3.4: El Cerebro y la Médula Espinal
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El cerebro es un órgano notablemente complejo compuesto por miles de millones de neuronas interconectadas y glía. Se trata de una estructura bilateral, o bilateral, que se puede separar en distintos lóbulos. Cada lóbulo está asociado con ciertos tipos de funciones, pero, en última instancia, todas las áreas del cerebro interactúan entre sí para proporcionar la base de nuestros pensamientos y comportamientos. En esta sección, se discute la organización general del cerebro y las funciones asociadas a diferentes áreas cerebrales, comenzando con lo que puede verse como una extensión del cerebro, la médula espinal.
La Médula Espinal
Se puede decir que la médula espinal es lo que conecta el cerebro con el mundo exterior. Por ello, el cerebro puede actuar. La médula espinal es como una estación de relevo, pero muy inteligente. No sólo enruta los mensajes hacia y desde el cerebro, sino que también tiene su propio sistema de procesos automáticos, llamado reflejos.
La parte superior de la médula espinal es un haz de nervios que se funde con el tronco encefálico, donde se controlan los procesos básicos de la vida, como la respiración y la digestión. En sentido contrario, la médula espinal termina justo debajo de las nervaduras, contrariamente a lo que podríamos esperar, no se extiende hasta la base de la columna vertebral.
La médula espinal está organizada funcionalmente en 30 segmentos, correspondientes a las vértebras. Cada segmento está conectado a una parte específica del cuerpo a través del sistema nervioso periférico. Los nervios se ramifican desde la columna vertebral en cada vértebra. Los nervios sensoriales traen mensajes; los nervios motores envían mensajes a los músculos y órganos. Los mensajes viajan hacia y desde el cerebro a través de cada segmento.
Algunos mensajes sensoriales son inmediatamente actuados por la médula espinal, sin ninguna entrada del cerebro. La retirada de un objeto caliente y el tirón de rodilla son dos ejemplos. Cuando un mensaje sensorial cumple con ciertos parámetros, la médula espinal inicia un reflejo automático. La señal pasa del nervio sensorial a un simple centro de procesamiento, que inicia un comando motor. Los segundos se guardan, porque los mensajes no tienen que ir al cerebro, ser procesados y ser enviados de vuelta. En materia de supervivencia, los reflejos espinales permiten que el cuerpo reaccione extraordinariamente rápido.
La médula espinal está protegida por vértebras óseas y acolchada en el líquido cefalorraquídeo, pero aún ocurren lesiones. Cuando la médula espinal se daña en un segmento en particular, todos los segmentos inferiores se cortan del cerebro, causando parálisis. Por lo tanto, cuanto menor sea el daño de la columna vertebral, menos funciones perderá un individuo lesionado.
Neuroplasticidad
Bob Woodruff, reportero de ABC, sufrió una lesión cerebral traumática luego de que una bomba explotó junto al vehículo en el que se encontraba mientras cubría una noticia en Irak. Como consecuencia de estas lesiones, Woodruff experimentó muchos déficits cognitivos incluyendo dificultades con la memoria y el lenguaje. Sin embargo, con el tiempo y con la ayuda de cantidades intensivas de terapia cognitiva y del habla, Woodruff ha demostrado una increíble recuperación de la función (Fernández, 2008, 16 de octubre).
Uno de los factores que hicieron posible esta recuperación fue la neuroplasticidad. La neuroplasticidad se refiere a cómo el sistema nervioso puede cambiar y adaptarse. La neuroplasticidad puede ocurrir de diversas maneras, incluyendo experiencias personales, procesos de desarrollo o, como en el caso de Woodruff, en respuesta a algún tipo de daño o lesión que haya ocurrido. La neuroplasticidad puede implicar la creación de nuevas sinapsis, poda de sinapsis que ya no se utilizan, cambios en las células gliales, e incluso el nacimiento de nuevas neuronas. Debido a la neuroplasticidad, nuestros cerebros cambian y se adaptan constantemente, y si bien nuestro sistema nervioso es más plástico cuando somos muy jóvenes, como sugiere el caso de Woodruff, todavía es capaz de cambios notables más adelante en la vida.
