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El concepto de neurociencia y la función cerebral

científico

José Luis Díaz Gómez


Mente y Cuerpo

Francis O. Schmitt (Foto: http://www.laskerfoundation.org).

sábado 21 de julio de 2018

El concepto de neurociencia surgió en una coyuntura histórica propicia a principios de los años sesenta para designar un ambicioso proyecto de coordinación y consolidación de las ciencias que estudian al sistema nervioso desde varios enfoques. El término de neurociencia, que al principio parecía un tanto extraño, fue tomando su lugar para comprender mejor al cerebro, el sistema natural más complejo conocido, utilizando todos los recursos posibles. En la actualidad quienes nos dedicamos a estudiar el cerebro somos calificados y nos reconocemos como “neurocientíficos.”

Para recordar el surgimiento de la neurociencia es necesario volver a la década de los cincuenta, a la que hemos dedicado los últimos capítulos de esta serie. La muerte de Stalin en 1953 permitió el contacto entre la escuela soviética heredera de la reflejología de Pavlov y su noción de “actividad nerviosa superior” como sinónimo de actividad mental, y las tradiciones occidentales de estudios del sistema nervioso. En 1958 se llevó a cabo un simposio en Moscú y por decisión tomada en su clausura, se organizó la IBRO (International Brain Research Organization) en 1960. La IBRO instauró ocho paneles, uno para cada ciencia del cerebro: neuroanatomía, neurofisiología, neuroquímica, neurofarmacología, neuroendocrinología, ciencias de la conducta, biofísica y neuropatología. Cada una de estas ciencias tenía entonces un perfil robusto, bien demarcado por un conjunto de técnicas y métodos particulares, por una tradición científica y por descubrimientos particulares, muchas veces sensacionales.

Con el objeto de atraer las especialidades de estudio del cerebro y de coordinar enfoques y proyectos interdisciplinarios en 1962 se fundó un programa interuniversitario con el nombre de Neurosciences Research Program bajo los auspicios del MIT (Massachussetts Institute of Technology). Promovido por el connotado científico Francis O. Schmitt, el programa se alojó en Boston con un staff dedicado a realizar simposios interdisciplinarios sobre temas de estudio del cerebro que requerían diversas especialidades. El programa no incluía laboratorios, era labor de un conjunto de eruditos. A través de varios lustros y sendas publicaciones, en este programa se conjuntaron matemáticos, físicos, químicos o ingenieros con especialistas de las diversas ciencias del sistema nervioso y la conducta, muchas veces con la intención de rastrear las bases fisicoquímicas, biofísicas y naturales de procesos mentales específicos como la memoria, la enfermedad mental o la conciencia.

científico

Francis O. Schmitt hacia 1965, fundador del Neuroscience Resarch Program del MIT en Boston y promotor del concepto de neurociencia.

A pesar de su ambicioso y admirable objetivo, la naciente neurociencia carecía de un modelo unitario sobre la función del cerebro, pues cada especialidad lo enfocaba a determinado nivel y bajo la óptica de su tecnología particular. En este sentido parece relevante que en la introducción de un valioso texto de neurociencia titulado From neuron to brain Kuffler y Nicholls propusieran en 1976 un modelo de cinco premisas para definir la función del cerebro. Vale la pena comentarlas en el contexto de la neurociencia actual.

La primera premisa planteaba que el cerebro usa señales eléctricas para procesar la información. Esta premisa pone de relieve que el cerebro es un órgano especializado en manejar información y que lo hace mediante señales eléctricas constituidas por potenciales de acción de las neuronas. Estas señales habían sido caracterizadas y modeladas matemáticamente en trabajos clásicos de Alan Hodgkin y Andrew Huxley de 1952, por el que recibieron el Nobel en 1963.

gráfico

Simulaciones de los potenciales de acción de las neuronas según las ecuaciones de Hodgkin-Huxley. Se trata de potenciales eléctricos de la magnitud en microvoltios especificada en la escala vertical y duración especificada en la horizontal, que representa el tiempo en milisegundos. Hodgkin y Huxley describieron cómo se genera este potencial por cambios en la permeabilidad de la membrana de la neurona a iones. Este es el código universal de la función de todo sistema nervioso en su nivel celular, sin el cual no pueden ocurrir las actividades mentales de los organismos vivos (Tomado de Wikimedia).

