¿Cómo funciona el cerebro?

Cada animal en el que puedas pensar – mamíferos, pájaros, reptiles, peces, anfibios – tiene un cerebro. Pero el cerebro humano es único. A pesar de no ser el más grande, nos da poder para hablar, imaginar y solucionar problemas. Es realmente un órgano impresionante.

Funciones del cerebro

No hay una sola función del cerebro, pues el cerebro realiza un número increíble de tareas incluyendo las siguientes:

• Controla la temperatura del cuerpo, la presión de la sangre, la tasa cardíaca y la respiración.
• Acepta un montón de información sobre el mundo que te rodea a través de varios sentidos (vista, oído, olfato, sabor y tacto).
• Da soporte a tus movimientos físicos cuando caminas, hablas, permaneces de pie o estás sentado.
• Te permite pensar, soñar, razonar y experimentar emociones.

Estas tareas responden a la pregunta básica de que es el cerebro y todas ellas son coordinadas, controladas y reguladas por un órgano del tamaño de una cabeza de coliflor pequeña.

Tu cerebro, médula espinal y nervios periféricos forman un conjunto integrado, procesando información y controlando el sistema conocido como sistema nervioso central. En conjunto regulan todas las facetas de tu vida, conscientes e inconscientes.

La ciencia que estudia qué es el cerebro

El estudio científico del cerebro y del sistema nervioso es conocido como neurociencia o neurobiología. Debido a que el campo de la neurociencia es enorme – y el cerebro y el sistema nervioso muy complejos – este artículo empezará con lo básico para darte una visión de conjunto de este órgano tan complicado. Además, te ofrecemos imágenes del sistema nervioso para que no pierdas detalle.

Partes del cerebro y sus funciones

Así que, en primera lugar examinaremos las estructuras del cerebro y cómo cada sección controla o dirige determinadas funciones, incluyendo el control cinestésico, el procesamiento visual, el proceso auditivo, las sensaciones, el aprendizaje, la memoria y las emociones.

Estructura neuronal

Tu cerebro está formado aproximadamente por 100 billones de células nerviosas llamadas neuronas.

Qué es una neurona

Las neuronas tienen una habilidad impresionante para acumular o transmitir señales electroquímicas – piensa en ellas como en las puertas y cables de un ordenador.

Las neuronas comparten las mismas características y tienen la misma estructura que otras células, pero el aspecto electroquímico les permite transmitir señales a largas distancias (cubrir varios pies o varios metros) y enviar mensajes unas a otras.

Las neuronas tienen tres partes básicas:

• El cuerpo de la célula o soma. Esta parte principal tiene todos los componentes necesarios de la célula, como el núcleo (que contiene ADN), el retículo endoplasmático y ribosomas (para construir proteínas) y mitocondrias (para producir energía). Si el cuerpo de la célula muere, la neurona muere.

• Axón. Es largo, es el cable de la célula que proyecta el mensaje electroquímico (impulso nervioso o potencial de acción) a lo largo de la misma. Dependiendo del tipo de neurona, los axones pueden estar cubiertos con una fina capa de mielina, como un clave eléctrico aislado.

• Dendritas o terminaciones nerviosas. Estas pequeñas proyecciones de la célula hacen conexiones con otras células y permiten que una neurona hable con otras o perciba el ambiente. Las dendritas pueden estar localizadas a uno o a ambos lados del final de la célula.

Tipos básicos de neuronas

Las neuronas pueden ser de muchos tamaños. Por ejemplo, una sola neurona sensorial de la punta de tus dedos tiene un axón que se extiende la longitud de tu brazo, mientras que las neuronas en el cerebro pueden extenderse solamente unos milímetros.

Ellas también tienen diferencias dependiendo de sus funciones. Las neuronas motoras que controlan las contracciones musculares tienen un cuerpo celular en un extremo, un axón largo en el medio y dendritas en el otro lado. Las neuronas sensoriales tienen dendritas en ambos extremos conectadas por un axón largo con un cuerpo celular en el medio. Las interneuronas o neuronas asociativas llevan información entre las neuronas motoras y las sensoriales.

Estos miembros fundamentales del sistema nervioso también varían con respecto a sus funciones:

• Las neuronas sensoriales transmiten señales desde las partes externas de tu cuerpo (periferia) al sistema nervioso central.

• Las neuronas motoras (motoneuronas) transmiten señales desde el sistema nervioso central a las partes externas (músculos, piel, glándulas) de tu cuerpo.

• Las interneuronas conectan varias neuronas dentro del cerebro y la médula espinal.

