBraille. Un área de investigación muy importante se dedica aestudiar como los diferentes tipos de receptores contribuyen a lasdiferentes tareas que permiten discriminar entre texturas eidentificar la forma de los objetos.

El tacto no es un sentido pasivo que responde sólo a lo que recibesino que, también está implicado en el control activo delmovimiento. Las neuronas de la corteza motora que controlan losmúsculos del brazo y que son responsables del movimiento de losdedos reciben impulsos sensoriales de los receptores del tacto,

situados en la yema de los dedos. ¿Qué mejor forma de detectar yreconocer un objeto en la palma de vuestra mano, gracias a lar ápida comunicación entre los sistemas sensoriales y motores? La

i ió l i i l i i i i l d

neuronas motoras, que se continua a todos los niveles sistema somatosensorial. Las cortezas primarias sensomotoras se encuentran situadas la una junto a la otra.La exploración activa es fundamental para el tacto. Imaque estás intentando determinar las diferencias que exientre distintos papeles de lija. ¿Qué condiciones son lanos permitir án diferenciarlos mejor?● ¿Situar las yemas de vuestros dedos sobre las muest● ¿Situar y recorrer con las yemas de vuestros dedos lamuestras?

● O ¿Utilizar una máquina que os pase las diferentes msobre las yemas de vuestros dedos?Este tipo de experimentos nos ayudan a determinar en región del cerebro se analiza la información sensorial. Lde imágenes funcionales del cerebro nos indica que laidentificación de las distintas texturas de los objetos se en distintas áreas de la corteza. La toma de imágenes dcerebro nos está empezando a elucidar los fenómenos plasticidad cortical, revelándonos que la representacióncuerpo en la corteza somatosensorial es variable dependel tipo de experiencia. Por ejemplo, los invidentes poserepresentación cortical del dedo índice que usan para la lectura del Braille mucho mayor, así como losmúsicos que tocan instrumentos de cuerda tienen una m

representación de los dedos de la mano izquierda.

Dolor

Aunque el dolor se considera muchas veces como un seadicional de la piel, constituye en realidad un sistema cofunciones y organización anatómica totalmente diferentemayor caracter ística es que es un sentido que aportasensaciones desagradables que var ía dependiendo de persona y que, sorprendentemente, sus receptores prov

una información limitada sobre la naturaleza del estímuldiferencias entre el dolor que sentimos por una quemadpinchazo de aguja son mínimas). Los antiguos griegosconsideraban el dolor como una emoción y no como unasensación.

El registro de fibras sensoriales individuales nos ha revexistencia de respuestas que solamente indican la pode un daño tisular, como por ejemplo, un estímulo mintenso (un pellizco), una quemadura o distintos equímicos. No obstante, este tipo de experimentos aporta ninguna información referente a las sensacioindividuo.

Las técnicas actuales de biología molecular nos han revestructura y caracter ísticas de diferentes nociceptores . de los nociceptores se encuentran receptores que resptemperaturas superiores a 46˚ C, acidez e incluso respode manera sorprendente, al componente activo de lasguindillas. Los genes de los receptores que responden intensas estimulaciones mecánicas todavía no se conocpero, evidentemente, están ahí. Existen dos tipos de fibaferentes nerviosas que responden al dolor: unas mielinrelativamente r ápidas llamadas fibras Ad y unas finas, lno mielinizadas llamadas fibras C. los dos tipos de fibraa la médula espinal donde establecen contacto (sinapsun tipo de células, que a su vez, se proyectan a la cortecerebral. Esta proyección la realizan a través de las víaparalelas ascendentes, una que localiza el dolor (parecdel tacto) y la otra que se ocupa del aspecto emocionaldolor.




i ió t l i t i l t i i i i l ddo o

Ví as ascendentes del dolor, desde una región de laespina dorsal (abajo) van hacia diferentes áreas deltronco cerebral y la corteza incluyendo CCA (cortezacingulada anterior) y la insular.

Esta segunda vía proyecta a zonas muy diferentes de la cortezasomatosensorial, que incluyen la corteza cingulada anterior asícomo la corteza insular. En experimentos de proyeccion deimagen cerebral realizados por medio de hipnosis, se ha podidodiferenciar la sensación de dolor de la sensación de desagrado aldolor.

Los sujetos sumergen las manos en agua extremadamentecaliente y por medio de la sugestión hipnótica se les hace sentir más o menos intensidad de dolor o desagrado al dolor. Utilizandotomograf ía por emisión de positrones, se ha descubierto quedurante los cambios de intensidad en la sensación de dolor, seactiva la corteza somatosensorial, mientras que durante loscambios en la sensación de desagrado al dolor se activa lacorteza cingulada anterior.

¿Una vida sin dolor?

Dada nuestra necesidad de evitar cualquier fuente de dolor,como ir al dentista, os podr íais imaginar que una vida sin dolor seria maravillosa. !Pero no! Ya que una de las funciones clavesdel dolor es el permitirnos aprender a evitar las situaciones quenos causan dolor. Los acciones de potencial de los nerviosnociceptivos entran por la médula espinal iniciando reflejosprotectores, como el arco reflejo para evitar el dolor. Tambiénsuministran la información necesaria que nos hace aprender como evitar situaciones amenazantes o peligrosas.

Otra de las funciones claves del dolor es el evitar la actividadinnecesaria, como por ejemplo, el descanso que después dehabernos hecho un daño tisular nos permite curarlo. Por supuesto, en algunas situaciones, es fundamental que laactividad y las reacciones de escape no se inhiban. Paraayudarnos a controlar este tipo de situaciones se handesarrollado diferentes mecanismos fisiológicos que puedensuprimir o incrementar el dolor. El primero de estos mecanismosmoduladores en ser descubierto fue la liberación de analgésicosendógenos. En situaciones de posible dolor, como los soldadosen batalla, la sensación de dolor puede suprimirse de maneranotable, probablemente debido a la liberación de estas

sustancias. Los experimentos en animales han demostrado quela estimulación eléctrica de ciertas regiones del cerebro talescomo la sustancia gris acueductal, eleva el umbral de dolor y estoes mediado por una vía descendente que va desde el cerebro

Existen ciertos transmisores químicos implicados en laanalgesia que incluyen los opiáceos endógenos como pejemplo, la met-encefalina. El analgésico conocido commorfina actúa sobre los mismos receptores que ciertosopiáceos endógenos.

El fenómeno opuesto de aumento del dolor se llamahiperalgesia. En este caso se produce una reducción deumbral del dolor, un aumento de la intensidad del dolor a veces, un aumento del área en donde se siente el dolo incluso dolor en ausencia de una estimulación dolorosEsto puede constituir un grave problema clínico. Lahiperalgesia induce una sensibilización de los receptore

perif éricos así como una serie de procesos complejos adiferentes niveles de las vías ascendentes. Entre estosprocesos se encuentra la interacción química entreexcitación e inhibición. La hiperalgesia que se observa estados de dolor cr ónico se debe fundamentalmente a uaumento de la excitación y una disminución de lainhibición. Esto se debe a cambios en la respuesta de laneuronas que procesan la información sensorial. Tambaparecen cambios importantes en los receptores quemedian la acción de los neurotransmisores implicados. pesar de los grandes avances realizados en lacomprensión de los mecanismos celulares de lahiperalgesia, el tratamiento clínico del dolor cr ónico sigusin ser el adecuado.

Met-encefalina

Investigación Fronteriza

La medicina tradicional china, utiliza la “acupuntura” comoun tratamiento efectivo para aliviar el dolor. En esteproceso se implantan unas agujas muy finas en la pieldistribuidas en unos puntos determinados del cuerpo quese llaman meridianos, y que se giran o se hacen vibrar porla persona que trata al paciente. Esta técnica alivia eldolor pero hasta hace muy poco no se sabía comofuncionaban exactamente.

Hace cuarenta anos se estableció un laboratorio enChina para intentar descubrir como funciona este proceso.Sus hallazgos revelaron que la estimulación eléctricaproducida a una determinada frecuencia de vibraciónactiva la liberación de unos opiáceos endógenos llamadosendorfinas tales como la met-encefalina, mientras que laestimulación a otra frecuencia activa un sistema sensiblea las dinorfinas. Todos estos descubrimientos han llevadoal desarrollo de una maquina eléctrica y de bajo coste deacupuntura (izquierda) que puede ser usada paradisminuir el dolor, reemplazando a las drogas. Un par deelectrodos se sitúan en los puntos “Heku” de la manomientras que otro se sitúa en la zona del dolor.

Morfina




es mediado por una vía descendente que va desde el cerebro

La visiónLos humanos son animales altamente visuales queutilizan constantemente sus ojos para tomar decisionescon respecto al mundo que les rodea. Con los ojossituados hacia delante al igual que otros primates,

utilizamos la visión para relacionarnos con los distintosaspectos ambientales que se encuentran alejados denuestro cuerpo. La luz es un tipo de energ í aelectromagnética que entra a través de nuestros ojos yactúa sobre los fotorreceptores que se encuentran en laretina. Lo cual induce una serie de procesos por los quese generan impulsos nerviosos que viajan a través delas diferentes ví as y redes hacia el cerebro visual. Lasví as que van hacia el cerebro medio y a la cortezacerebral son las que median las diferentes funcionesvisuales-detectando, representando movimiento, forma,color así como otros aspectos del mundo visual. Algunode ellos aunque no todos son accesibles a laconciencia. Dentro de la corteza, las neuronas

agrupadas en un gran número de áreas visualesdistintas se especializan en distintos tipos de decisionesvisuales.

La luz en el ojoLa luz entra a través del ojo por la pupila y por medio dela cornea y la lente es focalizada sobre la retina que seencuentra en el fondo del ojo. La pupila se encuentrarodeada por el iris, pigmentado, que puede expandirseo retraerse haciendo la pupila mayor o menor enfunción de la intensidad luminosa. Por lo tanto, es

natural suponer que el ojo actúa como una cámara,formando una imagen del “mundo”, aunque esto seauna metáfora que acarrea ciertas equivocaciones.Primero, no existen imágenes estáticas ya que el ojosiempre se encuentra en movimiento. Segundo, aunqueuna imagen formada en la retina se mande hacia elcerebro,“viendo” esta nueva imagen,

requerir ía de otra persona para mirarla (una persona dentrodel cerebro). Con el fin de evitar una regresión infinita, elcerebro tiene que solucionar un problema importante, que ela creación de mensajes codificados por el ojo para poder interpretar y tomar decisiones sobre el mundo visual.

Se deben aprender muchas cosas sobre esta primera fade procesamiento visual. Los fotorreceptores másnumerosos, llamados bastones, son 1000 veces mássensibles a la luz que la otra categor ía, menos numerosos llamados conos. En general, aunque no del todo exacto, sepuede decir que por la noche vosotros veis con los bastonemientras que durante el día veis con los conos. Existen tretipos de conos que son sensibles a diferentes longitudes donda luminosas. Aunque es una simplificación se podr íadecir que los conos producen la visión en color, ya que son

fundamentales para ella. Si son sobreexpuestos a un colorespecífico de luz, los pigmentos de los conos se adaptan cel fin de modular nuestra percepción de este color (Ver la

t d l i t )

Una vez la luz es focalizada en la retina, los 125 millones dfotorececeptores , que se encuentran situados a lo largo desuperficie retiniana y que reciben directamente la luz,responden generando pequeños potenciales eléctricos.Estas señales pasan por medio de sinapsis a través de unared de células situadas en la retina, activando así las céluladel ganglio retiniano, cuyos axones se agrupan paraconstituir el nervio óptico. Éstas entran en el cerebro, endonde transmite los potenciales de acción a las distintasáreas del cerebro responsables de las diferentes funciones

PupilaIris Cornea

Retina

Fovea

Punto Ciego

Nervio Óptico

La retina. La luz pasa a través de una red de células (p. ecélulas bipolares) hasta llegar a los bastones y conos en efondo de la retina y de ahí va al nervio óptico.

El ojo humano. La luz que entra por el ojo es focalizadapor la lente sobre la retina que se encuentra situada enel fondo del ojo. Los receptores que se encuentran en

í

ConosBastones

Célula horizontal

Célula bipolar Célula ganglionar

Luz

Nervio ÓpticoCélula amacrina

Retina

Lente




ventana del experimento)í

En los últimos 25 anos se han hecho descubrimientos muy importantescon respecto a los procesos de foto transducción (conversión de la luzen señales eléctricas por medio de los bastones y conos), las basesgenéticas de la incapacidad a distinguir colores que se debe a laausencia de ciertos pigmentos, la función de la red retiniana y lapresencia de dos tipos de células ganglionares. Alrededor del 90% deestas células son muy pequeñas mientras que otro 5% son células muygrandes de tipo M también llamadas células magnocelulares . Más tardeveremos que ciertas anomalías en las células de tipo M son la causa deciertas dislexias (Capitulo 9).

Un experimento de adaptación al color

Centra tu vista en la pequeña cruz que se hallasituada entre los dos cí rculos grandes durante almenos 30 segundos. Ahora fí jate en la cruz que sehaya situada en la parte inferior. Los dos cí rculos“amarillos” parecerán ser de diferente color.

¿Podrí as explicar por qué ocurre este fenómeno?

Las ví as que van del ojo al cerebro

Campovisual

Izquierda Derecha

Corteza Visual

Nervio óptico

Quiasma óptico

Las siguientes fases delprocesamiento visual

El nervio óptico de cada uno de los ojos se proyecta hacia el cerebro.Las fibras que componen cada uno de los nervios se encuentran en unestructura llamada quiasma óptico; aquí la mitad de las fibras de cadauno de los nervios se cruzan al otro lado y se unen a la otra mitad defibras que no se han cruzado. Estos paquetes de fibras constituyen eltracto óptico, que contiene fibras procedentes de ambos ojos y queahora se proyecta (vía el núcleo geniculado lateral, una estructura endonde se establece un relevo sináptico) a la corteza cerebral. Aquí esdonde se forman las “representaciones” internas del espacio visual quese encuentran alrededor nuestro. De forma similar a lo que ocurre conel tacto (Capítulo anterior) el lado izquierdo del mundo visual seencuentra en el hemisferio derecho y el lado derecho en el hemisferioizquierdo. Esta representación nerviosa tiene información de ambos

ojos de manera que las células situadas en las áreas visuales de laparte de atr ás del cerebro (llamadas áreas V1, V2, etc.…) puedenresponder a las imágenes de cada uno de los ojos. Esto es lo que se

ó

La corteza visual está formada por un número de áreas que se oc

los distintos aspectos del mundo visual, tales como las formas, elmovimiento, la distancia, etc. Sus células se distribuyen en columconcepto muy importante sobre las células de la corteza visual esconoce como campo de recepción (la zona de la retina sobre la ccélula responder á al tipo de imagen para la que está especializadzona V1, que es la primera etapa del procesamiento cortical, lasresponden específicamente a líneas o bordes dispuestos en una determinada. Un descubrimiento muy importante fue el saber queneuronas de una columna determinada responden todas al mismorientación, mientras que las células de la columna vecina sólo relíneas que presentan un tipo de orientación ligeramente diferentemismo pasa con el resto de columnas de la zona V1. Todo esto sque las células de la corteza visual tienen una organización intr ínrespecto a la forma de interpretar su percepción del mundo, aunq

organización no es ni mucho menos inmutable. La extensión por célula puede responder a la actividad del ojo derecho o izquierdocon la experiencia. Como cualquier otro sistema sensorial, la cortpresenta lo que conocemos como plasticidad.

Torsten·Wiesel

DavidHubel

Los registros eléctricos de células de corteza visual (izquierda) realizados poDavid Hubel y Torsten Wiesel (arriba)han revelado ciertas característicassorprendentes. Estas característicasincluyen la selectividad sobre laorientación, la perfecta organización ecolumnas (abajo) y la plasticidad delsistema. Estos hallazgos les sirvieronpara conseguir el premio Nóbel.

Vía hacia la

corteza

Núcleogeniculadolateral




ó


¿Puedes ver si eres ciego? Seguramente no. Sinembargo, el descubrimiento de las diferentes áreasvisuales ha demostrado que alguna de nuestrashabilidades visuales ocurre sin que nosotros nos demoscuenta. Algunas personas que tienen dañada la cortezavisual primaria (V1) dicen que son incapaces de verciertos objetos dentro de su campo visual, pero cuandose les pide que cojan los objetos, que dicen que nopueden ver, lo hacen con una precisión remarcable.Este fenómeno, curioso pero fascinante, es lo que se

conoce como “ceguera visual”. Probablemente, estefenómeno se deba a las conexiones paralelas que vandesde los ojos a otras áreas de la corteza.

El hecho de que los objetos que uno ve cada díapasen desapercibidos es un fenómeno que lessucede también a personas normales. Cuandocharlamos con un pasajero mientras conducimos,nuestra conciencia está totalmente centrada en laconversación, sin embargo seguimos conduciendoperfectamente y somos capaces de parar en lossemáforos, así como evitar los obstáculos que se nosinterponen. Esta capacidad también constituye, encierto modo, un tipo de “ceguera visual” funcional.

¿Son simplemente puntosnegros y blancos? Enprincipio es bastante difí cpoder determinar los bordy la superficie de la imagePero una vez que sabéis es un perro Dálmata laimagen salta a la vista. Elcerebro visual recurre alconocimiento interno parainterpretar esta escenapuramente sensorial.

Los azulejos de este famoso café de Bristol(izquierda) son en realidad rectangulares, aunqueno lo parezcan. La organización de los azulejos creauna ilusión óptica debida a las complejasinteracciones inhibidoras y excitadoras, que seproducen sobre las neuronas encargadas deprocesar las líneas y los bordes. ¡El triangulo deKanizsa (derecha) en realidad no existe, aunqueesto no nos impide verlo! Vuestro sistema visual“decide” que un triangulo de color blanco seencuentra situado encima del resto de los objetos.

que otras pueden ser relativamente sencillas y automáticaslas decisiones más sencillas requieren una interacción entrinformación sensorial y el conocimiento adquirido.

El intrincado circuito visual es uno de los mayores puzzles que ha atraídola atención de muchos neurocientíficos. Los diferentes tipos neuronales seencuentran distribuidos a lo largo de las seis capas/láminas corticales,estableciendo entre si circuitos locales muy precisos, que sólo ahoraestamos empezando a comprender. Algunas de estas conexiones sonexcitadoras y otras inhibidoras. Algunos neurocientíficos han sugerido laexistencia de microcircuitos corticales canónicos, como los chips quecomponen los ordenadores. Sin embargo, no todo el mundo esta deacuerdo. Ahora pensamos que los circuitos que se establecen en unazona visual son similares a los que se establecen en otras, no obstante,existen pequeñas diferencias que son las que hacen que las distintaspartes del cerebro visual interpreten los diferentes aspectos del mundovisual. El estudio de las ilusiones visuales nos ha permitido comprender

los tipos de procesado que se llevan a cabo en las diferentes fases delanálisis visual.

Decisión e IndecisiónUna función clave de la corteza cerebral es su capacidad de formar imágenes y actuar con respecto a la información sensorial que reciben

provenientes de distintas fuentes. La capacidad de decisión es una partefundamental de esta caracter ística. Lo cual ser ía el pensamiento,conocimiento o parte “cognitiva” del proceso. Las evidencias sensorialesson sopesadas y se toman decisiones (como responder o abstenerse) en

Una forma de intentar comprender las bases neuronales decapacidad de decisión, seria el dejar a una persona desarractividades cotidianas normales y registrar sus actividadesneuronales al mismo tiempo que realizan las diferentes actPara ello deber íamos registrar la actividad de cada una de neuronas del cerebro. De esta forma, no solo tendr íamos u

cantidad de datos, pero también un enorme trabajo para prY más complicado aun, seria la interpretación de todos estParar entender el porqué, pensad por un momento en las drazones por las que la gente hace las cosas. Una persona que va hacia la estación, puede ir a coger un tren, a recogepersona o incluso solo a ver los diferentes trenes. Sin sabeson las posibles interacciones, seria muy dif ícil interpretar lcorrelaciones entre los signos de activación cerebral y elcomportamiento.

Los neurocientíficos experimentales intentan mantener bajpreciso control experimental todo tipo de situaciones conduUna forma de conseguirlo es el establecer unas tareas dete

en las que se asegura que los individuos experimentales lomejor posible después de haber practicado extensamente se monitorizan los resultados. La mejor tarea que puede elaquella que es lo suficientemente compleja para ser interesa la vez los suficientemente sencilla para ser capaz de analo que va ocurriendo en cada momento. Un buen ejemplo del procesado de la decisión visual que se toma ante la apaestímulos -a veces mas de uno- siendo la respuesta una dsencilla (p.e. ¿Qué punto de luz es más grande o más lumiAunque la decisión es sencilla, implica toda una cadena desobre la decisión visual. La información sensorial se adquieanaliza, existen respuestas correctas e incorrectas y se estrecompensas dependiendo si la decisión es la correcta o ntipo de investigación constituye en cierto modo la “f ísica de

Decisiones sobre el movimiento y colorUn tema de gran inter és es el saber como las neuronas imtoman decisiones con respecto al movimiento visual. Sabeobjeto se mueve o no y en que dirección son criterios y juicimportantes tanto para los humanos como para otros animageneral, el movimiento relativo es lo que indica si un objetodiferente del resto de los que le rodean. Las regiones del cvisual implicadas en el procesado de la información del moson regiones anatómicamente diferentes, tal y como se pu

identificar mediante el estudio de los diferentes patrones deque se establecen entre las diferentes regiones, por mediotécnicas de ----cerebral (Capitulo 14), así como por medio d




son sopesadas y se toman decisiones (como responder o abstenerse) en ( p ), p

Sensibilidad al movimiento. A. Vista lateral del cerebro de un mono con la corteza primaria visual (V1) situada a la izquierday un área medial llamada MT ( también llamada a veces V5), en donde se encuentran las neuronas sensibles al movimientoB. Una neurona sensible al movimiento en la cual los potenciales de acción (líneas verticales rojas) aparecenfrecuentemente cuando el movimiento se dirige en dirección noroeste pero aparecen escasamente cuando el movimiento esen la dirección contraria. Las diferentes columnas en las que las células se disponen en la MT (o V5) codifican paradiferentes tipos de dirección de movimiento. C Normalmente en estos experimentos de sensibilidad al movimiento se utilizauna pantalla de televisión en la cual unos puntos se mueven bien en direcciones aleatorias (0% coherencia) o bien todosen la misma dirección (100% coherencia). D. La elección del mono sobre la supuesta dirección en la que los puntos se vanmover aumenta al mismo tiempo que aumenta la coherencia del movimiento (línea amarilla). La micro estimulación eléctricade columnas encargadas de determinar una dirección diferente hace que ocurra un cambio dr ástico en la estimación de ladirección preferida (línea azul).

Se han registrado las neuronas de esta área, MT o V5, en un monocuando realiza una tarea simple de decisión visual, en la que tiene quedeterminar el movimiento de los puntos. La mayor ía de estos puntos sonmovidos de una forma aleatoria en distintas direcciones pero hay unpequeño número de ellos que se mueven de forma consistente en unasola dirección: arriba, abajo, izquierda o derecha. El observador tiene quedeterminar de forma general cual es el patr ón de movimiento. La tarea sepuede hacer muy sencilla si se organiza que un gran porcentaje de lospuntos se muevan de forma consistente en una dirección en lugar dehacerlos moverse aleatoriamente, o por otro lado, se puede hacer muycomplicada si se disminuye la proporción de puntos que se mueven demanera consistente en una dirección. Se ha comprobado que la actividadde las neuronas en la región V5 reflejan exactamente la fuerza de la señaldel movimiento. Las neuronas de esta región responden de forma selectivaa direcciones de movimiento concretas, incrementando de formasistemática su actividad y precisión cuando los puntos se muevenpreferentemente en la dirección de movimiento a la que codifican.

De manera sorprendente, algunas neuronas individuales detectan elmovimiento de los puntos de una forma tan perfecta como que elobservador, sea mono o humano, realiza el juicio conductual (movimientoglobal). La microestimulación de estas neuronas por medio de electrodospuede alterar y/o modificar el juicio que el mono establece sobre elmovimiento relativo. Dado el gran número de neuronas que son sensiblesal movimiento visual, uno esperar ía que la decisión fuera el fruto de laactividad de múltiples neuronas en vez de solo unas pocas. Las decisiones

sobre el color funcionan de una forma similar (ver la ventana deInvestigación fronteriza en la siguiente hoja).

El cubo de Necker, a nivel perceptual, estácambiando constantemente. La imagen retiniana nocambia, pero primero siempre vemos el cubo con laesquina superior izquierda próxima a nosotros yluego como si se alejara. Raramente se percibecomo un conjunto de líneas que se interceptan sobre

una superficie plana. Existen muchos tipos de figurasreversibles, algunas de ellas se han utilizado paraestudiar las señales nerviosas implicadas en la tomade decisiones del cerebro visual, con respecto a

Parietal

Temporal

Dorsal

Anterior

Coherencia (%)

P r o p o r c i ó n

d e D e c i s i o n e s

P r e f e r i d a s

0% coherencia 50% coherencia 100%Coherencia





Células sensibles al color. Ciertas neuronas muestran distintos patrones de actividad dependiendo de las diferenteslongitudes de onda luminosas que reciben. Algunas de ellas responden mejor a las longitudes de onda largas, mientras queotras responden mejor a las cortas. Probablemente vosotros pensáis que esto es suficiente para la percepción del color, perono, no es así . Comparad los diferentes registros de la célula en la izquierda y la célula en la derecha. ¿Podéis ver ladiferencia?

Derecha: Ésta es una célula realmente sensible al colorregistrada en la zona V4. Se activa con respecto al áreaen el Mondrian que es rojo y responde con menorintensidad a otras áreas. Este tipo de respuesta aparecea pesar de que las tres longitudes de onda seanreflejadas en cada uno de los patrones de color... El áreaV4 es, por tanto, el área del cerebro responsable de quepodamos percibir los colores, aunque algunosneurocientí ficos tienen la sospecha que no es la únicaárea implicada.

Izquierda: Éste es un inteligente diseño de color llamadoMondrian (se llama así en honor al artista Piet Mondrian). Estediseño es iluminado por diferentes combinaciones luminosas adiferentes longitudes de onda, de forma que cada panel decolor es reflejado con la misma mezcla de color, aunquenosotros siempre los percibamos como colores diferentes,debido fundamentalmente a la presencia de los otros patronesde colores. La célula en la izquierda, registrada en el área V1,muestra el mismo patrón de actividad en todos los casos, yaque no percibe el color, simplemente responde a la mismamezcla de longitudes de onda que se refleja en cada uno de lospatrones.

Gris

Azul

Verde

Rojo

Rojo

Verde

Azul

Amarillo

Ver es creerEl área V5 del cerebro se ocupa de más cosas que percibir elmovimiento de los estímulos visuales. En ciertos trucos visuales, talescomo el percibir el movimiento de un conjunto de puntos en unadirección u en otra, sólo por la percepción del movimiento de los puntosque la rodean, considerado como una ilusión óptica, las neuronas delárea implicada en la ilusión van a reaccionar y disparar de distintaforma dependiendo de si el movimiento es hacia la izquierda o laderecha. Si la dirección del movimiento es completamente aleatoria, lasneuronas que tienen preferencia hacia el movimiento a la derecha seactivar án y disparar án más en los ejercicios en donde el observador ”determina que la señal del movimiento aleatorio va fundamentalmente a

la derecha (y viceversa).

