2.- El Cerebro

 

2.1.- Estructura del Cerebro

 

El cerebro es el órgano principal del sistema nervioso. El sistema nervioso se divide en dos subsistemas, el central y el autónomo o neurovegetativo, que se compone del simpático y del parasimpático. A su vez, el central se divide en encéfalo, que se compone de cerebro, cerebelo y bulbo raquídeo, y de la médula espinal.

Dado que nuestro interés no se centra principalmente en el estudio del cerebro ofreceremos alguna información no sistemática del mismo, aquella información que nos sea útil para nuestro interés de construir una teoría de la mente que iniciamos intentando comprender como formamos imágenes.

El Cerebro como vemos es el órgano principal del sistema nervioso central. Posee dos hemisferios unidos por el cuerpo calloso (un denso conjunto de fibras nerviosas que conectan bidireccionalmente los dos hemisferios), además como queda recogido en el gráfico, el sistema nervioso central incluye el diencéfalo, que lo conforman una serie de núcleos situados en la línea media, hundidos bajo los hemisferios, entre estos órganos que tienen una especial importancia en la actividad superior del ser humano encontramos el tálamo y el hipotálamo. Más abajo encontramos el mesencéfalo, el tallo cerebral, el cerebelo y la médula espinal.

Estructura general del sistema nervioso

El sistema nervioso central se halla conectado "neuralmente" a casi todos los rincones del resto del cuerpo mediante nervios, cuyo conjunto constituye el sistema nervioso periférico. Además, veremos que cuerpo y cerebro también están conectados químicamente, mediante sustancias como las hormonas y péptidos, que se liberan en el cerebro y alcanzan al cuerpo a través del torrente sanguíneo.

Una sección del cerebro nos mostraría a primera vista dos zonas claramente distinguibles por sus colores. Hay un sector oscuro que se conoce como materia gris, aunque su color real tira más al pardo, los sectores claros se conocen como materia blanca. La materia gris corresponde principalmente a conjuntos de cuerpos neuronales, mientras que la materia blanca corresponde a axones, o fibras nerviosas, que emanan de los cuerpos celulares de la materia gris.

La materia gris se presenta en dos variedades. En una las neuronas están dispuestas como en un pastel y forman una corteza que cubre los hemisferios cerebrales o el cerebelo. En la segunda variedad, las neuronas se organizan como si fueran avellanas dentro de un cuenco, formando núcleos. Entre ellos, los hay grandes como el caudado, el putamen y el pálido, hundidos en las profundidades de los hemisferios; o la amígdala, escondida en el lóbulo temporal; existen también grandes conjuntos de núcleos menores, como los que forman el tálamo; y núcleos pequeños individuales como la sustancia negra o el núcleo cerúleo.

 

 

La estructura en donde parecen residir las funciones superiores es la corteza cerebral. Es como un amplio manto que recubre todas las superficies del cerebro. El grosor de este manto multicapa es de 3mm., las capas son paralelas entre sí y a la superficie del cerebro. La materia gris situada debajo de la corteza se denomina subcortical. La parte evolutivamente más moderna se denomina neocortex o neocorteza y a la más antigua corteza límbica.

El neocortex se divide en lóbulos separados por pliegues profundos (frontal, temporal, parietal, occipital). Pero, también podemos dividirlo con un criterio funcional encontrando así, un cortex motor, un cortex somatosensorial u otro visual, etc.

Como vemos y como veremos más adelante, la función mental la podemos caracterizar por:

(a) Su variedad estructural, funcional y molecular: Encontramos diversas estructuras y órganos, que cumplen diversas funciones y que poseen diversos tipos de neuronas, agrupadas de diversas formas.

(b) Su plasticidad: El cerebro es un órgano que se crea en la ontogénesis del individuo, es decir que crece conforme crece y se desarrolla el organismo. Su crecimiento depende de los encuentros del individuo con el medio que reforzaran unas conexiones y podarán otras. Esta plasticidad es lo que nos permite el aprendizaje. Visto así no hay dos cerebros iguales, sino que cada individuo dependiendo de su experiencia desarrollará más unas habilidades que otras. Esto provoca la gran diversidad de personas respecto a su inteligencia, personalidad, carácter, etc. 

