por FELIPE APL COSTA

No eres tú quien controla tu cuerpo, es tu cerebro.

Sistemas de integración y control.

El cuerpo humano tiene dos sistemas de control: el sistema nervioso (SN) y el sistema endocrino.^{[ 1 ]} El primero es un sistema de acción rápida y fugaz, que opera a través de impulsos eléctricos, un tipo de señal que se conduce a velocidades muy altas (p. ej., 100 ms^-1). Esto aporta agilidad, hasta el punto de que el tiempo de reacción del sistema, en determinados casos, es prácticamente nulo.

El segundo es un sistema de acción lenta y duradera, que opera a través de hormonas, sustancias químicas que se transmiten a través del torrente sanguíneo.^{[ 2 ]} La velocidad de transmisión es mucho más lenta, una diferencia que ayuda a explicar por qué el tiempo de reacción aquí es mucho más lento. La señal, sin embargo, es persistente: mientras la hormona esté circulando por la sangre, las células con los receptores adecuados seguirán respondiendo.

Otra diferencia importante tiene que ver con el tamaño del objetivo y la precisión del control. El impulso transmitido por una cadena de neuronas es capaz de llegar a un pequeño grupo de células motoras o incluso a una única célula individual. El flujo sanguíneo no lo permite. En rigor, las hormonas que pasan por la sangre afectan a todas las células que portan sus respectivos receptores.

A continuación, veremos algunos aspectos de nuestro sistema nervioso.^{[ 3 ]}

Cordados con calaveras

El sistema nervioso de los cráneos – léase: cordados con cráneo^{[ 4 ]} – está formado por (i) el cerebro, un conjunto de estructuras encerradas dentro del cráneo, con énfasis en el cerebro, una masa de células de consistencia gelatinosa y apariencia globosa (especialmente en el caso de aves y mamíferos); y por (ii) la médula espinal, un tubo cilíndrico que se adhiere a la parte posterior del cerebro y atraviesa el interior de la columna vertebral.^{[ 5 ]}

En palabras de Hildebrand & Goslow (2008, p. 319 y 321): “El cerebro es el órgano más complicado del cuerpo y también el órgano más maravilloso para muchas personas. […] El cerebro no se limita a transmitir, rechazar o almacenar información en los 3 mil millones de impulsos que llegan a sus 10¹⁰ células cada segundo de vigilia.^{[ 6 ]} Transforma la información, la adapta y elige entre respuestas alternativas en formas que superan nuestra comprensión actual”.

¿De dónde viene el cerebro?

A diferencia de la médula, que ha cambiado relativamente poco a lo largo de la historia evolutiva de los vertebrados, el cerebro ha sufrido cambios notables, ya sea en tamaño o forma (ver Fig. 1).

El cerebro maduro se desarrolla a partir de tres regiones embrionarias: el prosencéfalo (o cerebro anterior), el mesencéfalo (mesencéfalo) y el rombencéfalo (rombencéfalo). Cada región da lugar a órganos o tejidos con funciones específicas. El cerebro es uno de estos órganos, el cerebelo es otro.

El cerebro ha aumentado considerablemente de tamaño desde la aparición de los cráneos. Tanto en términos absolutos como relativos. Vea, por ejemplo, cómo la proporción (cerebro): (médula) varía entre diferentes linajes. Entre los más antiguos (peces y anfibios), la proporción es de aproximadamente 1:1, es decir, el cerebro y la médula espinal tienen más o menos la misma masa. Entre los mamíferos, sin embargo, la proporción es muy desigual, alcanzando 50:1 en los humanos. La masa de nuestra corteza cerebral, por ejemplo, es de unos 882 g (o 8 × 10¹⁰ células), mientras que el de la médula no supera los 18 g (2,1 × 10⁹ células).^{[ 7 ]}

El tamaño del cerebro

Otro tipo de comparación relevante implica el tamaño del cerebro (o cerebro) vs. el tamaño del cuerpo. Existe una correlación positiva muy significativa entre uno y otro.^{[ 8 ]} Aquí está el comentario de Bonner (1983, p. 67-8): “Existe una correlación inversa directa entre el tiempo de aparición de un grupo en la historia de la Tierra y las dimensiones del cerebro de ese grupo. En un extremo del espectro, los peces tienen cerebros pequeños y en el otro extremo, los mamíferos tienen cerebros más grandes. Esto sugiere una tendencia hacia un aumento de la capacidad de aprendizaje, hacia un aumento de la flexibilidad de respuesta. Nótese, sin embargo, que esta expansión cerebral probablemente corresponda, en gran parte, a la expansión de nuevos nichos y no sólo a la eliminación de animales con cerebros más pequeños. […] [Los peces todavía existen, son abundantes y exitosos como grupo, a pesar de la relativa insignificancia de sus cerebros”.