Otros ejemplos sobre las decisiones u indecisiones visuales incluyenlas reacciones a objetos preceptúales ambiguos tales como el cubo deNecker (Figura de la página anterior). Con estímulos de este tipo, elobservador siempre está sometido a una indecisión continúa fluctuandode una interpretación a otra. Se puede experimentar una rivalidadsimilar si el ojo izquierdo ve un patr ón de rayas verticales, mientras queel ojo derecho ve un patr ón de rayas horizontales. El resultado de estetipo de percepción es lo que se conoce como rivalidad binocular, en laque el observador dice en primer lugar que el patr ón de líneas esvertical, luego dice que es horizontal para finalmente volver a decir quees vertical. Una vez mas las diferentes áreas de la corteza visual

reflejan cuando la percepción del observador cambia de horizontal avertical.

Nuestro mundo visual es sorprendente. La luz que entra por nos permite apreciar el mundo que nos rodea, desde los máobjetos hasta las más complejas obras de arte que nos atrae

sorprenden. En este proceso están implicados millones y milneuronas, con funciones que van desde la simple respuestadeterminada longitud de onda luminosa por un fotorreceptor retina a la compleja decisión de si algo dentro de nuestro muestá en movimiento, lo que es efectuado por las neuronas deTodo esto ocurre dentro de nuestro cerebro de forma normaesfuerzo aparente. Realmente no entendemos todos los prococurren, sin embargo los neurocientíficos están haciendo gradescubrimientos.

Colin Blakemore ha contribuidonotablemente a la comprensión decómo el sistema visual se desarrolla.

Incluyendo estudios pioneros queutilizan los cultivos celulares paraestudiar las interacciones entre lasdistintas ví as visuales en el cerebro delembrión (izquierda). A la derecha,podemos ver unos axones (tenidos enverde) saliendo de la corteza endesarrollo que se cruzan con otrasfibras (tenidas en naranja) que seestán extendiendo y dirigiendo hacia lacorteza.




MovimientoImaginaros cómo coger un balón. ¿Parece fácil verdad? Asílo parece, pero para realizar incluso un movimiento tansencillo vuestro cerebro tiene que realizar cosasremarcables. Normalmente damos todo por hecho, aunquehay muchas cosas que se deben tener en cuenta como: ¿Elbalón es ligero o pesado? ¿De que dirección procede y aque velocidad viene? Para todo ello se precisa lacoordinación. ¿Cómo somos capaces de coordinar nuestrasextremidades para recoger el balón y de qué forma seríamejor? Y luego está la ejecución del proceso: ¿Se dirigenvuestros brazos al sitio correcto y vuestros dedos se cierranpara cogerlo en el momento apropiado?En la actualidad, los neurocientíficos saben que existenmuchas áreas del cerebro implicadas. La actividad neuronalde estas diferentes áreas se combina para dar origen a unacadena de mando (una jerarquía motora). Desde la cortezacerebral y los ganglios básales hasta el cerebelo y la médulaespinal.

La unión neuromuscularEn la base de la jerarquía motora, en la médula espinal,cientos de neuronas especializadas llamadas motoneuronasaumentan su actividad así como su frecuencia de disparo.Los axones de estas neuronas proyectan hacia los músculosen dónde activan las fibras contráctiles de los músculos. Lasramas terminales de los axones de cada una de lasmotoneuronas forman unas uniones neuromuscularesespecializadas sobre un número limitado de fibras en unmúsculo (ver la figura abajo). Cada potencial de acciónoriginado en la motoneurona produce la liberación delneurotransmisor en el terminal nervioso y origina elcorrespondiente potencial de acción en las fibrasmusculares. Cuando esto ocurre se produce, en las fibrasmusculares, una liberación de iones de Ca2+ de lasestructuras intracelulares de almacenamiento. Y esto originala contracción de las fibras musculares produciendo fuerza ymovimiento.

Los procesos eléctricos que ocurren en el brazo pueden ser registrados por medio de un amplificador, incluso a través depiel, y estos registros electromiográficos (EMGs) pueden serutilizados para determinar la actividad de cada uno de losmúsculos (ver figura arriba).

La médula espinal juega un papel muy importante en el contlos músculos por medio de diferentes vías de reflejos. Entreestán los arcos reflejos (reflejos de retirada) que os protegenobjetos punzantes, afilados o calientes, y los reflejos deestiramiento que juegan un papel importante en la postura. Efamoso reflejo de estiramiento de la rodilla es un ejemplo de reflejos de estiramiento, y es bastante especial ya que sólo ia dos tipos de células nerviosas (las neuronas sensoriales qinforman de la extensión del músculo, conectadas por mediosinapsis a las neuronas motoras que son las que inducen elmovimiento). Estos reflejos se combinan con otros más comdentro de los circuitos espinales originando comportamientoso menos complejos, tales como el movimiento rítmico de lasextremidades cuando andamos o corremos.

Las neuronas motoras son la vía común final a los músculosmueven vuestros huesos. El cerebro se encuentra ante unasituación compleja cuando tiene que controlar la actividad decélulas. ¿Qué músculos tiene que mover para conseguir unasituación determinada, cuánto y en qué orden?

Para hacer que los músculos se contraigan, los nervios formanunos contactos especializados e individuales con las fibrasmusculares en las uniones neuromusculares. Según se vandesarrollando, múltiples fibras nerviosas se dirigen a cada fibramuscular, sin embargo y debido a un proceso de competición entrelas neuronas, al final sólo queda una de ellas. Cuando sólo resta un

nervio, entonces se produce la liberación del neurotransmisoracetilcolina que actúa sobre detectores moleculares especializadossituados en la placa motora teñido en rojo). Esta imagen se hatomado utilizando microscopia confocal.

Registros de la actividad eléctrica asociada con los músculos(actividad electromiográfica).

Nivel de fuerza

Señal EMG

100ms

La cima de jerarquía-la corteza mo

En el extremo opuesto de la jerarquía motora, en la cortezamotora, se realizan un desorbitante número de cálculos por v

decenas de miles de neuronas para cada parte del movimienTodos estos cálculos hacen que el movimiento se realiza de forma sencilla y perfecta. Entre la corteza cerebral




y p

y las motoneuronas de la médula espinal, existen diversas áreas cr íticasdel tronco cerebral combinan la información ascendente de lasextremidades y los músculos provenientes de la médula espinal con lainformación descendente proveniente de la corteza motora.

Justo por delante de la corteza motora la importante cortezapromotora, que está implicada en la planificación de acciones,preparar los circuitos espinales para el movimiento y en procesos que

establecen la relación entre ver movimientos y comprender gestos.Recientemente, se ha descubierto en monos, sorprendentemente, laexistencia de las neuronas espejo, que responden cuando el monove el movimiento de una mano así como cuando el mismo realiza unmovimiento similar. Las neuronas espejos ser ían, por tanto,importantes para la imitación de movimientos como para lacomprensión de las acciones. Detr ás de la corteza motora, en lacorteza parietal, diferentes áreas corticales están implicadas en larepresentación espacial del cuerpo y de las percepciones visuales yauditivas que nos rodean.

Las diferentes regiones implicadas en control del

movimiento

Un experimento sobre elmovimiento

¿Quién me mueve? Intenta realizar este experimento con uamigo. Coge un libro relativamente pesado y situado en lapalma de tu mano derecha. Ahora levanta el libro de tumano derecha con tu mano izquierda. Tu tarea consiste enmantener tu mano derecha sin moverla. Ésto deberí a serbastante fácil. Ahora inténtalo de nuevo, manteniendo tumano totalmente inmóvil mientras tu amigo levanta el librode tu mano. Muy poca gente puede hacerlo. No tepreocupes; se precisan muchos intentos para poder obteneel mismo resultado que cuando lo haces tu mismo.

Este experimento ilustra el hecho que la cortezasomatosensorial de tu cerebro tiene más conocimiento einformación de lo que haces tú mismo que la que recibecuando ve a otros actuar par iniciar tus acciones.

Los ganglios básales

CerebeloGanglios Básales (interior)

Corteza parietalCorteza motora

Cortezapremotora

La corteza motora es una fina banda de tejido que se extiende a travésde la superficie cerebral, directamente por delante de la cortezasomatosensorial (ver p. 12). Aquí existe un mapa complejo del cuerpo:las células nerviosas que causan el movimiento (por medio deconexiones con las motoneuronas de la médula espinal) se encuentranorganizadas topográficamente. Por medio de la utilización deelectrodos de registro, es posible detectar que las neuronas decualquier parte de este mapa se activan aproximadamente 100milisegundos antes de que la actividad sea detectada en el músculo. El

saber qué es lo que se codificaba en la corteza motora ha sido causade un gran y largo debate (las células en la corteza codifican lasacciones que la persona quiere realizar o individualmente para losmúsculos que se necesitan contraer para realizar dichas acciones). Larespuesta a esta pregunta es en cierto modo diferente. Las neuronasde forma individual no codifican para ninguna de las dos, sino que seutiliza un código de poblaciones, cuyas acciones son especificadas por la actividad y disparos de un conjunto de neuronas.

Parece ser que hay un mapa que incluye donde se encuentran nuextremidades así como donde se encuentran los objetivos que nointeresan con respecto a nosotros. Del daño producido en estas áejemplo después de un infarto cerebral, se pueden inducr dificultaalcanzar objetos o incluso negligencia u omisión de partes del mse encuentra a nuestro alrededor. Los pacientes con la llamada nparietal son incapaces de detectar objetos (normalmente en su laizquierdo) e incluso algunos individuos ignoran la parte izquierda cuerpo.

“...las neuronas espejo harán por la psicología lo que el ADN hizo por la bioProveerán un marco unificador y nos ayudarán a explicar un gran númehabilidades mentales que hasta ahora han sido misteriosas e inaccesibles

Los ganglios básales son un conjunto de áreas directaminterconectadas y situadas por debajo de la corteza cerebralas profundidades de los hemisferios cerebrales. Son cruci

para la iniciación de los movimientos,




experimentación. Son el gran paso en la evolución del cerebro de los primates

SustanciaNegra (SN)

aunque la manera en la que lo hacen no está clara todavía. Losganglios básales funcionan más o menos como un filtro,seleccionando la información de entre todos los impulsos quereciben de la parte anterior media de la corteza (las regionessensorial, motora, porefrontal y límbica). Los impulsos de salida delos ganglios básales a su vez alimentan de vuelta (feed-back) a lasdiferentes áreas de la corteza motora.

Una enfermedad motora relativamente común en humanos es laenfermedad de Parkinson, y se caracteriza por la presencia de

temblores y dificultad a la hora de iniciar los movimientos. Es comosi el filtro selectivo que existe en los ganglios básales se bloqueara.El problema que ocurre es la degeneración de las neuronas situadasen un área del cerebro que se llama sustancia negra (se llama asíporque tiene una apariencia negra), cuyos largos axones proyectany liberan el neurotransmisor dopamina en los ganglios básales (ver la ventana de investigación fronteriza abajo). La organización de losaxones con dopamina en sus neuronas dianas en los gangliosbásales es muy complicada e intrincada, lo que sugiere unaimportante interacción entre los diferentes neurotransmisores. Eltratamiento con la droga L-Dopa, que una vez en el cerebro setransforma en dopamina, recupera los niveles normales dedopamina y permite recuperar el movimiento (ver Capitulo 16). Secree que los ganglios básales son también importantes para el

aprendizaje, permitiendo la selección de acciones que conducen a larecompensa.

El cerebeloEl cerebelo es fundamental para losmovimientos precisos y coordinados. Esuna maravillosa máquina neuronal cuyacompleja arquitectura celular estáorganizada en gran detalle. Al igual quelos ganglios básales, está conectadoextensivamente con las áreas implicadasen el control motor, así como conestructuras del tronco cerebral. El daño

en el cerebelo induce movimientospobremente coordinados, pérdidas deequilibrio, ralentización del habla y ciertasdificultades cognitivas. ¿Os suenafamiliar? El alcohol tiene un efecto muypoderoso sobre el cerebelo. El cerebeloes también fundamental para elaprendizaje y la adaptación motora. Casila totalidad de las acciones voluntariasdependen del control preciso de loscircuitos motores, y el cerebelo esfundamental para un ajuste óptimo, por ejemplo, la sincronización.

en movimiento, la programación de los movimientos devuestras extremidades y el ajuste de los reflejos de lapostura de vuestro brazo. En todas las etapas, vosotrosnecesitáis integrar toda la información sensorial en lacorriente de señales que se dirigen a vuestros músculos.

Una célula de Purkinje del cerebelo mostrando laextensa arborización de su árbol dendrí tico. Este árbolles sirve para recibir la mirí ada de impulsos que serequieren para la sincronización de los movimientosprecisos que aprendemos.

Una historia inesperada sobre la dopamina

La quí mica que se encuentra en las acciones y en las

costumbres implica al neurotransmisor dopamina, lacual se libera sobre las neuronas de los gangliosbásales donde actúa sobre receptores metabotrópicos(Capitulo 3). Ahí funciona de dos formas, como unincentivo para actuar y como una señal derecompensa para actuar apropiadamente. Undescubrimiento intrigante es que los niveles dedopamina son incluso más elevados cuando larecompensa es inesperada. Esto significa que lasneuronas dopaminérgicas se activan y disparanmucho más en una etapa del aprendizaje en donderealmente ayuda la administración de un refuerzo alsistema motor por haber producido la respuestaadecuada. Los movimientos pueden entonces seragrupados en una secuencia por medio de laliberación de sucesivas descargas de dopamina. Mastarde, sobre todo si los movimientos complejosdevienen habituales, el sistema funciona de maneralibre sin necesidad de la recompensa de dopamina.En este preciso momento, si los movimientos tienenque se sincronizados de manera precisa, es entonces


Ganglios básales

Caudado

SN

Aferenciascorticales

Aferenciadopaminérgica

Neuronaestriatal

10.000 Terminalescorticales

1.000 Sinapsisdopaminérgicas

en espinasdendríticas

Tiene una organización cortical muy regular y parece haber evolucionado de manera que combina conjuntamente una grancantidad de información proveniente de los sistemas sensoriales,áreas corticales motoras, médula espinal y tronco cerebral. Laadquisición de movimientos precisos depende de un proceso deaprendizaje celular llamado depresión a largo termino (DLT), elcual reduce la fuerza de algunas de las conexiones sinápticas(ver el capitulo sobre Plasticidad). Existen numerosas teor íassobre la función del cerebelo; muchas implican la idea de quegenera un “modelo” de cómo funciona el sistema motor (un tipode simulador de realidad virtual de vuestro propio cuerpo perodentro de vuestra cabeza). Construye este modelo usando la

plasticidad sináptica incluida dentro de esta red tan compleja. Asíque ahora volved a lanzar el bacón de nuevo y daros cuenta quecasi todos los niveles de la jerarquía motora se encuentranimplicados desde la planificación de la acción con respecto al

Putamen




implicados, desde la planificación de la acción con respecto al

El desarrollo delsistema nervioso

El plan básico del cerebro es virtualmente idéntico de persona a

persona y relativamente similar en todos los mamí feros. Estádeterminado genéticamente, pero los pequeños detalles de lasdiferentes redes están influidos por la actividad eléctrica delcerebro, especialmente durante las primeras fases de la vida. Sucomplejidad es tan grande que todaví a estamos lejos decomprender como se desarrolla el cerebro, no obstante,recientemente han aparecido nuevas pistas debido a larevolución genética.

Coged un óvulo fertilizado y seguidlas instruccionesEl cuerpo humano y el cerebro se desarrollan a partir de unasola célula, un óvulo fertilizado. ¿Pero cómo? El principio que

gobierna la biología del desarrollo explica que el genoma es unconjunto de instrucciones para crear los diferentes órganos delcuerpo, no un plano. El genoma son los más o menos 40.000genes que regulan el proceso. El llevar a cabo estasinstrucciones es comparable al arte chino de la papiroflexia. Unconjunto de procesos tales como plegar, doblar y desplegar creauna estructura, que si fuera un plano necesitar ía de la realizaciónde múltiples dibujos y/o bocetos. Todo empieza con el embrión,un pequeño conjunto de instrucciones genéticas que es capaz degenerar la enorme variedad de células y conexiones del cerebrodurante el desarrollo.

Sorprendentemente, muchos de nuestros genes son homólogos

con los de la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster. Enrealidad, gracias a los estudios realizados en la mosca de lafruta, fueron descubiertos por primera vez la mayor ía de losgenes que son importantes para el desarrollo del sistemanervioso. Los neurocientíficos que estudian el desarrollo delcerebro estudian una gran variedad de animales (pez cebra,rana, pollo y ratón) cada uno de ellos muestra ciertas ventajaspara el estudio de determinados procesos moleculares ycelulares. El embrión del pez cebra es transparente, permitiendola visualización bajo el microscopio de las células durante eldesarrollo. Los ratones se reproducen r ápidamente, su genomaha sido analizado y totalmente secuenciado. Las ranas y lospollos son más complicados para los estudios genéticos, pero elgran tamaño de sus embriones nos permite realizar

manipulaciones microquir úrgicas, tales como examinar que es loque pasa cuando las células son emplazadas anormalmente enlugares distintos a su ubicación habitual.

Los primeros pasos…

El primer paso del desarrollo del cerebro es la división celular.Otro paso clave del proceso es la diferenciación celular en dondelas células, individualmente, dejan de dividirse y adoptan unascaracter ísticas determinadas, tales como las de neuronas océlulas gliales. La diferenciación produce una ordenaciónespacial. Los distintos tipos de neuronas migran a sus diferentes

destinos estableciendo un patr ón de organización.

La placa neural se pliega formando el tubo neural. A. Unembrión humano tres semanas después de la concepción.B. (siguiente pagina) la fosa neural da lugar a la superficiedorsal del embrión. C. (arriba) unos dí as después el embriódesarrolla una cabeza que se dobla hacia el polo anterior.La placa neural permanece abierta en ambos extremos,cabeza y cola, pero se cierra en la zona intermedia. D, E, FDiferentes niveles a lo largo del eje que va de la cabeza a lcola.




El i d t d i ió h

el embrión está formado sólo de dos placas de células en división. Unpequeño grupo de células, situada en la superficie superior de estabicapa, es el responsable de la formación total del cerebro y de lamédula espinal. Estas células adoptan la forma de una raqueta detenis creando una estructura llamada placa neural; la parte anterior formar á el cerebro, mientras que la parte posterior se convertir á en lamédula espinal. Las señales que gobiernan el destino de estascélulas provienen de la capa inferior que dar á lugar a la formación delesqueleto medio y los músculos del embrión. Las diferentes regionesdel sistema nervioso en desarrollo expresan diferentes tipos de genes,que ser án los encargados de crear las diferentes áreas del cerebroanterior, medio y caudal, con distinta arquitectura celular y distintasfunciones.

EnrollándoseUna semana después, la placa neural se enrolla hacia arriba,cerr ándose y formando un tubo que se hunde en el interior del embrión,en donde se rodea de la futura epidermis. Durante las siguientessemanas se producen cambios mucho más dramáticos que incluyencambios en la forma, división, migración y adhesión entre células. Por ejemplo, el tubo neural se pliega de manera que la región de la cabezase dobla en ángulo recto hacia la región del tronco. Este patr ónprogresa delicadamente.

La morfogénesis del cerebro humano entre las 4semanas (A) y 7 semanas (B) después de la concepción.Hay diferentes regiones que se desarrollan y se pliegan alo largo del eje que va de la cabeza a la cola.

Surco neural

Cresta neural

26 Días

28 Días

35 Días

49 Días




Conoced vuestra posición en la vidaEl principio básico de la organización es que las células conocensu posición con respecto a los principales ejes del sistemanervioso, de delante a atr ás y de arriba abajo. De hecho, cadacélula conoce sus situación con respecto a estas coordenadas, dela misma forma que una persona observando un mapa conoce suposición y distancia con respecto a un punto determinado. Laforma en la que este proceso funciona es porque el embriónestablece un número de regiones polarizadas localizadas, dentrodel tubo neural que segregan moléculas de señalización. En cadacaso, las moléculas difunden desde su punto de origen creando ungradiente de concentración que depende de la distancia. Unejemplo de este mecanismo detector de la posición es el eje dorso-

ventral (de arriba abajo) de la médula espinal. La parte de abajodel tubo neural expresa y segrega un proteína llamada “Sonichedgehog”. “Sonic hedgehod” se difunde desde el suelo de laplaca y afecta a todas las células situadas en el eje dorsoventral,dependiendo de su distancia relativa al suelo. Cuando están cercadel suelo “Sonic hedgehod” induce la expresión de un genespecífico que determina la formación de un tipo particular deinterneurona. Cuando están más lejos, la concentración menor induce la expresión de otro gen que determina la formación de lasmotoneuronas.

Quedándose quieto o sabiendo donde

vaisUna vez que la neurona adquiere su identidad individual y deja dedividirse, empieza a extender su axón a partir de una estructuracónica llamada cono de crecimiento. De la misma forma que unguía de montaña está especializado en moverse y desplazarse através del tejido, utilizando sus habilidades para encontrar la víamás favorable. Cuando realiza esta operación lleva tras de si alaxón, como si fuera un perro tirando de su correa. Una vez quellega al objetivo, el cono de crecimiento pierde su poder y forma lasinapsis. La guía axonal es un ejercicio fantástico de navegación,extremadamente preciso en distancias cortas o largas. No sóloporque es capaz de llegar a su objetivo, sino porque para ello tieneque pasar por zonas abarrotadas con otros conos de crecimientoque se dirigen a diferentes destinos. Durante su trayecto y con elfin de ayudarles a encontrar su destino existen pistas y/o fuerzas

que los atraen (+) o repelen (-), sin embargo, los mecanismosmoleculares de estas pistas se desconocen.

Esculpiendo la actividad eléctricaAunque la organización y conectividad de las neuronas seestablece con gran precisión desde el principio, las conexionesdefinitivas de ciertas partes del sistema nervioso sufren un ulterior ajuste dependiente de la actividad, induciendo la eliminación deaxones y la muerte de neuronas. Estas eliminaciones puedenparecer una pérdida de energía, pero no siempre es posible odeseable crear un cerebro completo y perfecto desde el principio.

En este sentido, la evolución ha sido siempre considerada comoun escultor o moldeador. Por ejemplo, el mapeo punto a punto,

requerido para la agudeza visual, entre las neuronas del ojo y ecerebro se obtiene en gran parte gracias a la influencia de los pde actividad eléctrica que existen en la retina. En un principio, sestablecen un grupo numeroso y exuberante de conexiones durperiodo cr ítico, después del cual el patr ón básico del sistema viscompleta, a las ocho semanas en monos y alrededor del año enhumanos. Una pregunta que nos intriga a todos es el saber si eprogramas de desarrollo temprano pueden ser re-activados en ede una pérdida neuronal patológica, como en las enfermedadesAlzheimer y Parkinson, o en el caso de lesiones de la médula esque conducen a la par álisis. En este último caso, los axones puser estimulados para que crezcan de nuevo, sin embargo, lo qu

sigue investigándose es el saber si son capaces de establecer nconexiones y si estas son funcionales.

La revolución genómicaÚltimamente estamos adquiriendo de una manera muy r ápida uespecie de catálogo de los genes que se necesitan para construcerebro. Gracias al inmenso potencial de la biología molecular pcomprobar la función de los genes modificando y modulando suexpresión en cualquier momento del desarrollo, según nos interobjetivo actual más importante es el determinar la jerarquía genque convierte una lámina de células en un cerebro funcional. Eslos grandes retos de las neurociencias.

Existen varios tipos de pistas que sirven para guiar a lasneuronas (azul) según extienden sus axones y conos decrecimiento. Existen pistas locales (cercanas) y lejanasque pueden ser atrayentes (+) y/o repelentes (-) para elcono de crecimiento. En la figura se indican algunosejemplos de estas pistas moleculares.


Las células madres son unas células delcuerpo que tienen el potencial demodificarse y crear distintos tipos decélulas. Algunas de ellas llamadascélulas madre embriónicas proliferan muytemprano durante el desarrollo. Otras seencuentran en la médula ósea y en elcordón umbilical que conecta a la madrecon el hijo. Los neurocientí ficos estánintentando descubrir si estas célulasmadre podrí an ser utilizadas para repararlas células dañadas en el cerebro adulto.Actualmente, la mayorí a de este trabajode investigación se realiza en animales,pero la esperanza es que se puedan

utilizar en humanos con el fin de repararlas áreas del cerebro afectadas por laenfermedad, como la sustancia negra enel caso de la enfermedad de Parkinson.

Quimiorepulsión(semaforinas)

Quimioatracción(netrinas)

Conos decrecimiento

Atracción (+) y repulsión (-) al contacto

(Caderinas) (Efrinas)

hasta llegar a conferir la identidad individual de las jóvenesneuronas. Sin embargo, las cosas pueden ir mal. Por ejemplo, si eltubo neural no se cierra, entonces se produce lo que se conocecomo espina bí fida, una alteración que afecta fundamentalmente a laparte inferior de la médula espinal, aunque no pone en riesgo la vidadel individuo que la padece. Por el contrario, si es la cabeza la queno llega a cerrarse, se produce una ausencia total de organizacióndel cerebro, creándose una condición llamada anencefalia.




DislexiaLa capacidad de organizar las letras y los sonidos de ma

correcta depende tanto de los mecanismos visuales comoPara las palabras que no nos son familiares, y la mayor íano lo son para el lector principiante, cada letra se debe idsituar en el orden correcto. Este proceso no es tan f ácil cparece, ya que los ojos deben efectuar pequeños movimiyendo de una letra a otra. Las letras se identifican cada vojo fija su visión en ellas, sin embargo, el orden se establdonde el ojo se fija cada vez que ve una letra. Lo que el odebe ser integrado con señales motoras del sistema de mocular y normalmente es con este proceso de integraciónmotora que los disléxicos tiene problemas.

La lectura depende totalmente en ser capaz de distinguir lossímbolos visuales alfabéticos, la ortograf ía de cualquier lenguajeque el niño esté aprendiendo y el escuchar los diferentes sonidosde las palabras en el orden correcto. Este proceso implica laextracción de lo que conocemos como estructura fonética, deforma que los símbolos son traducidos en los sonidos apropiados.

Desgraciadamente, los disléxicos son lentos a la hora de analizar los caracteres ortogr áficos y fonéticos de las palabras.

Aprendiendo a leer

¿Os acordáis de lo difí cil que fue aprender a leer? A diferencia delhabla, cuyos origines evolutivos son bastante antiguos, la lectura yla escritura son descubrimientos humanos bastante recientes.Probablemente, sólo haga más o menos mil años que lasdiferentes comunidades establecidas de forma dispersa alrededordel mundo se percibieron que las miles de palabras habladas secomponen de un número reducido de sonidos independientes (eninglés son 44 fonemas) y que éstos se pueden, incluso,representar con un número menor de sí mbolos visuales. Elaprendizaje de estos sí mbolos lleva mucho tiempo y algunos niñostienen serias dificultades para aprenderlos. Esto no es debido aque no sean inteligentes sino, simplemente al hecho de que suscerebros tienen dificultades en adquirir los requisitos necesariospara la lectura. Normalmente, 1 de cada 10 de nosotros ha sufridoesta condición que actualmente se conoce con su nombreneurológico, dislexia.