Cuando el médico encuentra el punto correcto de tu rodilla con un martillo de goma, los receptores envían una señal a la médula espinal a través de una neurona sensorial. La neurona sensorial  pasa el mensaje a la neurona motora que controla el músculo de tu pierna. Los impulsos nerviosos viajan por la neurona motora y estimula el músculo de la pierna para contraerlo. La respuesta es un tirón muscular que ocurre rápidamente y no involucra a tu cerebro.

Las personas tienen muchos reflejos como este, pero algunos son más complejos ya que la vía del circuito se vuelve más complicada y el cerebro se ve involucrado.

Las partes del cerebro

Las criaturas más simples tienen un increíble sistema nervioso básico formado por nada más que vías reflejas. Por ejemplo, las lombrices y los invertebrados no tienen cerebros centrales, tienen asociaciones de neuronas sueltas dispuestas en vías reflejas sencillas. Las lombrices tienen redes neuronales, o neuronas individuales ligadas juntas que forman una red alrededor de todo el animal.

La mayoría de invertebrados (como la langosta) tienen un modesto “cerebro” que consiste en colecciones de cuerpos neuronales localizados llamados ganglios. Cada ganglio controla las funciones sensoriales y motoras en un segmento a través de las vías reflejas. Los ganglios están unidos para formar un sistema nervioso simple. Como sistema nervioso evolucionado, las cadenas de ganglios evolucionaron hacia un cerebro simple más centralizado.

Los cerebros evolucionaron de los ganglios de invertebrados. Independientemente del animal, el cerebro tiene las siguientes partes:

• El tronco cerebral, el cual consiste en la médula (una parte ampliada de la médula espinal) la protuberancia y el mesencéfalo (los animales inferiores solamente tienen una médula). El tronco cerebral controla las funciones reflejas y automáticas (tasa cardíaca, presión sanguínea), movimientos límbicos y funciones viscerales (digestión, micción).

• El cerebelo integra información desde el sistema vestibular que indica la posición y el movimiento y utiliza estos datos para coordinar los movimientos límbicos.

• El hipotálamo y la glándula pituitaria son los responsables de las funciones viscerales, la temperatura del cuerpo y de las respuestas comportamentales como la alimentación, la bebida, la respuesta sexual, la agresión o el placer.

La importancia de la corteza cerebral

• El cerebro (también llamado córtex cerebral, corteza cerebral o solamente córtex) está formado por el córtex, grandes extensiones de fibra (el cuerpo calloso) y algunas estructuras más profundas (glanglios basales, amígdala e hipocampo). Integra toda la información procedente de los órganos sensoriales, las funciones motoras iniciales, controla las emociones, almacena la memoria y lleva a cabo los procesos de pensamiento (las expresiones emocionales y el pensamiento son funciones que prevalecen más en los mamíferos superiores).

Día 22 de julio: Día Mundial del cerebro

Cada 22 de julio, por iniciativa de la Federación Mundial de Neurología, se celebra el Día Mundial del Cerebro y cada año esta jornada se centra en una temática diferente. Para 2021, el tema elegido por la organización es la enfermedad de la Esclerosis Múltiple. En este sentido, la Federación Mundial de Neurología está trabajando estrechamente con la la Federación Internacional de Esclerosis Múltiple (MSIF), así como con médicos y expertos afiliados a organizaciones en toda Asia y Oceanía, Europa, África y América. De esta labor surgirán numerosos programas de concienciación pública y actividades educativas para tratar de detener a esta enfermedad. Desde el mismo día 22 de julio de 2021 y hasta octubre del mismo año se desarrollarán todas las iniciativas al respecto.

La esclerosis múltiple puede aparecer a cualquier edad, pero la edad media de diagnóstico es de 32 años, un momento en el que muchas personas se están planeando tener una familia y están desarrollando sus carreras. El impacto del diagnóstico en las personas afectadas y sus familias puede ser profundo.

En la actualidad, no hay cura para la esclerosis múltiple, lo que significa que las personas pueden convivir con la enfermedad durante muchas décadas. No obstante, existen tratamientos eficaces que modifican la enfermedad y que pueden reducir considerablemente los efectos discapacitantes, pero los costes impiden su acceso a muchas personas.

Por tanto, esta jornada servirá para poner de relieve la necesidad urgente de un diagnóstico precoz y de abogar por el acceso a la atención sanitaria, la educación y la investigación y, lo que es más importante, el acceso a tratamientos eficaces que puedan reducir sustancialmente la discapacidad.

Cerebros por instinto

Animales inferiores, como el pescado, los anfibios, los reptiles o los pájaros no “piensan” mucho, pero se ocupan cada día de recolectar comida, comer, beber, dormir, reproducirse y defenderse a sí mismos.

