En 1928, Edgar Adrian, Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1932, fue la primera persona que pudo escuchar el lenguaje secreto de las neuronas.

Para ello, dejó al descubierto un conjunto de axones de un cerebro de un conejo anestesiado. Separó todos los axones y colocó un electrodo en ellos menos en dos o tres. Adrian contempló una descarga eléctrica cada vez que el conejo respiraba.

Finalmente, Adrian acopló un altazon al electrodo y, acto seguido, empezó a oír una especie de chasquidos, como los rápidos golpes secos del código Morse. El ruido era una señal eléctrica.

Potencial de acción

Aquella señal eléctrica que Adrian estaba escuchando era un potencial de acción, la unidad básica de la comunicación neuronal. Así es como explica que se produce Eric Kandel en su libro La nueva biología de la mente:

El interior de la membrana que rodea a una neurona y su axón tienen una ligera carga eléctrica negativa en relación con el exterior. Esa carga se debe a una distribución desigual de los iones (átomos cargados de electricidad) que hay a cada lado de la membrana celular. A causa de esa distribución desigual de los iones, cada neurona es como una pila diminuta donde se almacena una pequeña cantidad de electricidad que se libera en cualquier momento.

La rápida descarga de energía hace que la neurona genera un potencial de acción. Esa señal eléctrica se propaga con rapidez a lo largo de la neurona, desde el cuerpo celular hasta el extremo del axón. Todo lo que vemos, tocamos, oímos y pensamos empieza cuando esos picos de electricidad recorren velozmente la neurona de un extremo a otro.

Más tarde, Adrian registaría las señales eléctricas procedentes de axones individuales del nervio óptico de un sapo. Además, amplifició las señales para que se pudieran contemplar en un osciloscopio antiguo, como si se tratara de un gráfico bidimensional.

En Xataka Ciencia

Ya podemos leer palabras directamente de nuestro cerebro gracias a la IA

Descubrió también que una neurona no indica su intensidad modificando la fuerza o duración de sus potenciales de acción (no es lo mismo distinguir el roce de la piel que un golpe fuerte o una luz tenue de una brillante). La intensidad se revelaba variando la frecuencia con la que genera los potenciales de acción. Un estímulo débil hace que la célula genere solo unos pocos potenciales, mientras que un estímulo intenso produce impulsos mucho más frecuentes.

Científicos de Canadá y Alemania han creado un mapa del cerebro humano en 3D que es el más detallado de la historia, a partir de 7.400 láminas del cerebro de una mujer de 65 años, según un estudio publicado en la revista Science.

El mapa, titulado Big Brain, tiene 50 veces más resolución que otros modelos anteriores que imitaban un escáner tradicional del cerebro, y forma parte del Proyecto Europeo del Cerebro Humano, que dedica 1.000 millones de euros a tratar de desarrollar un modelo computerizado del cerebro.

Sus creadores planean ponerlo a disposición del público de forma gratuita a través de un portal de internet CBRAIN, con el fin de facilitar el trabajo de investigadores de todo el mundo.

Vía | EFE

Con intención de finalizar la serie de artículos hablando sobre el cerebro humano y su evolución a lo largo de los años en los diferentes homínidos, la historia de la investigación del órgano a nivel científico – con los avances que ha comportado – y el funcionamiento de la neurona en sí, en esta entrada nos centraremos de forma exclusiva en las funciones del cerebro.

El cerebro y sus funciones

Las funciones de algunas zonas del encéfalo, como el cerebelo – responsable de controlar y definir buena parte de los movimientos inconscientes de nuestro organismo – se han mantenido casi inalteradas a lo largo de la evolución. No obstante, las finalidades de otras regiones, como la corteza cerebral han ido evolucionando y ganando peso a medida que el ser humano ha necesitado llevar a cabo acciones más complejas, como por ejemplo, memorizar una información o seguir una conducta social aceptable.

Así, la medida y la complejidad cerebral han evolucionado en gran parte gracias al desarrrollo del dedo pulgar, que permitió al hombre coger objetos con facilidad y crear nuevas herramientas más complejas, estimulando así la creación de interconexiones nerviosas.

