Cerebro humano

EL CEREBRO HUMANO
es el centro del sistema nervioso, siendo un órgano muy complejo. Encerrado en el cráneo, tiene la misma estructura general que los cerebros de otros mamíferos, pero es más de tres veces mayor que el cerebro de otros mamíferos con un tamaño corporal equivalente.¹ La mayor parte la constituye la corteza cerebral, una capa de tejido neuronal plegado que cubre la superficie del prosencéfalo. Especialmente amplios son los lóbulos frontales, que están asociados con funciones ejecutivas, tales como el autocontrol, la planificación, el razonamiento y el pensamiento abstracto. La parte del cerebro asociada a la visión está también muy agrandada en los seres humanos.
El cerebro humano ejerce una gran cantidad de tareas, de manera general se puede afirmar que se encarga tanto de regular y mantener las funciones del cuerpo como de ser el órgano donde reside la mente y la conciencia del individuo.
La evolución del cerebro, desde los primeros mamíferos similares a las musarañas a través de los primates hasta los homínidos, se caracteriza por un aumento constante en la encefalización^(en), o la relación del cerebro con el tamaño corporal. Se ha estimado que el cerebro humano contiene de 50 a 100 mil millones (10¹¹) de neuronas, de las cuales cerca de 10 mil millones (10¹⁰) son células piramidales^(en) corticales. Estas células transmiten las señales a través de hasta 1000 billones (10¹⁵) de conexiones sinápticas.²
El cerebro controla y regula las acciones y reacciones del cuerpo. Recibe continuamente información sensorial, rápidamente analiza estos datos y luego responde, controlando las acciones y funciones corporales. El tronco encefálico controla la respiración, el ritmo cardíaco, y otros procesos autónomos. El neocórtex es el centro del pensamiento de orden superior, del aprendizaje y de la memoria. El cerebelo es responsable del equilibrio corporal, coordinando la postura y el movimiento.
A pesar del hecho de que está protegido por los espesos huesos del cráneo, suspendido en líquido cefalorraquídeo, y aislado de la sangre por la barrera hematoencefálica, la delicada naturaleza del cerebro humano lo hace susceptible a muchos tipos de daños y enfermedades. Las formas más comunes de daño físico son los daños internos por un golpe en la cabeza, un accidente cerebrovascular, o una intoxicación por ingerir diversas sustancias químicas que pueden actuar como neurotoxinas. La infección del cerebro es rara debido a las barreras que lo protegen, pero es muy grave cuando se produce. El cerebro humano también es susceptible de padecer enfermedades degenerativas, como la enfermedad de Parkinson, la esclerosis múltiple y la enfermedad de Alzheimer. Una serie de trastornos psiquiátricos, como la esquizofrenia y la depresión, se estima que son causadas al menos parcialmente por disfunciones cerebrales, aunque la naturaleza de tales anomalías cerebrales no es bien entendida.

Estructura

Disección de la cabeza de un hombre adulto, mostrando la corteza cerebral y la sustancia blanca subyacente.³

El cerebro humano de un adulto pesa en promedio alrededor de 1,5 kg,⁴ con un tamaño (volumen) de alrededor de 1130 centímetros cúbicos (cm³) en mujeres y 1260 cm³ en hombres, aunque puede haber individuos con variaciones importantes.⁵ Los hombres con igual altura y superficie corporal que las mujeres tienen en promedio cerebros 100 gramos más pesados,⁶ aunque estas diferencias no se relacionan de ninguna forma con el número de neuronas de materia gris o con las medidas generales del sistema cognitivo.⁷ Los neandertales tenían un cerebro más grande en la edad adulta que los humanos actuales.⁸ El cerebro es muy blando, presentando una consistencia similar a la gelatina blanda o a un tofu consistente.⁹ A pesar de ser conocida como «materia gris», la corteza es de un color beige rosado y de color ligeramente blanquecino en el interior. A la edad de 20 años, un hombre tiene alrededor de 176 000 kilómetros de axones mielinizados en su cerebro y una mujer cerca de 149 000 kilómetros.¹⁰

Características generales

Dibujo del cerebro humano, mostrando varias estructuras importantes.