La segunda premisa del modelo afirmaba que las señales eléctricas son idénticas en todas las neuronas. Se trata de unidades de información que, de acuerdo al neurotransmisor y los receptores involucrados en cada sinapsis, sólo pueden transmitir dos estados de una neurona a otra: excitación o inhibición. La clave esencial del cerebro parecería binaria, en cierto sentido similar a los bits de la computadora digital, aunque esto es una simplificación de la transmisión sináptica a la que estaremos recurriendo.

La tercera premisa del modelo indicaba que las señales constituyen códigos de representación. Este concepto incluye una noción cognitivista: la idea de que el cerebro representa cosas del mundo mediante señales eléctricas. Además de ser una premisa central de la ciencia cognitiva, existían evidencias experimentales para afirmarla. Se puede destacar entre ellas el descubrimiento de Hubel y Wiesel en 1957 de que las neuronas de la corteza visual del cerebro responden a características puntuales de los estímulos visuales, por ejemplo, a una línea situada ante los ojos en un ángulo particular. Desde esa época, los neurofisiólogos han estipulado que las neuronas disparan potenciales de acción en diversas frecuencias, secuencias y pautas temporales para representar información específica. Para localizar las neuronas que se activan por tareas cognitivas particulares se utilizan microlectrodos insertados en neuronas individuales usualmente en primates superiores o en humanos. Una representación neurofisiológica se establece por la localidad de las neuronas que se activan y por la frecuencia y pauta de sus “disparos,” es decir, de las señales eléctricas en forma de potenciales.

neuronas

Experimento clásico de Hubel y Weisel en 1959 para registrar las respuestas de neuronas individuales del cerebro a estímulos visuales específicos (A). Aunque el animal está anestesiado, su sistema visual responde a líneas ante sus ojos orientadas de diversas maneras (B). En la parte derecha aparece la respuesta de una neurona particular de la corteza visual que dispara selectivamente a la orientación vertical. Los autores de este trabajo recibieron el Nobel en 1981. Tomado de (Imagen: http://www.informit.com).

La cuarta premisa decía que el origen y destino de las fibras determinan el contenido de la información. Ésta implica que el cerebro es un órgano modular, estructurado por zonas, núcleos y agregados especializados de neuronas que se conectan entre sí. El contenido de la información, aquello de lo que trata una actividad mental (lo que se percibe, siente, piensa, cree, sueña, recuerda, desea, etc.), estaría definido por las conexiones entre módulos particulares, pues estos vienen funcionalmente especificados por la evolución y el desarrollo. La moderna neurociencia registra imágenes de cerebros humanos según se activan diversas de sus zonas en relación a tareas cognitivas. El cerebro como órgano modular es un tema crucial planteado desde el descubrimiento de las zonas del lenguaje por Broca y Wernicke en el siglo XIX. La modularidad es fundamental en la consideración actual de la relación mente-cerebro, pero no está bien comprendida.

corteza cerebral

La figura de Mingrui Xia (He, et al. 2009 PLoS One) muestra la modularidad funcional del cerebro en forma de esferas de colores (zonas especializadas en funciones particulares de la corteza cerebral) conectadas por fibras (barras amarillas) para conformar un sistema complejo. Las conexiones entre varios módulos se considera que especifica el contenido de la información mental, aunque por el momento no se puede descifrar.