Otras mejoras evolutivas, como cambios en la forma de los huesos como el fémur, la pelvis y la columna vertebral, permitieron al hombre adquirir una posición erecta, dejando las manos libres para realizar funciones no relacionadas con la locomoción. Este hecho, de la misma manera que en el caso del dedo pulgar, potenció el establecimiento de más contactos neuronales y determinó el crecimiento del neocórtex, permitiendo así realizar funciones motoras y cognitivas complejas.

Una de las funcines más complejas de este órgano es la de procesar la información visual. Para hacerlo requerimos la cuarta parte de nuestro volumen cerebral. El estímulo empieza en la retina del ojo, con la recepción de la luz por parte de células especializadas – conos y bastones – que transmiten un impulso nervioso por el nervio óptico, la única extensión visible del cerebro, a través de todo el cerebro hasta llegar al lóbulo occipital – en el “cogote” – donde se procesa la información visual. No es raro afirmar que los ojos no son más que una ventana en el sentido de la visión, ya que el encargado real de “ver” (interpretar la información visual) es el cerebro.

Funciones superiores

El cerebro tiene, además, una serie de funciones superiores que son de vital importancia para el ser humano, ya que son las que nos hacen ser como somos: nos dotan de inteligencia para reflexionar o para hablar, nos permiten almacenar información y reaccionar, etcétera. Las principales son la memoria, el lenguaje y el habla, la praxia, la gnosia y la inteligencia.

La memoria es la facultad del cerebro que nos permite registrar nuevas experiencias y acordarnos de antiguas. Consta de tres fases: el aprendizaje, donde se produce la recepción y el registro sensorial de la información; el almacenaje, donde se realizan los procesos de consolidación y olvido de recuerdos; y los recuerdos, donde reconocemos lo que hemos memorizado.

Podemos clasificar la memoria según la duración de los recuerdos: memoria inmediata, de 30 a 60 segundos; la reciente, de minutos a horas; y la remota, que se extiende a periodos de larga duración.

El lenguaje y el habla constituyen otra facultad humana. Se considera que tenemos lenguaje de tres tipos: gestual, oral y escrito. Pudiendo comunicarnos entre diferentes individuos por las tres vías.

La ciencia que estudia los elementos de una lengua y sus combinaciones es la gramática, la semántica estudia el significado de las palabras y la sintaxis la combinación y orden correcto de estas. Trastornos en las zonas del cerebro encargadas de llevar a cabo esta función pueden provocar afasia (pérdida o trastorno de la producción y/o comprensión del lenguaje).

La praxia, por otro lado, es la capacidad de ejecutar movimientos aprendidos anteriormente en respuesta a estímulos visuales o verbales.

La gnosia es el conocimiento obtenido mediante la elaboración de experiencias sensoriales. Cada experiencia se enfrenta con una ya adquirida, creando así la capacidad de reconocer características comunes y particulares que la hacen singular, haciéndola más fácil de reconocer.

La inteligencia sea tal vez el rasgo más característico del ser humano. Se podría definir como la capacidad de entender, procesar, asimilar y elaborar información, útil en la elaboración de respuestas, apoyándose en la experiencia consolidada gracias a la memoria.

El psicólogo Howard Garden la dividió en siete diferentes: la naturista, la interpersonal, la emocional, la kinestésitca, la espacial, la lógica y la verbal. Algunas de las funciones superiores que podemos llevar a cabo con la inteligencia son la planificación, la capacidad de abstracción la resolución de probleemas y la capacidad de juzgar.

Siguiendo con la serie de artículos sobre el cerebro, después de realizar un breve repaso a la evolución que este ha sufrido desde nuestros ancestros hasta el día de hoy, en esta entrada nos centraremos un poco más en el conocimiento que hemos adquirido sobre éste capital órgano del cuerpo humano, gracias a la ciencia, mencionando los procedimientos por los cuáles hemos conseguido obtener el conocimiento que tenemos actualmente sobre el cerebro y, además, nos centraremos en explicar un poco el funcionamiento de la unidad básica del cerebro y del sistema nervioso, la neurona.

