Relación cerebro y mente

Resumen

En la presente conferencia se analiza el conocimiento actual aportado por la neurociencias básica y clínica sobre la relación cerebro mente. Se describe la organización submicroscópica de la neurona, la función transductora de la membrana plasmática neuronal y la génesis de la cognición a nivel subcelular. Se analiza el papel de las macromoléculas, especialmente ARN y ADN en la codificación de la memoria (Hyden, Altman, Cameron, Bonner), el probable rol de los microtúbulos según la hipótesis quántica de Penrose y Hameroff.

Se destaca el papel de los axones mielínicos, dendritas y espinas dendríticas en la conducción del impulso nervioso y su relación con alteraciones en enfermedades neurológicas y mentales. Se describen las sinapsis químicas excitatorias e inhibitorias, la formación de circuitos y redes neuronales, la plasticidad sináptica a nivel submicroscópico y los cambios observados en traumas, tumores y malformaciones congénitas cerebrales. Se bosqueja brevemente el aprendizaje y la memoria según Kandel, el misterio de la conciencia según Beck y Eccles, Crick y Cock, Edelman y Damasio, y las teorías sobre la mente de Eccles, Crick, Searle, Edelman, Llinás y Damasio. Se describen las emociones y su conceptualización de acuerdo a las contribuciones de Darwin, Cannon, Delgado y Old y Milner. Los progresos futuros de la investigación científica en neurogenética molecular, la tomografía de emisión de positrones, la neurocomputación, la neurolingüística, la neuroteología, la psicología experimental y la neurofilosofía auguran una contribución trascendente de la revolución cognitiva en una mejor y más profunda comprensión de la relación cerebro mente.

Palabras clave: cerebro, mente, memoria, conciencia, emociones.

Introducción

Según Sir John Eccles (1984), Premio Nobel de Medicina y Fisiología, el estudio de la conexión mente-cerebro es importante para conocer al ser humano, distinguiendo lo que es corporal y lo que es espiritual, sin confundirlos.

En el curso de varias décadas y parcialmente en colaboración con el destacado filósofo Sir Karl Popper, Eccles desarrolló una teoría alternativa de la mente conocida como dualismo-interaccionismo. En la presente conferencia, analizamos la relación cerebro-mente en una perspectiva histórica, de acuerdo con la contribución aportada por la neurobiología celular y molecular y las neurociencias. Se realiza un enfoque multidisciplinario e interdisciplinario de la relación cerebro-mente al cual se agregaron algunos aportes recientes de la neurofilosofía, la cual forma parte junto con la inteligencia artificial, la lingüística y la antropología, del así llamado hexágono cognitivo, y las cuales han dado lugar a la revolución cognitiva (Miller, 2006). Se examina en forma sucesiva la organización submicroscópica de la neurona y sus prolongaciones, las dendritas, los axones, las sinapsis y la génesis de la cognición a nivel subcelular. Se describe el correlato neural y las bases neurobiológicas del aprendizaje, memoria, conciencia y las emociones (Purves et al., 1997).

Los grupos neuronales

Las células nerviosas, neuronas y células gliales se agrupan en capas y arreglos citoarquitectónicos específicos en núcleos y centros nerviosos a nivel del sistema nervioso central, retina y los órganos sensoriales, constituyendo estructuras para la percepción, transmisión y almacenamiento de la actividad nerviosa. La corteza cerebral, el tálamo, el hipotálamo, la hipófisis, los núcleos basales, el tallo cerebral, el cerebelo, y los sistemas nerviosos periféricos simpáticos y parasimpáticos constituyen una intricada e interconectada red que soporta la actividad nerviosa y mental.

La corteza cerebelosa constituye uno de los arreglos citoarquitéctonicos más sencillos a nivel del sistema nervioso central y el cual utilizaremos como modelo para ilustrar su organización microscópico-electrónica (Castejón et al., 2001a) (Figura 1).

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Figura 1. Micrografía electrónica scanning o de barrido de la capa granulosa de la corteza cerebelosa de peces teleósteos mostrando los grupos de células granulosas (GC) y las fibras aferentes extrínsecas (AF) representadas por las fibras musgosas y sus prolongaciones colaterales (flechas). (Castejón et al 2001a)

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El estudio con el microscopio electrónico de transmisión muestra el grado de compactación de los grupos de células granulosas, evidenciando estructuralmente el acoplamiento iónico y el grado de adhesión mecánica (Castejón, 2010) (Figuras 2, 3 y 4).

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Figuras 2, 3 y 4. Micrografía electrónica de transmisión mostrando las membranas plasmáticas de las células granulosas separadas por un reducido espacio extracelular de 20nm de ancho, unidas por desmosomas sugiriendo contactos funcionales tipo efáticos membrana a membrana, y puertas abiertas al intercambio iónico (puntas de flechas). Las Figuras 3 y 4 demuestran también la presencia de uniones especializadas tipo hemidesmosomas (puntas de flechas). Estas uniones especializadas mantienen la unión mecánica de los grupos neuronales (Castejón, 2010).