Pero hay desviaciones importantes de esta correlación. Entre los mamíferos, por ejemplo, los primates destacan por tener cerebros especialmente grandes. Más grande de lo que se esperaría si sólo tuviéramos en cuenta el tamaño corporal. Entre los primates, los humanos destacan aún más.

Aquí está la caracterización de Lewin (1999, p. 448-50): “[Se] puede decir que el tamaño del cerebro de los australopitecos era de casi 400 cm³, y que ha aumentado sólo ligeramente a lo largo de la historia de este género. Se observa una expansión más marcada con el origen del género Homo, específicamente el Homo habilis/rudolfensis, que vivió hace entre 2,5 y 1,8 millones y tenía un tamaño cerebral de 650 a 800 cm³. La variación de tamaño para el Homo ergaster/erectus, que data de hace 1,8 millones a 300.000 años, mide entre 850 y poco más de 1.000 cm³. Medidas equivalentes para Homo sapiens. Los árboles arcaicos oscilan entre 1.100 y más de 1.400 cm.³, es decir, mayor que en los humanos modernos. Utilizando el cociente de encefalización (EQ), una medida del tamaño del cerebro en relación con el tamaño corporal, podemos discernir esta progresión de manera más objetiva. Las especies de australopitecos tienen un CE de alrededor de 2,5, en comparación con el 2 del chimpancé común y el 3,1 del primero. Homo ergaster/erectusy 5,8 para los humanos modernos”.

Relaciones como estas (me refiero a: correlación cerebro versus médula espinal o cerebro versus cuerpo) se convierten en índices que pueden usarse para comparar el grado de inteligencia de diferentes grupos de animales. Como regla general, cuanto mayor es el tamaño relativo del cerebro, mayor es el grado de inteligencia. Una afirmación que se ancla en algunos supuestos biológicos. Como definió Jerison (1985, p. 106): “La inteligencia biológica en adultos representativos de una especie es la consecuencia conductual de la capacidad de procesamiento de información neuronal disponible, además de la necesaria para el control de las funciones corporales generales”.

Ahora bien, sabiendo que el cerebro es el centro de control de los demás órganos del cuerpo, no sorprende que los animales más grandes tengan cerebros igualmente grandes. Después de todo, si el cuerpo de un animal alberga más células, se necesitan más neuronas para controlarlas.

El sistema nervioso humano

Nuestro sistema nervioso se puede dividir en (i) sistema nervioso central (SNC); (ii) sistema nervioso periférico (SNP); y (iii) una división autónoma, que comprende el simpático y el parasimpático. Esta distinción es tanto morfológica como funcional, aunque las tres porciones son interdependientes.

El sistema nervioso central es una región destinada a recibir y procesar estímulos y emitir respuestas. Sus elementos constitutivos se alojan en el interior del esqueleto axial: el cerebro, en el interior del cráneo, y la médula espinal, en el interior de la columna vertebral. A continuación hablaremos únicamente del cerebro.

El desarrollo del cerebro

El cerebro se forma a partir de una estructura embrionaria llamada tubo neural, que a su vez proviene de una estructura previa llamada placa neural.

El tubo neural se forma alrededor de la cuarta semana de gestación, cuando el embrión tiene entre 26 y 29 días. La aparición de esta estructura marca el comienzo de una fase de desarrollo denominada neurulación. Unos días más y será posible observar la presencia de dilataciones en la porción anterior de la trompa. Se trata de las regiones cerebrales primarias (prosencéfalo, mesencéfalo y rombencéfalo), ya mencionadas anteriormente.

Las tres regiones se dividirán en cinco: (i) Prosencéfalo: esta es la dilatación más anterior. Durante el desarrollo, las porciones laterales se expanden, hasta el punto de cubrir y ocultar la porción central. Da origen al telencéfalo y al diencéfalo; (ii) Cerebro medio: no se subdivide. En el embrión maduro se sigue reconociendo como un canal más o menos estrecho; y (iii) Cerebro posterior: esta es la dilatación más posterior. Pasa por una subdivisión longitudinal, dando lugar al metencéfalo y al mielencéfalo.