Los dos hemisferios
La superficie del cerebro, conocida como corteza cerebral, es muy desigual, caracterizada por un patrón distintivo de pliegues o protuberancias, conocido como giro (singular: giro), y surcos, conocidos como sulci (singular: surco), que se muestra en la Figura 3.15. Estos giros y surcos forman importantes hitos que nos permiten separar el cerebro en centros funcionales. El surco más prominente, conocido como la fisura longitudinal, es el surco profundo que separa el cerebro en dos mitades o hemisferios: el hemisferio izquierdo y el hemisferio derecho.
Existe evidencia de especialización de la función, denominada lateralización, en cada hemisferio, principalmente en cuanto a las diferencias en las funciones del lenguaje. El hemisferio izquierdo controla la mitad derecha del cuerpo, y el hemisferio derecho controla la mitad izquierda del cuerpo. Décadas de investigación sobre lateralización de la función por Michael Gazzaniga y sus colegas sugieren que una variedad de funciones que van desde el razonamiento de causa y efecto hasta el autoreconocimiento pueden seguir patrones que sugieren cierto grado de dominio hemisférico (Gazzaniga, 2005). Por ejemplo, se ha demostrado que el hemisferio izquierdo es superior para formar asociaciones en la memoria, la atención selectiva y las emociones positivas. El hemisferio derecho, por otro lado, ha demostrado ser superior en percepción de tono, excitación y emociones negativas (Ehret, 2006). Sin embargo, cabe señalar que la investigación sobre qué hemisferio es dominante en una variedad de comportamientos diferentes ha producido resultados inconsistentes, y por lo tanto, probablemente es mejor pensar en cómo interactúan los dos hemisferios para producir un comportamiento dado en lugar de atribuir ciertos comportamientos a uno hemisferio frente al otro (Banich & Heller, 1998).
Los dos hemisferios están conectados por una gruesa banda de fibras neuronales conocidas como el cuerpo calloso, que consta de unos 200 millones de axones. El cuerpo calloso permite que los dos hemisferios se comuniquen entre sí y permite que la información que se procesa en un lado del cerebro se comparta con el otro lado.
Normalmente, no somos conscientes de los diferentes roles que desempeñan nuestros dos hemisferios en las funciones del día a día, pero hay personas que llegan a conocer bastante bien las capacidades y funciones de sus dos hemisferios. En algunos casos de epilepsia severa, los médicos eligen cortar el cuerpo calloso como medio para controlar la propagación de las convulsiones (Figura 3.16). Si bien esta es una opción de tratamiento efectiva, resulta en individuos que tienen “cerebros divididos”. Después de la cirugía, estos pacientes de cerebro dividido muestran una variedad de comportamientos interesantes. Por ejemplo, un paciente de cerebro dividido no puede nombrar una imagen que se muestra en el campo visual izquierdo del paciente porque la información solo está disponible en el hemisferio derecho, en gran parte no verbal. No obstante, son capaces de recrear la imagen con su mano izquierda, que también es controlada por el hemisferio derecho. Cuando el hemisferio izquierdo más verbal ve el cuadro que dibujó la mano, el paciente es capaz de nombrarlo (suponiendo que el hemisferio izquierdo pueda interpretar lo que dibujó la mano izquierda).