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Circuitos y redes neuronales

Los circuitos neuronales formados por fibras aferentes extrínsecas o intrínsecas entre neuronas interconectadas muestran el pasaje intracortical del impulso nervioso a través de micro y macroneuronas, como se observa mediante la microscopía confocal de rayos láser utilizando series focales obtenidas mediante software especializado para análisis de imágenes (Castejón y Sims, 1999; Castejón et al., 2000, 2001b) (Figura 5).

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Figura 5. A-I. Micrografía confocal de rayos laser utilizando series tipo Z mediante software Metamore, lo cual permite observar el trayecto de las fibras trepadoras (flechas) a través de la capas granulosa, de Purkinje y molecular de la corteza cerebelosa. Se distinguen las células granulosa (GR), de Golgi (GO), Purkinje (PC), y de cesta (BC) a nivel de la capa molecular (ML). Esta imagen muestra la transmisión del impulso nervioso excitatorio inducido por las fibras trepadoras a nivel de las neuronas, cerebelosas, las cuales participan en el control y aprendizaje motor ejercido por el cerebelo (Castejón et al., 2001a,b).

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De las células nerviosas a la cognición

La función transductora de la membrana neuronal y neuroglial se establece mediante receptores, canales iónicos, proteínas informacionales y mensajeros que internalizan señales hacia el interior de la neurona y la glía. Existe en la membrana neuronal una difusión bidireccional de iones a través de los canales iónicos los cuales originan potenciales de acción de naturaleza excitatoria o inhibitoria, por lo cual se le considera una membrana excitable (Singer, 1990). En la membrana neuronal ocurre un proceso de difusión facilitada de agua, iones y de glucosa mediante transportador específico. En la superficie externa de la membrana neuronal se realizan los procesos de unión antígeno- anticuerpo, lo cual representa una forma de memoria celular (Figura 6).

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Figura 6. (1) Bicapa de fosfolípidos; (2) Lado externo de la membrana; (3) Lado interno de la membrana; (4) Proteína intrínseca de la membrana; (5) Proteína canal iónico de la membrana; (6) Glicoproteína; (7) Moléculas de fosfolípidos organizadas en bicapa; (8) Moléculas de colesterol; (9) Cadenas de carbohidratos; (10) Glicolípidos; (11) Región polar (hidrofílica) de la molécula de fosfolípido; (12) Región hidrofóbica de la molécula de fosfolípidos www.puc.cl/sw_educ/neurociencias/html/047.html

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El modelo molecular propuesto inicialmente por Singer y Nicolson (1972) muestra la siguiente estructura (Singer, 1990):

En la membrana neuronal se producen mecanismos de acción de vías de transducción de señales reguladas por proteínas G. Las proteínas G pertenecen a una gran familia de proteínas que regulan el traspaso de la señal desde el exterior de la células al interior de ella.

En este tipo de señalización de membrana plasmática, la unión del ligando a su receptor causa la activación de la proteína G, la cual, a su vez, regula la actividad de sistemas efectores como la adenilciclasa, fosfolipasa C o canales iónicos y producción de segundos mensajeros como cAMP, IP3, DAG, Ca2+.

Estos fenómenos en conjunto indican la génesis del impulso nervioso y los procesos cognitivos a nivel de la membrana celular de las neuronas. La microscopía electrónica de transmisión mediante la técnica de la criofractura nos muestra la morfología intramembranosa de la membrana plasmática astrocitaria (Castejón, 2010) (Figura 7).

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Figura 7. Micrografía electrónica mostrando la morfología intramembranosa de la membrana de los astrocitos obtenida mediante la técnica de criofractura. Se distinguen las proteínas globulares de la membrana neuronal (cabezas de flecha) y los arreglos cristalinos ortogonales (flechas) o canales para difusión facilitada del agua (Castejón, 2010).

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Los organelos celulares como las mitocondrias proveen la energía mediante la producción de un compuesto de alta energía, el adenosintrifosfato (ATP) para energizar el metabolismo neuronal, la síntesis de los neurotransmisores y la conducción del impulso nervioso, así como para suministrar la energía de la actividad mental. El sistema de membranas conocido como el retículo endoplasmático rugoso (Figura 8) constituye el sitio de la biosíntesis de proteínas neuronales, tales como la de los neurotransmisores y neuromoduladores excitatorios e inhibitorios y neuropéptidos (Castejón, 2008).

Experimentos de inmunocitoquímica realizados en corteza cerebelosa de rata usando doble marcaje para kinasas de proteína (CaMK II) y empleando microscopía confocal de rayos láser permitieron visualizar CaMKII en neuronas cerebelosas. CaMKII ha sido correlacionada como un switch off and on de la memoria (Castejón, 2010).

Además se ha demostrado la presencia de la sub-unidad GluR1 de receptores glutamato tanto en neuronas como en la glía cerebelosa, especialmente a nivel de la glía de Bergman, lo cual sugiere que ambas estructuras participan en la conducción del impulso nervioso, probablemente en relación con el aprendizaje motor ejercido por el cerebelo (Castejón and Dailey, 2009).

La Figura 8 muestra el desarrollo del retículo endoplasmático rugoso, sitio de síntesis de las proteínas neuronales.

