Cerebro

O cerebro (do latín cerebrum, coa súa raíz indoeuropea «ker» 'cabeza, no alto da cabeza' e «brum» 'levar'; tendo o significado arcaico de 'o que se leva na cabeza') é o centro de supervisión, de centralización e de cefalización do sistema nervioso, o de maior complexidade do reino animal.^[1]

O cerebro encóntrase situado na cabeza, protexido polo cranio. Polo xeral, preto dos principais órganos dos sentidos como a visión, a audición, o equilibrio, o gusto e o olfacto. Corresponde, polo tanto, á parte antesuperior do encéfalo dos humanos e outros vertebrados e se subdivide en cerebro anterior, cerebro medio e cerebro posterior. Noutros animais, como os invertebrados bilaterais, enténdese por cerebro unha serie de ganglios arredor do esófago na parte anterior do corpo, comprendidos polo protocerebro, deutocerebro e tritocerebro nos artrópodos; ganglios cerebral, pleural e pedial nos moluscos gasterópodos; e masas supraesofágica e subesofágica en moluscos cefalópodos. Tamén posúen cerebros moi arcaicos ou simples bilaterais, os platihelmintos, os nematodos e os hemicordados. Porén, hai bilaterais que mostran moi poucos aspectos distintivos de cefalización como os bivalvos ou os briozoos. Nalgunhas especies de invertebrados non existe un cerebro por carecer completamente de sistema nervioso, como nos poríferos, nos placozoos ou nos mesozoos. Outros posúen un sistema nervioso, pero carecen de trazos definidos de centralización ou cefalización ao mostrar simetrías non bilaterais como os cnidarios, os ctenóforos ou os equinodermos.

Desde un punto de vista evolutivo e biolóxico, a función do cerebro como órgano, é exercer un control centralizado sobre os demais órganos do corpo. O cerebro actúa sobre o resto do organismo pola xeración de patróns de actividade muscular ou pola produción e secreción de substancias químicas chamadas hormonas. Este control centralizado permite respostas rápidas e coordinadas ante os cambios que se presentan no ambiente. Algúns tipos básicos de resposta tales como os reflexos poden estar mediados pola medula espiñal ou os ganglios periféricos, pero un sofisticado control intencional da conduta sobre a base da información sensorial complexa require a capacidade de integrar a información dun cerebro centralizado. Controla e coordina o comportamento, a homeostase (funcións corporais coma o latexo do corazón, a presión do sangue, o balance de fluídos e a temperatura do corpo) e as funcións mentais (a emoción, a memoria, a aprendizaxe etc.).

O cerebro dos vertebrados é o órgano máis complexo do corpo. Nun humano típico, a córtex cerebral (a parte máis grande) estímase que contén entre 15 e 33 mil millóns de neuronas,^[2] transmitindo as súas mensaxes a outras neuronas mediante a sinapse. Estas neuronas comunícanse con outras a través de fibras largas de protoplasma chamadas axóns, as cales levan trens de impulsos eléctricos denominados potenciais de acción a partes distantes do cerebro ou do corpo, tendo como branco receptores específicos.

Desde unha perspectiva filosófica, o que fai ao cerebro especial en comparación cos outros órganos, é que forma a estrutura física que xera a mente. Como Hipócrates argumentaba: «Os homes deberían saber que do cerebro e nada máis que do cerebro veñen as alegrías, o placer, a risa, o ocio, as penas, a dor, o abatemento e as lamentacións». Porén, do corazón figurado e das súas emocións proceden certas sensacións concretas como o gozo, o amor e o contentamento.

Durante as primeiras etapas da psicoloxía, creuse que a mente debía separarse do cerebro. Pero posteriormente os científicos realizaron experimentos que chegaron a determinar que a mente era un compoñente no funcionamento cerebral pola expresión de certos comportamentos baseados no seu ambiente externo e o desenvolvemento do seu organismo. Os mecanismos polos cales a actividade cerebral dá lugar á conciencia e ao pensamento son moi díficiles de comprender: a pesar dos múltiples e rápidos avances científicos, segue habendo moitos misterios acerca de como funciona o cerebro. Na actualidade, as operacións das células cerebrais individuais son comprendidas con máis detalle, pero a forma en que cooperan entre os conxuntos de millóns foi moi difícil de descifrar. Así mesmo, os enfoques máis prometedores tratan ao cerebro coma unha «computadora biolóxica», totalmente diferente do mecanismo das computadoras electrónicas, pero similar no sentido que adquiren a información do mundo circundante, almacenándoa e procesándoa de múltiples formas.