Gran parte de lo que sabemos sobre las funciones de diferentes áreas del cerebro proviene del estudio de los cambios en el comportamiento y la capacidad de los individuos que han sufrido daños en el cerebro. Por ejemplo, los investigadores estudian los cambios de comportamiento causados por los accidentes cerebrovasculares para conocer las funciones de áreas específicas del cerebro. Un derrame cerebral, causado por una interrupción del flujo sanguíneo a una región del cerebro, provoca una pérdida de la función cerebral en la región afectada. El daño puede ser en un área pequeña, y, si es así, esto da a los investigadores la oportunidad de vincular cualquier cambio de comportamiento resultante con un área específica. Los tipos de déficits mostrados después de un accidente cerebrovascular dependerán en gran medida de dónde en el cerebro se produjo el daño.
Considera a Theona, una mujer inteligente, autosuficiente, que tiene 62 años. Recientemente, sufrió un derrame cerebral en la parte frontal de su hemisferio derecho. En consecuencia, tiene grandes dificultades para mover su pierna izquierda. (Como aprendiste antes, el hemisferio derecho controla el lado izquierdo del cuerpo; además, los principales centros motores del cerebro se encuentran en la parte frontal de la cabeza, en el lóbulo frontal). Theona también ha experimentado cambios de comportamiento. Por ejemplo, mientras está en la sección de productos de la tienda de abarrotes, a veces come uvas, fresas y manzanas directamente de sus contenedores antes de pagarlas. Este comportamiento —que le habría sido muy embarazoso antes del ataque cerebral— es consistente con el daño en otra región del lóbulo frontal, la corteza prefrontal, que se asocia con el juicio, el razonamiento y el control de los impulsos.
Estructuras prosencéfalo
Los dos hemisferios de la corteza cerebral son parte del prosencéfalo (Figura 3.17), que es la mayor parte del cerebro. El prosencéfalo contiene la corteza cerebral y una serie de otras estructuras que se encuentran debajo de la corteza (llamadas estructuras subcorticales): tálamo, hipotálamo, glándula pituitaria y el sistema límbico (una colección de estructuras). La corteza cerebral, que es la superficie externa del cerebro, se asocia con procesos de nivel superior como la conciencia, el pensamiento, la emoción, el razonamiento, el lenguaje y la memoria. Cada hemisferio cerebral se puede subdividir en cuatro lóbulos, cada uno asociado con diferentes funciones.
Lóbulos del Cerebro
Los cuatro lóbulos del cerebro son los lóbulos frontal, parietal, temporal y occipital (Figura 3.18). El lóbulo frontal se localiza en la parte delantera del cerebro, extendiéndose de nuevo a una fisura conocida como el surco central. El lóbulo frontal está involucrado en el razonamiento, el control motor, la emoción y el lenguaje. Contiene la corteza motora, que participa en la planificación y coordinación del movimiento; la corteza prefrontal, que es responsable del funcionamiento cognitivo de nivel superior; y el área de Broca, que es esencial para la producción del lenguaje.
Las personas que sufren daños en el área de Broca tienen grandes dificultades para producir lenguaje de cualquier forma (Figura 3.18). Por ejemplo, Padma era una ingeniera eléctrica que era socialmente activa y un padre cariñoso e involucrado. Hace unos veinte años, se encontraba en un accidente automovilístico y sufrió daños en la zona de su Broca. Perdió por completo la capacidad de hablar y formar cualquier tipo de lenguaje significativo. No le pasa nada a su boca ni a sus cuerdas vocales, pero es incapaz de producir palabras. Ella puede seguir instrucciones pero no puede responder verbalmente, y puede leer pero ya no escribir. Ella puede hacer tareas rutinarias como correr al mercado a comprar leche, pero no podía comunicarse verbalmente si una situación lo exigía.