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Figura 8. Neurona piramidal de la corteza cerebral humana. Se observa el sistema de membranas del retículo endoplasmático rugoso (er) y las mitocondrias (m). (Castejón, 2008)

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El Complejo de Golgi representa un sistema de membranas lisas, desprovistas de ribosomas, dispuestas en sacos endoplasmáticos dispuestos en paralelo. Constituyen el sitio de formación de las glicoproteínas y carbohidratos complejos, indispensables para la transmisión del impulso nervioso y la actividad mental. En él se generan las vesículas sinápticas que transportan los neurotransmisores hacia los terminales presinápticos, donde mediante el proceso de exocitosis vesicular, fenómeno quántico donde el impulso nervioso se transmite a los terminales postsinápticos de las neuronas vecinas (Castejón, 2008) (Figura 9).
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Figura 9. Neurona estrellada de la corteza cerebral humana mostrando el núcleo (N) y el citoplasma, el cual exhibe el retículo endoplasmático rugoso (ER), los ribosomas libres y las mitocondrias(M)(Castejón, 2008).

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El citoesqueleto neuronal está formado por microtúbulos y neurofilamentos presentes en el soma neuronal, axones y prolongaciones dendríticas (Figura 10).
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Figura 10. Micrografía electrónica de la corteza cerebelosa de ratón mostrando haces de microtúbulos dendríticos de 24nm de ancho, (puntas de flechas) a nivel de una prolongación dendrítica. Se observan además un lisosoma (L) y acúmulos de ribosomas libres (Castejón, 2003b).

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Los microtúbulos (Figura 11) constituyen el esqueleto interno de las células nerviosas que mantienen la posición de los organelos citoplasmáticos, participan como estructuras guías en el transporte de organelos del cuerpo celular a las prolongaciones axonal y dendríticas mediante moléculas motoras como la kinesina, dineina y miosina, y además participan como elementos motores de cilios y flagelos en organismos unicelulares, así como en la división celular.
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Figura 11. Microscopía electrónica de transmisión de las secciones longitudinal y transversal de un microtúbulo. El esquema anexo muestra las moléculas de alfa y beta tubulina constitutivas de la pared de los microtúbulos (Tomado de Linda A, Amos,J. J. Cell Biol 72: 645, 1977).

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Los microtúbulos neuronales han sido postulados según la hipótesis cuántica de Penrose and Hameroff (1997) como las estructuras responsables de la conciencia. Estos Autores propusieron en 1996 la teoría de la reducción objetiva orquestada (Orch OR) para explicar la conciencia en nuestro cerebro conceptualizada como un fenómeno de computación cuántica en el citoesqueleto de las neuronas y sus axones, formado por una red de microtúbulos, cuyas paredes están formadas por cadenas de alfa y beta tubulina (Hameroff, 2006). Según estos autores, la computación cuántica sería resultado de la sincronización de estados coherentes de Frölich entre microtúbulos, un entrelazamiento cuántico entre sus macrofunciones de ondas cuánticas.

La decoherencia cuántica provocaría la reducción (colapso) de estas macrofunciones de onda, produciendo la señal sináptica que conduce al estado de conciencia. Proponen que la llamada condensación de Frölich es responsable de la formación de un estado cuántico macroscópico (a escala macromolecular) similar a un estado de la materia llamado condensado de Bose- Einstein. Esta hipótesis ha sido duramente cuestionada en años subsiguientes por numerosos neurocientíficos y neurofilósofos (ver Conde y Cáceres, 2009).

Contribución del núcleo de la neurona a la actividad nerviosa y mental

Las neuronas exhiben al igual que las células somáticas del resto del organismo un núcleo constituido por una doble envoltura nuclear, el nucleoplasma y el nucleolo (Castejón, 2004c) (Figura 12).

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Figura 12. Núcleo de una neurona estrellada de la corteza cerebral humana edematosa mostrando la envoltura nuclear y los poros nucleares (NP), el nucleoplasma (N) donde se distingue la eucromatrina (EC) transcripcionalmente activa, y el nucleolo (NL) conteniendo los centros fibrilares (FC), rodeados por los componentes fibrilares densos. Se observa además el retículo endoplasmático (ER) perinuclear (Castejón, 2004c).

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Genoma y comportamiento

Los progresos recientes de la biología y genética molecular han arrojado información novedosa sobre el genoma humano y su relación con el comportamiento. Una novedosa disciplina emergente lo constituye la genética del comportamiento (Plomin et al., 2009). Un genoma es el número total de cromosomas, o sea todo el ADN (ácido desoxirribonucleico) de un organismo, incluido sus genes, los cuales llevan la información para la elaboración de todas las proteínas requeridas por el organismo. Un gen es la unidad física, funcional y fundamental de la herencia. Es una secuencia de nucleótidos ordenada y ubicada en una posición especial de un cromosoma. Un gen contiene el código específico de un producto funcional.