Tomografía IRM del cerebro humano de un adulto normal.

Los hemisferios cerebrales forman la mayor parte del cerebro humano y se encuentran por encima de otras estructuras cerebrales. Están cubiertos de una capa cortical con una topografía sinuosa.¹¹ Por debajo del telencéfalo se encuentra el tronco encefálico, semejante a un tallo en el que está unido el telencéfalo. En la parte trasera del cerebro, debajo del telencéfalo y detrás del tronco encefálico, está el cerebelo, una estructura con una superficie surcada horizontalmente que le hace parecer diferente de cualquier otra área del cerebro. Las mismas estructuras están presentes en otros mamíferos, aunque el cerebelo no es tan grande en relación al resto del cerebro. Por regla general, cuanto menor sea el telencéfalo, menos rugosa es la corteza. La corteza de una rata o un ratón es casi completamente lisa. La corteza de un delfín o una ballena, en cambio, es más sinuosa que la corteza de un ser humano.
El rasgo dominante del cerebro humano es corticalización. La corteza cerebral en los seres humanos es tan grande que eclipsa cualquier otra parte del cerebro. Unas pocas estructuras subcorticales muestran alteraciones que reflejan esta tendencia. El cerebelo, por ejemplo, tiene una zona media conectada principalmente a las áreas motoras subcorticales, y una zona lateral conectada principalmente a la corteza. En los humanos la zona lateral ocupa una fracción mucho más grande del cerebelo que en la mayoría de las otras especies de mamíferos. La corticalización se refleja en la función así como la estructura. En una rata, la extirpación quirúrgica de toda la corteza cerebral deja un animal que todavía es capaz de caminar e interactuar con el medio ambiente.¹² En un ser humano, daños comparables en la corteza cerebral producen un estado de coma permanente. La cantidad de corteza de asociación, en relación con las otras dos categorías, aumenta dramáticamente a medida que se pasa de mamíferos simples, tales como la rata y el gato, hasta los más complejos, como el chimpancé y el humano.¹³

Circunvoluciones y surcos mayores en la superficie lateral de la corteza.

La corteza cerebral es esencialmente una capa de tejido neuronal, plegada de tal manera que permite a una gran superficie caber dentro de los confines del cráneo. Cada hemisferio cerebral, de hecho, tiene una superficie total de alrededor de 1200 centímetros cuadrados .¹⁴ Los anatomistas llaman a cada pliegue cortical un surco, y a la zona lisa entre los pliegues una circunvolución. La mayoría de los cerebros humanos muestran un patrón similar de plegado, pero hay bastantes variaciones en la forma y el lugar de los pliegues que hacen a cada cerebro único. Sin embargo, el patrón es lo suficientemente consistente para que cada pliegue principal reciba un nombre, por ejemplo, la "circunvolución frontal superior", el "surco poscentral", o el "surco transóptico". Las características del plegado profundo en el cerebro como la interhemisférica, la cisura lateral, y la corteza insular están presentes en casi todos los sujetos normales.

Divisiones corticales

Lóbulo frontal Lóbulo temporal Lóbulo parietal Lóbulo occipital
Visión lateral de los lóbulos cerebrales.

Los huesos del cráneo humano.

Cuatro lóbulos

Exteriormente, la corteza cerebral es casi simétrica, con hemisferios izquierdo y derecho. Los anatomistas convencionalmente dividen cada hemisferio en cuatro «lóbulos», el lóbulo frontal, el lóbulo parietal, el lóbulo occipital y el lóbulo temporal. Esta categorización no se debe realmente a la estructura de la propia corteza: los lóbulos llevan los nombres de los huesos del cráneo que los recubren. Hay una excepción: la frontera entre los lóbulos frontales y parietales está desplazada detrás del surco central, un pliegue profundo que marca la línea en donde la corteza somatosensorial primaria y la corteza motora primaria se unen. También es preciso señalar, que en las profundidades convergentes de la cisura de Silvio y la cisura de Rolando y separando el lóbulo frontal del lóbulo temporal, se encuentra una estructura cónica que se conoce con el nombre de lóbulo insular.