 

2.2.- La Neurona, la Sinapsis y el Grupo de Neuronas

 

 

El tejido nervioso o neural está compuesto de neuronas sostenidas por células gliales. La neurona es, pues, la célula específica del sistema nervioso. Hay cien mil millones de neuronas y cerca de un trillón de células gliales. Las células gliales parecen encargarse de funciones nutritivas y de soporte, aunque puede ser que contribuyan también al procesamiento de la información. Las neuronas se organizan en circuitos locales que, a su vez, se constituyen en regiones corticales (capas) o núcleos. Regiones y núcleos se conectan entre sí formando sistemas y sistemas de sistemas, cuya complejidad se incrementa en cada paso. En general, las neuronas y los circuitos son microscópicos, mientras que las regiones corticales, núcleos y sistemas son macroscópicos. Existe una gran variedad de tipos de neuronas.

 

Diversos tipos de neuronas

Diversos tipos de Neuronas

 

Las neuronas tienen tres componentes importantes: un cuerpo celular; el axón, que es la fibra principal de salida; y las fibras de entrada o dendritas. Las neuronas están interconectadas entre sí a través de los axones formando circuitos y por medio de conectores, que sería la sinapsis, los puntos en donde los axones contactan con las dendritas.

 

2.2.1. La Sinapsis

Las neuronas son células polarizadas que reciben señales en las extensiones ramificadas de sus cuerpos, en las dendritas y envían información a lo largo de las extensiones no ramificadas, los axones, en ese momento ocurre lo que denominamos sinapsis.

Todas las membranas externas de las células están cargadas eléctricamente. Esta carga, llamada el potencial de la membrana, se debe a que las células contienen gran cantidad de sales disueltas en sus fluidos internos (el citoplasma), estas sales incluyen sodio, potasio, cloro y otros elementos. Estas sales en solución, forman iones cargados eléctricamente. Sin embargo, en el interior de la célula hay proteínas, cuyos aminoácidos están también cargados eléctricamente. La composición iónica del interior es así diferente del exterior y como resultado el interior de la célula tiene un voltaje de 70 milivóltios negativos respecto del exterior.

Las células nerviosas, las neuronas, son semejantes a las otras células respecto al potencial restante de la membrana, pero difieren en que su membrana es excitable -lo que significa que en respuesta a una señal, como una pequeña fluctuación local en la concentración de iones a través de la membrana, puede rápidamente hacerse permeable a los iones de fuera. Así iones de sodio entran y la membrana se despolariza, cambiando el voltaje de -70 mV. a +40 mV. Este cambio produce una onda eléctrica de actividad que desciende hacia la membrana -una onda llamada potencial de acción, que en pocos milisegundos pasa desde el cuerpo celular a lo largo del axón a la sinapsis-. El potencial de acción sirve como señal en la sinapsis para liberar neurotransmisores que disparan la respuesta a neuronas adyacentes. A su vez, los neurotransmisores operan sobre receptores.

En una neurona excitadora, la interacción cooperativa de muchas otras neuronas cuyas sinapsis son adyacentes y que pueden liberar sus propios transmisores o no, determinará si la neurona siguiente disparará o, no y así sucesivamente. 

Las sinapsis pueden ser fuertes o débiles, esta fortaleza decide si los impulsos se siguen desplazando o no. En general una sinapsis fuerte facilita el desplazamiento, mientras que una débil lo inhibe.

Aunque cada neurona forma, como mínimo, 1.000 sinapsis no se puede afirmar que todas las células nerviosas estén conectadas entre sí, al contrario si tenemos en cuenta la cantidad de neuronas existentes podemos afirmar que en verdad cada neurona sólo tiene contacto con un número reducido de otras neuronas cercanas dentro de circuitos relativamente locales de las regiones corticales y de los núcleos, lo que trae como consecuencia:

(1) Lo que hagan las neuronas depende del conjunto inmediato de neuronas al que pertenecen.

(2) Lo que hagan los sistemas depende de la manera en que los conjuntos influyen sobre otros conjuntos interconectados.