El control visual del movimiento del ojo se realizafundamentalmente por una red de neuronas conocida com

sistema magnocelular. Se llama así porque las neuronas son muy grandes (magno). Esta red se puede seguir desretina, pasando por la vía que lleva a la corteza cerebral yhasta las motoneuronas de los músculos oculares. Estáespecializada en la respuesta a los estímulos en movimietanto, su papel es el de identificar los objetos en movimiecaracter ística importante de este sistema es la generacióseñales de movimiento, durante la lectura, cada vez que desplazan de las letras que supuestamente están fijandoseñal de error de movimiento es enviada de vuelta al sistmovimiento ocular, haciendo que el ojo vuelva a su objetisistema magnocelular juega un papel crucial ayudando afijarse de manera estable y exacta en cada letra de una epor tanto determinando su orden.

PERROAnalizador visual

Letrasseparadas

Palabracompleta

P/E/R/R/OAnálisis fonológico

PERROAnálisis visual directo

Significado(semántica)

Los movimientos oculares durante la lectura. Losmovimientos de arriba abajo del registro secorresponden con la izquierda y derecha.

Dislexia

Normal

Mal lector

1 sec

Coloración histológica del núcleo geniculado lateralmostrando la buena organización de las célulasparvocelulares y magnocelulares en una persona no

ó é

Capa parvocelular

Capa Magnocelular

100μmontrol Disléxico

La Dislexia es muy común. Los niños que la padecen no soncapaces de entender porque encuentran tan dif ícil la lecturacuando otros de sus amigos con la misma inteligencia laencuentran tan f ácil, la dislexia les hace sentirse realmente mal.Muchos niños pierden la confianza y les hace caer en una espiralnegativa que lleva a la frustración, rebelión, agresión e incluso a ladelincuencia. No obstante, una enorme cantidad de disléxicosdesarrollan grandes habilidades en otras actividades, como eldeporte, la ciencia, la informática, el comercio y el arte, siempre ycuando sus problemas con la lectura no les hayan afectado a sumotivación y a su auto-estima. Por todo ello, la comprensión de lasbases biológicas de la dislexia no es sólo importante por laenfermedad sino también para evitar todos los sentimientos y

reacciones negativas. El comprender mejor el proceso de la lecturanos puede conducir a superar o tratar el problema.




ó é

Poniendo los sonidos en el ordenadecuadoMuchos disléxicos también muestran dificultad para poner el sonido delas letras en el orden adecuado por lo que también tienen tendencia apronunciar de manera err ónea las palabras (como decir “lollypop comopollypop”), así como gran dificultad con los trabalenguas. Cuando seponen a leer son mucho más lentos y son inexactos a la hora detransformar las letras en los sonidos que representan. Al igual que losproblemas visuales, esta deficiencia fonológica puede tener su origenen una ligera deficiencia de las capacidades auditivas básicas.

Nosotros distinguimos los sonidos de las letras, llamados fonemas,porque detectamos las diferencias que existen en la frecuencia eintensidad del sonido que las caracteriza. La detección de estasmodulaciones acústicas se realiza por un sistema de neuronas de grantamaño que detecta cambios en la frecuencia e intensidad del sonido.Cada vez existen muchas más pruebas de que estas neuronas no sedesarrollan peor en disléxicos que en lectores normales y por tanto, los

límites que existen entre sonidos similares, como “b” y “d” son másdif íciles de escuchar (ver la Figura).

Muchos disléxicos muestran un desarrollo alterado de las células delcerebro, yendo más allá de los problemas visuales y auditivos quemuestran leyendo. Estos problemas en el desarrollo de neuronasafectan fundamentalmente a redes cerebrales especializadas endetectar cambios temporales. Todas las células tienen las mismasmoléculas en su superficie por las que se reconocen y establecencontactos entre ellas, pero puede que alguna de ellas las haga másvulnerables al ataque de los anticuerpos.

El sistema magnocelular inerva extensamente el cerebelo (ver Capítulo

7 sobre el movimiento). Sorprendentemente, algunos disléxicos sonextremadamente torpes y

¿Qué se puede hacer?Existen múltiples tratamientos para la dislexia, cada uno d

justificando las distintas hipótesis sobre las alteraciones qucausan. Algunos se centran en la hipótesis magnocelular, mque otras distinguen ente dos tipos de alteraciones, la dislesuperficial y la dislexia profunda, que requerir ían tratamiendiferentes. No obstante, todos los tratamientos se basan endiagnostico temprano.

Los científicos no siempre coinciden en todas las cosas y laelección del mejor tratamiento para la dislexia forma uno dedesacuerdos. Recientemente, se ha sugerido que los prob

para procesar los sonidos en algunos disléxicos originan uaprendizaje err óneo de los sonidos como consecuencia deprocesos plásticos normales del cerebro. La idea es que lopor medio de la utilización de juegos de ordenador, en los cpueden oír más despacio los sonidos con los que tienen dpresentándose así los límites fonéticos son más claros, puereencauzar y disminuir estas alteraciones. Posteriormente forma gradual los sonidos son presentados de forma más rSe cree que este tratamiento funciona muy bien, no obstantienen que realizar todavía varias pruebas de maneraindependiente con el fin de confirmarlo. Lo que es científicainteresante con respecto a esta idea es que procesos cereperfectamente normales interaccionan con anormalidadesgenéticas tempranas, exagerando sus efectos. Es un ejem

sorprendente de cómo los genes y el medioambiente puedinteraccionar.

Los Neurocientíficos han descubierto que el sistema visualmagnocelualr se encuentra ligeramente afectado en los disléxicos. Unaforma de constatar este tipo de alteraciones es mediante el análisismicroscópico del cerebro (ver Figura en la página anterior), además lasensibilidad de los disléxicos al movimiento visual es peor que la de loslectores normales, mostrando en respuesta a los estímulos demovimiento unas ondas cerebrales anormales. La proyección deimagen cerebral ha mostrado que en regiones sensibles al movimientovisual existen patrones anormales de activación funcional (ver el

Capitulo 15 sobre proyección de imagen cerebral). El control del ojo endisléxicos es menos estable, por lo que normalmente se quejan de quelas letras se mueven e intercambian su posición cuando intentanleerlas. Estas confusiones visuales se deben probablemente a un fallodel sistema visual magnocelular para estabilizar los ojos, tal y como sehace en los lectores normales.

su escritura es normalmente bastante mala. La proyección

imagen (ver página 41) y los estudios metabólicos del cerehan sugerido que su función se puede encontrar alterada edisléxicos, siendo ésta la razón de sus dificultades al escribAlgunos neurocientíficos consideran que el cerebelo se enimplicado no solamente en la ejecución de movimientos, coescritura y el habla sino también, en la planificación cognitiesto es cierto, entonces la alteración de la función del cereser ía un factor añadido a los problemas de lectura, escritur

deletreo.

Es muy importante el remarcar que los disléxicos pueden sincluso mejores que los buenos lectores en ciertas percepctales como la distinción de colores y la discriminación de foEsto puede explicar el porqué algunos disléxicos son mejoasociando distintos fenómenos. Recordad que Leonardo dHans Christian Andersen, Edison y Einstein, así como otrograndes artistas e inventores eran disléxicos.

Fe c

c

z




PlasticidadA lo largo de nuestra vida nuestro cerebro va cambiando demanera constante. Esta capacidad del cerebro para cambiar es loque se llama plasticidad (por su analogí a con los modelos deplastelina, los cuales se pueden cambiar de formaconstantemente). No se puede cambiar todo el cerebro, pero lasneuronas que lo componen pueden modificarse por diferentesrazones, durante el desarrollo cuando somos jóvenes, comorespuesta a una lesión cerebral, así como durante el aprendizaje.Existen varios mecanismos de plasticidad, de los cuales el másimportante es la plasticidad sináptica que es la capacidad que lasneuronas tienen para alterar su capacidad de comunicación entreellas.

Moldeando nuestro futuroComo ya veremos más adelante en el último capítulo, lascomunicaciones entre las neuronas a edad temprana requierenuna sintonización muy fina. A la vez que nosotros interaccionamoscon el ambiente que nos rodea, las conexiones sinápticasempiezan a cambiar, estableciéndose algunas nuevas, otras quenos son útiles se hacen más fuertes mientras que las que no sonútiles o se utilizan poco o son eliminadas. Las sinapsis que sonactivas o las sinapsis que cambian de forma activa se preservanmientras que el resto son eliminadas. Un principio más o menos deo se usa o se pierde, mediante el cual somos capaces de moldear el futuro de nuestros cerebros.

La transmisión sináptica implica la liberación de losneurotransmisores químicos, los cuales a su vez activan proteínas

especíificas llamados receptores. La repuesta eléctrica normal queaparece como consecuencia de la liberación del neurotransmisor nos determina la fuerza sináptica. Esta respuesta puede variar y elcambio puede durar unos cuantos segundos, minutos o inclusotoda la vida. Los neurocientíficos se interesan fundamentalmenteen los cambios a largo plazo de la fuerza sináptica que se puedenproducir por breves periodos de actividad neuronal ,fundamentalmente en dos procesos llamados potenciación a largoplazo (PLT), la cual aumenta su fuerza, y depresión a largo plazo(DLT), la cual reduce.

Como funciona todo

El glutamato es un aminoácido común que es utilizado pnuestro organismo para la síntesis de proteínas. Pueque muchos de vosotros lo conozcáis como una substanutilizada para aumentar el sabor de comidas y/o bebidallamado glutamato mono-sódico. No obstante, es neurotransmisor que interviene en las sinapsis mplásticas de nuestro cerebro, las que muestran PLT y DLLos receptores de glutamato que normalmente encuentran en el lado en que se recibe la sinapsis presentan de tres formas, tres de ellas son ionotr ópicasreciben el nombre de AMPA, NMDA y kainato. La cuaforma es metabotr ópica y es llamada mGluR. Aunque todellos responden al glutamato, la función de cada uno ellos es totalmente distinta. Los receptores ionotr ópic

utilizan sus canales iónicos para producir potenciapostsinápticos excitatorios (ppse), mientras que receptores metabotr ópicos, al igual que las accionmodulatorias que describimos con anterioridad (p. modulan la intensidad y la naturaleza de la respuesTodos ellos son importantes para las plasticidad sináptipero son los receptores AMPA y NMDA los que más conocen y los que usualmente se denominan moléculas la memoria. La mayor ía de este conocimiento se debetrabajos pioneros centrados en el desarrollo de nuevdrogas que actúan sobre ellos modulando su actividad (vla ventana de la p. 29).

Los receptores AMPA son los más rápidos y los que ant

intervienen. Una vez que el glutamato se une a esreceptores, rápidamente abren sus canales iónicproduciendo un potencial postsináptico excitatotransitorio (ppse, tal y como se han descrito en el capitu3). El glutamato sólo se une a los receptores AMPA puna pequeña fracción de segundo y una vez que liberado y eliminado de la sinapsis, los canales iónicos cierran y el potencial eléctrico de membrana vuelve a serde reposo. Esto es lo que pasa cada vez que las neuronse mandan información de una a otra rápidamente.

El glutamato esliberado por losterminalespresinápticos,cruza el espaciosináptico y se uno alos distintos tiposde receptores deglutamato-NMDA,AMPA y mGluR.Algunas sinapsisglutamatérgicastambién tiene

receptores para elkainato.

Neurona presináptica Neurona postsináptica

Espacio sináptico

Vesícula conglutamato

Molécula deglutamato

Ion Mg2+

Receptor NMDA

Receptor AMPA

Receptor mGlu

Corriente(iones Na+)

Depolarización (ppse)

Corriente




Los receptores NMDA (rojo) son la maquinariamolecular del aprendizaje. El transmisor se liberadurante la actividad de base así como en la PLT(arriba a la izquierda). El lugar en donde el Mg2+ seune (pequeño circulo negro arriba a la derecha)bloquea el canal que se encuentra en el interior de lamembrana celular de donde es desplazado debido auna intensa despolarización (siguiente esquema pordebajo). Todo esto ocurre cuando las neuronasnecesitan cambiar las conexiones que tieneestablecidas con otras. La PLT también se puedeexpresar como un aumento del número de receptoresAMPA (receptores en amarillo, abajo a la izquierda) ocomo una mayor eficacia de los receptores AMPA

(abajo a la derecha).

Transmisión Basal

Estimulación Intensa

Inducción de la PLT

Aumento delnúmero de

receptoresAMPA

Aumento de laeficacia de losreceptoresAMPA

La corrienteentra a travésde losreceptores

AMPA

El número dereceptoresAMPAaumenta, loque implica unaumento de lacorriente y portanto, un ppse

mayor

Los receptoresAMPA sonmodificadosquímicamente,lo que implicaaumento de lacorriente quelleva a unmayor ppse

PLT (aumento del númerode receptores AMPA)

Los Receptores NMDA: La maquina

celular que desencadena la plasticid

La estimulaciónintensa lleva a laliberación de ionesMg2+ de losreceptores NMDA ya un influjo de ionesNa+ y Ca2+ (flecha

roja y azul).

PLT (aumento de la eficaciade los receptores AMPA)

El glutamato también se une a los receptores NMDA de la neupostsináptica. Ellos forman la maquinaria celular que inicia losprocesos de plasticidad. Si la sinapsis se activa de una manerlenta, entonces los receptores NMDA intervienen poco. Esto sdebe a que cuando los receptores NMDA abren los canales ióestos son bloqueados por otro ión que se encuentra presente sinapsis, el magnesio (Mg2+). Pero cuando las sinapsis se actde manera r ápida por impulsos r ápidos y múltiples, entonces ecuando los receptores NMDA se activan. Esta gran actividadsináptica induce una gran despolarización en la neurona

postsináptica que libera el Mg2+ del canal iónico por un procerepulsión eléctrica. Entonces los receptores NMDA son capaceparticipar en la comunicación sináptica.




p p p

Lo hacen de dos formas: primero, como los receptores AMPA,conduciendo Na+ y K+ lo que aumenta la despolarización; ysegundo permiten el paso de calcio (Ca2+) al interior de laneurona. En otras palabras, los receptores NMDA se percatan dela gran actividad neuronal y envían señales a la neurona en formade flujo de Ca2+. Este flujo de Ca2+ es bastante corto, no durandomás de un segundo que es más o menos el tiempo que elglutamato se mantiene unido a los receptores NMDA. Sin embargoel Ca2+ es una molécula crucial ya que a su vez indica a la

neurona cuando se han activado los receptores NMDA.

Una vez dentro de la neurona, el Ca2+ se une a unas proteínasque se encuentran extremadamente cerca de las sinapsis en lasque los receptores NMDA han sido activados. Muchas de estas

proteínas están conectadas f ísicamente a los receptores NMDAconstituyendo una verdadera maquinaria molecular. Algunas deellas son enzimas activadas por Ca2+, lo que lleva a su vez amodificaciones químicas de otras proteínas dentro de la sinapsis obien cerca de ellas. Estas modificaciones químicas son losprimeras etapas de la memoria.

Los receptores AMPA: nuestra maquinariamolecular para almacenar memorias

Si la activación de los receptores NMDA desencadena los cambiosplásticos en la conectividad neuronal, ¿a que se debe el cambio en

la fuerza? Podr ía ser debido a una mayor liberación deneurotransmisor. Esto podr ía ocurrir, pero estamos pr ácticamenteseguros de que esto se debe a ciertos mecanismos que implican alos receptores AMPA en el lado postsináptico de la sinapsis. Hayvarias maneras en las que esto puede ocurrir. Una de ellas ser ía elpermitir que los receptores AMPA funcionen de una forma máseficaz, permitiendo el paso de una mayor corriente una vezactivados. La segunda ser ía el permitir la inserción de másreceptores AMPA en la sinapsis. En ambos casos, esto lleva a unmayor ppse, que es el fenómeno de PLT. El cambio contrario ser íauna reducción de la eficacia o el número de los receptores AMPAlo que producir ía una DLT. La belleza de este mecanismo paraproducir PLT o DLT radica en su elegancia a pesar de una relativasimplicidad (todo puede ocurrir en una espina dendr ítica aislada

aunque alterando la fuerza sináptica de una forma masgeneralizada o global). Esta seria la forma en la que se crean lasmemorias, un tema del que volveremos a hablar en el pr óximo

Ejercitando el cerebroLos cambios en el funcionamiento de los receptores AMPAconstituyen la totalidad de la historia. A la vez que las memse hacen más permanentes también aparecen alteracionesestructurales dentro del cerebro. Las sinapsis que tienen mnúmero de receptores AMPA después de la inducción de Ppueden cambiar su forma y incrementar su tamaño o incluoriginar nuevas sinapsis en la misma dendrita, de tal maneel trabajo realizado por una sinapsis es compartido por dos

el contrario, las sinapsis que reducen el número de receptoAMPA después de la inducción de DLT pueden debilitarse incluso desaparecer. El estado físico de nuestro cerebro caen respuesta a la actividad cerebral. A los cerebros les gusejercicio, ¡el ejercicio mental por supuesto! De la misma forque nuestros músculos se hacen mayores cuando realizamejercicio físico; por lo que parece evidente que nuestrasconexiones sinápticas se hacen más numerosas y están morganizadas cuanto más las utilizamos.

La mente sobre la memoria

Nuestra capacidad de aprendizaje depende de nuestro estemocional, tenemos tendencia a recordar eventos asociadosituaciones alegres, tristes o dolorosas determinadas. Tamaprendemos mejor cuanto mayor atención prestamos. Estoestados mentales están asociados con la liberación de losneuromoduladores, tales como la acetilcolina (en situacionatención máxima), dopamina, noradrenalina y hormonasesteroides, tales como el cortisol (durante procesos nuevossituaciones de estr és o ansiedad). Los moduladores ejerceacciones múltiples sobre las neuronas, algunos de ellosactuando sobre los receptores NMDA. Otras acciones puedinducir la activación de ciertos genes específicamenterelacionados con el aprendizaje. Las proteínas que producayudan a mantener la PLT y a hacerla más duradera.

El doctor internoLa plasticidad sináptica también juega otro papel importantdentro de nuestro cerebro, pudiendo ayudar al cerebro arecuperarse después de una lesión. Por ejemplo, si las neuque controlan ciertos movimientos son destruidas tal y comocurre en los casos de infarto o serios traumas cr áneo-encef álicos, no todo está perdido. En la mayor ía de lascircunstancias las neuronas no vuelven a reproducirse. Sinembargo, otras neuronas restantes se adaptan y a veces ptener el mismo papel funcional que las neuronas que se haperdido, estableciendo redes similares. Es un proceso de raprendizaje, que muestra la capacidad de recuperación qu

el cerebro.

Aparato que se utiliza para detectar los pequeñosvoltajes eléctricos que ocurren durante una sinapsis.

Jerry Watkins. Un químico médicoque transformó el estudio de latransmisión excitatoria del cerebro,gracias al desarrollo de drogas talescomo el AP5 (abajo) que actúaespecíficamente sobre los receptoresde glutamato.




í

Aprendizaje y memoria

La memoria es fundamental para establecer nuestraindividualidad. Lo que cada uno de nosotros recordamos esdiferente de lo que otros recuerdan, incluso en situaciones en lasque las mismas personas han estado juntas. Aunque, dedistintas maneras, todos recordamos acontecimientos, hechos,sentimientos emocionales y habilidades, algunos por pocotiempo y otros durante toda la vida. El cerebro tiene múltiplessistemas de memoria con diferentes caracterí sticas y mediadospor diferentes redes neuronales. Actualmente se piensa que laformación de memorias nuevas depende de la plasticidadsináptica (tal y como se vio en el capí tulo anterior), pero todaví ano está claro cuales son los mecanismos neuronales paraencontrar la información. Aunque todos nos quejamos de nuestramemoria, es generalmente bastante buena, y sólo empieza afallar cuando envejecemos o si padecemos alguna enfermedadneurológica. Podrí a ser bueno intentar mejorar nuestra memoria,pero el hacerlo serí a a costa de recordar muchas cosas que esmejor olvidar.

La organización de la memoria

No existe una estructura única en el cerebro en donde vaya aalmacenarse todo lo que aprendemos. La memoria de trabajoretiene información en vuestro cerebro por un corto plazo y en unestado activo de conciencia. El almacenamiento de información amás largo plazo y que se realiza de una forma pasiva: es lo que

se llama memoria a largo plazo.

Memoria de trabajo

Como un bloc de notas sobre el despacho en donde escribimosnombres o números de teléfono que necesitamos recordar brevemente, el cerebro también tiene un sistema para retener ytrabajar con pequeñas cantidades de

información de una forma muy precisa. Lo utilizamrecordar un discurso o una frase el tiempo necesainterpretar el sentido de una conversación, para hacer aritméticos y para recordar dónde y cuándo dejamos lahace un momento. La precisión es fundamental para el un hecho que implica una capacidad y persistencia limitdice que normalmente en la memoria de trabajo precordar 7±2 cosas; esa es la razón por la cual los númteléfono no tienen más de 7 ó 8 dígitos. Pero el recordmanera exacta es fundamental. Vosotros podéis compcapacidad y persistencia limitada de la memoria de trabaexperimento muy sencillo que podéis llevar a cabo con amigos.

Un sistema central ejecutivo controla el flujo deinformación, ayudado por dos sistemas adicionales dememoria. Hay un sistema de almacenamiento fonológico

junto con un bucle silencioso de prueba, la parte devuestro cerebro que utilizáis para deciros cosas avosotros mismos. Aunque leas palabras o númerosvisualmente, la información ser á transcrita en forma decódigo fonológico y almacenada a corto plazo por estesistema dual. También existe un block de notas visualque puede almacenar imágenes de objetos el tiemponecesario para ser manipuladas por la mente de vuestroojo.

El sistema de memoria de trabajo a corto plazo delcerebro

Bloc de Notas Visuo-Espacial

Escriba Interno

Sistema Central Ejecutivo

Almacenamiento Auditivo aCorto Plazo

Bucle Silenciosode Prueba

Un experimento de memora corto plazo

Una prueba sencilla de memoria de trabajo es lo se llama “serie de letras”. Para ello necesitáis comí nimo 2 personas aunque lo ideal seria participara toda la clase. De forma secreta, unovosotros escribe una serie de letras empezandomenos con dos y asegurándoos que no forman palabra (p. e. XT). Esta misma persona produce luvarias series de letras, una letra más cada vez (puna serie de 5 letras como QVHKZ y una de 10 coDWCUKQBPSZ). El experimento empieza una que se han preparado todas las series. La persona (o la clase) escucha cada serie de letradespués de aproximadamente 5 segundos dintentar escribir de memoria las letras en el orcorrecto. Empezando con las series de d2,experimento de memoria debe avanzar hacia series más largas. La mayorí a de la gente lo puhacer bastante bien hasta 7 o 8 letras y a partir de los errores empiezan a aumentar. Muy poca gentecapaz de hacer 10 letras correctamente. La capacide la memoria a corto plazo ha sido descrita comonúmero mágico 7 más o menos 2”).

La memoria de trabajo se encuentra mayoritariamente sen los lóbulos frontal y parietal. Estudios de proyeccimagen cerebral (ver p. 41) usando PET y fMRI indican qpartes auditivas de la memoria de trabajo




p j

generalmente lateralizadas a la izquierda de los lóbulos frontal y parietaldonde interaccionan con las redes neuronales implicadas en el habla,organización y establecimiento de decisiones. Éstas son actividades paralas cuales una buena memoria de trabajo es fundamental. El bloc denotas visual se encuentra situado en el hemisferio derecho (ver laventana de Investigación Fronteriza al final del capítulo).¿Cómo ha evolucionado la memoria de trabajo? Los animales, incluso losmamíferos, probablemente no tengan el mismo sistema de memoria acorto plazo que tenemos nosotros, y claramente, tampoco ayudó a losprimeros homínidos a memorizar números de teléfono. Diferentes

estudios con niños pequeños han demostrado la importancia de lamemoria a corto plazo para el aprendizaje del lenguaje, lo que sugiereque este sistema de memoria ha evolucionado en paralelo con el habla.La precisión que se requiere para recordar las palabras y su orden dentrode una frase son fundamentales para comprender el significado exacto.

Memoria a largo plazo

La memoria a largo plazo se encuentra dividida en diferentes sistemasque se distribuyen ampliamente a través de múltiples redes en elcerebro. Las diferentes redes neuronales se encargan de distintasfunciones. A groso modo , la información entra por el sistema sensorialy es procesada de manera especializada a través de diferentes vías.Por ejemplo, la información visual pasa por una vía ventral desde la

corteza estriada hasta el lóbulo temporal medio, a través de una seriede redes que se encargan de procesar la forma, el color, la densidaddel objeto, si el objeto es familiar o no, hasta que finalmente seestablece un tipo de memoria por el cual el objeto queda registrado yse sabe cuándo y dónde ha sido observado.

Existen distintas formas de concebir toda esta serie de análisis. Enprimer lugar, existen ciertas áreas dentro de la corteza visual que seencargan de extraer la información perceptiva de lo que estamosobservando. Esta información se utiliza para almacenar y,posteriormente, reconocer las cosas que nos rodean. Nuestracapacidad para identificar personajes familiares en los periódicos,tales como personalidades políticas, reflejan este sistema. Unsistema íntimamente relacionado es el que conocemos comomemoria semántica (que constituye la gran mayor ía del conocimientoque albergamos sobre todo lo que hay y pasa en el mundo).Sabemos que Par ís es la capital de Francia, que el ADN codifica lainformación genética, y otras muchas cosas. Una caracter ística

importante es que todos los hechos están organizados en diferentescategor ías. Organizándose de forma ramificada como un árbol, loque es fundamental para la búsqueda y localización de hechos. Si lamemoria semántica se organizara de forma aleatoria tal y como la

el cerebro organiza toda la información y la almacenadiferentes categor ías, lo cual junto con la ayuda de unprofesor nos ayuda a recordar todas las cosas queaprendemos en el colegio. De hecho los buenos profenos ayudan a crear este tipo de organización casi sinesfuerzo.

Nosotros también somos capaces de desarrollar ciertahabilidades y de adquirir sentimientos emocionales corespecto a ciertas cosas. El saber que un piano es unes una cosa, pero el ser capaz de tocar el piano es uncompletamente distinta. El saber montar en bicicleta epero el reconocer que ciertas situaciones en la carretepeligrosas son igualmente importantes. Las diferenteshabilidades se aprenden gracias a la pr áctica, sin emb

aprendizaje emocional es mucho más r ápido. Habituatiene que ser muy r ápido, especialmente cuando estárelacionado con las cosas que tenemos que temer. Amprocesos son procesos de aprendizaje condicionado. diferentes áreas cerebrales especializadas en este tipaprendizaje: los ganglios basales y el cerebelo sonfundamentales para el aprendizaje de habilidades, mique la amígdala está relacionada con el aprendizajeemocional. Muchos animales aprenden ciertas habilidque es fundamental para su supervivencia.

Los chimpancés han aprendido a pescar termitas

con un palo. Los jóvenes chimpancés lo aprendenobservando a sus progenitores.

Las cosas que sabemos sobre los animales estánorganizados en forma de árbol. No obstante nosabemos como el cerebro es capaz de organizartodo esto.

Las diferentes regiones del cerebro por las cuales esprocesada la información visual y posteriormentememorizada.