Divisiones funcionales

Los investigadores que estudian las funciones de la corteza la dividen en tres regiones categorías funcionales o áreas. Una consiste en las áreas sensoriales primarias, que reciben señales de los nervios sensoriales y las envían a través de núcleos de relevo en el tálamo. Las áreas sensoriales primarias incluyen el área visual del lóbulo occipital, el área auditiva en partes del lóbulo temporal y la corteza insular, y el área somatosensorial en el lóbulo parietal. Una segunda categoría es el área motora primaria, que envía axones hasta las neuronas motoras del tronco encefálico y la médula espinal. Esta zona ocupa la parte posterior del lóbulo frontal, justo delante del área somatosensorial. La tercera categoría se compone de las partes restantes de la corteza, que se denominan áreas de asociación. Estas áreas reciben información entrante de las áreas sensoriales y partes inferiores del cerebro y están implicadas en el complejo proceso que llamamos percepción, pensamiento y la toma de decisiones.

La clasificación de Brodmann para las áreas de la corteza.

Diferentes partes de la corteza cerebral están involucrados en diferentes funciones cognitivas y del comportamiento. Las diferencias aparecen de varias maneras: los efectos del daño cerebral localizado, los patrones de actividad regional que son expuestos cuando el cerebro es examinado mediante la utilización de técnicas de imagen funcional, la conectividad con las áreas subcorticales, y las diferencias regionales en la arquitectura celular de la corteza. Los anatomistas describen que la mayor parte de la corteza (la parte que llaman isocortex) tiene seis capas, pero no todas las capas son evidentes en todos las áreas, e incluso cuando una capa está presente, su espesor y organización celular puede variar. Varios anatomistas han construido mapas de las áreas corticales^(en) basados en las variaciones en la apariencia de las capas que se observan bajo el microscopio. Uno de los esquemas más utilizados proviene de Brodmann, quien dividió la corteza en 51 áreas diferentes y asignó un número a cada una (desde entonces los anatomistas han subdividido muchas de las áreas de Brodmann). Por ejemplo, el área 1 de Brodmann es la corteza somatosensorial primaria, el área 17 de Brodmann es la corteza visual primaria, y el área 25 de Brodmann es la corteza cingulada anterior.

Topografía

Topografía de la corteza motora primaria, mostrando qué parte del cuerpo es controlada por cada zona.

Muchas de las áreas cerebrales de Brodmann definidas tienen sus propias estructuras internas complejas. En varios casos, las áreas del cerebro están organizadas en "mapas topográficos", donde secciones contiguas de la corteza corresponden a zonas contiguas en el organismo o de alguna entidad abstracta más. Un ejemplo sencillo de este tipo de correspondencia es la corteza motora primaria, una franja de tejido que se extiende a lo largo del borde anterior del surco central. Las áreas motoras que inervan cada parte del cuerpo se derivan de una zona distinta, con partes del cuerpo adyacentes representadas por zonas adyacentes. La estimulación eléctrica de la corteza en cualquier punto provoca una contracción muscular en la parte del cuerpo representada. Sin embargo, esta representación "somatotópica" no se distribuye proporcionalmente. La cabeza, por ejemplo, está representada por una región alrededor de tres veces más grande que la zona para toda la espalda y el tronco. El tamaño de una zona se corresponde con la posible precisión del control motor y la discriminación sensorial ^{[cita requerida]}. Las áreas para los labios, los dedos y la lengua son particularmente grandes, teniendo en cuenta el tamaño proporcional de las partes del cuerpo que representan.
En las áreas visuales, los mapas son retinotópicos^(en), es decir, reflejan la topografía de la retina, la capa de neuronas activadas por la luz que recubre la parte posterior del ojo. También en este caso la representación es desigual: la fóvea, la zona en el centro del campo visual, está extensamente sobrerrepresentada en comparación con la periferia. Los circuitos visuales en la corteza cerebral humana contienen varias decenas de mapas retinotópicos diferentes, cada uno dedicado a analizar el flujo de información visual de una determinada manera.^{[cita requerida]} La corteza visual primaria (el área 17 de Brodmann), que es el principal receptor de información proveniente de la zona visual del tálamo, contiene muchas neuronas que son activadas| muy fácilmente por bordes con una orientación particular moviéndose a través de un punto concreto en el campo visual. Las áreas visuales más inferiores obtienen información, como el color, el movimiento y la forma.
En las áreas auditivas, el mapa principal es tonotópico^(en). Los sonidos son analizados de acuerdo a la frecuencia (es decir, los tonos altos contra los tonos bajos) por áreas auditivas subcorticales, y este análisis se refleja zona auditiva primaria de la corteza. Al igual que con el sistema visual, hay una serie de mapas corticales tonotópicos, cada uno dedicadado a analizar el sonido de una manera particular.
Dentro de un mapa topográfico a veces puede haber niveles más finos de estructura espacial. En la corteza visual primaria, por ejemplo, donde la principal organización es retinotópica y las respuestas principales son el movimiento de los bordes, las células que responden a las diferentes orientaciones de borde están espacialmente separados unos de otros.^{[cita requerida]}