(3) La manera en que cada conjunto contribuye a la función del sistema al que pertenece depende de su lugar en dicho sistema.

Visto así podemos preguntarnos cuál es la unidad funcional básica del sistema nervioso, algunos autores creen que es la neurona, pero otros consideran que el desarrollo evolutivo, la funcionalidad cerebral y en general la adaptación del organismo al medio depende del grupo de neuronas. Analicemos con más detalle este concepto, para ver como entran en funcionamiento las neuronas hasta la consecución del pensamiento.

 

2.2.2.- El Grupo de Neuronas

 

Recientemente existe un gran interés en enfocar el estudio de la mente intentando construir una teoría global que partiendo desde la biología conecta procesos cerebrales con procesos mentales. Uno de los autores que ha afrontado esta tarea es G. M. Edelman, premio Nobel de medicina en 1972. Edelman considera que la unidad básica de procesamiento del cerebro es el grupo de neuronas, y presenta una teoría que nos permite, al menos, iniciarnos en como surgen los pensamientos desde el cerebro. Veámosla brevemente.

Edelman concibe el cerebro como un sistema selectivo, en el que la selección opera durante el tiempo de vida del sistema.

Para sobrevivir, un organismo debe o heredar o crear criterios que le permitan clasificar el mundo en categorías perceptuales de acuerdo con sus necesidades adaptativas. Además el mundo, incluso para el tiempo de vida de un organismo, está lleno de novedad, lo que exige que estos procesos de categorización puedan reestructurarse, renovarse y reiniciarse continuamente. El mundo, para el organismo, no se da por completo de una vez, sino que se construye en un proceso constante y continuo. Por tanto, los órganos que se encargan de estas tareas, es decir, el cerebro en último término, debe ser flexible, pero también, como consecuencia, único. Esto está de acuerdo con la enorme variación funcional y estructural en muchos niveles: molecular, celular, anatómico, fisiológico y conductual, que muestran los sistemas nerviosos por lo que, a pesar de las semejanzas en los individuos de una especie, el grado de variación individual de cerebro en cerebro excede lo que podía tolerarse en un proceso de fabricación de ingeniería. Visto así, cualquier teoría interesante sobre la mente tendrá que tener en cuenta estas observaciones y no podrá generalizar, a menos que contemple en la descripción estructural, orgánica, las fuertes diferencias y la exigencia de flexibilidad y variación que impone la novedad del mundo. Por eso Edelman rechaza las teorías que contemplan el cerebro como un sistema que procesa información.

A partir de aquí Edelman enuncia su tesis fundamental, a saber, que el cerebro es un sistema selectivo, en el que la selección opera durante el tiempo de vida del individuo. Para el desarrollo de esta tesis fundamental elabora lo que él denomina la teoría de la selección del grupo de neuronas (TNGS).

La TNGS es una teoría de poblaciones que postula precisamente que la habilidad de los organismos para categorizar un mundo no etiquetado y para comportarse en él de una manera adaptativa surge no de la transferencia de instrucciones o de información sino de procesos de selección bajo variación. La TNGS considera que hay una generación continua de diversidad en el cerebro. En el cerebro embrionario, hay variación y selección en la migración de poblaciones celulares y durante la muerte de células. También en la formación de las sinapsis. Y en el cerebro maduro, en la amplificación diferencial de la eficacia de las sinapsis.

Esto tiene como consecuencia la formación de grupos neuronales y que el proceso es modificado continuamente por reentradas de señales. Veamos esto más despacio.

 

Postulados Básicos de la TNGS

 

La TNGS propone tres mecanismos para responder de la producción de conductas adaptativas por parte de los organismos con sistemas nerviosos complejos: selección en el desarrollo, selección en la experiencia y reentradas de señales.

Cada uno de estos mecanismos actúa dentro y entre colectivos que consisten en cientos de miles de neuronas fuertemente interconectadas denominadas grupos de neuronas. 

Además la teoría propone que la selección a través de la amplificación sináptica diferencial está restringida por la acción de sistemas de valor derivados evolutivamente: sistemas neuromodulatorios dotados con proyecciones difusas que señalan el posible valor adaptativo para el organismo en su totalidad de la ocurrencia de ciertos eventos. 