Probablemente el caso más famoso de daño del lóbulo frontal es el de un hombre llamado Phineas Gage. El 13 de septiembre de 1848, Gage (25 años) trabajaba como capataz de ferrocarril en Vermont. Él y su tripulación estaban usando una varilla de hierro para apisonar explosivos en un agujero de voladura para eliminar rocas a lo largo del camino del ferrocarril. Desafortunadamente, la varilla de hierro creó una chispa y provocó que la varilla explotara fuera del agujero de voladura, en la cara de Gage y a través de su cráneo (Figura 3.19). Aunque tirado en un charco de su propia sangre con materia cerebral emergiendo de su cabeza, Gage estaba consciente y capaz de levantarse, caminar y hablar. Pero en los meses siguientes a su accidente, la gente se percató de que su personalidad había cambiado. Muchos de sus amigos lo describieron como que ya no era él mismo. Antes del accidente, se decía que Gage era un hombre educado, de voz suave, pero comenzó a comportarse de maneras extrañas e inapropiadas después del accidente. Tales cambios en la personalidad serían consistentes con la pérdida del control de impulsos, una función del lóbulo frontal.
Más allá del daño al lóbulo frontal mismo, investigaciones posteriores sobre la trayectoria de la varilla también identificaron daños probables en las vías entre el lóbulo frontal y otras estructuras cerebrales, incluido el sistema límbico. Con conexiones entre las funciones de planeación del lóbulo frontal y los procesos emocionales del sistema límbico seccionados, Gage tuvo dificultades para controlar sus impulsos emocionales.
Sin embargo, hay alguna evidencia que sugiere que los cambios dramáticos en la personalidad de Gage fueron exagerados y embellecidos. El caso de Gage ocurrió en medio de un debate del siglo XIX sobre la localización, con respecto a si ciertas áreas del cerebro están asociadas con funciones particulares. Sobre la base de información extremadamente limitada sobre Gage, el alcance de su lesión, y su vida antes y después del accidente, los científicos tendían a encontrar apoyo para sus propios puntos de vista, de cualquier lado del debate que cayeran (Macmillan, 1999).
El lóbulo parietal del cerebro se encuentra inmediatamente detrás del lóbulo frontal, y está involucrado en el procesamiento de la información de los sentidos del cuerpo. Contiene la corteza somatosensorial, que es esencial para procesar información sensorial de todo el cuerpo, como el tacto, la temperatura y el dolor. La corteza somatosensorial está organizada topográficamente, lo que significa que las relaciones espaciales que existen en el cuerpo generalmente se mantienen en la superficie de la corteza somatosensorial (Figura 3.20). Por ejemplo, la porción de la corteza que procesa la información sensorial de la mano es adyacente a la porción que procesa la información de la muñeca.
El lóbulo occipital se encuentra en la parte posterior del cerebro, y contiene la corteza visual primaria, que se encarga de interpretar la información visual entrante. La corteza occipital se organiza retinotópicamente, lo que significa que existe una estrecha relación entre la posición de un objeto en el campo visual de una persona y la posición de la representación de ese objeto en la corteza. Aprenderás mucho más sobre cómo se procesa la información visual en el lóbulo occipital cuando estudias la sensación y la percepción.
Otras áreas del prosencéfalo
Otras áreas del prosencéfalo, ubicadas debajo de la corteza cerebral, incluyen el tálamo y el sistema límbico. El tálamo es un relé sensorial para el cerebro. Todos nuestros sentidos, a excepción del olfato, se encaminan a través del tálamo antes de ser dirigidos a otras áreas del cerebro para su procesamiento (Figura 3.22).
El caso de Henry Molaison (H.M.)
En 1953, Henry Gustav Molaison (H. M.) era un hombre de 27 años que experimentó convulsiones severas. En un intento de controlar sus convulsiones, H. M. se sometió a una cirugía cerebral para extirpar su hipocampo y amígdala. Después de la cirugía, las convulsiones de H.M se volvieron mucho menos severas, pero también sufrió algunas consecuencias inesperadas y devastadoras de la cirugía: perdió la capacidad de formar muchos tipos de nuevos recuerdos. Por ejemplo, no pudo conocer nuevos hechos, como quién era presidente de Estados Unidos. Pudo aprender nuevas habilidades, pero después no tuvo ningún recuerdo de aprenderlas. Por ejemplo, si bien podría aprender a usar una computadora, no tendría memoria consciente de haber usado alguna vez una. No podía recordar caras nuevas, y no pudo recordar hechos, ni siquiera inmediatamente después de que ocurrieron. Los investigadores quedaron fascinados por su experiencia, y es considerado uno de los casos más estudiados en la historia médica y psicológica (Hardt, Einarsson, & Nader, 2010; Squire, 2009). En efecto, su caso ha proporcionado una tremenda visión del papel que juega el hipocampo en la consolidación del nuevo aprendizaje en la memoria explícita.
