1. Sistema Nervioso y Aprendizaje

3. Los miles de millones de neuronas situadas en la capa externa de cada hemisferio forman la corteza cerebral que se aloja en el cráneo a base de constituirse en pliegues múltiples (cada pliegue se llama circunvolución que está delimitada por hendiduras o surcos). En la corteza es donde el cerebro procesa toda la información que le llega a través de los órganos de los sentidos (vista, oído, olfato, gusto y tacto) desde el mundo exterior, controla los movimientos voluntarios y regula el pensamiento consciente y la actividad mental. Figura tomada de W. J. Hendelman. Atlas of functional neuroanatomy. CRC, London 2000, p.37. Las manos de un médico anatomista toman entre sí los hemisferios cerebrales. Los dos pulgares tratan de separar el gran surco interhemisférico dejando a la vista el cuerpo calloso. Las circunvoluciones y los surcos de la corteza no se notan mucho porque no se han retirado las membranas meníngeas que los recubren.

5. Las neuronas necesitan mucho combustible porque su trabajo consume mucha energía. Se llama metabolismo al proceso celular de transformación de las moléculas que reciben de la sangre para generar energía y formar nuevas estructuras, como son las proteínas, que fluyen dentro de ellas. Para que el metabolismo de las neuronas se realice con normalidad es necesario que reciban mucha sangre con oxígeno y glucosa . La glucosa es habitualmente la única fuente de energía que tiene el cerebro. Si a las neuronas les falta oxígeno o glucosa suficientes, inevitablemente se mueren. Cuando un grupo de neuronas está cumpliendo una función (hablar mucho, pensar en profundidad, recordar con intensidad, leer largo tiempo, caminar mucho rato, etc.), su metabolismo aumenta notablemente. Dicho de otra manera, las neuronas estimuladas tienen un mayor metabolismo, necesitan más oxígeno y más glucosa para funcionar normalmente. Todo esto puede verse con técnicas de neuroimagen.

6. Una de las técnicas de neuroimagen más prometedoras se llama tomografía con emisión de positrones o PET . Permite medir la cantidad de sangre y el consumo de glucosa por parte de las neuronas en las distintas partes del cerebro Cuando una región del cerebro se ha de activar para realizar una función tan simple como mover repetidamente el dedo pulgar varias veces, sus neuronas necesitan más sangre, más oxígeno y más glucosa. Estas mayores necesidades energéticas se ven en la PET en color rojo o amarillo. Cuando aparecen imágenes en color azul o negro son indicativas de que las neuronas de esa zona están hipoactivas o inactivas. Se inyecta en la vena una sustancia química marcada con un trazador que reluce en el PET. Estos trazadores pueden desvelar en las imágenes de PET los neurotransmisores del cerebro. En esencia, un PET es un auténtico mapa de lo que en el cerebro está activo, hipoactivo o inactivo.

7. De izquierda a derecha, zonas del hemisferio cerebral izquierdo vistas lateralmente que se activan tras escuchar palabras, decirlas, verlas escritas o pensar sobre ellas. Los colores rojos y amarillos indican las áreas que consumen más glucosa durante cada una de estas actividades.

9. Siempre que una neurona recibe mensajes de las células vecinas genera una carga eléctrica o impulso nervioso . Este potencial eléctrico se propaga a través del axón hasta el final del mismo. Allí contacta con el cuerpo neuronal de otra neurona (recuadro de la izquierda). A la derecha de la figura, se dibuja en detalle lo que es ese contacto sináptico entre el final de un axón y el cuerpo de la neurona vecina.

10. Al llegar el potencial eléctrico al final del axón, origina la liberación de los neurotransmisores o mensajeros químicos que atraviesan el espacio intersináptico y se acoplan a los receptores del cuerpo celular o las dendritas de la neurona vecina (neurona postsináptica).

11. El neurotransmisor activa a los receptores específicos de la neurona vecina al unirse a ellos. Esta activación consigue abrir unos poros o canales en la membrana de esta neurona receptora de la señal con lo que se ponen en marcha los mecanismos para que esta neurona postsináptica cumpla la misión que le corresponde en la transmisión del impulso nervioso. Y así sucesivamente en todo el circuito neuronal implicado en la función concreta de que se trate.

12. Una neurona aislada de las otras no puede sobrevivir. Si pierde la comunicación o la conexión con las neuronas vecinas, sucumbe irremediablemente porque deja de recibir los factores tróficos (alimentación=Glucosa) imprescindibles para mantenerse viva.

13. Ilustración esquemática de la conectividad entre las neuronas. En el cuadro superior se representan neuronas de la corteza cerebral (puntos y triángulos azules). Una de ellas se pinta con más detalle mostrando el núcleo y se dibujan sus prolongaciones dendríticas que van a hacer sinapsis con otras neuronas de la corteza. Esta neurona envía su axón (trazo grueso morado) rodeado de mielina para, una vez ramificado, contactar con otras dos neuronas de la corteza. Este axón atraviesa la sustancia blanca (//) y establece sinapsis con una neurona de un núcleo gris subcortical (cuadro inferior). Esta sinapsis se muestra agrandada y coloreada en el recuadro insertado. (tomada de T. A. Woolsey, J. Hanaway, M. H. Gado. The brain atlas. A visual guide to the human central nervous system . Second edition. Wiley, New Jersey 2003, pp.248 ).

18. Gerald M. Edelman fue premio Nobel de medicina en 1972 y actualmente es el director del Instituto de Neurociencia y presidente del Neurosciences Research Foundation . En su obra Bright Air, Brilliant Fire. On the Matter of the Mind ha sistematizado su trilogía consistente en Neural Darwinism , 1987; Topobiology , 1988 y The Remembered Present , 1989. ¿cuál es la unidad funcional básica del sistema nervioso? Gerald Edelman considera que el desarrollo evolutivo, la funcionalidad cerebral y en general la adaptación del organismo al medio depende del grupo de neuronas .

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

20. 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.

21. 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.

22. La selección en la experiencia conlleva correlaciones de señales 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. 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.

23. 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 .

24. 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.

25. 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. Con esto, categorización y memoria, obtenemos la condición necesaria para el aprendizaje. 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.

27. 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.