 

A.- Variación y Selección en el desarrollo.

 

La diversidad estructural del sistema nervioso y los detalles de la neuroanatomía no están estrictamente programados por el código genético. Esta diversidad surge durante el desarrollo en la regulación epigenética dinámica de la división, adhesión, migración y muerte de la célula, así como de la actividad neural misma. Durante la producción del sistema nervioso se van creando neuronas y agrupaciones de células que permanecerán o no dependiendo del refuerzo que otorgue la experiencia. La adhesión y migración son gobernadas por unas series de moléculas morforeguladoras llamadas CAM's -moléculas de adhesión de células- y SAM's -moléculas de adhesión de sustratos-.

Esto lleva a la formación de repertorios primarios dentro de regiones anatómicas dadas que contienen un gran número de grupos de neuronas o circuitos locales.

 

Esquema del proceso de Selección y Variación en el desarrollo

ejemplo del crecimiento de neuronas y circuitos hasta los dos años

 

B.- Selección en la experiencia.

 

Después de que la mayoría de las conexiones anatómicas de los repertorios primarios se han establecido, las actividades de los grupos de neuronas que funcionan particularmente continúan siendo dinámicamente seleccionadas por mecanismos de cambios sinápticos subsiguientes dirigidos por la conducta y la experiencia.

Será la experiencia del organismo la que tenderá a reforzar algunos de los circuitos que se han establecido en la fase anterior dentro del grupo y entre grupos, otros tenderán a desaparecer si el organismo no los requiere con la frecuencia que indicará su utilidad. De esta manera la maraña de conexiones que encontramos en un individuo de dos años se irá simplificando para consolidar las conexiones útiles dependiendo del tipo de experiencia que realice el organismo.

La selección en la experiencia lleva finalmente a la formación de repertorios secundarios de grupos neurales como respuesta a patrones particulares de señales.

 

Selección en la Experiencia

 

C.- Reentradas de señales.

 

La selección en la experiencia conlleva correlaciones de señales estadísticas entre grupos de neuronas pre y postsinápticas, mejor que la transmisión de mensajes codificados de una neurona a otra.

Si estas señales han de ser adaptativas tendrán que reflejar las señales que surjan en el mundo real. Esto se realiza señalando reentradas en y entre mapas neuronales. Estos recorridos neurales que relacionan hojas de receptores sensoriales con registros particulares del sistema nervioso central proveen un medio de reforzar regularidades espacio-temporales.

Una reentrada puede definirse como una señalización paralela continua entre grupos de neuronas separadas que ocurre a lo largo de conexiones anatómicas ordenadas de manera bidireccional y recursiva. Es, pues, un proceso dinámico que es inherentemente paralelo y distribuido y que debe diferenciarse de la retroalimentación. Las reentradas no tienen una dirección preferida y no tiene una función de input o output predefinido.

 

Reentrada de Señales

 

Una de las premisas fundamentales de la TNGS es, entonces, que la coordinación selectiva de patrones complejos de interconexiones entre grupos de neuronas por medio de reentradas es la base de la conducta. Para la teoría de Edelman, la reentrada es la base principal para poder trazar el puente entre la fisiología y la psicología.

Este puente comienza a realizarse cuando múltiples mapas que están conectados entre sí por doble entrada a la conducta sensomotor del organismo comienzan a emparejar sus outputs creando un mapa global que da lugar a respuestas categoriales perceptivas.

 

D.- Categorización Perceptiva:

 

La discriminación selectiva de un objeto o evento de otros objetos o eventos con propósitos adaptativos se produce con lo que Edelman denomina Pareja de Clasificación.

Pareja de Clasificación: Es una unidad mínima que consiste en dos mapas funcionales diferentes conectados por doble entrada. Si, durante cierto periodo de tiempo, reentradas específicas conectan ciertas combinaciones de grupos de neuronas de un mapa con otras combinaciones en el otro, las funciones y actividades en un mapa se conectan y correlacionan con las del otro mapa.