Objetos

Inanimados Animados

Mamí feros Pájaros

Pájaros voladores Pájarosno voladores

Pájaros cantores Otros pájaros

Canarios Pingüinos




memoria semántica se organizara de forma aleatoria tal y como la

Fallo en la memoria y localización dela memoria episódica en el cerebro

El último tipo de sistema de memoria en el cerebro es elque se conoce como memoria episódica. Es lo queutilizamos para recordar nuestras experienciaspersonales. El recordar ciertos sucesos es totalmentediferente al aprendizaje, ya que normalmente lossucesos sólo ocurren una vez. Si tú te olvidas de lo quehas desayunado hoy (raro), o lo que pasó lasNavidades pasadas (posible), o todas las cosas queocurrieron el primer día de colegio (probablemente),desgraciadamente no puedes volver a repasarlos comosi fueran una clase extra. Este sistema aprende demanera r ápida ya que debe hacerlo así.

Hemos aprendido mucho sobre la memoria episódicagracias al estudio de pacientes neurológicos, loscuáles, después de sufrir infartos cerebrales, tumorescerebrales o infecciones virales, tales como laencefalitis inducida por herpes; muestran déficitsespecíficos de este tipo de memoria. El estudio de estospacientes ha permitido conocer mucho mejor la

organización anatómica de este y otros sistemas dememoria.

Las personas afectadas por la condición llamadaamnesia son incapaces de recordar a gente que han

conocido tan solo media hora antes. No se puedenacordar si han comido o de si tienen que comer, eincluso cosas tan simples y necesarias en la vida comosaber si se ha puesto algo nuevo en la casa. Si se lesmuestra un dibujo complejo como el de la figura soncapaces de copiarlo de manera exacta, pero despuésde tan sólo 30 minutos son incapaces de dibujarlo comolo har ía el resto de nosotros. A menudo son incapacesde recordar que era lo que hacían antes de contraer laenfermedad. Esto es lo que se llama amnesiaretrograda.

Este tipo de vida carece de todo tipo de estructura encuanto a tiempo y lugar, y ha sido descrita por unpaciente (extensivamente estudiado) como estar continuamente “andando en un sueño”. No obstante, lamisma persona siguió reteniendo la capacidad dellenguaje, el significado de las palabras, e incluso

Sorprendentemente, los pacientes amnésicos son capacesaprender ciertas cosas que luego no recuerdan de maneraconsciente. Se les pueden enseñar ciertas habilidades motleer al revés r ápidamente.

Entrenarlos para poder leer al revés necesita cierto tiempo

no sólo ocurre con amnésicos, sino también con nosotros, diferencia es que mientras ellos son incapaces de recordarha enseñado nosotros sí podemos. Todo esto supone una disociación en su capacidad de darse cuenta de las cosasconscientemente. Los amnésicos son ciertamente consciencuando aprenden, pero luego no son conscientes de que haprendido. Son también incapaces de darse cuenta de formconsciente del pasado.El daño causado por esta condición puede ocurrir en diferecircuitos cerebrales. Áreas del cerebro medio, tales como lomamilares y el tálamo parecen ser cr íticas para la memoriaasí como una estructura en el lóbulo temporal medio llamahipocampo. El daño causado en estas áreas parece afectamanera particular a la formación de las memorias episódica

semánticas.

Los amnésicos (A) son capaces de ver y copiar dibujostan complejos como este con bastante exactitud, pero

suficiente memoria detrabajo como para poder mantener una conversación.Sin embargo, no es hastadespués de mantener exactamente la mismaconversación con élmomentos más tarde, que senos revela el devastador aislamiento de su existencia.

“No es tanto la lesión lo que atrae nuestra atenciónsino como, a través de la lesión o la enfermedad, sedesvela su funcionamiento normal”(Sir Henry Head-Neurólogo del siglo XX).

Dos estructuras muy importantes para la memoria

epis

ódica son la corteza perirhinal (PRH), la cual crea elsentido de familiaridad con respecto al pasado y elhipocampo (HIPPO), el cual codifica hechos y lugares.

Copia Memoria Retrasada




Otros sistemas de memoriaDaño en cualquier otra zona del cerebro también puede afectar otrossistemas de memoria. Condiciones degenerativas, como ciertos tiposde demencia semántica (un tipo de enfermedad de Alzheimer),pueden inducir alteraciones remarcablemente notorias de la memoriasemántica. Al principio, los pacientes te pueden decir f ácilmente quela fotograf ía que están viendo corresponde a un gato, un perro, uncoche o un tren. Más tarde, cuando se desarrolla la enfermedadpueden tener dudas en reconocer la fotograf ía de un ratón como tal,

y dir án que es un perro. Lo que esto confirma es que la informaciónde los hechos está organizada categóricamente, quedando lainformación animada almacenada en un lugar mientras que la

información inanimada se encuentra en otro lugar diferente.

Neurobiologí a de la memoria

El estudio cuidadoso de los pacientes neurológicos nos permitedescubrir donde se encuentran las diferentes funciones de lamemoria en el cerebro, pero el conocer como funcionan en términosde transmisores químicos precisa de una investigación cuidadosarealizada en animales de laboratorio.

Actualmente, los neurocientíficos piensan que muchos aspectos delajuste fino de las conexiones nerviosas durante el desarrollo delcerebro se utilizan también en las fases tempranas del aprendizaje.La relación que se establecen entre un niño y su madre ha sidotambién estudiado en pollos jóvenes en un proceso llamado

impresión.

Actualmente, los neurocientíficos piensan que muchos aspectosfino de las conexiones nerviosas durante el desarrollo del cerebutilizan también en las fases tempranas del aprendizaje. La relase establecen entre un niño y su madre ha sido también estudiapollos jóvenes en un proceso llamado impresión. Actualmente, sdonde tiene lugar este proceso, en el pollo joven, así como lostransmisores químicos que se liberan para actuar sobre los receimplicados en el almacenamiento de la “imagen” asociada a la mEsta imagen es extremadamente precisa, tanto que el joven polseguir á a su madre y no a ninguna otra. Los animales jóvenes t

precisan saber qué comida es segura y esto lo hace por medio degustación, prueban de una en una pequeñas cantidades de caprendiendo de esta forma a diferenciar las que tienen mal sabotipo de cosas no pueden ser dejadas simplemente a las predispgenéticas; de hecho se necesita el establecimiento de ciertos ajaprendizaje durante el desarrollo. Una vez activados los receptodespués del proceso de impresión o la discriminación de la comuna cascada de mensajeros químicos secundarios para transmal núcleo de las células nerviosas, donde a su vez los genes seproducen proteínas especiales encargadas de fijar la memoria.

Las células de ubicación (“Place cells”) son otro descubrimientoimportancia. Son neuronas dentro del hipocampo que descargapotencial de acción simplemente cuando el animal está exploralugar que le resulta familiar. Diferentes células codifican para lasdiferentes partes de un entorno, de manera que una población dse encarga de realizar un mapa de todo el área. Otro grupo de cvecinas se encarga de detectar en la dirección que el animal seAmbas áreas trabajan de manera conjunta (organizando un mapespacio, así como un sentido de dirección), ayudando al animalencontrar su camino, dentro del mundo que lo rodea. Esto es deimportancia para los animales, ya que el encontrar comida y agcomo su camino de vuelta a su escondrijo, nido o casa es fundapara su supervivencia. Este aprendizaje de navegación se relacambas memorias, la semántica y la episódica. Los animales estrepresentación fija de las cosas que se encuentran en su territomisma forma que nosotros adquirimos nuestro conocimiento somundo. Este mapa del espacio permite establecer un marco de en el cual se pueden recordar sucesos, tal y como el determinael último lugar en donde se detectó al predador. Las células de probablemente codifican para algo más un lugar determinado, dayudan al animal a recordar en donde un suceso determinado t

El Hipocampo

Esta tinción de Golgi muestra

un grupo deneuronas teñido en negro

¿Cómo se forman estos mapas así como los diferentes tipos deUna de las concepciones que está emergiendo con fuerza es el

que la plasticidad sináptica implicada en ellos depende de los reNMDA. En el último capítulo vimos como una vez que se activa plasticidad sináptica se puede cambiar la fuerza de las conexion

Cuatro electrodos de registro dentro del hipocampo revelan impulsosnerviosos en dos de ellos (1 y 2, ocasionalmente 4) que representanneuronas disparando en respuesta a un lugar determinado (punto rojo ddel cí rculo amarillo). Aumentando la escala del tiempo (cí rculo rojo) vemrepresentado la forma del impulso en el cerebro.

Electrodo 1

Electrodo 2

Electrodo 3

Electrodo 4




en el hipocampo. Por ejemplo, ratas y ratones pueden ser entrenadospara andar en una piscina y ser capaces de encontrar una plataformade escape que se encuentra escondida debajo de la superficie delagua. Ellos utilizan sus células de ubicación (lugar), así como lascélulas que controlan la dirección de la cabeza para encontrarla ymemorizan la ubicación exacta de la plataforma utilizando laplasticidad activada por los receptores NMDA. Actualmente, se hancreado animales Knock-out (KO) en los que genéticamente se haeliminado la presencia de los receptores NMDA en el hipocampo.Estos animales son incapaces de aprender y también tienen un

funcionamiento deficitario de sus células de ubicación. En el últimocapítulo, también explicamos que los cambios en la fuerza sinápticase expresan a través de alteraciones en los receptores excitatoriosAMPA. Su implicación en los procesos de memoria es un tema degran inter és en la investigación actual.

¿Podemos mejorar la memoria?

Todos nosotros pensamos que seria fantástico mejorar nuestracapacidad de memoria y su persistencia. La gente mayor normalmente se queja de su memoria. Sin embargo, el poder mejorar

la memoria tendr ía un coste determinado. Esto ocurre porque lamemoria consiste en un equilibrio entre recordar y olvidar. Si lafuéramos a mejorar, entonces tendr íamos un gran problema a la horade olvidar las cosas triviales que acontecen durante el día y que noson necesarias recordar. Por lo tanto, el “ying y el yang” de la buenamemoria es el que organiza y recuerda las cosas necesarias en elcerebro y olvida las cosas que no son importantes. Es bastanteimprobable que alguna vez tengamos una pastilla que nos ayude amejorar nuestra memoria como si fuera un varita mágica, al menosen las personas normales. La evolución se ha encargado de asegurar que el sistema se encuentra correctamente equilibrado.

Una vez dicho esto, sí es cierto que la pérdida de memoriapatológica se puede, en cierto modo, mejorar gracias a la

administración de drogas que mejoran la función de los receptoresNMDA y AMPA, o bien drogas capaces de estimular la cascada demensajeros secundarios implicados y, demostrada en los estudiossobre el aprendizaje realizados en animales jóvenes. Seria muyimportante encontrar alguna forma de paliar y/o ralentizar el curso delas enfermedades neurodegenerativas que afectan la memoria, talescomo la enfermedad de Alzheimer. Una de las grandes empresas ymotivación de las Neurociencias actuales, tanto para científicos anivel universitario como en compañías farmacéuticas, es trabajar eneste tipo de proyectos. Con la esperanza de vida aumentando cadavez más y, por tanto, un mayor número de personas de edadavanzada, el desarrollo de tratamientos que les ayuden a mantener vidas de forma independiente por un mayor tiempo ser ía de granvalor.

importante. La idea consiste en intentar aprovechar todsabe sobre como se codifica, almacena, consolida (el pfijación), y posteriormente, como se encuentra la informconcentrarse y prestar atención, espaciar las sesiones daprendizaje así como establecer recordatorios frecuentefacilitar este proceso de fijación son algunas de las estrutilizar. Algunos pacientes con problemas de memoria eque la utilización de un sistema de ayuda que aplica algestos principios llamados “Neuropage” es muy beneficioayuda a recordar que es lo que tiene que hacer a contin

les ayuda a organizar su día, cosas que de otra forma oEl reconocer los diferentes principios operativos de la mepisódica y el aprendizaje de ciertas habilidades tambiesenciales; no ser íamos capaces de aprender una habideterminada sólo oyendo hablar de ella, aunque esto pmemoria episódica es suficiente. Alguien intentando aphabilidad determinada también debe practicarla a menupasa con cualquier estudiante de música, por ejemplo, aprender y mejorar hay que practicar.

La rata ha nadado hasta encontrar la plataforma, enla que actualmente se encuentra.


Los taxistas de Londres deben de conocer perfectamente laciudad incluso antes de poder solicitar la licencia. Cuando loinvestigadores han sometido a taxistas experimentados ascanner, después de hacerles imaginar la ruta desde “MarbArch” a “Elephant and Castle”, muestran una gran activacióde la corteza parahipocampal derecha (áreas en rojo). Scanestructurales con MRI en estos mismos taxistas muestrancambios en el tamaño relativo de distintas partes de suhipocampo dependiendo de lo bien que puedan conocer y

memorizar las diferentes partes de la ciudad, aunque tambiépueden influir otros factores.

Los taxistas analizando y pensando en una ruta determinadamuestran un aumento de la actividad cerebral en el hipocampo yen áreas vecinas.

Alan Baddeley, quien desarrolló laidea que la memoria de trabajo

consiste en la interacción demúltiples sistemas.

El almacenamiento fonol

ógico, el bloc visuoespacialcentro ejecutivo se encuentran localizados endiferentes áreas del cerebro.

Sin embargo, algunos científicos piensan que junto al desarrollo deestos tratamientos ser ía necesario el desarrollo de la ingenierí acognitiva. En los periódicos y en las noticias no se oyen tantas cosas




Estrés

El estrés afecta incluso a las personas más tranquilas. Todos lopadecemos de alguna manera, durante los exámenes, en unacompetición deportiva o incluso cuando nos enfadamos con nuestrosamigos. ¿Qué es lo que ocurre y qué es lo que causa estassensaciones tan desagradables? ¿Sirve para algo? ¿Qué es lo queocurre cuando va mal? Los neurocientí ficos están empezando acomprender como el cerebro genera y coordina su respuesta quí micaal estrés.

¿Qué es el estrés y por qué

lo necesitamos?El estr és es realmente dif ícil de analizar. No significa solamente estar bajo presión, porque esto no es siempre estresante, sino que más bienlo que ocurre es una desorganización entre los retos que el cuerpo y elcerebro anticipan y los que realmente ocurren y/o sentimos. Muchos delos retos a los que nos enfrentamos son psicológicos, reflejando lasdificultades que tenemos en interacción con otras personas: cuandotrabajamos para triunfar en nuestra carrera académica, competimospor un puesto en el colegio o en un equipo, o incluso más tarde en lavida luchamos por un trabajo. Sin embargo, otros tipos de estr és sonfí sicos, como padecer una enfermedad repentina o rompernos lapierna en un accidente de coche. La mayor ía de estreses compartenambos componentes: el dolor y las alteraciones f ísicas causadas por una enfermedad y van acompañadas por la preocupación, no sólo depadecerlas sino también de lo que puedan implicar.

El estr és es un proceso fundamental. Afecta a todos los organismosdesde los más sencillos como bacterias y protozoos, hasta los máscomplejos eucariotas, como los mamíferos. En organismos unicelularesy en las células individuales de nuestros cuerpos, se han desarrolladouna serie de moléculas que forman un sistema de emergencia paraproteger las funciones celulares de posibles e inesperados retos y/oalteraciones externas, así como de sus consecuencias internas. Por ejemplo, unas moléculas especiales llamadas proteínas de shocktérmico se ocupan de guiar a las proteínas dañadas a lugares dondepuedan ser recuperadas, o bien destruidas sin crear ningún daño, con

lo que protegen a las células frente a una posible disfunción otoxicidad. En organismos complejos como el nuestro, los sistemas deestr és han evolucionado convirtiéndose en sistemas altamentesofisticados que, nos ayudan a controlar el efecto que pueden producir en nosotros los diferentes retos a los que nos enfrentamos. Para elloutilizamos diferentes mecanismos celulares que componen una ampliade red de protección frente al estr és.

El estr és se percibe y la respuesta es coordinada por el cerebro.Cuando evaluamos cognitivamente una situación determinada, elcerebro interacciona con las diferentes señales que aparecen ennuestro organismo dentro del torrente circulatorio, tales comohormonas, nutrientes y moléculas inflamatorias, así como con la

información procedente de los nervios perif éricos y que controlannuestros órganos vitales y nuestras sensaciones. Somos capaces decomprender cómo todo esto funciona gracias al estudio de la

El estrés y el cerebro

¿Luchar o escapar?

La respuesta más f ácil de reconocer es la inmediata activllamado sistema simpático. Después de encontrarnos fresituación de estr és y procesar la respuesta adecuada, el activa r ápidamente los nervios que se originan en los cencontrol situados en el tronco cerebral. Esta activación ind

liberación de noradrenalina en diferentes estructuras y la de adrenalina por las glándulas adrenales (situadas justolos riñones). Su liberación genera la respuesta luchar o eclásica e inmediata reacción que debe producirse en respuna situación de peligro. Todos reconocemos la sensaciócosquilleo, sudor, aumento de la atención, incremento deaumento de la presión sanguínea y sentimientos generalmiedo que todos sentimos inmediatamente después de hsometidos a una situación de estr és. Estos cambios se prporque los receptores que se encuentran en los vasos sase activan e inducen una vasoconstricción, por lo que nuepresión sanguínea se dispara y en el corazón se produceaceleración del ritmo, lo que origina esa sensación de tamel pecho que conocemos como palpitaciones. También h

receptores en la piel que causan que nuestros pelos se e(carne de gallina) y en el intestino, causando todas esassensaciones abdominales tan desconcertantes y que sencomo estr és. Todos éstos cambios ocurren para prepararluchar o escapar y, como consecuencia, concentrar nuessanguíneo en los órganos vitales, los músculos y el cereb

El eje hipotalámico-pituitario-adr(HPA)

El eje HPA. El hipotálamo, que se encuentra situado en el controla la liberación de hormonas de la glándula pituitaria y q

ú á ó

Hipocampo

Hipotalámo

Pituitaria

GlándulaAdrenal




ú á ó

La segunda mayor activación neuroendocrina en respuesta alestr és es la activación de un circuito que relaciona directamente elcuerpo y el cerebro y que se llama eje HPA. Éste se conecta alhipotálamo, a la glándula pituitaria, a la corteza adrenal y alhipocampo por medio de un sistema circulatorio que transportahormonas especializadas.

El hipotálamo es la zona clave de nuestro cerebro que regula lashormonas. Recibe múltiples conexiones e inputs de áreas delcerebro, encargadas de procesar la información emocional,incluyendo la amígdala, así como de regiones del tronco delcerebro, controlando las repuestas nerviosas simpáticas. Integratodas ellas para producir una respuesta hormonal que estimular ála siguiente parte y/o elemento del circuito, la glándula pituitaria. Asu vez, ésta libera la hormona llamada adrenocorticotropina(ACTH) en el flujo sanguíneo. La ACTH estimula una parte de laglándula adrenal que segregar á cortisol.

El cortisol es una hormona esteroide fundamental para entender la siguiente fase de la respuesta al estr és. Aumenta laconcentración de azúcar en sangre así como de otros productos

metabólicos, como los ácidos grasos. A menudo, esto ocurre aexpensas de las proteínas que son degradadas en nutrientes parasu uso inmediato, son como “barras energéticas de chocolate”para los músculos y el cerebro. El cortisol también ayuda a laadrenalina a la hora de aumentar la presión sanguínea, lo que enun corto plazo nos hace sentir bien. Por ejemplo, cuando nosencontramos ante el reto de cantar un solo en el concierto delcolegio, lo que menos queremos es sentirnos angustiados. Lo quequeremos es hacerlo bien con la menos autoconciencia posible.El cortisol también desconecta el crecimiento, la digestión, lainflamación o incluso la recuperación de heridas, cosas quefundamentalmente se pueden hacer mucho mejor más tarde.También desconecta el apetito sexual. La última parte del circuitoes el control de feedback negativo del cortisol al cerebro. La

mayor densidad de los receptores de cortisol se encuentran en elhipocampo, una estructura que es fundamental para elaprendizaje y la memoria., no obstante, el cortisol también actúasobre la amígdala encargada de procesar la ansiedad y el miedo.El efecto concreto es activar la información relacionada con laamígdala, permitiendo el aprendizaje del miedo y desactivar elhipocampo, asegurando que no se pierden recursos en aspectosmás complejos aunque innecesarios para el aprendizaje. Elcortisol es la base para mantenerse focalizado.

El estrés es algo inevitable, algo quetodos experimentamos. Puede ser

psicológico, fí sico o (incluso) ambos.

La historia de los dos receptores decortisol y el hipocampo menguanteEl hipocampo tiene niveles elevados de los dos receptores decortisol llamémosles el bajo receptor MR y el alto receptor GR. Elbajo receptor MR se activa por los niveles normales de cortisol enel sistema circulatorio del eje HPA. Esto mantiene nuestrometabolismo y la actividad cerebral funcionando de maneraperfecta. Sin embargo, cuando los niveles de cortisol empiezan aaumentar, fundamentalmente por la mañana, los altos receptoresGR empiezan a ocuparse mucho más. Cuando nos estresamos,los niveles de cortisol aumentan muchísimo por lo que la actividadde estos receptores se mantiene y en consecuencia el hipocampose bloquea por medio de un programa genéticamente controlado.Si ponemos todo esto junto, entonces obtenemos lo quellamamos un Ésta es la curva

La curva con forma de campana. Un poco de estréspuede hacer las cosas mejores, pero demasiado hacelas cosas peores.

ó

Niveles de Cortisol

低MR MR/GR 高GR

La depresión y la hiperactividaddel sistema de estrés

En algunas enfermedades cerebrales se puede observar un cortisol. En concreto, en la depresión severa el cortisol se prexceso y trabajos recientes sugieren que el hipocampo tambdisminuye en esta enfermedad. Estos hallazgos han llevado psiquíatras a pensar que la depresión severa es un estr és selargo plazo. No está del todo claro si los elevados niveles deson la causa fundamental de la enfermedad o si, por el contrsimplemente una consecuencia de la severa alteración psicoestr és que la acompaña. Sin embargo, los pacientes mejoraremarcable cuando se bloquea la producción o la acción deespecialmente en aquellos donde la administración de antideclásicos no funciona. Los antidepresivos a menudo ayudan anormalizar la actividad del eje HPA. Una de las ideas es queocurre, en parte, ya que se ajusta la densidad de receptoresen el cerebro y particularmente en el hipocampo. Los neurocque trabajan en ello esperan desarrollar tratamientos mas efbasados en el reajuste del sistema de control de feedback nreduciendo las respuestas hormonales excesivas al estr és.

El estrés y el envejecimiento

El envejecimiento cerebral se acompaña por un declive genede sus funciones, pero un decline que var ía mucho, dependilos individuos. Algunos individuos mantiene grandes capacidcognitivas con la edad (envejecimiento exitoso), mientras qulas preservan tan bien (envejecimiento no exitoso). ¿Podemocomprender las bases moleculares de este proceso? Los nivcortisol son mayores en personas con un envejecimiento no

que en las que presentan un envejecimiento exitoso. Este auprecede a la degeneración de las capacidades mentales y edirectamente asociada a una disminución en el tamaño del htal y como ha sido determinado por medio del scanner. Losexperimentos llevados a cabo en ratas y ratones han demosel mantenimiento de los niveles de las hormonas del estr és bdesde el nacimiento, o incluso desde edades medias en adepreviene la aparición de los déficits de la memoria que se oblas poblaciones no tratadas. Por lo que parece que aquellos con una respuesta hormonal excesiva al estr és, no necesariaaquellos que sufren mayor estr és, pero aquellos que responmayor fuerza a las situaciones de estr és, son aquellos que puna mayor pérdida de memoria y otras alteraciones cognitivapaso de los años. Entonces, si esto es cierto en humanos, ta

podr íamos ser capaces de conocer la carga de tales efectosexplotando el uso de los antidepresivos que mantienen el sisestr és HPA bajo control. El estr és es algo de gran importanc




llamamos un curva con forma de campana. Ésta es la curva j g g p

El Sistema InmuneHasta hace pocos años, se pensaba que el cerebro era un “órganoprivilegiado inmunitariamente” ya que no estaba afectado por lasrespuestas inmunes o inflamación. Ciertamente, está protegido hasta

cierto punto, por influencias externas, por la “barrera hematoencefálica”.Realmente no es una barrera, sino una serie de células endotelialesespecializadas en los vasos sanguí neos del cerebro, que sonrelativamente resistentes al paso de grandes moléculas, o célulasinmunitarias de la sangre al cerebro. Sin embargo, esta concepción delcerebro como privilegiado ha cambiado dramáticamente en la últimadécada como resultado de la investigación sobre las interacciones entreel cerebro y el sistema inmune. La Neuroinmunologí a es actualmente unárea muy activa de investigación.

Las defensas del cuerpo

El sistema inmune es nuestra primera línea de defensa contra losinvasores externos. Estos invasores, virus y bacterias var ían desde lospoco peligrosos, como los de la gripe, hasta los altamente peligrososque ponen en riesgo nuestra vida, como por ejemplo VIH, meningitis oincluso tuberculosis.

Nuestras defensas trabajan de distintas formas. La primera de ellas esdirectamente sobre el tejido infectado, dañado o inflamado causando,dolor, cambios en el flujo sanguíneo y liberación local de moléculasinflamatorias. De forma más general, la activación del sistema inmune

activa la producción y presencia de las célulasleucocitos y macrófagos y proteí nas de la fase aviajan hasta la zona afectada, matando y elimpatógenos. Esta respuesta en la fase aguda gsíntomas que todos nosotros hemos sentido alguna vmalestar, dolor, somnolencia, pérdida de apetito y Cada una de estas respuestas ayuda a combatir lapreserva la energía y ayuda a reparar el tejido afectadcuando se produce una activación excesiva y/o puede ser incluso negativa, dañándonos. Por lo queestar cuidadosamente controlada.

El cerebro y las respuestasdefensivasLa visión del cerebro como un órgano inmunolóprivilegiado ha dado lugar a una concepción difererelación con el sistema inmune. Esto se debe a actualidad se sabe que el cerebro puede y, de hechresponde a las señales que recibe del sistema inmundel tejido dañado. La experimentación ha revelacerebro presenta una gran variedad de respuestas inflamatorias locales y que realmente ejerce un control sobre el sistema inmune y en particular

respuesta en la fase aguda.El cerebro recibe señales del tejido dañado o infepueden tener un origen nervioso (por medio de lsensoriales) o humoral (por medio de moléculas espel sistema circulatorio). Las señales nerviosas se tranmedio de las fibras C (que también transmiten elcapítulo 5) y vía el nervio vago, desde el h ígfundamental en la producción de las proteínas presefase aguda. La naturaleza de las señales que circcerebro no se conocen en su totalidad, pero pareprostaglandinas (inhibidas por aspirina) y las procomplemento (una cascada de proteínas que soimportancia para matar a las células invasoras)probablemente, las señales más importantes son unproteínas que han surgido en los últimos 20 añosconocen como citoquinas.

Múltiples mecanismos se asocian a la hora decoordinar el cerebro y el sistema inmune.