El ADN es la molécula que contiene el código de la información genética. Es una molécula con una doble hebra que se mantienen juntas por uniones lábiles entre pares de bases de nucleótidos. Los nucleótidos contienen las bases adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). El núcleo de cada célula contiene el genoma que está conforma do por 24 pares de cromosomas, los que a su vez contienen alrededor de 80.000 a 100.000 genes, los cuales están formados por 3 billones de pares de bases, cuya secuencia hace la diferencia entre los organismos. Hyden (1959, 1961, citado por Gaito, 1966) postuló la hipótesis inicial sobre la memoria dada por un cambio en las bases del ácido ribonucleico. Posteriormente, Hyden y Egyházi, 1964, citado por Gaito, 1966) mostraron experimentalmente en neuronas y células gliales la producción de ARN específico durante el aprendizaje de ratas entrenadas para obtener alimento. Observaciones similares fueron reportadas por Gaito (1966).

Altman (1966) distinguió tres teorías sobre el almacenamiento neural de la memoria: intraneuronal, extraneuronal e interneuronal. La teoría intraneuronal está basada en el almacenamiento hereditario en el ADN. La teoría extraneuronal en el papel ejercido por las células gliales y la teoría interneuronal está basada en la formación de nuevos circuitos neurales. Cameron y colaboradores (1966) también enfatizaron el papel del ARN como la base molecular de la memoria. Bonner (1966) consideró que el aumento del ARN y las proteínas está en relación con la memoria de largo plazo.

La relación entre los genes y el comportamiento ofrece perspectivas extraordinarias para el tratamiento de enfermedades mentales y neurológicas a través de la ingeniería genética, especialmente en psiquiatría y neurología para el estudio y tratamiento de enfermedades bipolares, esquizofrenia, epilepsia congénita, enfermedad de Huntington, y enfermedad de Parkinson, entre otras.

El papel de los axones mielínicos y amielínicos en la conducción del impulso nervioso

Los axones mielínicos están formados por una membrana limitante o axolema, el citoplasma axonal o axoplasma, las mitocondrias, y el citoesqueleto formado por microtúbulos y microfilamentos. Generalmente no exhiben ribosomas (Castejón, 2008).

La Figura 13 muestra la sección transversal de un axón mielínico de la corteza cerebral humana edematosa.
A través de la membrana excitable del axón ocurren los potenciales de acción excitatorios e inhibitorios y la transmisión del impulso nervioso. Un amplio rango de desórdenes neurológicos y psiquiátricos revelan una alteración significativa de la substancia blanca, formada por axones mielínicos, y anormalidades de genes mielínicos, tales como en la esquizofrenia, depresión y desórdenes obsesivo- compulsivos (Fields, 2008).

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Figura 13. Micrografía electrónica de la sección transversal de un axón mielínico (AX) de la corteza cerebral humana edematosa. Se distingue el axolema (flecha) o membrana excitable del axón por el cual discurre el impulso nervioso, el axoplasma o citoplasma del axón que contiene microtúbulos (mt) y neurofilamentos (nf), y la capa d multilaminar de la mielina (CM), la cual exhibe una estructura periódica y funciona como aislante del flujo nervioso (Castejón, 2008).

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Papel de la sinapsis en la actividad nerviosa y mental

La unión sináptica está formada por la conexión de los botones presinápticos y postsinápticos. El botón presináptico está formado por numerosas vesículas sinápticas esferoidales en las sinapsis excitatorias y por vesículas aplanadas o elipsoidales en sinapsis inhibitorias (Figuras 14 y 15). A nivel de los sitios activos para la transmisión del impulso nervioso, las membranas presinápticas y postsinápticas aparecen engrosadas y altamente especializadas para la conducción de la información nerviosa, y separadas por un espacio de aproximadamente 20nm conocido como hendidura sináptica (Figura 14).

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Figura 14. Micrografía electrónica de transmisión de la corteza cerebral humana mostrando las vesícula sináptica (VS) a nivel del terminal presináptico (PE), muchas de las cuales están agregadas hacia la membrana presináptica (flecha), sugiriendo un proceso inicial de plasticidad sináptica, descargando por exocitosis, en forma quántica, los neurotransmisores a nivel de la hendidura sináptica, e induciendo cambios de permeabilidad iónica a nivel de la membrana postsináptica (punta de flechas), y actuando sobre los receptores postsinápticos y proteínas postsinápticas presentes en la densidad postsináptica (asteriscos).

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La Figura 15 ilustra las vesículas sinápticas elipsoidales a nivel de terminales de células de Golgi localizados en la periferia de los glomérulos cerebelosos y de las vesículas sinápticas esferoidales contenidas en las rosetas de las fibras musgosas. ( Castejón, 2000, 2003b).

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Figura 15. Micrografía electrónica de un glomérulo cerebeloso mostrando las rosetas de las fibras musgosas (MR) conteniendo vesículas sinápticas esferoidales (VE), típicas de sinapsis excitatorias, y los terminales sinápticos de las células de Golgi (GO), donde predominan vesículas sinápticas elipsoidales o aplanadas, características de sinapsis inhibitorias. Se observan además sitios activos para la transmisión del impulso nervioso (flecha) y uniones dendro-dendríticas desmosomales (puntas de flechas) ( Castejón, 2000).

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Los terminales presinápticos y postsinápticos pueden marcarse desde el punto de vista inmunocitoquímico utilizando doble marcaje con Sinapsina y proteína postsipnática PSD95 (Castejón and Dailey, 2004b).