Los pasos de la ciencia

Con la aparición de la ciencia surgieron las primeras especulaciones sobre las funciones del cerebro. Estudiosos de la época clásica, como el filósofo Aristóteles, atribuyeron el origen de las emociones al corazón, relegando al cerebro a funciones de control de la temperatura del organismo; su teoría se basaba en que el goteo de la nariz al estar resfriados era explicable como la pérdida de líquido cerebral, que actuaría como refrigerante. Así mismo, a este filósofo le pareció más probable que el corazón fuese el encargado de sentir y pensar ya que en determinadas situaciones su ritmo se veía acelerado o decelerado.

Con el tiempo, determinados avances tecnológicos han permitido determinar con exactitud la función del cerebro. Para la reconstrucción de modelos de la actividad eléctrica es necesario el uso de la tomografía computacional (escáner cerebral) con la finalidad de obtener neuroimágenes anatómicas (NA), detectando el flujo sanguíneo a las zonas de actividad neuronal localizada.

La combinación de los diferentes planos obtenidos permite crear representaciones tridimensionales del cerebro y mapas topográficos que resultan útiles a la hora de situar los núcleos cerebrales que se excitan delante de diferentes estímulos, como por ejemplo la música. Además, es posible recopilar información sobre la actividad eléctrica del cerebro mediante la técnica del electroencefalograma (EEG), que se realiza vía electrodos posicionados en la cabeza.

La neurona

La unidad estructural y funcional del cerebro es la neurona, un tipo celular de morfología dendrítica - compuesta por un cuerpo o soma y dos tipos de prolongaciones, llamadas dendritas o axones, dependiendo de sus características - que se diferencian por su capacidad de generar y transmitir impulsos eléctricos a otras células del mismo tipo mediante contactos intracelulares llamados sinapsis.

Generalmente, las sinapsis son axodendríticas, es decir, se dan entre un axón de la neurona emisora y la dendrita de la receptora. No obstante, hay otros tipos como las neuromusculares, las axosomáticas o las axoaxónicas.

El denominado impulso nervioso se crea a partir de una despolarización de la membrana plasmática causada por un estímulo que se transmite en forma de potencial de acción. En las sinápsis químicas, una neurona presináptica (emisora) comunica con otra postsináptica (receptora) mediante pequeñas vesículas repletas de neurotransmisores químicos sin que se establezca un contacto físico entre las dos células.

En este tipo de contactos, se adquiere un equilibro químico fácilmente perturbable por algunas substancias como el tetrahidrocanabinol (THC) o la cafeína, que son capaces de traspasar la barrera hematoencefálica, substancias que podemos englobar bajo el término "drogas".

Uno de estos productos es el etanol, una substancia capaz de estimular el sistema gabaèrgico o GABA del cerebro, constituida por un neurotransmisor homónimo que deshinibe la actividad neuronal. El alcohol actúa adhiriéndose a los receptores de este neurotransmisor, causando que la unión sea más duradera y que, en consecuencia, aumente el efecto relajante del mismo.

Se ha descubierto que el agregado de ácidos grasos que se forma cuando ingerimos etanol, tapona las sinapsis glutamatérgicas (de glutamato) en zonas muy concretas del cerebro como el hipocampo, centro del aprendizaje y la memoria. Los efectos euforizantes de esta droga se pueden atribuir al desequilibrio que se da en las hormonas dopamina y serotonina.

Otras drogas como la nicotina emulan la acción del neurotransmisor acetilcolina. La pérdida del equilibrio colinérgico sumada a la capacidad de esta droga para mantenerse activa durante cierto tiempo en el espacio sináptico, producen sensaciones de placer y euforia.

Desde que se descubrió la verdadera importancia del cerebro su estudio ha estado avanzando a pasos agigantados. Para esta serie de dos artículos intentaré dar una visión actualizada del conocimiento sobre este órgano en cuanto a funcionamiento y capacidades.

El cerebro humano moderno es el resultado de la evolución, relativamente rápida y constante, desde los primeros homínidos hasta el Homo sapiens sapiens.