Finalmente, la quinta premisa afirmaba que el significado de las señales está en las interconexiones. Dado que el significado del lenguaje y de otros códigos de comunicación implica normalmente a la conciencia, este aserto supone que la conciencia surgiría como una función global de interconexiones. La forma en la que ocurre un patrón móvil y fluctuante de activación cerebral sería hacia el fin de siglo la hipótesis de varias teorías sobre el correlato cerebral de la conciencia y que revisaremos luego.

Cerebro humano

Imagen obtenida por resonancia magnética funcional (fMRI) del hemisferio izquierdo de un cerebro humano para detectar las áreas que se activan durante una tarea cognitiva. Un programa de cómputo colorea las áreas activas sobre la imagen anatómica en gris. A pesar de ser elaborada y espectacular, la técnica fMRI es aún limitada en su resolución temporal y muestra sólo lapsos de varios segundos, con un retardo. Varias teorías plantean que la activación dinámica de amplias zonas del cerebro puede ser el correlato nervioso de la actividad consciente (Tomada de: http://www.nedsahin.com).

El modelo tiene la ventaja de que sus premisas pueden ser analizadas, corregidas o superadas por nuevos conceptos y evidencias. Tiene también limitaciones, pues se ajusta a los planteamientos informacionales de la ciencia cognitiva y no intenta dar cuenta de otras funciones elementales del cerebro. Una es la coordinación del movimiento motor, que para muchos neurofisiólogos es la función adaptativa fundamental del cerebro y otra es la coordinación del resto del organismo a través del sistema nervioso autónomo y del sistema endócrino e inmunológico, funciones que hemos denominado psico-somáticas y conductuales que operan a nivel del individuo.

La neurociencia moderna reafirma que el cerebro es necesario para la vida mental y esclarece varias de las actividades cognitivas, afectivas y volitivas, pero el enigma central subsiste desafiante: ¿cómo es que el cerebro genera, alberga y manifiesta la conciencia?

Los contenidos de la columna Mente y Cuerpo forman parte del próximo libro del autor. Copyright © (Todos los Derechos Reservados).

El contenido presentado en este artículo es responsabilidad exclusiva del autor y no necesariamente representa la opinión del grupo editorial de El Semanario Sin Límites.

2 comentarios

  1. Muy interesante y de fácil comprensión para quien, como es mi caso, no soy especialista en el tema.
    Me ayudó, además, a entender mejor el Estudio realizado durante cuatro años por un equipo de científicos dirigido por Sam Parnia, de la Universidad Estatal de Nueva York en Stony Brook, que examinó los procesos cognitivos de los sobrevivientes de paros cardíacos en un grupo de 2.060 pacientes

    • Gracias por su comentario. Supongo que el estudio de Parnia y colaboradores se refiere a experiencias cercanas a la muerte. Buscaré el estudio pues pienso abordar de este tipo de experiencias en esta columna en el futuro. ¿Cual es su enfoque al respecto?

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Sobre José Luis Díaz Gómez

José Luis Díaz Gómez
Se graduó de médico cirujano en la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) en 1967 con una tesis dirigida por el Prof. Dionisio Nieto quien fue su principal maestro. En esta misma universidad y año emprendió una carrera académica como investigador de tiempo completo que continúa. A principios de los años 70 amplió su entrenamiento como investigador asociado en los Laboratorios de Investigación Psiquiátrica de la Universidad de Harvard y del Hospital General de Massachusetts en Boston, E.U.A a cargo del Prof. Seymour S. Kety. Se ha dedicado a la psicobiología y la neurociencia cognitiva. Sus estudios han incluido la interdisciplinariedad: la neuroquímica, la psicofarmacología, el problema mente-cuerpo, la naturaleza de la conciencia, las emociones y la epistemología. Es investigador titular “C” en el Departamento de Historia y Filosofía de la Medicina de la Facultad de Medicina de la UNAM. Pertenece a la Academia Mexicana de la Lengua, electo desde el 2013, para ocupar la silla VI.