Las dendritas y las espinas dendríticas

Las dendritas representan una continuación del cuerpo neuronal y contienen las mismas estructuras submicroscópicas presentes en el soma neuronal, tales como ribosomas, citoesqueleto y mitocondrias alargadas. Los tallos dendríticos exhiben prolongaciones colaterales dotadas de espinas dendríticas, sobre las cuales se establecen sinapsis axo-dendríticas y axoespinodendríticas (Figura 16) (Castejón, 2004a).
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Figura 16. Micrografía electrónica de una dendrita (D) de la corteza cerebral humana edematosa, mostrando una espina dendrítica (flecha) en contacto sináptico asimétrico con un terminal presináptico (PE). Las puntas de flecha señalan las proyecciones densas presinápticas, puntos de anclaje de las vesículas sinápticas durante el proceso de exocitosis. Nótese la red de filamentos de actina (AN) en el cuerpo de la espina dendrítica, la cual le suministra propiedades contráctiles (Castejón, 2008).

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En los casos de hidrocefalia congénita que cursan con deterioro intelectual y trastornos del aprendizaje se observan espinas dendríticas alteradas. En pacientes con retardo mental y durante el proceso de envejecimiento, se observan además alteraciones morfológicas y disminución del número de espinas dendríticas (Castejón, 2003a).

Memoria y aprendizaje

Las investigaciones de Eric Kandel, Premio Nobel de Medicina y Fisiología y colaboradores (1991-2006) han provisto nuevas concepciones sobre el correlato neural de la memoria. Según Kandel “los estímulos sensoriales y sociales ejercen un efecto constante sobre el cerebro y tienen consecuencias de diversa intensidad y duración”; la más clara sería el efecto del aprendizaje; sobre este señala: “la capacidad de aprender a partir de la experiencia es, sin duda, el aspecto más notable del comportamiento humano. En el ser humano, así como en otros animales, en la mayor parte de conductas participan aspectos del aprendizaje y la memoria. Además se cree que muchos de los problemas emocionales y psicológicos son aprendidos (resultado de la experiencia). Kandel hace referencia a estudios experimentales realizados sobre dos modelos simples de aprendizaje: habituación y sensibilización. La habituación es la forma más sencilla de aprendizaje, consiste en “una disminución de la respuesta conductual que resulta de la presentación repetida del estímulo inicial, en aprender a identificar e ignorar estímulos que han dejado de ser novedad y han perdido significado. Kandel hizo sus experimentos y desarrollos sobre la Aplysia californica, animal que, por su simpleza y tamaño, le permitió identificar las células neuronales importantes. Mientras que la habituación a corto plazo se produce por una disminución transitoria de la eficacia sináptica, en la habituación a largo plazo hay una profunda y prolongada inactivación funcional de una conexión previamente existente. Estos datos proporcionan indicios claros de que con el tiempo la alteración de la eficacia sináptica puede servir de base a un tipo específico de memoria a largo plazo.

Una conclusión importante de todos estos trabajos es la introducción de una nueva dimensión en la concepción del cerebro; en este sentido plantea el Autor que el aprendizaje de la sensibilización y la habituación modifica la eficacia funcional de conexiones sinápticas químicas previamente existentes y lo hace modulando la entrada de calcio en las terminaciones presinápticas. Es fundamental, en este contexto de descubrimiento, que el aprendizaje no se lleva a cabo por un reajuste anatómico radical del sistema nervioso. No se crean ni se destruyen neuronas ni sinapsis.

Sinapsis y plasticidad sináptica

Las sinapsis sufren cambios estructurales por influencia de estímulos externos, ambientales, químicos, tóxicos, hereditarios o patológicos. Estos cambios demostrables por la microscopía electrónica de transmisión (Castejón, 2003a, 2008) muestran agregación marcada de las vesículas sinápticas hacia la membrana presináptica, cambios conformacionales del complejo de membranas sinápticas tales como se observan en las sinapsis invaginadas, y curvas, donde se produce un aumento de la superficie de receptores postsinápticos. Se distinguen además como expresión de plasticidad sináptica la presencia de sinapsis bifurcadas, en vías de división y sinapsis en serie, que revelan tendencias a la adaptación o construcción de nuevos circuitos intracorticales (Castejón, 2003a). Estas alteraciones de nivel submicroscópico contribuyen a la plasticidad cerebral observada en los traumas y tumores cerebrales y en las malformaciones congénitas (Castejón, 2008).

La Figura 17 muestra plasticidad sináptica caracterizada por agregación de las vesículas sinápticas hacia la membrana presináptica (Castejón, 2003a).

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Figura 17. Micrografía electrónica de la corteza cerebral humana edematosa en trauma cerebral mostrando agregación de las vesículas sinápticas (VS) hacia la membrana presináptica. Se distingue la glía perisináptica (G) cubriendo la hendidura sináptica (flechas). (Castejón, 2003a).

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La Figura 18 muestra un complejo membranoso sináptico curvo en trauma cerebral severo aparentemente en un intento por aumentar el número de receptores postsinápticos (Castejón, 2003a, 2008).

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Figura 18. Micrografía electrónica de la corteza cerebral humana en un trauma cerebral severo mostrando un contacto sináptico (2) curvo, con desaparición de la densidad postsináptica (flecha). Se observa otro terminal presináptico (1) con vesículas sinápticas agrandadas en vías de degeneración, revelando procesos coexistentes de plasticidad y degeneración sináptica (Castejón, 2003a).