Así a todo, pese a ser un dos órganos máis estudados, desenvolvéronse unha serie de conceptos erróneos que chegaron a ser asimilados pola sociedade como correctos, como é o caso da lenda que di que os humanos só utilizamos un 10 % do cerebro.^[3]

Características físicas básicas

O cerebro humano pesa aproximadamente 1.300-1.600 gramos. A súa superficie (o chamado córtex cerebral), se estivese estendida, cubriría unha superficie de 1.800-2.300 centímetros cadrados. Estímase que no interior do córtex cerebral hai uns 22.000 millóns de neuronas, aínda que hai estudos que chegan a reducir esa cifra aos 10.000 millóns e outros a ampliala ata os 100.000 millóns. O número de neuronas tende a diminuír coa idade. Ademais, en recentes estudos antropolóxicos concluiuse que máis que o número de neuronas, importa o número de conexións entre elas. Por outra banda, o cerebro é o único órgano completamente protexido por unha bóveda ósea e aloxado na cavidade cranial.

Funcionamento xeral

Esquema dunha neurona

O cerebro usa a enerxía bioquímica procedente do metabolismo celular como desencadeamento das reaccións neuronais. Os 'paquetes' de enerxía recíbense nas dendritas e emítense nos axóns en forma de moléculas de substancias químicas (substancias que, por esa mesma razón, denomínanse neurotransmisores).

Rexións metabólicas

Partes do cerebro (en inglés).

Cada neurona pertence a unha rexión metabólica encargada de compensar a deficiencia ou exceso de cargas noutras neuronas. Pódese dicir que o proceso se completou cando a rexión afectada deixa de ser activa. Cando a activación dunha rexión ten como consecuencia a activación doutra diferente, pódese dicir que entre ambas as rexións houbo un intercambio biomolecular. Todos os resultados e reaccións son transmitidos por neurotransmisores, e o alcance de devandita reacción pode ser inmediata (afecta directamente a outras neuronas pertencentes á mesma rexión de proceso), local (afecta a outra rexión de proceso allea á inicial) e/ou global (afecta a todo o sistema nervioso).

Electricidade e bioelectricidade

Dada a natureza da electricidade no cerebro, acordouse chamala bioelectricidade. O comportamento da electricidade é esencialmente igual tanto nun condutor de cobre como nos axóns neuronais, aínda que o que porta a carga dentro do sistema nervioso é o que fai diferente o funcionamento entre ambos os sistemas de condución eléctrica. No caso do sistema nervioso, pórtao o neurotransmisor.

Interacción neurotransmisora

Localización do cerebro

Un neurotransmisor é unha molécula en estado de transición, con déficit ou superávit de cargas. Este estado de transición dálle un tempo máximo de estabilidade dunhas cantas vibracións moleculares. Durante ese tempo, a molécula ha de axustarse ao receptor postsináptico adecuado, caso contrario degrada e queda como residuo no líquido cefalorraquídeo. Os astrocitos encárganse de limpar o devandito fluído destes refugallos, permitindo que as futuras neurotransmisións non se vexan interferidas.

Axón neuronal

O axón neuronal está rodeado dunha capa de mielina. Dentro do axón hai unha circulación de mitocondrias que metabolizan os neurotransmisores que o núcleo celular solicita como necesidade. Estas producións da mitocondria son almacenadas en vesículas e depositadas nos terminais axónicos. As vesículas presinápticas son estimuladas a través de impulsos eléctricos de acción e transmitidos pola mielina, responsable da acción sináptica neuronal, que conecta co grupo de receptores dendríticos, estimulando a vesícula e descargando no receptor postsináptico ou dendrita específica, que conta cos receptores postsinápticos especializados en admitir o neurotransmisor. Este informará á seguinte neurona do que ten que codificar. O paso da corrente eléctrica polos axóns estimula a creación de mielina, polo que, a maior cantidade de mielina, menor resistencia á transmisión e menor uso de recursos. Cabe dicir que a mielina é un derivado lipídico formado polos oligodendrocitos no sistema nervioso central. Hai que ter en conta que no sistema nervioso periférico é a célula de Schwann a mielinizadora dos axóns.