Estrés, Factores Sociales

Cerebro

Hipotalámo

Aferenciasneurales yhumorales

InfecciónLesión

Inflamación

Eferencias Locales

SistemaNerviosoSimpático

Sistema Immune yEndocrino

CRP

ACHT

Glucocorticoides

Las citoquinas comomoléculas de defensaLas citoquinas son los gladiadores (retaliators) dExisten en la actualidad más de 100 y se siguen deotras nuevas. Normalmente, estas proteínas se prpequeñas cantidades, pero esta producción r ápidamente como respuesta al daño y a la enfermeellas se incluyen interferones, interleukinas, factores dtumoral y quimiokinas. Muchas de ellas son producidalocal en los tejidos dañados y actúan sobre las célulsin embargo, algunas entran en el flujo sanguíneo pocual transmiten señales a órganos distantes inc

Pituitaria

Adrenal




cual transmiten señales a órganos distantes inc

No te preocupes, que lascitoquinas vendrán a turescate!

Los desencadenantes de la producción de citoquinas incluyen losproductos virales o bacteriales, el daño celular o los elementos queponen en peligro la supervivencia celular, tales como las toxinas olos bajos niveles de oxígeno. Otro importante regulador de la

producción de citoquinas es el cerebro, el cual a través de lasseñales nerviosas a los tejidos (fundamentalmente a través delsistema nervioso simpático) u hormonas (tales como el cortisol delas glándulas adrenales) puede activar o desactivar la producciónde citoquinas.

Las citoquinas son proteínas que tienen numerosas funciones,particularmente sobre el sistema inmune. La mayor ía de ellasestimulan el sistema inmune y los componentes clave de lainflamación como la hinchazón, los cambios locales en el flujosanguíneo, y la liberación de la segunda ola de moléculasinflamatorias. Actúan pr ácticamente en la totalidad de los sistemasfisiológicos, incluyendo el hígado en donde estimulan la producciónde las proteínas de la fase aguda. Sin embargo y aunque las

citoquinas comparten muchas de sus acciones y funciones, tambiénvar ían de forma significativa. Algunas son anti-inflamatorias einhiben los procesos pro-inflamatorios; muchas de ellas actúanlocalmente sobre células vecinas situadas en proximidad a dondeson sintetizadas, mientras que otras son liberadas al torrentecirculatorio como las hormonas.

Son los tipos de estr és que no podemos soportar los qnuestras defensas, tales como la sobrecarga de tragrandes tragedias. Los mecanismos precisos y respon

esta relación entre estr és y sistema inmune no se conocbien, aunque si sabemos que un componente importactivación del eje hipotalámico-pituitario-adrenal. Larespuesta del cerebro frente al estr és es el aumeproducción de una proteína del hipotálamo llamada factode corticotropina (CRF). El CRF viaja desde el hipotálamglándula pituitaria en donde induce la liberación de otra hfactor liberador de adrenocorticotropina (ACTH). Esta hora través del torrente circulatorio hasta las glándulas addonde liberan las hormonas esteroides (cortisol, en humson los supresores mas potentes del sistema inmuninflamación. Pero la historia es aun más complicadintervienen otras hormonas así como otros elementos también sabemos que algunas formas de estr és sua

mejorar activamente nuestra función inmune.

Respuestas inmunitarias einflamatorias en el cerebro

Estrés y sistema inmune

Todos hemos oído alguna vez que el estr és y la preocupaciónpueden disminuir nuestras defensas y hacernos más propensos acaer enfermos. Ahora estamos empezando a comprender no solocomo el estr és puede afectar al cerebro directamente activando el

eje HPA (descrito en el capitulo anterior), sino también como puedeinfluenciar al sistema inmune- y de forma no sorprendente por medio de una vía indirecta que por supuesto pasa por el cerebro. Elestrés puede influenciar el sistema inmune y nuestra susceptibilidad

La investigación reciente que muchas moléculas implicamecanismos de defensa tales como las citoquinas contmanera importante en el desarrollo de ciertas enfecerebrales tales como la esclerosis múltiple, infarto y ede Alzheimer. Parece ser que la producción en excesmoléculas en el cerebro puede dañar las neuronas- y eciertas citoquinas. Algunos de los nuevos tratamie

combatir enfermedades cerebrales se basan en la idea dpresencia de moléculas inmunes e inflamatorias. Por neuroinmunologia una nueva disciplina dentro de las Ne




estrés puede influenciar el sistema inmune y nuestra susceptibilidad í

El Sueño

Cada noche nos vamos a nuestra habitación, nos metemos en lacama, y caemos en el estado inconsciente del sueño. La mayorí a denosotros dormimos alrededor de 8 horas, lo que significa quepasamos aproximadamente un tercio de nuestras vidasinconscientes- y parte de ella soñando. Si intentáis suprimir el suenocon el fin de utilizar este precioso tiempo en otro tipo de actividadestales fiestas nocturnas o estudiar para los exámenes, vuestro cuerpoy vuestro cerebro os dirán muy pronto que no debéis hacerlo. Lopodemos suprimir durante un cierto tiempo pero no por mucho. Elciclo de sueño/vigilia es una de las múltiples actividades rí tmicas delcuerpo y el cerebro. ¿Porque existe, cuales son las zonas implicadasy como funcionan?

Un ritmo para vivir

El ciclo sueño/vigilia es un ritmo endógeno que gradualmente seencadena con el ciclo de día/noche en los primeros años de vida. Eslo que se llama ritmo circadiano- se llama así ya que se origina dellatín “circa” alrededor, y “dies” día. Es importante a lo largo de la vida:los bebes duermen durante cortos periodos tanto durante ele díacomo durante la noche, los niños normalmente se echan la siestadespués de comer mientras que los adultos generalmente duermensolo por la noche. El sueno es bueno para vosotros- Se dice WinstonChurchill, el primer ministro británico durante la segunda guerramundial, solía echarse pequeñas siestas de 5 minutos o algo mas a

veces incluso durante los consejos de ministros.

El patr ón normal de sueño y vigilia encadenado al ciclo de día/nocheesta parcialmente controlado por un pequeño grupo de célulassituadas en el hipotálamo justo encima del quiasma óptico llamadonúcleo supraquiasmatico. Estas neuronas, que presentanextrañamente muchas sinapsis entre sus dendritas para poder sincronizar sus descargas de manera conjunta forman parte del relojbiológico del cerebro. En los humanos funciona con un ritmo un pocomayor que la duración de un día, aunque normalmente se mantieneen hora gracias a los impulso procedentes de los ojos que informande cuando es de día o de noche. Hemos llegado a saber todo estogracias a la gente que ha participado en experimentos de sueñoviviendo en profundas cuevas durante largos periodos de tiempo,alejados de cualquier pista sobre el tiempo y la hora exacta del día,adoptando patrones de actividad libres estableciéndose un ciclo desueño/vigilia de aproximadamente 25 horas.

Las etapas del sueño

El sueño no es un estado tan pasivo como parece. Si coneuna persona con electrodos sobre la superficie del cr áneo,laboratorio de sueno (que tiene camas y no bancos), elelectroencefalograma del cerebro (EEG) pasa por varias etCuando estamos en vigilia nuestros cerebros muestran unaeléctrica de baja amplitud. Cuando nos dormimos, el EEG haciendo más plano al principio pero luego, gradualmente,un aumento de amplitud y disminuye en frecuencia según

a lo largo de las distintas etapas del sueño. Estas etapas ssueño lento o sueño de onda lenta (SL/SWS). Las razonescambios de actividad eléctrica no son totalmente conocidasembargo se cree que cuando las neuronas dejan de respoimpulsos normales, se van sincronizando de manera graduellas. Perdemos tono muscular, ya que las neuronas que cmúsculo esquelético se inhiben de manera activa, aunqueafortunadamente las que controlan la respiración y el latidocorazón siguen funcionando de manera normal.

A lo largo de la noche vamos pasando de una fase a otra dEn una de ellas el EEG se vuelve a parecer al que presentcuando estamos despiertos y nuestros ojos empiezan a moactivamente debajo de nuestros parpados que están cerrad

es lo que se conoce como movimiento rápido del ojo o sue(REM) que es cuando mas propenso somos a soñar. Si la gdespierta durante el sueño REM, todos ellos son capaces ddescribir que han soñado, incluso los que dicen que nunca(¡intenta hacer el experimento en algún miembro de tu famhecho, la mayor ía de nosotros tenemos entre 4-6 episodiosREM cada noche. Los bebes tienen un poco mas de sueñoincluso los animales presentan sueño REM lento.

ú

SCN activo con la luz del dí a SCN inactivo por la noche

Una noche normal de sueño consiste en un patrónformado por distintas fases de sueño, con pequeñasexplosiones de sueño REM (áreas en rojo) queaparecen más o menos 4 veces por noche.

Horas de Sueño

Vigilia

REM

Fase 1

Fase 2

Fase 4Fase 3

Privación de sueño

Hace algunos anos, un adolescente americano llamagardner, decidio hacerse un hueco en el libro Guinness deintentando pasar el mayor tiempo posible sin dormir ¡S




ú intentando pasar el mayor tiempo posible sin dormir ¡S

y supervisado por los médicos de las fuerzas navales americanas-nouno que os recomendemos repetir. Sorprendentemente sobrevivióbastante bien. Las mayores dificultades que tuvo (a parte de sentirsemuy somnoliento) fueron problemas de habla, incapacidad paraconcentrarse, vacíos de memoria y sueños diurno alucinógenos. Perosu cuerpo se mantuvo en excelentes condiciones f ísicas y nunca sevolvió psicótico o perdió contacto con la realidad. Una vez que elexperimento termino, [presento un efecto rebote, durmió durante casiquince horas la primera noche y luego periodos cortos extra lasnoches siguientes. Este y otros muchos experimentos han

convencido a los investigadores del sueño que es fundamentalmenteel cerebro el que se beneficia del sueño y no tanto el cuerpo.Conclusiones parecidas se han obtenido de otros experimentosincluyendo experimentos animales controlados.

¿Porque dormimos?

Muchos temas en Neurociencias siguen siendo un enigma y el sueñoes uno de ellos. Alguna gente argumenta que el sueno es una formaadecuada para los animales de permanecer inmóviles y así reducir los peligros. Pero tiene que haber algo más que eso. Losexperimentos de privación de sueño nos llevan a pensar que elsueño REM y algunas fases del SWS permiten al cerebro

recuperarse. Tenemos este tipo de sueño durante las primeras 4horas de la noche. Tal vez esto sirva para el reajuste del cerebro yprobablemente un buen momento para ello, por analogía a lo queocurre con un barco en dique seco, cuando el cerebro no estaprocesando la información sensorial, o el hecho de estar vigilante yatento, o tener que controlar nuestras acciones. La investigacióntambién sugiere que el sueño es el tiempo en el cual consolidamos loque hemos aprendido durante el día- un proceso esencial en lamemoria.

¿Como funcionan los ritmos?

Se ha aprendido mucho sobre los mecanismos neurales de lasactividades r ítmicas tal y como el sueño gracias al registro de la

actividad de neuronas en distintas áreas cerebrales durante lastransiciones que aparecen durante las fases del sueño. Esto harevelado un sistema activador en el tronco cerebral que implicandovarios transmisores neuromoduladores, incluyendo uno llamadoadenosina,

produciendo un tipo de reacción en cadena que nos llede las distintas etapas del sueño. Los msincronizadores le permiten a las redes neuronales euna fase a otra.

Un gran paso adelante se ha dado gracias a la aparicióneurogenetica. Se han identificado varios genes que, coengranajes de un reloj, son los componentes molecularmar acapasos r ítmicos. Mucho de este trabajo se ha reaDrosophila (mosca de la fruta) en donde se ha descubiedos genes -per y tim- producen proteínas que interaccioconjuntamente y regulan su propia síntesis. La síntesis y proteína empieza temprano en el día, acumulándose que se va uniendo y acoplando parando de esta forma síntesis. La luz del día ayuda a degradar esta proteína que sus niveles disminuyan hasta el punto en donde losPER y TIM empiezan a activarse de nuevo. Este ciclo sproduciéndose una y otra vez, y puede incluso mantene

manera permanente siempre que las neuronas en cultivcon vida. El reloj de los mamíferos como el nuestro funcmisma forma que el de las moscas. Como los ritmos circson muy primitivos en términos evolutivos, no es sorpreque las mismas moléculas regulen el reloj en organismodiferentes y distantes.

¡Ahora te tienes quedormir!


Ratones que no tienen “jet-lag”

Para intentar comprender mejor los mecanismos de los ritmos circadianos, los neurocient í ficos han desarrollado genéticamente ratolos cuales los genes que se expresan en el núcleo supraquiasmatico han sido eliminados (“Knock-out”. Estos ratones VIPR2 vimanera normal y presentan cambios en los patrones de actividad entre el dí a y la noche, tal y como los ratones normales. Los negros del patrón que se muestra arriba indican cuando los ratones están activos-un ritmo diario con actividad nocturna (zona griembargo cuando el tiempo en el que las luces se encuentran apagadas se avanzan en 8 horas (alrededor del d í a 25), los rnormales muestran “jet-lag” llevándoles varios dí as el volver a sus patrones normales de actividad. Los ratones “knock-out se reainmediatamente. Este tipo de estudios nos deberían ayudar a comprender los mecanismos moleculares por los cuales la luz act

Luz Luzscuridad Oscuridad Oscuridadscuridaduz Luz

Ratones normales muestran “jet-lag” Ratones mutantes con inmediato “cambio de reloj”

D í a s




í

Los frenólogos pensaron que ellos podrí an comprender el cerebrogracias al análisis de los bultos en la superficie del cráneo. Aunqueen la actualidad esto parezca estar muy lejos de la realidad, suambición de intentar comprender el cerebro desde el exterior delcráneo ha fascinado a muchos durante años. Ahora, lo podemoshacer realmente, gracias a las nuevas técnicas de imagen cerebral.Los scanners modernos utilizan una gran variedad de mediosproporcionándonos imágenes fantásticas de la estructura deneuronas y proyecciones de fibras, flujo sanguí neo y metabolismoenergético del cerebro, así como cambios en la actividad neuronalque se produce después de inducir diferentes cosas.

El camino hacia las técnicasmodernas

En los intentos de relacionar estructura con función, neur ólogos yneurofisiólogos han aprendido muchas cosasgracias a correlacionar las singularidades de la mente o elcomportamiento con la medición de estructuras cerebrales enestudios postmortem. Es así como las zonas cerebrales implicadasen el lenguaje fueron descubiertas por Broca. Este tipo de análisishan tenido muchos éxitos pero también tienen sus limitaciones. Unono puede asumir que la pérdida de una función específica, debidoal daño en una región cerebral, representa la función normal de esaregión. Por ejemplo, un déficit puede aparecer porque la

comunicación entre esa región y otras con las que se comunica sehaya bloqueado o desconectado. También es posible que regionesque no están alteradas puedan hacerse cargo de alguna de lasfunciones que lleva a cabo la zona dañada en condicionesnormales. En definitiva, existen muy pocas lesiones patológicas queestén confinadas a una zona funcional específica. Además, siempretranscurre mucho tiempo entre el estudio de un paciente cuandoestá con vida y el posterior estudio del cerebro.Las técnicas de imagen estructural del cerebro se empezaron a

desarrollar hace 30 años. El reciente desarrollo de los métodos deproyección de imagen funcional por f ísicos médicos ha creado graninter és. Esto nos permite, literalmente, mirar dentro del cerebro einvestigar el cerebro humano, a la vez que pensamos, aprendemoso soñamos.

Cómo funciona todoLas técnicas electrofisiológicas desarrolladas para monitoractividad neuronal se basan en los cambios del potencial dmembrana en las neuronas activadas. Las técnicas de scacerebral monitorizan los cambios que aparecen en el metabenergético requerido por las neuronas activadas.

Los gradientes electroquímicos que inducen el movimientoiones adentro y fuera de las neuronas (base de la comunicsináptica y de los potenciales de acción) requieren energíade energía procede de la oxidación de glucosa. La glucosaoxígeno son transportados al cerebro por medio de la circucerebral. Por medio de esta conexión neurovascular, sabeexiste un aumento local en el flujo sanguíneo cerebral en laactivadas. Estos cambios ocurren r ápidamente. Las técnicamodernas de neuroimagen miden estos cambios locales ensanguíneo y los utilizan como un índice de actividad neuro

La primera técnica funcional que se desarrolló fue la llamadTomografí a por Emisión de Positrones (PET). Este procesoinyección, en humanos, de trazadores radiactivos unidos acompuestos con inter és biológico (tales como drogas o f ármse unen a los receptores de diferentes neurotransmisores)anillos de detectores situados alrededor de la cabeza del pregistran la sincronización y posición de las partículas gamemitidas por los isótopos radioactivos que atraviesan el cerPET se puede utilizar para la realización de mapas de camflujo cerebral sanguíneo (CBF). Este tipo de medidas han plocalizar donde residen las funciones sensoriales, motoras cognitivas en el cerebro humano. Sin embargo, el PET tiendesventajas, la mayor de ellas es que requiere la inyeccióntrazadores radioactivos. Lo que significa que mucha gente someterse a un PET scann, por ejemplo, niños y mujeresembarazadas. En el mismo sentido, el número de medidasdurante el scann son limitadas.

Una técnica diferente que se ha desarrollado y no es invassubstancias radioactivas es la llamada Proyección de ImagResonancia Magnética (MRI).

Izquierda: Parte de los beneficios ingresados por EMI con la venta de los discos de los “Vétales” ayudaron a pagar el

desarrollo de los primeros scanners cerebrales. Estos y otros equipos desarrollados posteriormente han permitido a losneurocientí ficas mirar el cerebro de una forma diferente.Derecha: Un scanner MRI moderno. El paciente yace en una mesa que se mueve dentro del anillo de imanes para realizar

Visualizandodel Cerebro




Esto permite que cualquier persona, independientemenedad pueda someterse a un scann. La MRI permite obtimágenes muy detalladas de la estructura cerebral, yrecientemente el desarrollo de la proyección de imagende difusión (DTI) ha permitido la obtención de imágenesdetalladas de las fibras de sustancia blanca que conectdistintas regiones cerebrales.

Imágenes de vasos sanguí neos en el cerebro. Los cambiosen el flujo sanguí neo se pueden medir y sirven como í ndicede actividad neuronal.

Con la nueva tecnologí a informática, las imágenesobtenidas por scanners PET y MRI muestran dondeexactamente ocurren los cambios en flujo sangu í neodentro del cerebro.

Probablemente seáis muy buenos substrayendo númerhabéis probado alguna vez a substraer cerebros? No esextrañar, por tanto, que el niño en el dibujo esté confunsubstraer imágenes cerebrales en 2 y 3 dimensiones pafundamental para el análisis de los datos y/o resultadosmayor ía de los estudios por MRI conlleva la medición d

cuando la gente se encuentra realizando determinadas forma controlada. Durante la realización de un scann, loyacen dentro del anillo de imanes y sus respuestascomportamentales a diferentes estímulos son monitorizpueden presentar una gran variedad de estímulos, tantoproyectados en una pantalla para que el individuo los pauditivos por medio de auriculares.

Una de las aplicaciones más excitantes de la tecnologíaes el proporcionar imágenes funcionales del cerebro: es

que se llama Proyección de Imagen Funcional por ResoMagnética (fMRI). Ésta se basa en las diferentes propiemagnéticas existentes entre oxihemoglobina y deoxihemen sangre (por lo cual la señal que se obtiene en FMRI Señal Dependiente del Nivel de Oxigenación Sanguí neCuando la actividad neuronal aumenta se induce un aumovimiento de iones que a su vez activan las bombas irequieren energía, por lo que aparece un aumento delmetabolismo energético y del consumo de oxígeno. Todimplica un aumento de deoxihemoglobina y una disminuseñal magnética. Sin embargo, el aumento en el consuoxígeno va inmediatamente seguido (segundos) por unlocal del flujo cerebral. El aumento del flujo cerebral es el aumento en consumo de oxigeno; por lo tanto, hay u

relativo de oxihemoglobina y de intensidad de la señal. mecanismo exacto de cómo se produce este aumento dsanguíneo no está claro, pero parece ser que las resposerian ciertas señales relacionadas con neurotransmiso

Ponerlo en marcha




También se pueden examinar otros fenómenos tales como lapercepción, el aprendizaje, los recuerdos, el pensamiento e inclusola planificación. A menudo, se designan dos tareas teniendo querealizarse una justo después de la otra. La idea es que la primeratarea es la que implica el proceso en que el investigador estáinteresado mientras que la otra no deber ía. La sucesión deimágenes que se obtienen se substraen la una de las otras paraobtener una imagen en 2 dimensiones, con los cambios que estánespecíficamente asociados con el proceso cerebral realizado. Estasimágenes son acumuladas y apiladas por el ordenador para crear

una substracción efectiva y proporcionar una imagen en 3dimensiones (ver el dibujo de la página anterior). Los recientesavances y descubrimientos hacen que incluso breves pensamientoso cortos procesos cerebrales (tan cortos como uno o dos segundos)puedan ser analizados. Esto es lo que se conoce como MRIasociado a un proceso. Para determinar si los cambios en unaseñal son reales y estadísticamente significativos durante larealización de una tarea se utilizan sofisticados métodos de análisisde datos. Un sistema de análisis que ha permitido estandarizar elprocesado de los datos obtenidos de las imágenes es el llamadoMapeo parametrito estadístico (SPM). Los mapas SPMnormalmente son en color, en donde el amarillo intenso se usa paralas áreas de mayor actividad (“calientes”) mientras que el azul ynegro indican áreas de menor actividad (“fr ías”).

Los científicos que trabajan con las técnicas de imagen hablan deáreas que se “encienden” cuando ciertas actividades se llevan acabo. Si una persona mira constantemente como cambia el patr ónde un tablero de damas, la activación se observar áfundamentalmente en la corteza visual primaria. La utilización depatrones en movimiento o distintas combinaciones de colores asícomo otros estímulos inteligentemente diseñados para activar lasdiferentes áreas de la corteza visual nos ha dado muchísimainformación sobre la organización del sistema visual. Estudiossimilares se han llevado a cabo para el estudio de otros sistemassensoriales. Esta forma de pensar localizada también ha ayudado aidentificar las regiones del cerebro implicadas en los distintoscomponentes de la lectura, tales como transformar las palabras quevisualizamos en el código fonológico, como agrupamos los fonemaspara obtener la palabra completa, el proceso de comprender elsignificado de las palabras y demás. También se han estudiado lastareas de aprendizaje, así como las zonas implicadas en lapercepción y anticipación del dolor.

Sin embargo a la vez que la investigación ha ido avanzando,también han aparecido algunas sorpresas Un ejemplo muy

No obstante, nuevos paradigmas experimentales, incluyendrealidad virtual, están actualmente revelando su actividad dlos procesos de memoria junto con otras, tales como la cortprefrontal y el precuneous. Junto con los nuevos descubrimneurofisiológicos y otras técnicas de proyección de imagen,variedad de regiones cerebrales implicadas en la memoria nllevado a re-evaluar nuestra comprensión de los sistemas dmemoria del cerebro. También se están desarrollando nuevtécnicas matemáticas para poder observar y comprender coactividad neuronal de diferentes regiones cerebrales interacse correlacionan durante tareas complejas, es lo que se llamconectividad eficaz. Esta medida nos permite ver como las ádel cerero trabajan como un equipo y no son sólo un punto

funcional aislado. La esperanza radica en que estas nuevastécnicas, con imanes de alta fuerza de campo dándonos immucho más precisas, nos revelen la dinámica de las redes dneuronas que se comunican entre ellas en el control de lapercepción, el pensamiento y la acción.

a persona del scanner ha sido expuesta a distintasimágenes. Todas ellas van a “iluminar” o activar lasáreas primarias de la corteza visual. El uso inteligente delas técnicas de substracción ha revelado que elprocesado del color (izquierda) se lleva a cabo en el áreaV4, mientras que el procesado del movimiento (puntosaleatorios moviéndose en una pantalla, derecha) activa elárea V5.

La activación del área V5 refleja la percepción de movimiLas conexiones que llegan a esta área provienen del área Vla corteza y de la región pulvinar (Pul) situada profundamente. La corteza parietal posterior (PPC) controflujo de información. El análisis de la conectividad eficaz pedeterminar la contribución de cada una de estas zonas.


Nikos Logothetis es un joven neurocientífico que está realizandouna gran contribución para comprender la relación que existe enla actividad de las neuronas en el cerebro y las señales que seobservan en los experimentos de proyección de imagen.

Recientes experimentos en los que se han combinado el registreléctrico con FMRI han mostrado una estrecha relación entre laactividad sináptica y la señal BOLD que con la descarga delpotencial de acción. Por lo que parece ser que la señal BOLD esmejor indicador de la actividad sináptica de una región del cerebque la descarga de su potencial de acción. Esto tiene implicaciomuy importantes para la interpretación de la señal BOLD conrespecto a la localización de funciones.

V4 Activa

V1&V2 Activas

V5 Activa




también han aparecido algunas sorpresas Un ejemplo muy

Redes Neuronales yCerebros Artificiales

Construyendo circuitoscerebrales de silicio

El verdadero cerebro es una materia blanda. Sus neuronas, vasossanguí neos y ventrí culos llenos de lí quido están compuestos de lí pidos,proteí nas y una gran parte de agua. Podéis hundir parte del cerebro conun dedo, cortarlo con un micrótomo, insertar electrodos en las neuronasy ver como la sangre circula a través de él. El estudio del cerebro estátotalmente ligado a la biologí a y la medicina. Sin embargo, hay otramanera de pensar sobre él y que ha atraí do la atención de matemáticos,fí sicos, ingenieros e informáticos. Piensan en el cerebro escribiendoecuaciones, creando modelos informáticos e incluso dispositivos dehardware que imitan a las verdaderas neuronas dentro de él.

Los cerebros reales son altamente adaptativos. Son capaces de hacer cosas tales como leer una escritura que nunca han visto y comprender elhabla de personas que desconocen. Y pueden tolerar cosas que nofuncionan o van mal. Funcionan bastante bien a lo largo de la vida,aunque sus células mueran y envejezcan, todavía son capaces deaprender cosas nuevas. Los robots actuales son bastante buenoshaciendo determinadas tareas para las que han sido diseñados, comoconstruir una parte de un coche, pero no funcionan cuando algo va mal.

Todos los cerebros reales están compuestos de redes neuronalesaltamente interconectadas. Sus neuronas necesitan energía y las redesnecesitan espacio. Nuestro cerebro contiene aproximadamente 100billones de células nerviosas, 3,2 millones de kilómetros de fibras“cables”, un millón de billones de conexiones y todo ello agrupado en unvolumen de 1,5 litros, sólo pesa 1,5 Kg. y consume simplemente 10Vatios. Si intentamos construir un cerebro similar con chips de silicio,consumir ía aproximadamente 10 megavatios, suficiente energía aparaabastecer a una ciudad. Parece empeorar las cosas, el calor queproducir ía un cerebro de silicio de tales caracter ísticas le har ía fundirse.El reto está en descubrir como el cerebro es capaz de funcionar taneficientemente y de una forma tan económica e intentar usar principiosparecidos para construir máquinas similares al cerebro.