Estas cinco regiones darán origen a las estructuras que forman el cerebro (p. ej., cerebro, cerebelo y bulbo raquídeo). Vamos a ver.

El cerebro maduro

Primero. El telencéfalo y el diencéfalo dan lugar al cerebro. El primero da origen a los dos hemisferios cerebrales. Separados por una fisura profunda, los hemisferios están conectados por una estructura medial llamada cuerpo calloso. Hay conexiones más pequeñas, pero el cuerpo calloso es el principal responsable de la conexión entre los dos hemisferios,^{[ 9 ]}

La superficie exterior del cerebro, como muchos de nosotros hemos presenciado, exhibe un curioso patrón de circunvoluciones o circunvoluciones, que están separadas por hendiduras (o fisuras) de profundidad variable. El exagerado crecimiento lateral del telencéfalo cubre casi por completo al diencéfalo, que permanece como una estructura única, en posición media.

Las paredes del diencéfalo dan lugar al tálamo y similares (es decir, metatálamo, hipotálamo, epitálamo y subtálamo).

Segundo. El mesencéfalo cambia relativamente poco y sigue teniendo el mismo nombre.

Tercero. El metencéfalo da origen al cerebelo y la protuberancia, mientras que el mielencéfalo da origen al bulbo raquídeo. La superficie del cerebelo está cubierta de surcos (fisuras) de diferente profundidad. Estas fisuras dividen el órgano en lóbulos; estos, sin embargo, no exhiben la especialización topográfica que se observa en los hemisferios cerebrales.^{[ 10 ]}

Por lo tanto, el cerebro maduro alberga tres conjuntos de estructuras (i) el cerebro (hemisferios cerebrales, tálamo y similares); (ii) el tronco del encéfalo (mesencéfalo, protuberancia y bulbo raquídeo), que une los hemisferios a través de los llamados pedúnculos cerebrales; y (iii) el cerebelo.

Además del sistema nervioso central, el cuerpo humano está equipado con un sistema nervioso periférico (SNP) y un sistema nervioso autónomo (SNA).

Sistema nervioso periférico.

El sistema nervioso periférico incluye terminaciones nerviosas, ganglios y nervios. Las terminaciones nerviosas están asociadas a fibras sensoriales y motoras, encontrándose tanto en placas motoras como en forma de terminaciones nerviosas libres. Las acumulaciones de cuerpos celulares fuera del sistema nervioso central generalmente toman la forma de pequeñas dilataciones, denominadas ganglios. Los nervios están formados por fibras nerviosas asociadas con el tejido conectivo. Aparecen como cordones blanquecinos, cuya función es conducir (tomar y traer) impulsos al sistema nervioso central. Se dividen en dos grandes grupos: los nervios craneales (12 pares conectados al cerebro) y los n. Médulas espinales (31 pares conectados a la médula espinal).^{[ 11 ]}

Sistema nervioso autónomo

En términos funcionales, el sistema nervioso se puede dividir en somático y visceral. El primero es responsable de la intermediación entre el sistema nervioso central y los estímulos provenientes del exterior (a través de los órganos de los sentidos). El segundo se encarga de la intermediación entre el sistema nervioso central y otros órganos del cuerpo. Controlar la frecuencia respiratoria y los latidos del corazón, por ejemplo, es tarea del sistema visceral.

Tanto el somático como el visceral tienen dos componentes: un componente aferente o de salida (lleva impulsos desde las vísceras a áreas específicas del sistema nervioso central) y un componente eferente o de retorno (lleva impulsos desde áreas específicas del sistema nervioso central a las vísceras, generalmente terminando en una glándula o músculo). El componente eferente (o motor) del sistema nervioso visceral se denomina comúnmente sistema nervioso autónomo. Este, a su vez, se divide en sistema nervioso simpático y sistema nervioso parasimpático, que se distinguen tanto por criterios morfológicos como fisiológicos. Para los efectos de este artículo basta señalar que el simpático y el parasimpático en general ejercen efectos antagónicos sobre los órganos que inervan (cuando el simpático estimula, el parasimpático inhibe).