Esgotamento somático

O esgotamento somático da neurona acontece no momento en que as producións de vesículas con neurotransmisores é inferior ás vesículas presinápticas usadas, chegando a existir impulsos de acción pero sen haber vesículas dispoñibles para continuar co proceso. Estes casos danse moi frecuentemente nos procesos de aprendizaxe, onde a neurona debe investir un alto custo en neurotransmisores para que poida existir unha recepción óptima por algunha dendrita próxima e especializada en procesar esa información. Os potenciais de acción non transmitidos producen ións de calcio no medio, saturándoo deste ión que é capaz de facilitar a condución eléctrica. Elevada a concentración deste ión, o potencial eléctrico ten maior probabilidade de dar o salto a unha dendrita próxima, e mediante as forzas electrostáticas, mellorar a proximidade entre axón-dendrita, diminuíndo a resistencia e os ións de calcio necesarios no medio cefalorraquídeo.

Esquema de funcionamento

O esquema de funcionamento sería o seguinte: a neurona A demanda un paquete de enerxía, a neurona B recibe o estímulo. A neurona B procesa o paquete de enerxía, a neurona B emite o paquete de enerxía con carga eléctrica. O paquete é transmitido polo corpo do axón grazas ao recubrimento lipídico, e é levado ata a dendrita da neurona A que ten por costume recibir ese tipo de paquetes. O triaxón da neurona B libera o paquete e a neurona A descompono, e así sucesivamente.

Transmisión eléctrica e neurotransmisión

Entendido isto (en trazos moi xerais), establécese que, así como un sistema de transmisión de cobre ten resistencia ao paso das cargas eléctricas, de forma equivalente, o sistema nervioso ten unha resistencia ao paso das cargas bioeléctricas, establecido (principalmente) pola cantidade de mielina nos axóns. Outros aspectos a ter en conta en devandita 'resistencia', serían os seguintes:

Metabolismo
Tipo de molécula que porta a carga
Tempo no que esa molécula conserva as súas propiedades
Variación da entalpía
Outros factores

Exemplo de neurotransmisores: noradrenalina, acetilcolina etc.

Tarefas cerebrais

O cerebro procesa a información sensorial, controla e coordina o movemento voluntario, o comportamento e pode chegar a dar prioridade ás funcións corporais homeostáticas, como os latexos do corazón, a presión sanguínea, o balance de fluídos e a temperatura corporal. O encargado de levar o proceso automático é o bulbo raquídeo. O cerebro é responsable da cognición, as emocións, a memoria e a aprendizaxe.

Sistemas que se desenvolven no noso cerebro

O cerebro presenta unha serie de áreas destinadas ás diversas funcións que este órgano realiza:

Función auditiva: córtex temporal
Función visual: córtex occipital, a ambos lados da cisura Calcarina.
Función motora: córtex frontal
Función emocional: hipocampo
Sensibilidade gustativa: amígdala e hipocampo

Diversas funcións asócianse a outras áreas. As funcións vitais básicas son producidas por outras áreas do sistema nervioso central. Por exemplo a función cardiovascular ou respiratoria, regulados polo troncoencéfalo.

Cerebro e linguaxe

A percepción sonora da fala prodúcese no xiro de Heschl, nos hemisferios dereito e esquerdo. Esas informacións transfírense á área de Wernicke e ao lobo parietal inferior, que recoñecen a segmentación fonemática do escoitado e, xunto co córtex prefrontal, interpretan eses sons. Para identificar o significado, contrastan esa información coa contida en varias áreas do lobo temporal.