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Conciencia

Crick y Cock (1990) en su artículo titulado “Towards a neurobiological theory of consciousness”, describen la atención visual como una forma de conciencia estudiable desde el punto de vista neurobiológico. La atención visual puede tomar dos formas: una forma rápida ligada a la memoria de íconos, y una más lenta que envuelve atención visual y memoria de corto plazo. Los autores postulan la existencia de oscilaciones sincrónicas coherentes sobre las neuronas en rango de 40-70 Hz. Estas oscilaciones activarían la memoria de corto plazo o memoria de trabajo.

Beck y Eccles (2003) postularon el modelo cuántico de la conciencia basado en el proceso de exocitosis vesicular a nivel del terminal presináptico, constituyendo un fenómeno cuántico de liberación de los neurotransmisores, y el cual se manifiesta en la intencionalidad de la conciencia, especialmente durante la actividad motora. Dehaene y Changeux (2005) se refieren a los estados endógenos de la conciencia observados en sujetos con ceguera de atención, los cuales no perciben estímulos sensoriales durante la actividad mental. Las neuronas, las células gliales y las sinapsis químicas son unidades de información en el cerebro. La conciencia es una propiedad emergente del cerebro que se alcanza cuando se obtiene un nivel de complejidad en las redes neuronales. La idea básica es que la mente parece ser actividad computacional en el cerebro. No obstante tal hipótesis omite ciertos detalles neurofisiológicos, tales como el papel de las células gliales, uniones dendro-dendríticas, y uniones electrotónicas tipo gap junctions (Leisman y Koch, 2009).

Teoría de la Mente de Searle

Un hito importante en la explicación de la posición propia de Searle en su teoría de la mente fue inicialmente su libro The Mystery of Consciousness (Searle, 1997), y sus subsiguientes publicaciones The Rediscovery of the Mind, y sus publicaciones en New York Review of Books. La conciencia, es según Searle, una “propiedad emergente” de la organización biológica. La conciencia está causada por procesos neuronales de bajo nivel en el cerebro, y es ella misma un rasgo del cerebro. Puesto que es un rasgo que surge, emergente, a partir de ciertas actividades neuronales, podemos concebirla como una “propiedad emergente” del cerebro. Searle nos habla del misterio de la conciencia porque no conocemos todavía ni la ontología físico- biológica, ni la estructura funcional que hace emerger la conciencia. Si hubiéramos llegado a conocer estas causas de la conciencia, podríamos explicar congruentemente tanto la naturaleza de los qualia (estados cualitativos) como las propiedades de la actividad psíquica de ellos derivada, tal como podemos describir por fenomenología (percepción, memoria, atención, conocimiento, pensamiento, aprendizaje, lenguaje, emociones e intenciones, etc.).La conciencia no es sino el conjunto de estados cualitativos que se nos hacen presentes en los qualia.

Searle rechaza la idea que la mente humana sea un computador digital; o, en otras palabras, que la mente sea un programa (software) de ordenador. Insiste en que los ordenadores trabajan como sistema manipuladores de símbolos (por ejemplo, sistemas de ceros y unos) en función de unas reglas o programas (gramática). Los programas son enteramente sintácticos; sin embargo, las mentes tienen contenidos semánticos. Por consiguiente, la pura gramática no es suficiente para justificar los contenidos semánticos. Por esto la mente no es un ordenador, porque tiene algo más, tiene Semántica. El ordenador produce una pura manipulación gramatical de símbolos, sin sensibilidad ni conciencia; pero el cerebro produce algo más: produce los qualia.

Teoría de la Conciencia de Edelman

Edelman (1993) describe la “conciencia primaria” y después la “conciencia de orden superior”. De esta forma evolutiva el cerebro va configurando poco a poco su “cartografía global” que es una cartografía de engramas. Como consecuencia de esta activación de los mapas que soportan percepciones en tiempo real, recuerdos de percepciones, emociones, cogniciones referidas a eventos percibidos en el mundo, pensamientos, etc., aparece la compleja actividad psíquica que se evoca en el sujeto amedida que las múltiples vías de reingreso conectan los sistemas de mapas construidos con una cartografía lógica que permite hacer uso de ellos para sobrevivir en el mundo real. El propósito principal del libro de Dennett –refiere Edelman– Conciousness Explained (Dennet, 1991), es negar, según Searle, la existencia de estados mentales internos y ofrecer una concepción alternativa de la conciencia, o mejor, de lo que él llama ‘conciencia’. Si Dennett niega la existencia de estados conscientes, según los concebimos de ordinario, ¿cuál es su tesis alternativa? No es para nada sorprendente que sea una versión de la IA fuerte. A fin de exponer esa versión tengo que explicar primero, nos dice Searle, cuatro nociones de las que él se sirve: las máquinas de Von Neumann, el conexionismo, las máquinas virtuales y los memes.
Rodolfo Llinás y el concepto de oscilación neuronal