Coda

Para concluir, veamos un ejemplo muy familiar de cómo el sistema nervioso controla nuestro cuerpo. Consideremos lo que sucede en los llamados reflejos espinales (involuntarios).^{[ 12 ]}

Se dice que una acción o reacción es voluntaria cuando tenemos un grado significativo de control consciente sobre ella. Resulta que muchas de nuestras reacciones, especialmente en situaciones peligrosas, son involuntarias. En una reacción involuntaria, inicialmente no somos conscientes de lo que se está procesando, lo que significa que no elegimos deliberadamente tal o cual respuesta. Esto es lo que ocurre, por ejemplo, en los llamados reflejos de abstinencia. Detente y piensa: ¿Qué sucede cuando sin darte cuenta te clavas el dedo en una aguja o te golpeas el pie en la esquina de la cama? Supongo que tu respuesta no es muy diferente a la mía: reaccionamos inmediatamente, sin pensar.

Brevemente, lo que sucede es más o menos lo siguiente: la señal que viene del exterior se transmite al cerebro a través de una ruta de entrada desde el sistema nervioso, pasando por la médula espinal. La reacción inmediata (quitar el dedo de la aguja o el pie del obstáculo) está determinada por circuitos nerviosos que actúan a nivel de la propia médula espinal, desde donde se transmite una señal de respuesta a través de una vía de salida a un grupo muscular adecuado.

En casos como este, apenas empezamos a ser conscientes de lo que pasó (el accidente, la herida, etc.) – incluyendo nuestra propia reacción (los movimientos musculares que provocaron que la mano o el pie se alejara de la fuente del dolor) – una unos segundos después del final del episodio. Como la reacción no se decidió en el nivel de conciencia, se dice que es una reacción involuntaria.

Gran parte de lo que sucede en nuestro cuerpo es involuntario. Al final, por tanto, no te engañes: quien controla tu cuerpo (quiero decir: la fisiología interna y parte del comportamiento externo) no eres tú (quiero decir: no es tu yo autoconsciente), sino tu cerebro (quiero decir: tu sistema nervioso).

*Felipe APL Costa es biólogo y escritor. Autor, entre otros libros de Que es el darwinismo.

Referencias

Bonner, J.T. 1983 [1980]. La evolución de la cultura en los animales.. RJ, Zahar.

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Hatton, IA y más 5. 2023. El recuento de células humanas y la distribución del tamaño. Actas de la Academia Nacional de Ciencias 120: e2303077120.

Herculano-Houzel, S & Lent, R. 2005. Fraccionador isotrópico: un método simple y rápido para la cuantificación del número total de células y neuronas en el cerebro. Journal of Neuroscience 25: 2518-21.

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Jerison, H.J. 1985. Cuestiones de evolución del cerebro. En: R Dawkins y M Ridley, eds. Encuestas de Oxford en biología evolutiva, v. 2. Oxford, OUP.

Cuaresma, R, org. 2008. Neurociencia: De la mente y el comportamiento. RJ, G. Koogan.

Lewin, R. 1999 [1998]. Evolución humana. SP, Ateneo.

Schmidt-Nielsen, K. 2002 [1997]. Fisiología animal, 5ª ed. SP, Santos.

Shultz, S & Dunbar, R. 2010. La encefalización no es un fenómeno macroevolutivo universal en los mamíferos, pero está asociada con la socialidad. Actas de la Academia Nacional de Ciencias 107: 21582-6.

Standring, S, ed. 2010 [2008]. Anatomia de Gray, 40ª ed. RJ, Elsevier.

Tortora, GJ y más 2. 2005 [2004]. Microbiología, 8ª ed. P Alegre, Artmed.

Voet, D y Voet, JG. 2006 [2004]. Bioquímica, 3ª ed. P Alegre, Artmed.

Notas

[1] Para una discusión detallada, ver Schmidt-Nielsen (2002). Este artículo corresponde a la tercera y última parte de una trilogía titulada Nervios, cerebro y conducta (para consultar las Partes I y II, ver aquí e aquí).

[2] Además de las llamadas hormonas endocrinas (cuyas moléculas actuarán sobre células distantes), se reconocen otros dos tipos, las hormonas paracrinas (actúan sólo en las proximidades de la célula que las libera) y h. autocrino (actúan sobre la célula que los secretó). En términos estrictamente químicos, las hormonas animales son generalmente moléculas peptídicas (p. ej., glucagón e insulina) o esteroides (p. ej., testosterona y estrógeno); para detalles y ejemplos, véanse Schmidt-Nielsen (2002) y Voet & Voet (2006).

[3] Para un examen detallado de la estructura y el funcionamiento del sistema nervioso, los lectores brasileños tienen a su disposición algunos manuales. Por ejemplo: (i) anatomía humana – Standring (2010) o, para una introducción más sencilla, Dangelo & Fattini (2007); (ii) anatomía comparada – Hickman et al. (2004) y Hildebrand y Goslow (2006); y (iii) neurofisiología: Cingolani y Houssay (2004), Guyton y Hall (2006) y Lent (2008).