A área de Wernicke, encargada da decodificación da audición e da preparación de posibles respostas, dá paso despois á área de Broca, na que se activa o accionamiento dos músculos fonadores para asegurar a produción de sons articulados, o que ten lugar na área motora primaria, de onde parten as ordes aos músculos fonadores.

Rexeneración cerebral

O cerebro humano adulto, en condicións normais, pode xerar novas neuronas. Estas novas células prodúcense no hipocampo, rexión relacionada coa memoria e a aprendizaxe. As células nai, orixe desas neuronas, poden constituír así unha reserva potencial para a rexeneración neuronal dun sistema nervioso danado.

No entanto, a capacidade regenerativa do cerebro é escasa, en comparación con outros tecidos do organismo. Isto débese á escaseza desas células nai no conxunto do sistema nervioso central e á inhibición da diferenciación neuronal por factores microambientais. Pódense extraer neuronas ou precursores delas do hipocampo, pero é unha técnica de obtención moi perigosa e pouco produtiva para o risco que supón.

O cerebro na natureza

Cerebros comparados de diferentes mamíferos

Encéfalo dun tiburón

Tres grupos de animais, con algunhas excepcións, teñen cerebros notablemente complexos: os artrópodos (por exemplo, os insectos e os crustáceos), os cefalópodos (polbos, luras e moluscos similares) e os craniados (vertebrados principalmente). O cerebro dos artrópodos e os cefalópodos xorde desde un par de nervios paralelos que se estenden ao longo do corpo do animal. O cerebro dos artrópodos ten grandes lobos ópticos por detrás de cada ollo para o procesado visual e un cerebro central con tres divisións.

O cerebro dos craniados desenvólvese desde a sección anterior dun único tubo nervioso dorsal, que máis tarde se converte na medula espiñal. Os craniados teñen o cerebro protexido polos ósos do cranio. Os vertebrados caracterízanse polo aumento da complexidade do córtex cerebral a medida que se sobe pola árbore filoxenética e evolutiva. O gran número de circonvolucións que aparecen no cerebro dos mamíferos é característico de animais con cerebros avanzados. Estas circonvolucións xurdiron da evolución para proporcionar máis área superficial ao cerebro: o volume mantense constante á vez que aumenta o número de neuronas. Por iso, é a superficie, e non o volume (absoluto nin relativo), o que condiciona o nivel de intelixencia dunha especie. Este é un erro moi común que debe ser tido en conta.

O cerebro en medicina

O cerebro, xunto co corazón, é un dos dous órganos máis importantes do corpo humano. Unha perda de funcionalidade dalgún destes dous órganos leva á morte. Doutra banda, os danos no cerebro causan perdas de intelixencia, memoria e control do corpo. Na maior parte dos casos, estes danos adoitan deberse a inflamacións, edemas, ou impactos na cabeza. Os accidentes cerebrovasculares producidos polo bloqueo de vasos sanguíneos do cerebro son tamén unha causa importante de morte e dano cerebral.

Outros problemas cerebrais pódense clasificar mellor como enfermidades que como danos. As enfermidades neurodexenerativas como a enfermidade de Alzheimer, a enfermidade de Parkinson, a esclerose lateral amiotrófica e a enfermidade de Huntington están causadas pola morte gradual de neuronas individuais e actualmente só se poden tratar os seus síntomas. As enfermidades mentais, como a depresión clínica, a esquizofrenia, a desorde bipolar e o trastorno de tensión postraumática, teñen unha base biolóxica teórica no cerebro e adoitan tratarse con terapia psiquiátrica, fármacos, ou unha combinación de ambas.

Algunhas enfermidades infecciosas que afectan o cerebro veñen causadas por virus ou bacterias. A infección das meninxes pode levar a unha meninxite. A encefalopatía esponxiforme bovina, tamén coñecida como o mal das vacas tolas, é unha enfermidade mortal entre o gando e asóciase a prións. Así mesmo, verificouse que a esclerose múltiple, a enfermidade de Parkinson e a enfermidade de Lyme, así como a encefalopatía e a encefalomielite, teñen causas virais ou bacterianas.