Nosotros los humanos realizamos estas funciones muy bien, no tenemos un cerebro “reptiliano” dentro de nosotros. Lo que significa que tenemos las mismas partes del cerebro de un reptil, llamadas tronco cerebral y cerebro.

El cerebro inferior

El cerebro inferior básico está compuesto por el tronco espinal, la médula espinal y el diencéfalo (el cerebro y el córtex también están presentes, pero los veremos en las siguientes secciones). El tronco cerebral contiene la médula, la protuberancia, el mesencéfalo, el hipotálamo y el tálamo.

Dentro de cada una de estas estructuras están los centros de los cuerpos celulares neuronales, llamados núcleos, los cuales están especializados en funciones particulares (respiración, regulación de la tasa cardíaca, el sueño):

Médula

La médula contiene núcleos para regular la presión sanguínea y la respiración, así como núcleos para la transmisión de información de los órganos de los sentidos a través de los nervios craneales. Es también la parte más antigua del cerebro.

Protuberancia

La protuberancia contiene núcleos que transmiten información sobre el movimiento y la posición desde el cerebelo hasta el córtex. También contiene núcleos que están involucrados en la respiración, el sabor y el sueño. Físicamente conecta la médula con el mesencéfalo.

Mesencéfalo

El mesencéfalo contiene núcleos que unen varias secciones del cerebro involucradas en funciones motoras (cerebelo, ganglios basales, córtex cerebral), movimientos oculares y control auditivo. Una parte, llamada substancia negra, está involucrada en los movimientos voluntarios; cuando no funciona tienes movimientos temblorosos, la enfermedad de Parkinson.

Tálamo

El tálamo trasmite información de las vías sensoriales entrantes a las áreas adecuadas del córtex, determina qué información sensorial llega de forma consciente y participa en la información motora intercambiada entre el cerebelo, los ganglios basales y el córtex.

Hipotálamo

El hipotálamo contiene núcleos que controlan la secreción hormonal de la glándula pituitaria. Estos centros controlan la reproducción sexual, el comer, el beber, el crecimiento, y el comportamiento maternal así como la lactancia (la producción de leche en las mamas). El hipotálamo está también involucrado en prácticamente todos los aspectos del comportamiento, incluyendo tu reloj biológico, el cual está vinculado al círculo diario de la luz-oscuridad (ritmos circadianos).

Médula espinal

La médula espinal puede ser vista como una entidad separada del cerebro o como una extensión del tronco cerebral. Contiene las vías sensoriales y motoras del cuerpo, así como vías ascendientes y descendientes desde el cerebro. Posee vías reflejas que reaccionan independientemente del cerebro, como el reflejo rotuliano.

El cerebelo

El cerebelo, también conocido como el “cerebro pequeño” porque está plegado en los lóbulos, se encuentra por encima y detrás de la protuberancia. Es la segunda área más grande del cerebro, recibe inputs(entradas) sensoriales de la médula espinal, inputs motores del córtex y ganglios basales, e información de la posición desde el sistema vestibular.

El “pequeño cerebro” integra esta información e influye en las salidas de las vías motoras desde el cerebro hasta los movimientos coordinados. Para demostrarlo, visualiza y toca un punto en frente de ti, como el monitor del ordenador – tu mano hace un movimiento lento. Si tu cerebelo estuviera dañado, el propio movimiento sería espasmódico, tu córtex inició una serie de pequeñas contracciones musculares desde casa hasta el punto de destino.

El cerebro superior

El cerebro es la parte más grande. Contiene todos los centros que reciben e interpretan la información sensorial, los movimientos iniciales, la información analítica, el razonamiento y las experiencias emocionales. Los centros de estas diferentes tareas están localizados en diferentes partes del córtex cerebral, la capa externa del cerebelo y está compuesta de materia gris. El interior está compuesto por materia blanca.

Partes principales del córtex cerebral

El córtex domina la parte exterior del cerebro. Para encajar esta área superficial dentro del cráneo, el córtex está plegado, formando pliegues (circunvoluciones) y surcos.

Hay surcos muy grandes que dividen el córtex cerebral en varios lóbulos: el lóbulo frontal, el lóbulo parietal, el lóbulo occipital y el lóbulo temporal. Cada lóbulo tiene una función diferente.

Cuando se observa desde arriba el gran surco (fisura interhemisférica), separa el cerebro en la mitad derecha y la mitad izquierda. Las mitades hablan la una con la otra a través de una extensión de fibras de materia blanca llamada el cuerpo calloso. Por otra parte, el lóbulo temporal derecho y el izquierdo se comunican a través de otra extensión de fibras cerca de la parte trasera del cerebro llamada comisura anterior.