Se ha podido corroborar que esta evolución ha estado favorecida por otros avances de partes corporales entre las que destacan el pulgar oponible (prensible) y el bipedismo.

Evidencias

En la antigüedad los científicos habían divagado sobre las funciones que desarrollaba este órgano, pero en la actualidad, mediante técnicas como la tomografía computacional o el electroencefalograma ese puede conocer mejor su estructura y dinámica. Este estudio minucioso del sistema nervioso también ha permitido conocer más sobre la unidad funcional y estructural del mismo: la neurona.

Estas células (las neuronas) tienen la capacidad de generar y transmitir impulsos eléctricos a otras de la misma tipología mediante la secreción de neurotransmisores en un contacto llamado sinapsis. Las drogas hacen variar el equilibrio químico de las uniones sinápticas.

El cerebro desarrolla diversas actividades de cierta complejidad: entre estas funciones destacan la memoria, el lenguaje, el habla, la praxia, la gnosia y la inteligencia.

Hoy en día el estudio del cerebro continua siendo muy activo debido a la complejidad del órgano y, aunque se tiene una visión ámplia del papel del mismo dentro del organismo, aún nos quedan muchas incógnitas por resolver.

Evolución

El cerebro humano tal y como lo conocemos actualmente ha sufrido un proceso de evolución de 2.5 millones de años desde nustro ancestro más primitivo. Se considera que empezó a aumentar notablemente de tamaño en el Australopitecus africanus - posible predecesor de nuestro género con un volumen cerebral de proximadamente 500 centímetros cúbicos - y lo hizo a un ritmo estimado de 150.000 neuronas por generación.

Pese a tener una estatura similar a la del chimpancé, los cerebros de estos individuos empezaron a presentar volúmenes encefálicos significativamente superiores. Por su parte, los primeros miembros del género Homo mostraban una mediana de 700 centímetros cuadrados y evolucionaron de manera gradual y casi lineal - sin baches - hasta llegar a los 1.400 centímetros cúbicos del Homo sapiens actual.

A lo largo de nuestra evolución las mejoras en el cerebro y el cuerpo se han complementado recíprocamente: cuando una avanzaba, ésta impulsaba la mejora de la otra siguiendo un ciclo de retroalmientación positiva. De esta manera, ponerse de pie fue uno de los primeros hechos trascendentales de la humanidad y está constatado que esto sucedió antes de la aparición de los pulgares prensiles, la habilidad de fabricar herramientas o el desarrollo del lenguaje.

Itay Baruchi y Eshel Ben-Jacob, de la Universidad de Tel Aviv, han comprobado experimentalmente que la información se puede almacenar en neuronas vivas.

La investigación representa un avance significativo en la tecnología que persigue la creación de chips construidos con materia orgánica integrada, revelando, además, nuevos datos sobre los mecanismos neuronales del aprendizaje.

Los investigadores israelís han publicado las conclusiones de su trabajo en la revista Physical Review E, donde sugieren que uno de los desafíos contemporáneos del ámbito de las neurociencias, es la comprensión de cómo el aprendizaje y la memoria se desarrollan a través de redes neuronales reales.

Los esfuerzos más recientes, en esta dirección, se han centrado en estimulaciones eléctricas y químicas. En esta investigación se ha conseguido registrar las respuestas de las redes neuronales a ciertos estímulos químicos inducidos con el fin de provocar alteraciones permanentes en los patrones de la respuesta neuronal.

Baruchy y Ben-Jacob han encontrado, así, patrones de la memoria, cuarenta horas después de haberlos inducido.

El éxito de la experiencia ha consistido en generar el primer conjunto de neuromemoria de origen químico, demostrando que la estimulación química es clave en el aprendizaje y en la formación de los recuerdos.

Vía | Tendencias 21 Más información | Towards neuro-memory-chip: Imprinting multiple memories in cultured neural networks Más información | Redes Neuronales

Genciencia | Chip que combina neuronas y electrónica Genciencia | Erik Kandel: los secretos de la memoria