El núcleo de mi tesis –expresa Llinás– radica en el concepto de oscilación neuronal, como la de las cuerdas de una guitarra o de un piano cuando las pulsamos. Las neuronas tienen una actividad oscilatoria y eléctrica intrínseca, es decir, connatural a ellas, y generan una especie de danzas o frecuencias oscilatorias que llamaremos “estado funcional”. Por ejemplo, los pensamientos, las emociones, la conciencia de sí mismos o el “yo” son estados funcionales del cerebro. Como cigarras que suenan al unísono, varios grupos de neuronas, incluso distantes unas de otras, oscilan o danzan simultáneamente, creando una especie de resonancia. La simultaneidad de la actividad neuronal (es decir, la sincronía entre esta danza de grupos de neuronas) es la raíz neurobiológica de la cognición, o sea, de nuestra capacidad de conocer. Lo que llamamos “yo” o autoconciencia es una de tantas danzas neuronales o estados funcionales del cerebro.

Hay otros estados funcionales que no generan conciencia: estar anestesiado, drogado, borracho, “enlagunado”, en crisis epiléptica o dormido sin soñar. Cuando se sueña o se fantasea, ya hay un estado cognoscitivo, aunque no lo es en relación con la realidad externa, dado que no está modulado por los sentidos. Pero en los otros casos o estados cerebrales, la conciencia desaparece y todas las memorias y sentimientos se funden en la nada, en el olvido total, en la disolución del “yo”. Y, sin embargo, utilizan el mismo espacio de la masa cerebral y ésta sigue funcionando con los mismos requisitos de oxígeno y nutrientes. Aunque el estado funcional que denominamos “mente” es modulado por los sentidos, también es generado, de manera especial, por esas oscilaciones neuronales. Por tal razón se podría decir que la realidad no sólo está “allá afuera”, sino que vivimos en una especie de realidad virtual. Es decir, no es tan distinto estar despierto que estar dormido. El cerebro utiliza los sentidos para apropiarse de la riqueza del mundo, pero no se limita a ellos. Es básicamente un sistema cerrado, en continua actividad, como el corazón. Tiene la ventaja de no depender tanto de los cinco sentidos como se creía. Por eso, cuando al soñar dormidos o fantasear, se puede ver, oír o sentir, sin usar los sentidos, y por eso el estado de vigilia, ese sí guiado por los sentidos, es otra forma de “soñar despiertos “. El cerebro es una entidad muy diferente de las del resto del universo. Es una forma distinta de expresar “todo”. La actividad cerebral es una metáfora para todo lo demás. Tranquilizante o no, el hecho es que somos básicamente máquinas de soñar que construyen modelos virtuales del mundo real (Llinás, 2001).

Las emociones

Las emociones son respuestas químicas y neuronales complejas, cuya función fundamental es adaptativa. Ellas organizan tanto el pensamiento como la acción con el fin de evolucionar en la vida de la manera más adecuada y óptima. Las emociones están francamente afectadas por la actividad en el tálamo, en el mismo centro del cerebro; en el hipotálamo, justamente debajo de aquél; en el sistema límbico, una serie de formaciones radicadas alrededor de éstos; y en el sistema reticular, grupo de células nerviosas en el tronco del cerebro que se extiende mucho más abajo por la médula. Darwin en 1872 estudió inicialmente la evolución de las emociones en el hombre y en los animales y encontró cierta similitud de ciertas respuestas comportamentales y fisiológicas entre el hombre y los animales (Darwin, 1965).Walter Cannon (1915a,b) subrayó posteriormente el papel del tálamo y del hipotálamo en la organización de las conductas emocionales.

En el estado emocional se puede distinguir sensaciones físicas (respuestas autónomas, endocrinas y motoras), en las cuales participan el núcleo amigdalino y el hipotálamo, y sensaciones conscientes que involucran la corteza cerebral, parte por la circunvolución del cíngulo y parte por los lóbulos frontales.

Los afectos son borrascas emotivas de duración limitada que se acompañan de marcados e intensos signos somáticos de carácter expresivo (ej.: un ataque de ira). Los estados de ánimo (el temple anímico) son más persistentes y sus manifestaciones somáticas menos llamativas e intensas, por lo menos en lo que respecta a los signos viscerales (por ejemplo: el optimismo o la visión angustiada de la vida). Los sentimientos se caracterizan por su infinita riqueza de contenido, por desarrollarse muy “dentro” de la esfera íntima y por estar casi totalmente desligados de manifestaciones somáticas viscerales, por ejemplo el goce que provoca el aroma de una flor y la profunda conmoción espiritual que surge ante la contemplación de una obra de arte.

Las emociones se clasifican en primarias y secundarias, siendo las primeras originadas en la amígdala y la corteza singular anterior, las cuales se dividen en 6 tipos universales, explicando así la similitud de la expresión emocional en todos los individuos y culturas. Las segundas se originan de preferencia en la corteza prefrontal y requieren de la cognición para desarrollarse, dándole un sello social a la personalidad (www.biopsychology.org).