[4] El filo Chordata se divide comúnmente (p. ej., Hickman et al. 2004; Hildebrand & Goslow 2006) en tres subfilos: Urochordata (Gr., nuestra, cola + L., La cuerda, cuerda + ATA, caracterizado por), alberga las ascidias (tunicados); Cephalochordata (Gr., kefale, cabeza + L., La cuerda, cuerda), alberga el anfioxo; y vertebrados (L. vertebrato, con vértebras), reúne una amplia variedad de 'peces', además de anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Se dice que las ascidias y los anfioxos son acraniados (léase: carecen de cráneo), mientras que se dice que los otros cordados son craneados. El cráneo es una caja ósea o cartilaginosa que alberga el cerebro. Se acostumbra dividir el cráneo en dos porciones, el neurocráneo y el viscerocráneo. El primero, posterior y superior, alberga el cerebro; el segundo, anterior e inferior, está relacionado con dos sistemas principales, el respiratorio y el digestivo. En el caso de los seres humanos, específicamente, aquí está el comentario de Dangelo & Fattini (2007, p. 399): “Al viscerocráneo se le conoce comúnmente como cara. Al nacer, el neurocráneo es mucho más grande que el viscerocráneo, pues el primero está relacionado con el crecimiento del cerebro, los ojos y los órganos de la audición y el equilibrio y estos ya se encuentran bien desarrollados al momento del nacimiento. Sin embargo, el desarrollo del viscerocráneo está ligado a la aparición de los dientes y los senos maxilares. Entonces, hasta que esto suceda, la altura de la cara es pequeña. Incluso en los adultos, la desproporción entre neurocráneo y viscerocráneo continúa, pero es menor que la que ocurre al nacer y en la infancia”.

[5] Extendiéndose a través del interior del canal espinal central, desde la base del cráneo hasta aproximadamente la segunda costilla lumbar, la médula espinal está rodeada por tres capas de membranas. Éstas se llaman meninges espinales. Son (de afuera hacia adentro): duramadre, aracnoides y piamadre (Dangelo y Fattini 2). Las infecciones de las meninges, denominadas colectivamente meningitis, pueden ser causadas por diferentes patógenos (p. ej., virus y bacterias). Aunque su aparición es relativamente episódica y localizada, la meningitis puede tener consecuencias muy graves, especialmente en el caso de las de origen bacteriano (p. ej., meningitis meningocócica y neumocócica); para más detalles, véase Tortora et al. (2007).

[6] Investigadores brasileños (Herculano-Houzel & Lent 2005) revelaron que el número de células que componen el cerebro humano es inferior a los 100 mil millones mencionados anteriormente. Para obtener un censo de los diferentes tipos de células que se encuentran en nuestro cuerpo, consulte Hatton et al. (2023).

[7] En palabras de Dangelo & Fattini (2007, p. 88): “La corteza cerebral es la capa de materia gris que recubre los hemisferios cerebrales […]; Corresponde al 40% del peso del cerebro”. Hatton et al. (2023) fue la fuente de las cifras citadas.

[8] Entre los mamíferos, específicamente, existe una correlación aún más significativa entre el tamaño del cerebro y el grado de socialización; véase, por ejemplo, Shultz y Dunbar (2010); en puerto., Bonner (1983).

[9] La agenesia del cuerpo calloso (CCA) es un trastorno cerebral congénito caracterizado por la ausencia total o parcial del cuerpo calloso. Es una condición relativamente rara, lo que ayuda a explicar por qué no todos los pediatras pueden ofrecer un diagnóstico correcto. En casos como este, la familia necesita consultar a un neurólogo pediátrico.

[10] La especialización topográfica alude a que diferentes partes del cerebro son responsables de funciones específicas. Para obtener un mapa de la corteza cerebral, véase, por ejemplo, Standring (2010); para detalles funcionales, Guyton & Hall (2006).

[11] De los 12 pares craneales (I-XII), dos son quizás los más familiares para el lector: el trigémino (V) y el vago (X). El trigémino sigue siendo sensible en la mayor parte de la cara y la mucosa oral; el vago inerva todas las vísceras torácicas y casi todas las abdominales – con respecto a los nervios craneales, ver Dangelo y Fattini (2007); para más detalles, Standring (2010).

[12] Para más detalles, véase, por ejemplo, Guyton y Hall (2006).

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