Estructuras del mesencéfalo y del cerebro posterior
El mesencéfalo se compone de estructuras localizadas profundamente dentro del cerebro, entre el prosencéfalo y el cerebro posterior. La formación reticular está centrada en el mesencéfalo, pero en realidad se extiende hacia arriba en el prosencéfalo y hacia abajo en el cerebro posterior. La formación reticular es importante para regular el ciclo sueño/vigilia, la excitación, el estado de alerta y la actividad motora.
La sustancia negra (latín para “sustancia negra”) y el área tegmental ventral (VTA) también se localizan en el mesencéfalo (Figura 3.24). Ambas regiones contienen cuerpos celulares que producen el neurotransmisor dopamina, y ambas son críticas para el movimiento. La degeneración de la sustancia negra y VTA está involucrada en la enfermedad de Parkinson. Además, estas estructuras están involucradas en el estado de ánimo, la recompensa y la adicción (Berridge & Robinson, 1998; Gardner, 2011; George, Le Moal, & Koob, 2012).
¿Qué harías si tu cónyuge o ser querido fuera declarado con muerte cerebral pero su cuerpo estuviera siendo mantenido vivo por equipos médicos? ¿De quién debería ser la decisión de extraer una sonda de alimentación? ¿Deben ser factores los costos de la atención médica?
El 25 de febrero de 1990, una mujer de Florida llamada Terri Schiavo sufrió un paro cardíaco, al parecer provocado por un episodio bulímico. Finalmente fue reavivada, pero su cerebro había estado privado de oxígeno durante mucho tiempo. Los escáneres cerebrales indicaron que no había actividad en su corteza cerebral, y padecía atrofia cerebral severa y permanente. Básicamente, Schiavo se encontraba en estado vegetativo. Los profesionales médicos determinaron que nunca más podría moverse, platicar o responder de ninguna manera. Para mantenerse con vida, requirió de una sonda de alimentación, y no había posibilidad de que su situación mejorara alguna vez.
En ocasiones, los ojos de Schiavo se moverían, y a veces ella gemía. A pesar de la insistencia de los médicos en lo contrario, sus padres creían que se trataba de señales de que estaba tratando de comunicarse con ellos.
Después de 12 años, el esposo de Schiavo argumentó que su esposa no habría querido mantenerse viva sin sentimientos, sensaciones, o actividad cerebral. Sus padres, sin embargo, estaban muy en contra de quitarle la sonda de alimentación. Eventualmente, el caso llegó a los tribunales, tanto en el estado de Florida como a nivel federal. Para 2005, los tribunales encontraron a favor del esposo de Schiavo, y la sonda de alimentación se retiró el 18 de marzo de 2005. Schiavo murió 13 días después.
¿Por qué a veces se movían los ojos de Schiavo y por qué gemía? Aunque las partes de su cerebro que controlan el pensamiento, el movimiento voluntario y el sentimiento estaban completamente dañadas, su tronco encefálico aún estaba intacto. Su médula y pons mantuvieron su respiración y causaron movimientos involuntarios de sus ojos y los gemidos ocasionales. Durante el periodo de 15 años que estuvo en una sonda de alimentación, los costos médicos de Schiavo pueden haber superado los 7 millones de dólares (Arnst, 2003).