Algunhas desordes do cerebro son conxénitas. A enfermidade de Tay-Sachs, a síndrome do cromosoma X fráxil, a síndrome deleción 22q13 (que afecta ao cromosoma 22), a síndrome de Down e a síndrome de Tourette están asociadas a erros xeneéticos ou cromosómicos.

O cerebro en datos

De todo o peso do noso corpo, o cerebro só representa entre o 1,5% e 2%.
O consumo de enerxía (en forma de osíxeno e glicosa) do cerebro con relación ao resto do corpo é aproximadamente do 20%, manténdose moi estable ao redor dese valor independentemente da actividade corporal.
Por esta razón hai actividades incompatibles entre si, pois o cerebro varía a cantidade de enerxía consumida con referencia ao sistema circulatorio, e a consecuencia á do resto do corpo. Por exemplo, se se fai deporte e quéimanse 1.500 Calorías, o cerebro consumiría o 20%, do cal investiu en activar a rexión cerebral que controla a parte corporal que á súa vez executa ordes nas partes físicas que interactuaron coa actividade ordenada polo consciente.
Está composto por uns 10 a 15 mil millóns de neuronas, cada unha das cales se interconecta con outras por un número de sinapses que vai de varios centenares a máis de 20.000, formando unha rede estrutural que é unhas 100 veces máis complexa que a rede telefónica mundial.
Toda experiencia sensorial, consciente ou inconsciente, queda rexistrada no aparello neuronal e poderá ser evocada posteriormente, se se dan certas condicións propicias; e algo parecido socede co noso coñecemento hereditario inconsciente que constitúe unha base de potencialidade aínda moito maior (Popper, 1980, p. 136-7).

Plasticidade do cerebro humano

Hoxe en día, os estudos indican un alto grao de adaptabilidade e versatilidade funcional de distintas áreas do cerebro. Constantemente o cerebro vai xerando novas redes sinápticas sobre as xa existentes para ir adaptándose ás necesidades cognitivas, emocionais e sociais dun individuo. Corroborouse que os avances tecnolóxicos van modificando a forma en que funciona o cerebro.

O interior do cerebro

A pesar do gran número de especies animais nos que se pode atopar cerebro, hai un gran número de características comúns na súa configuración celular, estrutural e funcional. A nivel celular, o cerebro componse de dúas clases de células: as neuronas e as neuroglías. As neuronas conéctanse entre si para formar circuítos neuronais similares (pero non idénticos) aos circuítos eléctricos sintéticos. O cerebro divídese en seccións separadas espacialmente, composicionalmente e en moitos casos, funcionalmente. Nos mamíferos, estas partes son o telencéfalo, o cerebelo e o tronco do encéfalo. Estas seccións pódense dividir á súa vez en hemisferios, lobos, córtex, áreas etc.

Histoloxía

O principal tipo de neurona que podemos atopar no cerebro é a interneurona (definida como calquera neurona que non abandona o sistema nervioso central). Con todo, tamén están presentes as neuronas aferentes e as eferentes a través do tronco cerebral. O cerebro contén preto de 10 neuroglías por cada neurona, e tradicionalmente viuse que a súa función é a de desenvolver o papel de apoio das neuronas e de encher o espazo que queda entre elas (de aí o seu nome, "pegamento" en grego). A maior parte das neuroglías do cerebro (e do resto do sistema nervioso central) están presentes en todo o sistema nervioso (a excepción do oligodendrocito).

Anatomía cerebral dos invertebrados

Nos insectos, o cerebro pódese dividir en catro partes: os lobos ópticos, que localizados tras os ollos, procesan os estímulos visuais; o protocerebro, que responde ao olfacto; o deutocerebro, que recibe a información dos receptores táctiles da cabeza e as antenas; e o tritocerebro.

Nos cefalópodos, o cerebro divídese en dúas rexións separadas polo esófago do animal e conectadas por un par de lobos. Reciben o nome de masa supraesofágica e masa subesofágica.