Si echas un vistazo a un corte del cerebro, verás que el área cortical está encima del cuerpo calloso dividida por una fisura. Esta fisura es llamada el surco cingular. El área entre el surco y el cuerpo calloso es llamada giro cingular, también referido a él como sistema límbico o lóbulo límbico. Dentro del cerebro están los ganglios basales, la amígdala y el hipocampo.

Cableado neuronal

El cerebro está lleno de cables con conexiones, al igual que un rascacielos o un avión está formado de alambrado eléctrico. En el caso del cerebro, las conexiones están formadas por neuronas que unen las entradas (inputs) sensoriales y las salidas (outputs) motoras con los centros de varios lóbulos del córtex cerebral. También hay vínculos entre estos centros corticales y otras partes del cerebro.

Varias áreas de la corteza cerebral tienen funciones especializadas:

Lóbulo parietal

El lóbulo parietal recibe y procesa todas las entradas somatosensoriales del cuerpo (tacto, dolor):

• Las fibras de la médula espinal son distribuidas por el tálamo a varias partes del lóbulo parietal.

• Las conexiones forman un mapa de la superficie del cuerpo en el lóbulo parietal. Este mapa es conocido con el nombre de homúnculo.

• La parte trasera del lóbulo parietal (próxima al lóbulo temporal) tiene una sección llamada área de Wernicke. Esta área es importante por comprender la información sensorial (auditiva y visual) asociada con el lenguaje. Un daño en esta área cerebral produce lo que se conoce como afasia sensorial, en la cual los pacientes no pueden entender el lenguaje pero pueden producir sonidos.

Lóbulo frontal

El lóbulo frontal está involucrado en las habilidades motoras (incluyendo el habla) y en funciones cognitivas.

• El motor central del cerebro (el giro pre-central) está localizado en la parte trasera del lóbulo frontal, justo en frente del lóbulo parietal. Recibe conexiones de la parte somatosensorial del lóbulo parietal y procesa e inicia las funciones motoras. Como el homúnculo en el lóbulo parietal, el giro pre-central  tiene un mapa motor del cerebro.

• Un área en la parte izquierda del lóbulo frontal se conoce como el área de Broca, encargada de procesar el lenguaje y controlar los músculos que producen los sonidos (boca, labios y laringe). Un daño en esta área provoca afasia motora, en la cual los pacientes pueden entender el lenguaje pero no puede producirlo de manera entendible.

Las restantes áreas del lóbulo frontal realizan procesos asociativos (pensamiento, aprendizaje, memoria).

Lóbulo occipital

El lóbulo occipital recibe y procesa información visual directamente desde los ojos y transmite esta información al lóbulo parietal (área de Wernicke) y a la corteza motora (lóbulo frontal). Una de las cosas que debe hacer es interpretar las imágenes invertidas del mundo que son proyectadas en la retina por las lentes de los ojos.

Lóbulo temporal

El lóbulo temporal procesa la información auditiva desde los oídos y la transmite al área de Wernicke del lóbulo parietal y a la corteza motora del lóbulo frontal.

• Ganglios basales. Los ganglios basales están localizados dentro del lóbulo temporal, trabajan con el cerebelo para coordinar los movimientos finos, como los movimientos de los dedos.

• Sistema límbico. Localizado en el interior del lóbulo frontal, en lo más profundo. El sistema límbico es importante en el comportamiento emocional y en el control de los movimientos de las vísceras musculares (músculos del tracto digestivo y de las cavidades del cuerpo). El sistema límbico está compuesto por el giro cingulado, el cuerpo calloso, el cuerpo mamilar, el tracto olfativo, la amígdala y el hipocampo.

• Hipocampo. El hipocampo está localizado dentro del lóbulo temporal y es importante para la memoria a corto plazo.

• Amígdala. La amígdala está localizada dentro del lóbulo temporal y controla el comportamiento social y sexual además de otras emociones.

• Ínsula. La ínsula influye en las funciones automáticas del tronco cerebral. Por ejemplo, cuando mantienes la respiración, los impulsos de la ínsula suprimen los centros respiratorios de la médula. La ínsula también procesa la información del sabor, y separa el lóbulo temporal del frontal.

Agua en el cerebro

Tu cerebro y médula espinal están cubiertos por una serie de duras membranas llamadas meninges, las cuales protegen estos órganos del roce contra los huesos del cráneo y la espina.

Para más protección, el cerebro y la médula espinal “flotan” en el mar del fluido cerebroespinal que está dentro del cráneo y la espina. Este fluido de amortiguación es producido por el tejido del plexo coroideo, localizado dentro del cerebro. Este fluido fluye a través de una serie de cavidades (ventrículos) fuera del cerebro y a lo largo de la médula espinal. El fluido cerebroespinal se mantiene separado del suministro de sangre por la barrera hematoencefálica.