El coste energético de, transmitir señales, comununa neurona a otra) ha sido probablemente el factorimportante en la evolución del cerebro. Aproximadam50-80% del consumo total de energía por parte del cdebido a la conducción de los potenciales de acciónde las fibras y a la transmisión sináptica. El resto es para la producción y mantenimiento. Esto es igualme

tanto para el cerebro de una abeja como para el nueembargo, cuando comparamos la velocidad de losordenadores actuales, con la velocidad en la transmimpulsos nerviosos es muy lento, sólo unos cuantospor segundo. Esto en el procesador de un ordenadovida imposible. Los cerebros biológicos, sin embargoconstruidos como redes altamente paralelas. La maylas neuronas se encuentran conectadas directamenmuchos miles de otras. Para ello, el cerebro explotavolumen tridimensional en el que puede almacenar tdoblando las capas de células en pliegues y situandconexiones de manera conjunta en paquetes. Por eel establecer conexiones incluso entre un número reneuronas de silicio está limitado por la naturaleza

bidimensional de los chips y circuitos. Por lo que a ddel cerebro, la comunicación directa entre las neurosilicio está muy restringida. Sin embargo, gracias a lposibilidad de explotar la alta velocidad de la electr óconvencional, los impulsos de muchas neuronas de pueden multiplicar, un proceso que llevar ía múltiplesa través del mismo cable. De esta forma, los ingenieinformáticos pueden empezar a emular las conexionredes biológicas.Para reducir energía pero aumentar la velocidad, losingenieros inspirados por las neuronas han adoptadestrategia de utilizar una codificación análoga en vedigital. Carver Mead, uno de los gur ús de Silicon VaCalifornia, acunó la expresión de “Ingenier ía Neurom

para describir la traducción de neurobiología en tecnvez de codificar digitalmente en 0s y 1s, los circuitocodifican en continuos cambios de voltaje, como hacneuronas durante su estado de sub-umbral (ver CapLos cálculos pueden, por tanto, realizarse en menosque se puede explotar mejor la f ísica básica de los dde silicio. La computación análoga a las bases del csuma, substracción, exponenciales e integración, tocomplicados procesos en máquinas digitales. Cuandneuronas, ya sean biológicas o de silicio, computan decisiones que transmiten impulsos por los axones pcomunicar la respuesta a las neuronas diana. Comocodificación por picos tiene un gran coste energéticocodificación eficaz maximiza la información represenun patr ón de picos mediante la reducción y es lo quredundancia. La eficiencia energética también se auque se utiliza el menor número posible de neuronas

Vuestro cerebro contiene aproximadamente

100,000,000,000 células nerviosas, 3,200,000kilómetros de fibras (cables), con1,000,000,000,000,000 de conexiones y todoello agrupado en un volumen de 1,5 litros, sólopesa 1,5 Kg. y sólo consume la misma energí aeléctrica que una bombilla.




q p

Un retina de silicio

Se ha creado una versión artificial sencilla de una red biológica graciasa la construcción de una retina de silicio que captura la luz que adaptasu respuesta automáticamente en respuesta a los cambios deintensidad luminosa. Está conectada a dos neuronas de silicio, que aligual que las neuronas de la corteza visual tiene la función de extraer la información sobre los ángulos de líneas y límites de contraste de laimagen retiniana.

Las neuronas de este prototipo se llaman neuronas de integración yrespuesta y son muy utilizadas por los ingenieros neuromórficos. Sellaman así porque “suman” los distintos estímulos que reciben,codificados como voltajes, que llegan a sus sinapsis y sólodesencadenan un potencial de acción si el voltaje alcanza un umbraldeterminado. Las neuronas de silicio están construidas a base detransistores, pero en vez de usar los transistores como interruptores einducir una saturación de voltajes, como ocurre en los sistemasdigitales convencionales, los transistores operan dentro de su gama desubumbrales. Dentro de esta gama se comportan como la membranade las neuronas reales. Transistores adicionales pueden proporcionar conductancias activas emulando las corrientes dependientes de voltaje

y tiempo producidas por los canales iónicos reales. Este pequeñosistema es sólo un prototipo para sistemas visuales mucho máscomplejos que se están desarrollando actualmente, no obstante,permite ilustrar como un estímulo real que puede estar contaminadopor otras señales puede ser procesado para crear una respuestasencilla. Es capaz de realizar la tarea para la que ha sido diseñado,como la orientación de una línea dentro de una escena y losneurocientíficos están utilizando este sistema visual de sílice paraprobar equipos y enseñar a estudiantes. Lo más importante de lasredes artificiales es que son capaces de funcionar en el mundo real, entiempo real y utilizan poca energía.

Redes neuronales artificiales

Las redes neuronales artificiales (RNAs) se utilizan a mpara el estudio del aprendizaje y la memoria. Normalmencomo un software en un ordenador digital convencional y

en un pequeño número de unidades de procesamiento qaltamente interconectadas dentro de una red. La forma mde RNA es un asociador de “feedforward”, que tiene distcapas de impulsos y de respuestas interconectadas. Unaasociativa se codifica modificando la fuerza de las conexiestablecidas entre las distintas capas de forma que, cuandeterminado de impulso se presenta, el patr ón asociadoalmacenado con dicho tipo de estímulo se encuentra de finmediata (ver la ventan del puzzle matemático en la siguhoja). Una RNA más compleja es la red neuronal recurrenconsiste en una capa simple en donde cada unidad estáinterconectada y todas las unidades funcionan como estírespuesta. Parece extraño pero este tipo de diseño permalmacenar patrones y no sólo pares de elementos. La

descodificación de este tipo de red autoasociativa se congracias a la búsqueda recurrente de un patr ón almacenademostrado que para una red de 1000 unidades, se puedencontrar aproximadamente 150 patrones antes de que loque aparezcan en su búsqueda sean demasiado grandesLa similitud entre la RNA y el cerebro se encuentra en la que almacenan y procesan la información. El conocimienprocesan se haya dentro de la misma red. No tiene una useparada de la memoria tal y como ocurre en los ordenaddigitales, en los cuales el procesador aritmético y la memseparados. En vez de esto, tienen un almacenaje de contdirigido. En una RNA la información se encuentra almacefuerza de las conexiones, de la misma forma que las sinacambien su fuerza y/o intensidad durante el aprendizaje.

neuronales no están programadas para realizar un proceespecífico. Cada “neurona”, dentro de ella es “muda” y siresponde con respecto a la suma de la intensidad de los No obstante pueden ser entrenadas para ser inteligentesreglas de aprendizaje que se utilizan para entrenar a las modifican la intensidad de las conexiones establecidas enneuronas, una de las más comunes es la que toma la resla red a un impulso determinado y lo compara con el patr deseado. Cualquier error en la comparación se utiliza parla intensidad de las conexiones de forma que se pueda crespuesta deseada. De esta forma la red cada vez reducmínimo. Esto parece funcionar, pero lentamente.Los errores son muy importantes. El aprendizaje es impored no puede cometer errores. Esto es un aspecto del ap

que puede ser pasado por alto. Las redes excesivamenteentrenadas que no cometen errores acabaran respondienun tipo de estímulos. Estas redes se llaman de forma me“sabias” en referencia directa a las míticas “células sabiacerebro humano que pueden responder pero nunca puecometer un error. Esto no es muy útil en aplicaciones reacualquier cosa que quisiéramos aprender requerir ía una rseparada. Por el contrario, algo que es muy útil en las RNcapacidad de generalizar sus respuestas frente a patroneestímulos para los que nunca han sido entrenadas. Son de detectar relaciones, asociaciones y descubrir irregularlos patrones. Pero también se estropean y alteran como lcerebros reales. No obstante, pueden ser capaces de enpatr ón almacenado aunque el patr ón de estímulo esté co

o sea incompleto. Estas son propiedades extremadamenimportantes de los cerebros biológicos que las RNAs puetambién.

La lente de una cámara está situada delante de la retinade silicio.

Circuito+Lente

Conector BNC

Control deVolumen

Altavoz interno

Selector de Salida

ConexiónAltavozExterno




La paradoja de la tecnologí ainformática moderna

La paradoja de las RNAs es que son simulaciones matemáticasen ordenadores. Esto hace que su utilización en situacionesreales sea mucho más limitada, ya que la simulación llevatiempo por lo que las RNAs no pueden funcionar en tiempo real.Las RNAs pueden funcionar bien para conducir un coche o

controlar un avión en vuelo ya que son extremadamenterobustas frente a las contaminaciones de la señal y/o impulso ypueden seguir funcionando a pesar de que alguna de lasunidades de la red deje de funcionar. Sin embargo, los sistemasexpertos que se usan generalmente en los pilotos automáticosson ordenadores digitales programados con softwaredeterminístico convencional que por seguridad siemprerequieren de un sistema de “backup”. Si las cosas se complicanterriblemente y el sistema no puede funcionar, entonces el pilotodebe hacerse cargo de la situación. Los algoritmos actuales deentrenamiento para las RNAs son muy lentos para este tipo desituaciones de emergencia. Si las neuronas de silicio pudieranaprender, lo que actualmente no pueden hacer, muchos deestos problemas se podr ían evitar. A la vez que seguimos

comprendiendo como funciona el cerebro, seremos capaces deconstruir redes neuronales más sofisticadas que nos permitir íanun funcionamiento real similar al del cerebro.

NOMAD es un prototipo del tipo de máquinas pensantes quese producirán en un futuro próximo. Mide dos metros y tieneforma de cilindro presentando ojos, oídos y brazos que lepermiten coger cosas y otros tipos de sensores que lepermiten desplazarse. Lo que hace que NOMAD sea diferentedel resto de robots es que puede funcionar sin reglas oinstrucciones codificadas. En su lugar, tiene un cerebrosimulado por ordenador con 10.000 neuronas artificiales ymás de un millón de conexiones a través de las cuales escapaz de percibir sensaciones y reaccionar con respecto almedio que lo rodea. Puede adaptarse a situacionesnovedosas y aprender de sus errores a la vez que se mueve através de un área llena de cubos pintados con distintospatrones. Algunos cubos tiene bandas pintadas y son

conductores de electricidad lo que les hace “apetecibles”.Otros cubos tienen puntos pero no conducen la electricidadtan bien, lo que les hace menos apetecibles. Mirando a loscubos y saboreándolos con sus sensores eléctricos en los

El puzzle matemático

Una memoria distribuida de contenidodirigido

Imaginaros un grupo de cables situados horizontalmente

cruzándose con 4 cables situados verticalmente, con interruptores ensus puntos de intersección (panel A). Esta matriz es una memoria. Lainformación le es presentada en forma de números binarios, talescomo 0011 y 1010, y lo organizamos de manera que los interruptoresse conectan siempre y cuando un 1 se encuentre con otro 1 (panel Ben azul). Se almacenan las parejas de estos dos números. La matrizpuede almacenar otros números a parte de los primeros pares, talescomo 10101 y 0110. El estado final de la matriz deber í a tener 7interruptores conectados tal y como se muestra en C. Si ahora semuestra de nuevo el primer numero, 0011, a la situación final de lamatriz y lo organizamos de manera que la corriente pase por loscables verticales siempre y cuando los interruptores esténconectados (D), entonces terminareis con la corriente saliendo por laparte inferior y proporcional al número 2120. Éste no es el númerocon el que 0011 estaba emparejado al principio. Pero si dividí s 2120por el número total de unos utilizados como la pista de memoria(0+0+1+1 lo que iguala 2) utilizando la división del número entero (etipo donde os olvidáis del resto), acabáis obteniendo 1010 por lo quela matriz ha recordado que 0011 va junto con 1010 a pesar de queotro mensaje se haya almacenado encima del primero. Todo esto lopodéis verificar también con el segundo par de números también.

Este es el tipo de memoria que pensamos que tiene elcerebro. No almacena la información en lugaresespecí ficos, como en un PC. La información sedistribuye a través de la red almacenada en forma decambios en la intensidad sináptica y, por lo tanto, sepuede encontrar con respecto a su contenido. Uno delos problemas es que este tipo de memoria se saturarápidamente, especialmente cuando sólo hay cuatrocables. Sin embargo, con 1.000 pares de cables, una

matriz podrí a almacenar muchos pares de mensajes sindemasiadas interferencias.

División del número entero por 2




Cuando las cosasvan mal

El cerebro es un órgano muy delicado. Ciertos accidentes puedenproducir lesiones cerebrales y el cerebro puede enfermar y dejar defuncionar de manera normal. Las enfermedades cerebrales puedenproducir una gran variedad de sí ntomas y el comprenderlos puedeser difí cil. La determinación de las alteraciones cerebrales requierelas dotes clí nicas de un neurólogo o psiquiatra, así como unasofisticada gama de pruebas biomédicas y técnicas de proyección deimagen. La investigación sobre las alteraciones cerebrales requiereincluso de una mayor variedad de especializaciones. Algunasalteraciones tales como la epilepsia y la depresión son bastantecomunes, incluso en niños y adolescentes. Otras son menoshabituales, tales como la esquizofrenia, o sólo habituales con la

edad, como la enfermedad de Alzheimer, pero no menosimportantes y/o dañinas. Algunas de ellas tienen un grancomponente genético, lo que nos lleva a considerar la posibilidad depoder presentar mutaciones relevantes que nos puedan predisponera tal tipo de enfermedades.

Señales desorganizadas: Epilepsia

Durante una convulsión (ajuste epiléptico), la persona pierde laconciencia y puede incluso caer al suelo, ponerse r ígido y temblar.

Cuando vuelve en si, se puede dar cuenta de que se ha mordido oincluso mojado. Después de estos episodios pueden estar confusos osomnolientos. Hay muchos niños afectados por esta condición, peropuede ocurrir que con la edad se reduzcan los ataques. No obstantey desgraciadamente, para alguno de ellos estos episodios puedenaparecer una vez a la semana o incluso una vez al día.Así, ¿qué es lo que va mal? Durante las convulsiones hay unaumento en la descarga de potenciales de acción seguidos de unperiodo de excitabilidad reducida. Este proceso cíclico es moduladopor el neurotransmisor modulatorio (GABA) y el excitatorio(glutamato). Cuando la reducción de la excitación es incompleta, lasconvulsiones pueden ser desencadenadas por la activaciónincontrolada de las neuronas vecinas. Esta activación puede ser localizada (causando una convulsión parcial) o puede extenderse a lo

largo de la corteza (convulsión generalizada). Durante unaconvulsión generalizada, el ritmo alfa normal delelectroencefalograma (EEG) es sustituido por ondas largas, lentas ysincronizadas de la actividad eléctrica en ambos hemisferioscerebrales.Las convulsiones aisladas son bastante comunes, pero convulsionesrecurrentes, epilepsia, es menos frecuente y mucho másproblemática. Sus causas inmediatas se desconocen. En gente conepilepsia, los ataques se pueden producir por cansancio, saltarse lascomidas, bajos niveles de azúcar, alcohol o incluso imágenesinestables de la televisión. Todas las personas afectadas deben tener cuidado.

El fondo de pagina muestra un EEG durante un episodioepiléptico

La investigación neurocientífica ha hecho dos contribuextremadamente importantes para mejorar la vida de personas con epilepsia. Primero, gracias a nuestra macomprensión de la transmisión excitatoria, ahora podediseñar f ármacos que reduzcan la actividad anormal dconvulsiones. Los antiguos f ármacos solían funcionarsedativos, mientras que los de nueva generación son más selectivos. Segundo, las mejoras en las técnicas proyección de imagen significan que para alguna genconvulsiones severas, es posible el origen de éstas dprecisa. Por lo que algunas veces, los neurocirujanosextirpar la zona del cerebro dañada reduciendo la pre

frecuencia de convulsiones, así como el que se extienlargo de las zonas del cerebro no afectadas. El tratamquir úrgico de la epilepsia es dr ástico, sin embargo susresultados son a veces remarcables.

Dolor de cabeza y migraña

La mayor ía de la gente tiene dolores de cabezamomento. Normalmente, se origina por tensión muses nada serio de lo que preocuparse. Ocasiespecialmente si el dolor de cabeza aparece r ápidestá asociado con una irritación de la piel o con vómhaber causas más serias. En este tipo de situacionesproviene del mismo cerebro, sino de la irritación o dislas meninges.

Una causa más frecuentede cabeza es la migraña. Acabeza dolorida (a veces lado de la cabeza), la gentmal (vómitos) y encuentramuy brillantes y los ruidmuy dañinos. Y sufren llama áurea de migraña quen luces destellantes dentadas. Este áurea noprecede al dolor de cabeza

Ahora parece que la migraen el área del cerebro qulas sensaciones provenientes de lossanguíneos.

La proyección de imágenes cerebrales revela el aumactividad en estas regiones al principio de la migrarespuesta, hay un breve aumento en el flujo local deque induce los síntomas de luces destellantesinmediatamente por una disminución del flujo (lo que

en debilidad temporal).

En la última década ha habido una revolución en el




epiléptico d l t d i ñ i i d l

Se ha descubierto una nueva clase de f ármacos que activaespecíficamente un subgrupo de receptores de serotonina. Estosf ármacos – los triptanos - son altamente efectivos bloqueando losdolores de cabeza debidos a migraña desde el principio.

No hay suficiente combustible –infarto cerebral

Cuando la gente desarrolla de forma repentina una debilidad enuno de los lados del cuerpo, esto se debe normalmente a lapresencia de un infarto cerebral que afecta al lado contrario delcerebro. También pueden ser afectados el equilibrio, lassensaciones, lenguaje y el habla. Algunas veces, estas alteracionesevolucionan y mejoran con el tiempo, incluso hasta el punto dellegar a ser pr ácticamente normales, no obstante el infarto cerebralsigue siendo una causa común de incapacidad e incluso muerte.Los infartos pueden aparecer de distintas formas y por diferentescausas y sus consecuencias dependen en gran medida de la zonadel cerebro afectada.

Lo que en estos casos va mal es el abastecimiento de energí a queel cerebro precisa para poder funcionar. Las neuronas y las célulasgliales precisan combustible para funcionar. Este combustible essuministrado a través de las cuatro grande arterias que irrigan elcerebro. Los combustibles más importantes son el oxígeno y loscarbohidratos en forma de glucosa; conjuntamente, estos proveenal cerebro de los materiales básicos para producir ATP, la forma deenergía que usan las células. Esta energía (ver Capítulos 2 y 3) esnecesaria para crear el flujo de iones que se precisa para crear laactividad eléctrica de las neuronas. Dos tercios de la energíautilizada por la neurona va dirigida al funcionamiento de una enzimallamada ATPasa de Sodio/Potasio, la que se ocupa de recargar losgradientes iónicos de sodio y potasio después de que se hayaproducido el potencial de acción.

En lo que se conoce como ataque isquemico transitorioflujo sanguíneo en parte del cerebro falla y se suprime ede ATP. Las neuronas no pueden recargar sus gradientpor lo que ya no pueden conducir potenciales de acciónejemplo, se interrumpiera el flujo sanguíneo que irriga lamotora del hemisferio izquierdo, el brazo y la pierna derparalizar ían. Si esta obstrucción se elimina r ápidamentelas neuronas podr ían producir nuevamente ATP, recargmembranas y funcionar normalmente de nuevo. Afortun

el daño producido en AIT no es permanente.

Un infarto es algo mucho más serio. Si el flujo sanguíneinterrumpe durante largo tiempo, entonces se pueden pdaños irreparables. En ausencia de ATP las células no mantener su homeostasis, con lo que se pueden hinchaexplotar. Las neuronas también pueden despolarizarse neurotransmisores que en exceso pueden ser potenciatóxicos tales como el glutamato. Las células gliales, quecondiciones normales eliminan el exceso de glutamatouna bomba dependiente de ATP, también dejan de funcausencia de energía, la vida de las células nerviosas esextremadamente precaria.

Gracias al estudio cuidadoso de los fenómenos que acodurante un infarto, los neurocientíficos han sido capacedesarrollar nuevos tratamientos. La mayor ía de los infardeben a la formación de coágulos de sangre que bloquvasos sanguíneos y el tratamiento con un anticoagulanactivador plasminógeno del tejido (APT) pude destruir erestaurar el flujo normal. Si se administra r ápidamente epuede tener un efecto remarcable. Desgraciadamente, suministrar este f ármaco r ápidamente a una persona suinfarto no es f ácil ya que las personas que se encuentralado no saben que es lo que está aconteciendo exactam

Otro tipo de nuevo tratamiento es la utilización de f árma

bloquean los neurotransmisores, incluso el glutamato qacumula a niveles tóxicos. Estos f ármacos pueden bloqreceptores de glutamato o bien las señales intracelularedesencadenadas por glutamato. Muchos de estos f ármencuentran aun en fase de desarrollo. Desgraciadamenahora, ninguna de ellas ha tenido una gran repercusióntratamiento de los infartos.

Enfermedades genéticasLos médicos han sido capaces de reconocer y diagnostdurante mucho tiempo las enfermedades cerebrales idelas regiones afectadas. En muchas enfermedades, su nes más que la descripción de lo que está alterado y la p

cerebro afectada, utilizando a menudo expresiones en lgriego, como por ejemplo la “apraxia parietal”. Afortunadla explosión del conocimiento genético en los últimos dicambiado las cosas radicalmente. En el caso de muchaenfermedades heridatarias, el problema radica en otras

Algunas personas heredan problemas con el control finmovimiento lo que les hace ser extremadamente inestasus pies con el paso de los años. Esta enfermedad se l“ataxia espinocerebelar ”, un nombre que refleja la histonomenclatura clásica de las enfermedades. Ahora conodefectos genéticos que la causan. De hecho, muchasenfermedades se pueden clasificar con respecto a su ca

diagnostico genético se ha convertido en una rutina hablos pacientes que se cree pueden presentar ataxiaespinocerebelar o cualquier otra condición genética. El

ñ

Hemisferioderecho

Sección a traves delHemisferio izquierdo

Zona del infarto

“Penumbra”de célulasdañadas porel infarto

Arterias abastaciendoel cerebroédula espinal

Cerebelo




á áñ

La enfermedad de Hungtinton es una enfermedad neurodegenerativaasociada con movimientos involuntarios anormales del cuerpo,llamada así en honor al médico que la describió por primera vez. Sedebe a la repetición de una mutación en uno de los genes másgrandes del genoma humano llamado hungtintin. Alguna de lasformas tempranas de la enfermedad de Parkinson (una enfermedadque causa lentitud, rigidez, temblores e inestabilidad) se debe aproblemas que codifican la parkina. A la vez que ayudan con eldiagnóstico, los tests genéticos se pueden utilizar para prevenir a losmiembros de las familias de los posibles riesgos que pueden tener depadecer la enfermedad o incluso transmitírsela a sus hijos.

Sin embargo, la revolución genética ha cambiado la forma en la que

los doctores se enfrentan con las enfermedades del sistema nerviosoy es sólo el principio de un largo viaje. A veces la misma alteracióngenética puede causar distintas enfermedades en diferentespersonas y a veces distintos genes pueden causar enfermedadesmuy parecidas. El comprender que es lo que define estas diferenciasy cómo nuestra dotación genética interacciona con el mundo en elque vivimos y lo que nos rodea, es uno de los mayores retos de laera genomita en la que vivimos.

Árbol genealógico de una familia mostrando lasgeneraciones de una familia sufriendo problemas deaprendizaje y esquizofrenia. Fijaros en como estasalteraciones pueden algunas veces saltarsegeneraciones

Problemas de Aprendiza

Esquizofrenia

Debate

Si descubrieras que tienes riesgo de desarrollar y depadecer una enfermedad genética, ¿te gustarí asaberlo con certeza? ¿Crees que estarí a bien

identificar el gen antes del nacimiento y en caso depoder desarrollar la enfermedad inducir un aborto?¿Y que pasa con todos los años felices y

Jacqueline du Pré.Una música muyfamosa que padeciesclerosis múltiple.

Inflamación-Esclerosis Múltiple

La esclerosis múltiple está causada por una inflamacidel sistema nervioso que posteriormente se estabilizasistema inmune está diseñado para luchar con infeccicausadas por virus o bacterias. A veces puede equivoempezar a atacar algunos de nuestros propios órganomoléculas. A este tipo de alteraciones las llamamosenfermedades autoinmunes y pueden afectar a pr áctitodos los tejidos. Si el sistema inmune ataca a la mielienvuelve los axones de las neuronas, entonces se crede inflamación local que origina un demielinización. Ctiempo, la inflamación normalmente se estabiliza, la mrepara y las cosas vuelven a su estado normal. No sees lo que desencadena la inflamación en un primer lugmucha gente con demielinización sólo sufre uno de esepisodios. Sin embargo, algunas personas parecen tetendencia a desarrollar episodios recurrentes en distindel cerebro.

Como no sabemos que es exactamente lo que originainflamación en la esclerosis múltiple, no podemos detecompletamente. Sin embargo, si sabemos que los atapueden reducir gracias a la administración de esteroiddeprimen el sistema inmune. En el caso de algunos pcon severa esclerosis múltiple, algunos médicos creen

deprimir ciertos componentes del sistema inmune contales como azatiofrina o b-interferón puede ser benefiAunque todavía existen ciertas dudas con respecto a

La esclerosis múltiple es una enfermedad que aparecadultos jóvenes. Se caracteriza por episodios repetitivdebilidad, entumecimiento, visión doble, pobre equilibduran durante varias semanas antes de la recuperació

aparentemente a un estado normal. El ciclo existente periodos de la enfermedad (presencia de síntomas) y remisión es una de las caracter ísticas de la enfermeda

El sistema inmune también puede atacar a las unconectan los nervios con los músculos, causenfermedad llamada “myasthenia gravis”, o bien a nervios al nivel de su salida de la médula espinal, cque se conoce como sí ndrome de Guillian Barré.




¿

Neurodegeneración-Enfermedadde Alzheimer

Es nuestro cerebro lo que hace de nosotros lo que somos: cómoreaccionamos ante diferentes situaciones, de quién nos enamoramos,qué tememos y qué recordamos. Este aspecto fundamental de lanaturaleza humana queda al desnudo cuando nuestro cerebro padeceuna alteración progresiva conocida como enfermedad de Alzheimer. Laenfermedad de Alzheimer es un tipo de demencia, una pérdida

generalizada de facultades que afecta aproximadamente al 5% de laspersonas con 65 años y al 25% de las personas con 85 o más años.Es una enfermedad devastadora: normalmente empieza con fallos enla memoria y va avanzando hasta producir una pérdida total de suscapacidades como persona llegando a causar finalmente la muerte. Elver a las personas que queremos de esta forma es una experienciaterrible para los familiares. Al final las personas que la padecen sonincapaces de reconocer a sus más íntimos allegados y requierenayuda para sus actividades diarias tales como vestirse, comer, bañarsee ir al servicio. Por lo que la vida de las personas que se ocupan deellos también cambia de una forma dramática.

“Actualmente papá no sabe quien soy. Parece que ya

no es capaz de reconocerme. Se enfada y se asustapor cualquier cosa. No creo que sea capaz decomprender lo que pasa a su alrededor. Al principioparecía olvidarse de las cosas, siempre perdiendo algo.Luego empeoró. No se iba a la cama, no parecía darsecuenta de la hora que era ni de donde estaba. Ahora yano puede controlar sus intestinos y necesita ayuda paracomer y vestirse. ¡Ya no puedo más!”

¿Qué es lo que va mal? A la vez que la enfermedad de Alzheimer progresa, las células se van muriendo, la corteza se reduce y losventr ículos (los espacios del cerebro llenos de líquidos) aumentan. Eldiagnóstico se realiza fundamentalmente por medio decaracter ísticas y signos clínicos, pero desgraciadamente no puedeser confirmado definitivamente hasta que se realiza un análisis post-mortem una vez que a nivel microscópico se puede establecer lapérdida celular así como la acumulación anormal de una proteínaamiloide dispersa en forma de placas amiloides degenerativas y deovillos enredados con otras proteínas que son constituyentesnormales de las células nerviosas, ovillos fibrilares. Los proyectos deinvestigación actuales están intentando mejorar el diagnósticotemprano durante la vida del paciente con nuevas técnicasneurofisiológicas centradas en distinguir los cambios mentales en lasetapas tempranas de la enfermedad de Alzheimer compar ándolascon las que aparecen en otras alteraciones, tales como la depresión.