Morfoloxía cerebral humana

Lobos cerebrais:
Azul: Lobo frontal
Verde: Lobo temporal
Rosa: Lobo occipital
Amarelo: Lobo parietal

Está dividido pola fisura lonxitudinal do cerebro en dous hemisferios cerebrais, un dereito e outro esquerdo, atopándose en cada hemisferio outras fisuras, aínda que menos fondas que esta, que dividen a superficie cerebral en varias partes chamadas lobos.

Aínda cando ambos os hemisferios humanos son opostos, non son a imaxe xeométrica invertida un do outro. Desde un punto de vista puramente morfolóxico son asimétricos. Homo erectus, que foi antepasado noso, foi dos primeiros en telo asimétrico, como o home moderno. a asimetría é un trazo de aumento da especialización, dunha capacidade cognitiva máis complexa.

Existen casos documentandos de pacientes nos que se lles tivo que extirpar unha das metades do cerebro. A metade cerebral que se conserva asome tarefas das que antes se encargaba a outra metade, e inevitablemente pérdense outras. Ambas as metades procesan a información de forma redundante, pero coa peculiaridade da variación asimétrica do hemisferio que o procesa. A ausencia dun hemisferio incapacita ao individuo de interpretar o medio dunha forma máis ampla, restrinxindo a súa capacidade de traballo a certas funcións propias do hemisferio activo.

Ante todo sinalar que as diferenzas funcionais entre hemisferios son mínimas e só nalgunhas poucas áreas puidéronse atopar diferenzas en canto a funcionamento, existindo excepcións en persoas que non se observaron diferenzas. A diferenza de competencias entre os dous hemisferios cerebrais parece ser exclusiva do ser humano. Díxose que a linguaxe e a lóxica dotan ao individuo de maior capacidade de adaptación ao medio, pero con procesos de aprendizaxe moito máis dilatados, e como tal máis dependentes dos seus proxenitores durante a etapa de cría.

Fisioloxía cerebral humana

O punto anterior permite entender a existencia de tres campos na ciencia:

Psiquiatría: formaliza teorías sobre as partes comúns entre os diferentes cerebros humanos, extraendo as similitudes e elaborando solucións ás patoloxías mentais derivadas de lesións somáticas.
Psicoloxía: formaliza teorías sobre como se debería organizar a información nun cerebro con capacidades filosóficas, para que no exercicio desta facultade non decaia a saúde do mesmo chegando a conclusións autodestructivas. Polo que expón modelos de educación que dotarán dun criterio e orientación determinados ao neno que se lle aplicou, axudando a refinar os procesos de pensamento máis ordenados e sofisticados.
Paleoneuroloxía: formaliza os saltos evolutivos do home. Ademais de revelar o tamaño dun cerebro, examina as impresións das características da superficie do cerebro deixadas no interior da caveira.

Rexións metabólicas do encéfalo nos vertebrados

Cerebro, cerebelo e principais grupos nerviosos do corpo humano. A partir da L2 a medula espiñal faise moi delgada, formando o filamento terminal.

No encéfalo dos cordados identifícanse as seguintes rexións:

Notas

↑ Hill, Richard (2006). Fisiología Animal (en castelán). Ed. Médica Panamericana. ISBN 978-84-7903-990-5.
↑ Pelvig, DP; Pakkenberg, H; Stark, AK; Pakkenberg, B (2008). "Neocortical glial cell numbers in human brains". Neurobiology of Aging (en inglés) 29 (11): 1754–1762. PMID 17544173. doi:10.1016/j.neurobiolaging.2007.04.013.
↑ Alonso, JR (2015). "El mito del 10 %". Principia (en castelán). ISSN 2386-5997.

Véxase tamén

Outros artigos

[1] Hill, Richard (2006). Fisiología Animal (en castelán). Ed. Médica Panamericana. ISBN 978-84-7903-990-5.

[2] Pelvig, DP; Pakkenberg, H; Stark, AK; Pakkenberg, B (2008). "Neocortical glial cell numbers in human brains". Neurobiology of Aging (en inglés) 29 (11): 1754–1762. PMID 17544173. doi:10.1016/j.neurobiolaging.2007.04.013.

[3] Alonso, JR (2015). "El mito del 10 %". Principia (en castelán). ISSN 2386-5997.

[1]

[2]

[3]