La investigación neurobiológica de las emociones morales se basa fundamentalmente en el registro de la actividad cerebral mediante técnicas de neuroimagen como la resonancia magnética funcional y la tomografía por emisión de positrones. El registro de la actividad metabólica cerebral se realiza simultáneamente con la resolución de dilemas morales, la lectura de enunciados con contenido moral y la observación pasiva o instruida de imágenes afectivas. (neurociencias.udea.edu.co/revista/…/REVNEURO_ vol5_num2_4.pdf)

Los experimentos en animales muestran, por ejemplo, como al estimular puntos dentro de formaciones anatómicas específicas, según demostró dramáticamente, el destacado investigador español José María Delgado de la Universidad Pablo de Olavide en Sevilla España (Delgado et al., 1998), se logran efectos completamente opuestos (Agresividad y sumisión por ejemplo) con solo mover un poquito sus electrodos. Una corriente, en una sección del sistema límbico, precipitará una escena terrible de furia en el animal estimulado volviéndose contra sus compañeros. Al mover un poco el electrodo se producen, en el mismo animal, demostraciones de afecto. Otra famosa serie de experimentos con EEC la llevaron a cabo James Olds y Peter Milner (1954) en la Universidad McGill de Montreal. Trabajando con ratas descubrieron accidentalmente que en una parte del cerebro radica lo que se llamaría el “Centro cerebral del placer”. Por ejemplo el estudio de la región septal que se encuentra anterior al tálamo muestra que dentro de ella se encuentran los centros del orgasmo (cuatro para las mujeres y uno para los hombres). Esta área ha sido asociada con diferentes tipos de sensaciones placenteras, mayormente aquellas relacionadas con las experiencias sexuales.

En el estudio de las emociones se revela la asimetría cerebral: el hemisferio izquierdo controla el comportamiento emocional positivo, con tendencia a la aproximación y la activación de la conducta, manteniendo un estado de atención. El hemisferio derecho controla el comportamiento emocional negativo, induciendo conductas de evitación y alerta frente a estímulos novedosos.

Existen varios sistemas neuronales que median los sistemas de gratificación-castigo, los más importantes son las conocidas como vías aminérgicas, sobre todo las neuronas dopaminérgicas juegan un papel crítico en el sistema de gratificación.

Concepto de la mente en Antonio Damasio

“Mi idea, según Damasio (1994, 1999), es que poseer una mente significa que un organismo forma representaciones neurales que pueden convertirse en imágenes, ser manipuladas en un proceso denominado pensamiento, y eventualmente influir en el comportamiento al ayudar a predecir el futuro, planificar en consecuencia y elegir la siguiente acción. En esto reside el meollo de la neurobiología tal como yo lo veo: el proceso mediante el cual las representaciones neurales, que consisten en modificaciones biológicas creadas mediante el aprendizaje en un circuito neural, se convierten en imágenes en nuestra mente: el proceso que permite que cambios microestructurales invisibles en los circuitos neuronales (en los cuerpos celulares, en las dendritas y axones y en las sinapsis) se transformen en una representación neural, que a su vez se convierte en una imagen que cada uno de nosotros siente que le pertenece. Según Monserrat (2003) la “teoría de la mente” propuesta en una perspectiva de antropología neurológica en la línea de Damasio debería abordar las siguientes, digamos, subteorías: a) una subteoría sobre la sensación y los sistemas sensitivos; b) una subteoría sobre los circuitos neurales y las imágenes; c) una subteoría sobre el sujeto psíquico; d) una subteoría sobre el pensamiento, es decir, sobre la naturaleza y función de los procesos manipuladores de imágenes. Destaca el concepto de redes neurales como uno de los pilares en que se asienta la teoría de la mente de Antonio R. Damasio. La huella de Edelman puede percibirse constantemente en la obra de Damasio. Según Damasio, la conciencia es así, la unificación integrada de los sistemas sensitivos: la unificación integrada de las diferentes modalidades sensitivas, internas y externas, así como la ordenación de ese “universo sensitivo” como perteneciente a un ser propietario-actor (afector- efector).

“La neurobiología de la conciencia afronta, pues, dos problemas: el problema de cómo se genera la película de la mente y el problema de cómo genera también el cerebro la sensación de que hay un propietario y observador de la película”. Damasio distingue entre el protoser y el ser autobiográfico. La formación evolutiva del protoser deja abierto el paso para la emergencia de la conciencia central, que produce el ser central, y la conciencia ampliada, que produce el ser autobiográfico. “La conciencia –nos dice Damasio– no es monolítica, o por lo menos no en los humanos: puede trocearse en tipos simples y complejos y las pruebas neurológicas hacen que este troceado sea transparente. La gran aportación de Damasio, según Monserrat (2003), consiste en la trama de constructos teóricos, fundados en evidencias empíricas, neurológicas y clínicas, que conducen a una idea de la mente fundada próximamente en las imágenes y remotamente en los sistemas sentiscientes del protoser, sometidos a la complejización evolutiva que conduce terminalmente a la misma mente. Su análisis del protoser, de la conciencia central y del ser central, de la conciencia ampliada y del ser autobiográfico, conectándolo con el protagonismo de la emoción, de la sensación de la emoción y de los sentimientos, hasta proyectarlo todo hacia su teoría funcional de la mente a través de las imágenes y de la radicación sensitivo-emocional de la razón, constituye, como decimos, una trama de constructos que permiten delimitar con gran claridad la imagen del hombre –de la mente– que permite trazar la neurología actual_■

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