Una tinción de unamuestra del cerebromostrando las placasamiloides (en elrectángulo) y los ovillosteñidos en negro (flechas).

De nuevo la genética ha proporcionado un apoyo para empezar acomprender mejor esta enfermedad, indicando ciertas mutaciones engenes determinados que codifican para la proteí na precursora deamiloide (de la que se forma la proteína amiloide) y las presenilinas(que codifican para las enzimas encargadas de fragmentar elprecursor). El heredar una variación determinada del gen de laapolipoproteina E (apoE) designado apoE-4 constituye un factor de

alto riesgo para la enfermedad. Sin embargo, los factores genéticosno proporcionan la historia completa: ciertos factores ambientales,tales como toxinas y otras alteraciones como las lesiones producidas

suficientemente importantes como para haber desarrollamodelos animales que muestran las caracter ísticas de lenfermedad. La investigación en estos modelos debe sinterpretada cuidadosamente y no sobre-interpretarse, anos puede proporcionar gran información sobre la bioloproceso degenerativo.

Todavía no existen tratamientos que impidan la progresenfermedad de Alzheimer, aunque son altamente deseapor lo que la investigación en modelos animales esextremadamente importante. Se sabe que las células qel neurotransmisor llamado acetilcolina son especialmevulnerables en esta enfermedad. Los f ármacos que actpermiten el funcionamiento de la acetilcolina restante,bloqueando la enzima encargada de su destrucción tienefecto relativo tanto en humanos como en modelos animrelacionar las pistas genéticas, que nos ayudan a comprelaciones entre la química cerebral y la función psicolócon la comprensión de los mecanismos por los cuales lase dañan y destruyen parece ser el único paso adelantepoder paliar esta enfermedad.

DepresiónPuede parecer sorprendente el darse cuenta que la depneurodegeneración pueden estar asociadas, pero sapacientes seriamente depresivos pueden perdenerviosas.

La depresión enfermedad muy dilos momentos en encontramos anímicade vez en cuando. Norefiriendo a una médica muy seria enbajo estado anímsemanas e inclusCuando esto ocurre lparece apoderarse de

Vincent Van Gogh, el pintor

impresionista, sufriódepresión profunda.

hasta el extremo en el que las personas que la padecmorirse e incluso llegan a intentar el suicidio. Las persopadecen muestran unos síntomas caracter ísticos: altesueño, pérdida de apetito, falta de concentración y pérdida del inter és en la vida. Afortunadamente se pued

. Los antidepresaumentan la acciótransmisores neuromtales como la senoradrenalina r ápidamente (en semla enfermedad. Tespecializados de conversación son taefectivos y una comtratamientos químpsicológicos puede sEsta enfermedad común: 1 de cada 5 padece en algún msus vidas. El estar sedeprimido tiene un ef




desequilibrio en el control de las hormonas del estr és, como elcortisol, que se liberan de forma beneficiosa durante situacionesestresantes (Capitulo 12). Sin embargo, cuando se activancr ónicamente, las hormonas del estr és pueden dañar las célulasnerviosas, fundamentalmente en los lóbulos frontal y temporal delcerebro. Recientemente se ha descubierto que los antidepresivosfomentan la integración de las células nerviosas y aumentan laneurogenesis en el hipocampo. De esta forma podr ían en ciertomodo ser protectores e incluso impedir los efectos tóxicos del

estr és en el cerebro.

Esquizofrenia

Otra alteración psiquiátrica que muestra alteraciones en la químicadel cerebro y en la estructura cerebral es la esquizofrenia . Estaalteración es progresiva y potencialmente muy deshabilitadota queafecta a 1 persona de cada 100. Esta enfermedad aparecefundamentalmente en jóvenes adultos y se dice que destruye másvidas que el cáncer.

Los síntomas principales de la esquizofrenia son las delusiones

(creencia anormales, ideas extrañas de naturaleza persecutoria) yalucinaciones (alteraciones de la percepción en la que las personasque las padecen tienen impresiones sensoriales anormales, talescomo oír voces sin que haya nadie alrededor). A menudo tambiénaparece una disminución progresiva de las capacidades cognitivas,interacción social y capacidad para trabajar.

Esta alteración está muy mal entendida: no tiene nada que ver conla “personalidad dividida” con la cual se confunde muy a menudo; nitampoco las personas que la padecen son violentas. En realidad, lamayor ía de las personas con esquizofrenia son más miedosas quepeligrosas. Claramente existen factores genéticos en el origen de laenfermedad, pero como otras muchas alteraciones también tiene ungran componente ambiental y de estr és. A pesar de ello este tipo

de alteración es fundamentalmente una enfermedad cerebral. Sesabe desde hace mucho tiempo que los ventr ículos aumentan eneste tipo de enfermedad y que la actividad de los lóbulos frontalesse ven alteradas.

“Al principio no sabíamos lo que le pasaba a nuestrahija, Susana. Empezó muy bien en la Universidad yno tuvo ningún problema con los exámenes en elprimer año. Luego empezó a cambiar, se volviómucho más introvertida y dejó de hacer las cosasnormales que hacía en casa. Dejó de ver a susamigos, luego descubrimos que había dejado de ir aclase y que de hecho pasaba todo el día en la cama.

Luego un día nos dijo que había recibido un mensajeespecial de un programa de televisión diciéndola quetenía poderes especiales y que los satélitescontrolaban sus pensamientos por medio de latelepatía. Se reía sin motivo y luego se ponía a llorar.Evidentemente algo iba mal. Dijo que podía oír vocesalrededor de ella que hablaba sobre todas las cosasque hacía. Resulta que estaba padeciendoesquizofrenia.Estaba en el hospital por primera vez en los dosúltimos meses. Ahora toma medicación de maneraregular. Aunque recientemente ha mejorado mucho,ya no tiene ideas raras sobre los satélites, sigue sintener mucho interés en las cosas. Debió dejar sus

estudios y aunque trabajó durante cierto tiempo enuna pequeña tienda local, tuvo que ir al hospital porun par de semanas y perdió su trabajo. Ella ya no es

Los fármacos que bloquean los receptores de dopamina soútiles reduciendo la frecuencia y el impacto de los síntomacuran la enfermedad. Las investigaciones más recientes hamostrado que cuando en las personas con esquizofrenia sadministran experimentalmente drogas tales como las anfepueden detectar anomalías en la liberación de dopamina. Tquedan muchas cosas por descubrir respecto a esta alteraestudios post-mortem sugieren que la forma en las que se conectado las neuronas durante su desarrollo es anómala,

otros neurotransmisores tales como el glutamato, pueden tfuncionar anormalmente.

Nuestros esfuerzos para poder comprender la naturaleza dalteraciones mentales significa la última gran frontera en laneurociencias médicas. Organizaciones tales como en Coninvestigaciones médicas y la fundación Wellcome Trust hansalud mental en su agenda de prioridades para la próxima Un proyecto actual es la relación entre los estudios genéticscanner cerebral con el fin de estudiar anticipadamente esenfermedad en familias de alto riesgo (ver ventana investigfronteriza).


Resultado

Investigadores

Psiquiatras

Médicos General

Pacientes

Familias de altoriesgo

Un estudio anticipado sobre la esquizofren

La mayorí a de los estudios sobre enfermedadesneurológicas y psiquiátricas se realizan en personas qya padecen la enfermedad. Los investigadoresescoceses están utilizando información genética paraestudiar a miembros de familias con alto riesgo dedesarrollar la enfermedad. Los scanner cerebrales y tedetallados de la función mental así como caracterí sticafí sicas se hacen de forma regular para ver si pueden

encontrar marcadores tempranos en el desarrollo de laenfermedad. Este tipo de información puede ser muypara el desarrollo de nuevos tratamientos.




Érase una vez, hace mucho tiempo (tal y como empiezan loscuentos) que existí a una clara distinción entre ciencia y tecnologí a.Los cientí ficos seguí an una senda y corrí an desenfrenadamente enbusca de la verdad, hacia cualquier lugar donde ésta les pudieraconducir y con la única recompensa del placer que les daba el poderencontrarla. Los ingenieros y los tecnólogos aplicaban los frutos delesfuerzo de los cientí ficos para cambiar y/o modificar el mundo en elque vivimos. Sin embargo y a pesar de lo seductora que puedaparecer esta distinción, es y siempre ha sido un cuento de hadas.Hoy en dí a, los cientí ficos están mucho mas informados sobre elcontexto social en el que trabajan, y como ese contexto puedeafectar a sus estudios.

Neuroética

Las cuestiones relacionadas con el impacto de las Neurociencias ennuestra sociedad se encuentran generalmente agrupadas en lo quese conoce como Neuroética, que es la interacción entre lasneurociencias , filosofí a y ética. Entre otros esto incluye como losdescubrimientos realizados sobre el cerebro afectan nuestra formade sentirnos como seres humanos (bases neuronales de lamoralidad). Gira alrededor de las implicaciones de la política social(como el potencial educativo de un niño) y cómo se lleva a cabo lainvestigación (como la ética de la experimentación animal o el uso delengaño en humanos). Y también se ocupa de cómo losneurocientíficos pueden mejorar la forma de comunicar al público ycompartir ideas sobre lo que deber ían hacer.

“PENSAR SOBRE EL CEREBRO ES ALGOQUE TODOS HACEMOS, ES ALGOFASCINANTE”

El contexto social

Aunque algunos neurocientíficos piensan que sus ideas yconceptos están totalmente divorciados de la sociedad, ecierto. En el siglo XVII, Descartes utilizó una metáfora hidpara explicar como los “humores” (líquidos) del cerebro mmúsculos, una metáfora que tomó prestada de una ingenacuática que vio en un castillo Francés. A principios del sreflejando la revolución industrial, los neurofisiólogos deslas complicadas conexiones del cerebro como “un telar e

o más tarde como una “centralita telef ónica gigante”. Ahoprincipios del siglo XXI abundan las metáforas computactales como la imaginativa “la corteza cerebral funciona deforma parecida a una web mundial privada”. Éstos son fosencillas de explicar ideas complejas, pero también concse transforman en teor ías sofisticadas del cerebro.

Los neurocientíficos pueden y de hecho se ponen a problemas científicos de una forma completamente amundo real y diario. A veces esta escapatoria va hacia abstracto y lleno de jerga en el que como si fuera unamonástica se busca la verdad. Ya sea investigando liónicos responsables de la propagación del impulso nervlos mensajeros químicos son liberados y actúan, o comode la corteza visual son capaces de representar los asmundo visual, pero muchos problemas en neurocienciser abordados de una manera aislada pero accesible.

Pero el mundo real nunca está lejos. Una vez que sabemlos transmisores químicos funcionan, es normal el pensarsubstancias inteligentes que nos puedan ayudar a recordAlgunos podr ían pensar incluso en diseñar neurotoxinasnervioso) para altear este proceso cr ítico, tales como inhienzimáticos y que sólo están a un paso de los agentes qutilizan en la guerra química.

Si hubiera alguna sustancia que os permitiera poder aexámenes. ¿La tomar íais? ¿Existe alguna diferencia elos atletas tomando esteroides para mejorar sus mapersonas tomando antidepresivos?

Algunos dilemas éticos más reales que rodean el futtécnicas de proyección de imagen. Por ejemplo, las t

proyección de imagen podr ían permitir, muy pronto y coadecuados, distinguir entre las memorias reales y falspersona.




p

Aunque esto todavía queda un poco lejos, puede que algún díaexistan scanners cerebrales a disposición de los juzgados, unaespecie de huella dactilar del cerebro que pueda permitir comprobar la veracidad de los testigos. Esto pone en juicio temas como el dela privacidad cognitiva.

Los nuevos descubrimientos sobre el cerebro nos están haciendore-evaluar constantemente nuestra percepción de nosotros mismos.Ideas muy importantes sobre la evolución del cerebro incluyenmuchas relacionadas con la cognición social. En la actualidad, está

emergiendo la idea de que moralidad y consciencia estáníntimamente relacionadas con la parte del cerebro emocional quese ocupa de procesar las señales de recompensa y castigo, unaposibilidad que algunos han bautizado como ética evolutiva. Elconocer más detalles sobre todo ello ser ía muy importante paraayudarnos a darnos cuenta y ser más conscientes de lossentimientos de otras personas. El integrar estas ideas en nuestrosactuales conceptos primitivos de plasticidad sináptica, podr ían tener un gran impacto dentro de la educación, más allá de los inmediatosobjetivos académicos que en la actualidad son nuestro único focode inter és.

También es muy importante tener en cuenta que losneurocientíficos no se ponen de acuerdo sobre el futuro de su

disciplina. Para algunos biólogos moleculares, la última verdad sehaya dentro de los constituyentes moleculares del sistema nervioso,con las nuevas técnicas de DNA y proteomics siendo la promesapara dar explicaciones completas del cerebro y que resolver án losproblemas a los que otros neurocientíficos se ven enfrentados. Estaes la agenda reduccionista y cuyo florecimiento filosófico ytecnológico es altamente apreciado por los medios decomunicación. ¿Pero está justificada esta confianza delreduccionismo? ¿O existen otras explicaciones de mayor nivel parael funcionamiento del cerebro y la mente, que no se pueden reducir de esa forma? ¿Existen nuevas propiedades que puedan emerger de la organización del cerebro? Los neurocientí ficosmultidisciplinares creen fervientemente en otra agenda. Tienen unaactitud mas ecléctica hacia las neurociencias modernas,

considerando también su interacción con las ciencias sociales.Estos no son temas que se puedan discutir f ácilmente en un forumpublico, pero las cuestiones sobre que tipo de investigación deber íallevarse a cabo son cosas sobre las que la sociedad deber ía ser consultada. Al fin y al cabo son los impuestos de la gente los quesufragan la investigación.

Neuroética, algunos ejemplos concretos

Algunas de las cuestiones abordadas por la neuroética no son másque sentido común. Imaginaros que el scan cerebral de unapersona voluntaria revela una anormalidad cerebral, como por ejemplo un tumor. O imaginaros que una persona en un despisteneurogenético muestra una mutación que lo hace susceptible de

padecer una enfermedad neurodegenerativa. En cada uno de estoscasos, ¿se les deber ía informar a las personas implicadas? Elsentido común sugiere que la responsabilidad es de la personavoluntaria quien, por adelantado, deber ía haber sido preguntado sidaba o no su consentimiento a revelar cualquier información médicadescubierta en el scan.

Sin embargo, el consentimiento de información es una cuestiónmuy particular. Supongamos que un investigador esté llevando acabo unos ensayos clínicos para un nuevo tratamiento del infartocerebral en el cual tanto el placebo como la sustancia, de unaforma ciega, deben ser administradas durante las primeras horasantes del infarto. Hay razones científicas de peso para realizar elprotocolo de esta manera. Pero no podemos anticipar quien va a

tener un infarto y puede que para la persona que lo padezca seaimposible dar el consentimiento. Si esto evita que el pacienteparticipe en el ensayo, ir ía en su detrimento y el de posteriores

¿Deber íamos olvidarnos del consentimiento e introdcesiones/renuncias para obtener el mejor resultado? ¿ser ía una dirección muy peligrosa?

Otro aspecto extremadamente importante de la neuroétrelacionado con la experimentación animal. Los animaleestán en situación de dar su consentimiento para losexperimentos invasivos que se van a realizar en sus cePara algunas personas, sólo la idea de ese tipo de expeles disturba. Para otros proporciona un avance en nuescomprensión del sistema nervioso en condiciones normdurante la enfermedad, por lo que el no llevarlos a caboilógico. Estas no son cuestiones f áciles de debatir, perohacerlo y de forma respetuosa.

En la mayor ía de los países europeos, los experimanimales están regulados de una forma muy esinvestigadores deben atender cursos y pasar unos exádemuestren su conocimiento de las leyes, su comasegurar que no va a ocurrir ningún sufrimiento inneceel animal. Se acepta de forma general que las tres Rsrefinamiento y reemplazamiento son unos principios qucientíficos biomédicos deben cumplir. Y lo hacen gustode un marco legal y generalmente con la unánime

pública. Muchos hallazgos nuevos en neurocienciaoriginado a partir de técnicas de reemplazamiento, talecultivos celulares y los modelos computacionales. Sinestos no pueden reemplazar todos los estudios “incerebro, de los cuales surgen descubrimientos y tratammúltiples enfermedades neurológicas y psiquiatritas. Pel uso de L-DOPA para tratar la enfermedad de Parkindel trabajo de un Premio Nóbel en el cerebro de ratciertas nuevas técnicas ofrecen nuevas oportunidapersonas enfermas y a los animales enfermos.

Sólo comunicación…

Es una sorprendente verdad el hecho de que en los pacuales los científicos más se comunican con el público donde menos se conf ía en los científicos. Pero la relaigual que la causa y es poco probable que esteresponsable para involucrar al público en la discusión dde la ciencia en la sociedad y el gran sentresponsabilidad para hacerlo, sea la causa de estadesconfianza. Más bien lo que pasa es que la gente intestá volviendo más sofisticada, o mejor dicho másfrente a la aparición de nuevos “f ármacos milagrosos”,conscientes del lento y a veces incierto avance de la intentar reducir la desconfianza no es una razón para ignorancia ciega.

Una razón importante para enganchar a los jóvenes y ainteresada en neurociencias es el hecho de que losneurocientíficos todavía discrepan sobre muchos de losbásicos de su campo. En vez de fijarse sólo en descubaislados, los medios deber ían pensar más bien en la cieun progreso. Un progreso lleno de debate e incertidumb

La Neuroética es un nuevo campo. Una ironía curiosaRichard Feynmand, un f ísico teórico, explicó que la raque se dedicaba a la ciencia era “por el placer de Ir ónica, porque fue Feynmand, quien se lanzó a intentaporqué la aeronave espacial, Challenger, explotó pocde despegar. El impacto de la ciencia en la sociedad ntodos.




p p y y p

Formacióny Carreras

Cuando muchos de los jóvenes estudiantes piensan en unacarrera en Neurociencias, siempre aparecen imágenes degente con batas blancas y laboratorios. Esperamos que estélibre, para mostrar que hay muchos y diferentes aspectos enNeurociencias y que la investigación sobre el cerebro afecta lavida de la gente de muchas maneras. Desde los laboratorios alos hospitales y en otros muchas direcciones existen una granvariedad de oportunidades dentro de este campo.

Cursos universitarios de

NeurocienciasActualmente muchas universidades ofrecen programas ylicenciaturas en neurociencias. A menudo, se elige como unaespecialización después de los primeros anos de estudios endisciplinas tales como biología, fisiología, farmacología ypsicología. Un conocimiento de genética y biología molecular puede ser útil también.

Sin embargo, no se necesita necesariamente realizar estosestudios básicos en ciencias para poder formar parte de estosprogramas. Para encontrar más información sobre losprogramas de neurociencias y sus requisitos podéis consultar las páginas UCAS en Internet. Podéis buscar en ellas, ya sea

por materia o bien por las universidades en las que estáisinteresados.

MedicinaMedicina en Gran Bretaña es una l icenciatura. Muchasuniversidades tienen facultad de medicina y recientemente hahabido una gran expansión en el número de estudiantescursando dichos estudios gracias a la creación de nuevasfacultades. La especialización en áreas tales como neurología,neurocirugía, psiquiatr ía y radiología se obtienen conposteriores años de formación, pero siempre existe laposibilidad de trabajar en laboratorios dedicados a lasneurociencias durante las vacaciones de verano y en los años

sabáticos. La competición para acceder a los cursos demedicina es muy grande, pero también las recompensas quese obtienen con una carrera en medicina.

“El privilegio del trabajo en una universidad es la libertadintelectual. Ningún día es igual. Cada día aprendes algo nuevoy cada día te ves enfrentado a nuevos retos”

Maria Fitzgerald. Profesor en la Universidad de Londres.

“La atracción era, y todavía es, la idea de descubrir, vertegratamente sorprendido por los hallazgos y los pequeñosavances obtenidos gracias a estos resultados”

Richard Ribchester, Neurofisiólogo en la Universidad deEdimburgo.

Rosamund Langston.

Estudiante de Doctorado enNeurociencias en la Universidadde Edimburgo.

Thomas Petty.

Estudiante de Medicinaen la Universidad deEdimburgo.

“Estudié ciencias e Inglés en el instituto yluego fui a estudiar Ciencias Biológicas enEdimburgo. Me especialicé enNeurociencias en mi último año y realmenteencontr é mi nicho. Fui lo suficientementeafortunada como para que me ofrecieran untrabajo como asistente de investigación enel Departamento de NeurocienciasCognitivas en la Universidad de Edimburgo,y esto me ha llevado a la realización de unDoctorado”.

“Desde el colegio siempre había queridoestudiar medicina y solicite la admisión en laUniversidad de Edimburgo por su gran

reputación. Durante el tercer año me dieronla oportunidad de realizar un curso adicionalen Ciencias Biológicas y elegíNeurociencias. Ese año me dio laoportunidad de estudiar la investigaciónbásica que hay detr ás de la medicina, lo queme fue de gran utilidad y además disfrutécon ello”.




Constantemente se están descubriendo y desarrollando nuevosmedicamentos y el cerebro es uno de los órganos diana a los quedirigidos. Las compañías farmacéuticas financian su propia invesla vez que sufragan económicamente a instituciones académicas

cooperan con las universidades ofreciendo posiciones durante peanuales que ayudan al desarrollo y mejora de las técnicas de labodan experiencia. Licenciados de una gran variedad de cursos de biomédicas, incluyendo neurociencias son elementos muy deseacompañías, especialmente si tienen experiencia en laboratorios.

Investigación en Neurociencias

Hay una gran variedad de posibilidades dentro de la investigacióncampo tiene muchas áreas que van desde las técnicas de proyecimagen y estudios comportamentales hasta neurofisiología e invemolecular y genética. Los investigadores de la Universidad siempdispuestos a ayudar a los estudiantes a encontrar áreas que se aellos.

Industria InformáticaLas Neurociencias pueden que no sea la materia elegida en la Uncuando se tiene en mente una carrera en informática o en tecnocomunicación. No obstante y como hemos visto en el libro, hay uninter és en modelos computacionales similares al cerebro y parececreciendo aun más con el desarrollo de la web. También existe uinter és en aplicaciones no médicas de las neurociencias.

Enseñanza Escolar

Las Neurociencias no se enseñan como una asignatura en el coembargo, licenciados con un título en neurociencias pueden ser idpara enseñar Biología y tienen otro tipo de habilidades incluyendo

matemáticas, lo cual puede ser muy valioso para una carrera enenseñanza.

La Industria Farmacéutica

Ciencias y Medios de Comunicación

Ciencias y Arte

Desde periodismo a radio y televisión, una carrera en los medios comunicación es muy competitiva y exigente. Sin embargo, existeoportunidades para incorporarse en el área de la comunicación dciencias. La ciencia avanza constantemente y existe una importanecesidad de informar sobre estos avances, con un propósito taneducacional como de inter és público. El trabajo en la investigacióno es una excepción. Hay un gran inter és social, reconocido por ly los últimos descubrimientos están teniendo un gran impacto socun buen curr ículo científico y comprensión de la investigación, todadquirido en la universidad, es mucho más sencillo el poder comudescubrimientos novedosos y complejos de una manera exacta ytanto a otros científicos como al público en general.

La ciencia y el arte no son mutuamente excluyentes. Un diseño qla imaginación es fundamental en la presentación de la ciencia a audiencia. Los museos, galer ías, medios de comunicación y otrasorganizaciones animan y financian colaboraciones experimentalecientíficos y artistas.




AgradecimientosEstamos en deuda con toda la gente que ha contribuido con la preparación del texto y esquemas incluidos en este libro.Esperamos que la presente lista incluya a todos los contribuyentes y nos disculpamos si hay alguien que ha contribuidoy no aparece en esta lista. Dibujos: Maddelena Miele y Robert Filipkowski. Portada: Peter Brophy, Beverley Clark,Michael Hausser, David Linden, Richard·Ribchester. Interior de la Portada: Peter Somogyi, Elaine Snell, Lisa·Cokayne-Naylor. Capitulo 1 (El Sistema Nervioso): Marina Bentivoglio, Nobel Forum. Capitulo 2 (Neuronas y Potencial de

Acción): Tobias Bonhoeffer, Peter Brophy, Eric Kandel, Nobel Forum. Capitulo 3 (Mensajeros Quí micos): MarianneFillenz. Capitulo 4 (drogas y el Cerebro): Leslie Iversen. Capitulo 5 (Tacto y Dolor): Susan Fleetwood-Walker, HanJiesheng, Donald Price. Capitulo 6(Visióm): Colin Blakemore, Andy Doherty, Bill Newsome, Andrew Parker. Capitulo7(Movimiento): Beverley Clark, Tom Gillingwater, Michael Hausser, Chris Miall, Richard Ribchester, Wolfram Schultz.Capitulo 8 (El Desarrollo del sistema Nervioso): Andrew Lumsden. Capitulo 9 (Dislexia): John Stein. Capitulo 10(Plasticidad): Graham Collingridge, Andrew Doherty; Kathy Sykes. Capitulo 11 (Aprendizaje y Memoria): Ted Berger,Livia de Hoz, Graham Hitch, Eleanor Maguire, Andrew Doherty, Leslie Ungerleider, Fareneh Vargha-Khadem.Capitulo12 (Estr és): Jonathan Seckl. Capitulo 13 (El Sistema Inmune): Nancy Rothwell. Capitulo 14 (Sueño): AnthonyHarmar. Capitulo 15 (Visualizando el cerebro): Mark Bastin, Richard Frackowiak, Nikos Logothetis, Eleanor Maguire,Lindsay Murray, Elisabeth Rounis, Semir Zeki. Capitulo 16 (Redes Neuronales y Cerebros Artificiales): Rodney Douglas,Gerry Edelman, Jeff Krichmar, Kevan Martin. Capitulo 17 (Cuando las Cosas Van Mal): Malcolm Macleod, EveJohnstone, Walter Muir, David Porteous, Ian Reid. Capitulo 18 (Neuroética): Colin Blakemore, Kenneth Boyd, StephenRose, William Saffire. Capitulo 19 (Formación y Carreras) : Yvonne Allen (BNA), Victoria Gill. Interior de laContraportada: Eric Kandel (por la cita de Hipócrates), Richard Morris.

Contraportada: Jennifer Altman, David Concar, Spike Gerrell.

La Asociación Británica de Neurociencias (British Neuroscience Association; BNA) es una asociación sin ánimo delucro registrada con N° 264450.

Lectura adicionalHay muchos libros fascinantes disponibles para continuar leyendo sobre ciencia y neurociencias. Aquí tenéis unapequeña lista de algunos:

V.S. Ramachandran, (Sandra Blakeslee). Phantoms in the Brain: Human Nature and the Architecture of the Fourth Dimension Publications (1999) ISBN: 1857028953Un fascinante relato del dolor fantasma de las extremidades y otras alteraciones relacionadas del sistema n

Oliver Sacks. The Man Who Mistook His Wife for a Hat .Picador (1986) ISBN: 0330294911Un divertido y bien escrito relato de los efectos del daño cerebral en la mente.