 

Pareja de Clasificación

 

Si los mapas en cuestión están conectados topográficamente, entonces correlacionan acontecimientos en una localización espacial en el mundo.

Este mapa global asegura la creación de un bucle dinámico que continuamente coteja los gestos y posturas del organismo con el muestreo independiente obtenido de varias clases de señales sensoriales. El mapa global permite interaccionar con partes no concatenadas del cerebro (hipocampo, el ganglio basal y el cerebelo) en la medida en que estas estructuras están conectadas con mapas locales mediante múltiples reentradas.

Por supuesto, para la categorización perceptiva, que iniciará los procesos superiores y de conciencia, hay que suponer como condición algún sistema de valor que se ha ido produciendo a lo largo de la evolución de la especie.

Edelman denomina 'valor' a las estructuras fenotípicas que reflejan la selección evolutiva principal y que contribuyen a la conducta adaptativa y a la construcción del fenotipo. Estos sistemas de valor podrían percibir la ocurrencia de conductas adaptativas y seleccionarían los eventos neuronales que las producen en función de los valores simples que contengan. Estos valores pueden expresarse en proposiciones tales como: "Comer es mejor que no comer" o "ver es mejor que no ver".

Los procesos que producen estos mapas globales (con sus patrones asociados de selección del grupo de neuronas y de cambio sináptico) crean una representación espaciotemporal continua de objetos o de eventos.

Dentro de estos procesos globales, los cambios de gran alcance en la fuerza sináptica tienden a favorecer la actividad mutua de reentradas de aquellos grupos cuya actividad ha sido correlacionada a través de diferentes mapas durante la conducta pasada. Tales cambios sinápticos proveen la base para la memoria.

De esta manera los recuerdos en los mapas globales no son almacenados, fijados o codificados de tal manera que puedan invocarse y recuperarse siempre de la misma manera como haríamos con los registros de un disco duro de nuestros ordenadores. En lugar de ello, la memoria resulta de un proceso de recategorización continua, que, por su naturaleza, debe ser procedural y que debe conllevar una actividad motora continua y una repetición frecuente.

Con esto, categorización y memoria, obtenemos la condición necesaria para el aprendizaje. Edelman consigue un paso más en su teoría cuando incluye, además de los procesos de categorización y memoria, enlaces sinápticos entre los procesos que producen los mapas globales y la actividad de los centros hedonistas y el sistema límbico de manera que satisfacen nuestras necesidades homeostáticas, apetitivas y consumatorias.

El aprendizaje se entiende entonces como la satisfacción de necesidades del organismo, necesidades que han creado expectativas al asociar estas necesidades con nuestras categorizaciones.

Hasta aquí una explicación estrictamente neurocientífica de los procesos iniciales por los cuales iniciamos nuestra representación del mundo. Quizá resulte un poco complejo, pero en la continuación del tema tendremos tiempo para ir integrando toda la explicación.

 

Resumen Gráfico

 

 

1.- El cerebro en su fase embrionaria produce muchas neuronas, más de las que necesitará posteriormente.

2.- La neuronas que se vean reforzadas por la experiencia y conducta del individuo empezarán a establecer conexiones entre sí.

3.- Un mecanismo de refuerzo opera igualmente entre las conexiones establecidas. Así unas se consolidarán y otras se debilitarán hasta desaparecer. Este refuerzo viene igualmente determinado por la experiencia del organismo.

4.- Un mecanismo de reentrada se establecerá entre los grupos de neuronas conexionados entre sí que permitirán la construcción de mapas locales y después globales, que constituyen la base para la formación de imágenes mentales en el cerebro.

 

Recordemos: Nuestro primer objetivo era ofrecer una explicación en clave biológica de cómo creamos imágenes, pues habíamos definido pensar como la capacidad de representar y ordenar imágenes. Para ello dimos un rodeo para conocer algo más del cerebro y de sus células. Después, la teoría de Edelman ha sido una primera aproximación de cómo podemos producir representaciones de objetos y eventos a través de categorías perceptivas. Vamos ahora a incidir en cómo formamos imágenes.

Esta vez usaremos ciertas ideas de A. Damasio que completarán las explicaciones anteriores.

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