Estas preguntas fueron llevadas a la conciencia popular hace décadas en el caso de Terri Schiavo, y han persistido. En 2013, una niña de 13 años que sufrió complicaciones tras una cirugía de amígdalas fue declarada con muerte cerebral. Hubo una batalla entre su familia, que quería que permaneciera en soporte vital, y las políticas del hospital respecto a las personas declaradas con muerte cerebral. En otro complicado caso 2013-14 en Texas, una profesional de EMT embarazada que declaró muerte cerebral se mantuvo viva durante semanas, a pesar de las directivas de su cónyuge, las cuales se basaron en sus deseos en caso de que surgiera esta situación. En este caso, las leyes estatales diseñadas para proteger a un feto nonato entraron en consideración hasta que los médicos determinaron que el feto era inviable.
Las decisiones en torno a la respuesta médica a los pacientes declarados con muerte cerebral son complejas. ¿Qué opinas de estos temas?
Imágenes Cerebrales
Has aprendido cómo la lesión cerebral puede proporcionar información sobre las funciones de diferentes partes del cerebro. Sin embargo, cada vez más podemos obtener esa información utilizando técnicas de imagen cerebral en individuos que no han sufrido una lesión cerebral. En esta sección, analizamos en profundidad algunas de las técnicas disponibles para obtener imágenes del cerebro, incluidas las técnicas que dependen de la radiación, los campos magnéticos o la actividad eléctrica dentro del cerebro.
Técnicas que involucran radiación
Una tomografía computarizada (TC) implica tomar una serie de radiografías de una sección particular del cuerpo o cerebro de una persona (Figura 3.26). Los rayos X pasan a través de tejidos de diferentes densidades a diferentes velocidades, permitiendo que una computadora construya una imagen general del área del cuerpo que se está escaneando. A menudo se usa una tomografía computarizada para determinar si alguien tiene un tumor o una atrofia cerebral significativa.
Técnicas que involucran campos magnéticos
En la resonancia magnética (MRI), se coloca a una persona dentro de una máquina que genera un campo magnético fuerte. El campo magnético hace que los átomos de hidrógeno en las células del cuerpo se muevan. Cuando se apaga el campo magnético, los átomos de hidrógeno emiten señales electromagnéticas a medida que regresan a sus posiciones originales. Los tejidos de diferentes densidades emiten diferentes señales, que una computadora interpreta y muestra en un monitor. La resonancia magnética funcional (fMRI) opera sobre los mismos principios, pero muestra cambios en la actividad cerebral a lo largo del tiempo al rastrear el flujo sanguíneo y los niveles de oxígeno. El fMRI proporciona imágenes más detalladas de la estructura cerebral, así como una mejor precisión en el tiempo, de lo que es posible en las exploraciones PET (Figura 3.28). Con su alto nivel de detalle, la resonancia magnética y la resonancia magnética magnética se utilizan a menudo para comparar los cerebros de individuos sanos con los cerebros de individuos diagnosticados con trastornos psicológicos. Esta comparación ayuda a determinar qué diferencias estructurales y funcionales existen entre estas poblaciones.
Técnicas que involucran actividad eléctrica
En algunas situaciones, es útil comprender la actividad general del cerebro de una persona, sin necesidad de información sobre la ubicación real de la actividad. La electroencefalografía (EEG) sirve para este propósito al proporcionar una medida de la actividad eléctrica de un cerebro. Se coloca una matriz de electrodos alrededor de la cabeza de una persona (Figura 3.29). Las señales recibidas por los electrodos dan como resultado una impresión de la actividad eléctrica de su cerebro, u ondas cerebrales, mostrando tanto la frecuencia (número de ondas por segundo) como la amplitud (altura) de las ondas cerebrales registradas, con una precisión en milisegundos. Dicha información es especialmente útil para los investigadores que estudian los patrones de sueño entre individuos con trastornos del sueño.