Jean-Dominique Bauby. The Diving-bell and the Butterfly.Fourth Estate (2002) ISBN: 0007139845Un relato personal y emotivo sobre las consecuencias de un infarto cerebral.

Richard P. Feynman. Surely You’re Joking, Mr Feynman: Adventures of a Curious Character.(1992) ISBN: 009917331XFísico, un hombre orquesta: Un héroe para los jóvenes científicos.

Nancy Rothwell. Who Wants to Be a Scientist?: Choosing Science as a Career.Smudge (Illustrator) Cambridge University Press (2002) ISBN: 0521520924Consejos prácticos del porqué elegir la ciencia como una carrera.




“ Men ought to kinow that from the brain, and from the brain only,arise our pleasures, joys, laughters and jests,as well as our sorrows, pains, griefs and fears.

Through it, in particular, we think, see,Hear and distinguish the ugly from the beautiful,

The bad from the good,The pleasant from the unpleasant ”

Hippocrates – 5th Century B.C.

言

“Los hombres lo deber

í an saber todo del cerebro y sólo delcerebro, surgen nuestros placeres, alegrí as, risas y bromas,

así como nuestros, dolores, penas y lágrimas. A través deél pensamos, vemos, oí mos y distinguimos lo feo de lo

bonito, lo malo de lo bueno, lo agradable de lodesagradable ”

Hipócrates- Siglo V A.C.

Soporte económico:




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An introduction to IBRO and the CDROM “Neuroscience: Science of the Brain”

IBRO: Who we are and what do we do?

IBRO, The International Brain Research Organization, is aninternational network of neuroscience organizations that promotes andsupports neuroscience training and research around the world. Our

members have a common interest in the brain. Some are academic orindustrial research scientists who are attempting to learn how thebrain works. They also study the changes that occur when thebrain goes wrong in the hope of discovering new cures andtreatments. Other members are doctors and clinical practitionerswho treat patients who suffer from psychiatric illnesses and braindisorders. Many of us are teachers and students.

IBRO is active all around the world. Our members are divided intosix regional groups. Our primary purpose is to support youngpeople who wish to enter careers in brain research or becomeclinicians treating psychiatric disorders. The six world regions are:

• Africa Regional Committee (ARC) • Asia-Pacific Regional Committee (APRC) • Central and Eastern Europe Regional Committee (CEERC) • Latin America Regional Committee (LARC) • US/Canada Regional Committee (NARC) • Western Europe Regional Committee (WERC)

Throughout the world IBRO runs Workshops and Schools, teaching young scientists about the brain(neuroscience) and giving them the opportunity to learn practical skills for research. We provideStudentships and Postdoctoral Fellowships so that aspiring neuroscientists from developingcountries can travel and work in the world’s most prestigious laboratories. We help young people whohave been tutored by world-renowned neuroscientists to return to their home countries and set uplaboratories where they will study the brain disorders that are important to them and their owncommunities. We help these Returning Scientists to develop their careers in their own countries by

giving them access to our equipment exchange program (IBRO-Equip) and knowledge database,IBRO-Edu. We also help young people travel to international conferences where they can presenttheir own research findings for discussion and learn about the most recent advances in their field. Themembers of IBRO hope that these activities will encourage brilliant young people from all over theworld to fulfil their potential as neuroscientists.

This is a very important aspiration. The human brain is a fundamental part of our body as the nervoussystem controls everything that we perceive, think and do. Without a healthy brain, an individualcannot access reliable information about the world, and make appropriate physical and emotionalresponses. The brain remains one of the least understood parts of our body, yet illnesses relating tothe brain affect almost every family. At least one in every four people will suffer a short- or long-termbrain disorder at some point in their lives. Brain disorders affect the way we interact with each otherand the manner in which our communities and families work. Often there is a progressivedeterioration in mental faculties that eventually results in a need for long-term care and prevents the

sufferer from making a social or economic contribution to their families.

Our limited understanding of the brain means that many brain disorders are presently untreatable andoften sufferers are stigmatized. Public Education about the Brain can assist individuals, theirfamilies and communities to cope with brain disorders and access help. By working withschoolchildren, we hope to inspire a few young people to become the future brain scientists we sobadly need.

The CDROM “Neuroscience: Science of the Brain” is part of IBRO’s public education effort. Itcontains a booklet consisting of short articles about aspects of the brain. The British Neuroscience




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Association (BNA) and European Dana Alliance for the Brain (EDAB) originally commissioned thebooklet and the articles are written by leading neuroscientists. IBRO has commissioned thetranslation of this booklet into over 20 languages. We want to enable you to promote better publicunderstanding of the brain. You are welcome to download these files, print and distribute the materialin part or in its entirety to be used as part of any Brain Awareness event. You may also make copiesof this CDROM. You may not use this material for personal gain.

The project to translate material for the purpose of publiceducation was initiated in 2005. As a pilot exercise, the bookletwas translated into Mandarin and Spanish. Volunteer translatorsfor the remaining versions were recruited to the project in 2006.The project has been managed and organized by K. EstherBinns, Chair of IBRO’s Public Education Committee). Estherwould like to express her personal thanks to Duncan Banks of theBNA and Open University, UK for his considerable help andadvice. Without Duncan these translations would not have beenproduced.




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IBRO in your region: the work of theregional committees

Africa Regional Committee (ARC)The ARC is made up of neuroscientists and clinicians who work in Africa. Some of our members alsowork in Europe and America but are of African origin and hold this world region in very high regard.Africa is IBRO’s poorest region. Many citizens still do not receive any formal education, let alone havethe opportunity to attend a university and learn about the brain.

Yet there are many extremely talented young people in Africa. There are also several universities withgood reputations in medical science and biology. When young Africans are given the opportunity tolearn, they exploit this potential to the full. These students are best placed to advance neuroscience inthis region by studying the brain disorders that affect people on this continent.

In the 1970s, IBRO set out to develop neuroscience research and training in Africa. A series of

workshops helped to identify the problems and chart a course of development. This initiative nowcontinues under ARC. One of our major achievements has been the formation of the Society ofNeuroscientists of Africa (SONA), which has organized an international neuroscience meetingbiennially since 1993. The meetings have been held all over Africa: Nairobi, Kenya; Marrakech,Morocco; Cape Town, South Africa, Dakar, Senegal, and Abuja, Nigeria. The meeting provides aforum for African neuroscientists who rarely have the opportunity to attend international neuroscienceconferences to present their work as well as interact with neuroscientists from outside Africa.

Since 2001, ARC has organized IBRO African Neuroscience Schools providing teaching and researchtraining in neuroscience to junior faculty and graduate students. This programme has been highlysuccessful. So far 14 schools have been held and nearly 250 students have participated. Studentshave gone on to obtain PhD in neuroscience in the USA, Canada and Sweden, as well as to visitlaboratories in Italy, Australia and the UK.

ARC also supports regional neuroscience meetings in Africa promoting the formation of regionalneuroscience societies. To date there are six African neuroscience societies represented on the IBROGoverning Council (Moroccan Association of Neuroscience, Kenya Society for Neuroscience,Association pour la Promotion des Neurosciences (DR Congo), Southern African NeuroscienceSociety, Nigerian Society for Neuroscience, Society of Neuroscientists of Africa). In addition, anumber of African neuroscientists are represented on IBRO committees.

ARC also provides travel support for African neuroscientists to present their work at internationalconferences. Through the initiative of Marina Bentivoglio, there is also the Levi-Montalcini Fellowship,which provides support for African women to pursue higher degrees in Africa or outside. Through thesupport of the US/Canada Regional Committee, African students have also attended summer coursesat the Marine Biology Laboratory, Woods Hole and Cold Spring Harbor Laboratory.

Raj Kalaria is Chair of the African Regional Committee. The booklet on this CDROM has been

translated into Arabic, Farsi, French and Swahili at the request of some of our African members.

Asia-Pacific Regional Committee (APRC) This Committee covers the most diverse region of IBRO, both geographically and culturally. Membersocieties cover a vast area, from Japan to Australia and New Zealand and from Jordan to thePhilippines. It includes members from wealthy nations with substantial neuroscience researchcommunities such as Japan and Australia, emerging economies such as China and India, muchsmaller communities such as Iran, Malaysia, Singapore, Thailand and United Arab Emirates, as wellas poorer countries where the only chance to study neuroscience is in another, wealthier country.




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Many languages are used in teaching in this region. This CDROM has translations of the teachingbooklet in Arabic, Bengali, Farsi, Hindi, Japanese, Mandarin and Punjabi.

IBRO trains students from the region in the latest neuroscience knowledge and techniques through itsschools in Hong Kong, India and Thailand and associate schools in China, India, Thailand, Iran, andSingapore. Two more were held in Karachi (mid-November 2006) and Dubai (mid-December 2006).Local support provides matching funds for the schools programme, e.g the International Society for

Neurochemistry co-sponsored a school in Singapore. There are more than 400 alumni from theeducational programmes organized by APRC.

IBRO offers Exchange Fellowships to young neuroscientists to carry out research for six months in ahost laboratory within the APRC region. Offers are made only to applicants who can provide strong justification that he/she would return to their home country after the exchange. IBRO supports travelawards for young people to attend courses in other countries, to present papers in conferences, aswell as to participate in the congresses held by the Federation of Asian and Oceanian NeuroscienceSocieties (FAONS) every four years. The 4th FAONS Congress was held in Hong Kong, China,

November 30–December 2, 2006 and included a mini-symposium for IBRO alumni.

New discoveries about the brain from laboratories in the Asia-Pacific region and the rest of the worldwill take centre-stage at IBRO's 7th World Congress of Neuroscience in Melbourne, Australia in July2007. World-class brain research in the Asia-Pacific Region is done in the larger universities (such asin Tokyo, Osaka, Fukuoka, Beijing, Shanghai, Hong Kong, Seoul, Melbourne, Canberra and Sydney),as well as in Research Centres dedicated to neuroscience such as the RIKEN Brain ResearchInstitute in Wako, Japan, the Institute of Neuroscience in Shanghai, the Institute of Biophysics in

Beijing, the National Brain Research Centre near Delhi, the National Institute of Mental Health andNeurological Sciences in Bangalore, the Prince of Wales Medical Research Institute in Sydney, theHoward Florey Institute in Melbourne, and the new National Neuroscience Institute in Singapore.

Ying Shing Chan from Hong Kong has been the Chair of the Asia-Pacific Regional Committee since2002. Elspeth McLachlan (Sydney) was the Founding Chair when the Committee was established in1999.

Central and Eastern Europe Regional Committee (CEERC)

Historically, the CEERC supports brain researchers from all former socialist Eastern Europeancountries and now independent countries that were part of the USSR. Thus, besides CentralEuropean countries and Russia, which extends to the Pacific Ocean, the CEERC supports Armenia,Georgia, Azerbaidjan, and Northern Asian countries, too (Kazakhstan, Uzbekistan, Turkmenia,Tadjikistan, Kirgizia).

At the end of the twentieth century great political change occurred throughout our region. ManyCentral European countries have now joined the European Union and there has been a revolution inthe politics of education, student mobility and science research. In many ways there is now littledifference between Western and Eastern European countries in respect of brain researchdevelopment and achievements. In recognition of the changes that have occurred, IBRO has recentlybrought together the neuroscience schools programmes of Western and Eastern Europe to createPENS (Programme of European Neuroscience Schools).

The CEERC meets each year to discuss strategic issues and applications... In 2006 we awarded 19stipends to representatives of 12 countries of the region to attend the FENS Forum. Research awardswithin the region were given to R. Averkin (Ukraine) for work in Russia (Moscow) in 2006, and to M.Balcerzyk (Poland) for a short-term visit to Ukraine (Kiev). A new CEERC initiative, ‘IBRO Lecturers’Visits to the Region’ resulted in one award (up to 1,500Euros) for the visit of Prof. H. Atwood(Canada) to Kazan (Russia). Eight conferences are supported in 2006.

Thus IBRO is helping to train young Eastern Europeans to pioneer brain research in their homecountries. Academics who have received training and support from IBRO include Natalia Lozovava(Ukraine), who is currently working on the effects of cannabis-like chemicals on the brain at theCenter for Neurogenomics and Cognitive Research, Vrije Universiteit Amsterdam, Netherlands.




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Pavel Balaban is Chair of the Central and Eastern European Regional Committee. There has beengreat interest in this translation project throughout Eastern Europe and we have been able to makethe following translations: Armenian, Croatian, Greek, Polish, Romanian, Russian, Ukrainian. Thetranslations into Farsi and Arabic may also be useful.

Latin American Regional Committee (LARC)The LARC is active throughout Central America, the Caribbean and South America. It is made up of

14 neuroscience societies within the region. The most northerly is Mexico and the most southerly isChilli. Many people in this region speak either Portuguese or Spanish and this booklet is available inboth languages. The French version may be useful in some Caribbean areas.

The IBRO schools have helped to train many of the region’s brightest young scientists. During 2006alone there were five schools located in Argentina, Brazil, Chilli and Venezuela. A strong partnershipbetween LARC and the Spanish Society for Neuroscience has resulted in a regular European Schoolfor Latin American students in Seville, Spain.

We are active in supporting the continued education and careers of the IBRO School Alumni througha range of travel and research fellowships. For example, Lucia Francini, Institute for GeneticEngineering and Molecular Biology (INGEBI), Buenos Aires, Argentina, is spending a year in Dr BruceLahn’s laboratory, in the Department of Human Genetics, University of Chicago, Chicago, IL, USA.Her research relates to determining the genes associated with cognitive skills such as language and

learning and the genetic deficits that can lead to problems such as schizophrenia, dyslexia, autismand attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD). We hope that after this period of training Luciaand others will return to work in their home countries.

Help to return home after training is made possible by the Return Home Programme, which hasrecently announced the award of fellowships to two young neuroscientists in the region. So afterrespective training periods in Italy and Canada, Elaine Gavioli, Universidade do Extremo SulCatarinense, Criciuma, Brazil and Valeria Della-Maggiore, Dept. of Physiology of the School ofMedicine, Universidad de Buenos Aires, Argentina, will return to work in their home countries.

Marta Hallak is Chair of the Latin American Regional Committee.

US/Canada Regional Committee (IAC-USNC/IBRO) and the& Western European RegionalCommittee (WERC)The Largest and most active communities of brain research are based in either North America orWestern Europe where they are well supported by the American Society for Neuroscience (SfN) andthe Federation of European Neuroscience Societies (FENS), IBRO works closely with theseorganizations but reserves much of its resources for the four regions where neuroscience is less wellsupported. The US/Canada RC and WERC organize schools that bring students from around theworld to the premier research departments and locations so that they can experience first-rateresearch with the worlds leading brain researchers.

We support studentships and fellowships for foreign students in North American and WesternEuropean laboratories and provide travel fellowships so that students can travel to the world’s mostprestigious Brain Science conferences.

Biology is widely taught in schools in these areas and neuroscience degrees are available in manyuniversities. The booklet on this CDROM is useful for public education and high-school students (14-

18 years) and is available in English and several other European languages (Portuguese, Spanish,French and Greek). Both North America and Western Europe have diverse multicultural populationsin which some members of the community use the language of their country of origin rather than thefirst language of their nation. These individuals can be educationally disadvantaged in schools andcommunities where science is not taught in their first language. The non-European languagetranslations of this booklet may be of great use for such groups. The full list of languages availablecan be found at the end of this document.




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IBRO is committed toeducation and training

Workshops and schoolsEach of the IBRO regions organises schools and workshops so that the regions most promisingstudents can be given training on particular areas of brain research and practical techniques.Together the regional committees run around 20 schools each year. The IBRO schools boardsupports and links these schools by offering advice on the organisation of individual schools andteaching programmes: Arranging for teaching materials to be shared and disseminated amongst theschools. Working in partnership with other national and international organisations providing similarteaching and learning opportunities. Our aims are to strengthen and expand the programme byattracting sponsors and new partnerships, help to publicize and explain the Programme to themembership and public. All the attendees at IBRO schools are eligible to become IBRO SchoolAlumini and thereby benefit from the mutual support of other students and tutors throughout theirfuture careers in brain research.

IBRO is committed to promoting the best practice in all areas of brain research and thus in addition to

the above schools we run workshops devoted to the use and role of animals in research.

The Visiting Lecture teamIBRO is working to bring the best academic teaching on neuroscience to students all over the world.Our Visiting Lecture Team is composed of five internationally recognised researchers who are ableto offer an experiment based lecture course in basic neuroscience at host institutions in developingcountries. The course normally covers; mechanisms of impulse conduction and synaptictransmission; structure, function and pharmacology of membrane receptors and channels; informationprocessing in sensory systems; regulation of behavioural patterns; and neurodevelopment. Teachingis given in 35 lecturers over nine days. Since 1994 the VLTP has given 31 courses in 20 countries.These are amazing opportunities, as students form developing countries can rarely expect to betaught by world leaders in their field.

Fellowships

Students that have attended the courses run by the visiting lecture team or attended IBRO schoolsmay decide to begin a career in brain research. IBRO wants to foster the careers of the mostpromising young neuroscientists from diverse geographical and scientific areas. We focus our supporton the less well-developed countries where funding for research is very limited. Fellowships areoffered so that young scientists can broaden the scope of their training in neuroscience by workingabroad in good laboratories, or participating at international neuroscience meetings.

Return home programmeStudents who have benefited from the best teaching opportunities through our VLT, Schools andFellowships have the potential can become excellent neuroscientists. So it will not surprise you toknow that they are sought after by academic and industrial institutions all over the world and oftentempted to leave their home countries and take jobs in Western Europe and America. IBRO believesthat this practice weakens the academic community in developing countries, so we try to encourageour students to make their careers in their country of origin. The return home programme providesgrants, fellowships and travel assistance to support the careers of students who return to theircountries of origin.




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Alumni Success Stories

Oliver Mazodze an alumnus of IBRO’s African schools in Kenyaand South Africa travelled to the UK to spend 6 weeks as avisiting scientist in the neurophysiology laboratory atGlaxoSmithKline"s Harlow research facility.

Oliver is tenured member of the Dept. of Biological Sciences atBindura University of Science Education in Zimbabwe. Whist inthe UK he has learned in vitro electrophysiological techniques forthe study of neuronal activity. He intends to use thesetechniques to begin researching the potential neurophysiologiceffects of extracts derived from a widely used African medicinalplant. The training at GSK was under the guidance of Dr JonSpencer and Professor Andy Randall, two scientists he firstmet in their capacity as tutors at the IBRO African School held inNovember 2004 in Nairobi.

Wael Mohamed Yousef attended IBRO schools in Mali and Kenyaand now works as an assistant lecturer of neuropharmacology at theFaculty of Medicine, University of Menoufiya, Egypt.

Weal was awarded a scholarship from the Egyptian Government tostudy fro a PhD in neuropharmacology with Professor Byron C.Jones, Biobehavioral Health and Pharmacology, at Penn StateUniversity, USA. During his 5 years in the USA Weal will learnadvanced techniques in the neuroscience and work on thedevelopment of new drugs needed for many patients suffering fromneurological diseases. Afterwards he hopes to return and work inEgypt.

Bin Liu from a small island in the Shandong Province of China is one of just three people who have obtained a doctoral degree from this region.She obtained her PhD in Physiology from Qingdao University in China in2004 and has since become an Assistant Professor at the Center forNew Drugs Evaluation, School of Pharmacy in Shandong University.

In 2005 she won an IBRO Research Fellowship to work in theDepartment of Anatomy at Northeastern Ohio Universities College ofMedicine. Her studies in the USA focused on observing the effects ofgonadal steroid hormones against neurotoxins, which target thenigrostriatal dopaminergic system of rodents.

This fellowship has meant that Bin has received training in an excellentlaboratory and is now well placed to contribute to neuroscience researchin China.

Oliver Mazodze (left) with Andy Randall (right)

Weal Yousef (left) with Byron Jones (right)

Bin Liu




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Dimiter Prodanov from Bulgariaattended an IBRO VLTP course in1998, in Sofia, Bulgaria. He hasrecently been awarded the JohnG. Nicholls Fellowship for 2006.He will spend a year Dr JeanDelbeke of the Department of

Physiology & Pharmacology, theNeural Rehabilitation EngineeringLaboratory at the CatholicUniversity of Louvain, Brussels,Belgium.

The John G. Nicholls IBROFellowship was created in honourof John G. Nicholls who headedIBRO’s Visiting Lecture TeamProgramme (VLTP) from 1994 to2002. The Fellowship aims toassist annually one promisingyoung researcher who wishes to

further his/her training inneuroscience at a distinguished foreign laboratory for one year. The successful candidate is expectedto return to his/her home country after the training, bringing new knowledge and skills in theneurosciences.

Dimiter Prodanov




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IBRO and Public Education on the brain

Given the impact that brain disorders can have on individuals, families and their communities and thehigh global prevalence of these illnesses, we believe that each person needs some understanding ofthe brain and how this part of our bodies can be kept healthy. So, together with other internationalorganisations that support brain research we are working to improve the public’s generalunderstanding of the central nervous system.

The Brain Campaign is an initiative by many like organisation to encourage those involved in

research to engage with public and share their knowledge and findings worldwide. While many of theorganisations involved have focussed their effort on their own world region, IBRO is committed topublic education in neuroscience in the developing world. We actively and financially support activitiesand events being organised by academics in developing countries and taking place in the mostremote locations. We want all people in all corners of the globe to have access to public educationabout the brain. We want all governments and health programmes to take the brain and psychiatricillness seriously.

Since 2003 IBRO has supported this aspiration by helping to finance around 25 public educationevents in approximately 15 countries. A wide variety of events have received support. Someactivities have taken place in schools in remote villages while others attract a massive audience byoccurring at agricultural shows or in train stations. Sometimes the event covers many aspects ofbrain function and disease but at other times the focus is on a single disease or problem (eg Drugs,head injury and epilepsy) that is relevant to the local community.

Many of the events that we have supported in the past havetaken place during a single week in March. This week isdesignated Brain Awareness Week. The organisationssupporting Brain Awareness Week, which include IBRO, wantthis to be a global celebration of the brain where those involvedin research explain the latest advances in understanding brainfunction and treating brain disorders to people all over theworld. During Brain Awareness Week 2006 there were severalhundred events in over 62 countries.

Brain education events including those that are part of Brain Awareness Week are attempting tospread knowledge of the brain to a wide audience that speaks in many languages. It is often helpfulto back up an event with some literature. Unfortunately, suitable written material is often unavailablein local languages. IBRO has recognised this problem and is seeking to address the issue byproviding Multilingual teaching materials. The booklet on this CDROM is available in the followinglanguages: Arabic, Armenian, Bengali, Croation, English, Farsi, French, Greek, Hindi, Japanese,Mandarin, Polish, Portuguese, Punjabi, Romanian, Russian, Serbian, Spanish, Swahili, andUkrainian.

We hope that some of these translations will be useful in your work to promote better publicunderstanding of the brain. If you would like to access these materials in other languages or arewilling to make translations for us in another language we would be delighted to make contact withyou.




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Neuroscience: Science of the Brain.

The original “English Language” version of this booklet was prepared and edited on behalf of TheBritish Neuroscience Association and the European Dana Alliance for the Brain by RichardMorris (University of Edinburgh) and Marianne Fillenz (University of Oxford). You are reading oneof the translations of the booklet that were commissioned by the public education committee of theInternational Brain Research Organisation. These translations have been made by members

of IBRO as part of their global effort to improve public understanding of the Brain. IBRO is gratefulto all the volunteers who have made these translations possible. See list

The graphic design of the original booklet was by Jane Grainger (Grainger Dunsmore Design

Studio, Edinburgh). We are grateful for contributions from our colleagues in the Division ofNeuroscience, particularly Victoria Gill, and others in the neuroscience community in Edinburgh.We also thank members of the University Department of Physiology in Oxford, particularly ColinBlakemore, and helpful colleagues in other institutions. Their names are listed below.

The British Neuroscience Association (BNA) is the professional body in the United Kingdomthat represents neuroscientists and is dedicated towards a better understanding of the nervoussystem in health and disease. Its members range from established scientists holding positions inUniversities and Research Institutes through to postgraduate students. The BNA’s annualmeetings, generally held in the spring, provide a forum for the presentation of the latest research.

Numerous local groups around the country hold frequent seminars and these groups oftenorganise activities with the general public such as school visits and exhibitions in local museums.See http://www.bna.org.uk/ for further information.

The goal of The European Dana Alliance for the Brain (EDAB) is to inform the general publicand decision makers about the importance of brain research. EDAB aims to advance knowledgeabout the personal and public benefits of neuroscience and to disseminate information on thebrain, in health and disease, in an accessible and relevant way. Neurological and psychiatricdisorders affect millions of people of all ages and make a severe impact on the national economy.To help overcome these problems, in 1997, 70 leading European neuroscientists signed aDeclaration of Achievable Research Goals and made a commitment to increase awareness ofbrain disorders and of the importance of neuroscience. Since then, many others have beenelected, representing 24 European countries. EDAB has more than 125 members. Seehttp://www.edab.net/ for further information.

The International Brain Research Organisation Is an independent, internationalorganization dedicated to the promotion of neuroscience and of communication betweenbrain researchers in all countries of the World. A present we represent the interests of about51,000 neuroscientists in 111 countries. Since our formation in 1960 we have set up anumber of active programmes to stimulate international contacts in brain research. Wesponsor Symposia and Workshops and Neuroscience schools, worldwide. We offer post-doctoral fellowships and travel grants to students from less favoured countries. We alsopublish the Journal “Neuroscience”. See http://www.ibro.info/ for further information.

The project to translate this booklet was initiated in 2005 by myself as chair of the IBRO Committeefor Public Education. Special thanks are due to Duncan Banks of the British NeuroscienceAssociation and Open University, Milton Keynes, UK who has made it technically possible to make somany translations and produced the CDROM.




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Authors of the original chapters

Chapter Authors

1 Maria Bentivogelio, Nobel Forum

2 Tobias Bohoffer, Peter Brophy, Eric Kandel, Nobel Forum3 Marianne Fillenz4 Leslie Iversen5 Susan Fleetwood-Walker, Han Jiesheng, Donald Price

6 Andrew Parker7 Beveley Clark, Tom Gillingwater, Michael Hausser, Chris Miall, Richard Ribchester, Wolfram Schultz,8 Andrew Lumsden9 John Stein

10 Graham Collingridge, Andre Doherty, Kathy Sykes11 Ted Berger, Livia dev Hoz, Graham Hitch, Eleanor Maguire, Andrew Doherty, Leslie Underleider,

Fareneh Vargha-Khadem

12 Jonathan Seckl13 Nancy Rothwell14 Anthony Harmar15 Mark Bastin, Richard Frackowiak, Nikos Logothetis, Elanor Maguire, Lindsay Murray, Elisabeth

Rounis, Semir Zeki.16 Rodney Douglas, Gerry Eldelman, Jeff Krichmar, Kevan Martin

17 Malcolm Macleod, Eva Johnstone, Walter Muir, David Porteous, Ian Reid.18 Colin Blakemore, Kenneth Boyd, Stephen Rose, William Saffire19 Yvonne Allen (BNA), LARC, ARC, APRC, CEERC


neuroscience: science of the brain in spanish

Documents

neurociencias y

cerebro y

y ms concretamente

investigacin asequibles

en particular

edades y tienen

colegios y museos

pblico en general