Lateralidad

Artículos principales: Lateralidad de la función cerebral y :en:Lateralization of brain function.

Ruta de las señales neuronales desde los dos ojos hasta el cerebro.

Cada hemisferio del cerebro interactúa principalmente con la mitad del cuerpo, pero por razones que no están claras, las conexiones se cruzan: el lado izquierdo del cerebro interactúa con el lado derecho del cuerpo, y viceversa.^{[cita requerida]} Las conexiones motoras desde el cerebro hasta la médula espinal, y las conexiones sensoriales desde la médula espinal hasta el cerebro, ambas cruzan la línea media al nivel del tronco encefálico. La información visual sigue una regla más compleja: los nervios ópticos de los dos ojos se unen en un punto llamado el quiasma óptico, y la mitad de las fibras de cada nervio se separan para unirse a la otra. El resultado es que las conexiones de la mitad izquierda de la retina en ambos ojos, van hacia el lado izquierdo del cerebro, mientras que las conexiones de la mitad derecha de la retina van hacia el lado derecho del cerebro. Debido a que cada mitad de la retina recibe la luz procedente de la mitad opuesta del campo visual, la consecuencia funcional es que la información visual desde el lado izquierdo del mundo va al lado derecho del cerebro, y viceversa. Así, el lado derecho del cerebro recibe información somatosensorial del lado izquierdo del cuerpo, e información visual del lado izquierdo del campo visual, una disposición que, presumiblemente, ayuda a la coordinación visomotora.

El cuerpo calloso, un haz de nervios que conecta los dos hemisferios cerebrales, con los ventrículos laterales justo por debajo.

Los dos hemisferios cerebrales están conectados por un ramillete nervioso muy grande llamado el cuerpo calloso, que cruza la línea media por encima del nivel del tálamo. Hay también dos conexiones muy pequeñas, la comisura anterior^(en) y la comisura del hipocampo, así como gran número de conexiones subcorticales que cruzan la línea media. Sin embargo, el cuerpo calloso es la avenida principal de comunicación entre los dos hemisferios. Él conecta cada punto de la corteza hasta su punto equivalente en el hemisferio opuesto, y también conecta a puntos relacionados funcionalmente en diferentes áreas corticales.
En muchos aspectos, los lados izquierdo y derecho del cerebro son simétricos en términos de función. Por ejemplo, la contraparte del área motora del hemisferio izquierdo que controla la mano derecha es el área del hemisferio derecho que controla la mano izquierda. Hay, sin embargo, varias excepciones muy importantes, que implican el lenguaje y la cognición espacial. En la mayoría de las personas, el hemisferio izquierdo es "dominante" para el lenguaje: una lesión que dañe un área clave del lenguaje en el hemisferio izquierdo pueden dejar a la víctima incapaz de hablar o entender el habla, mientras que un daño equivalente en el hemisferio derecho podría causar sólo una ligera incapacidad en las habilidades del lenguaje.
Una parte importante de nuestra comprensión actual de las interacciones entre los dos hemisferios ha llegado a partir del estudio de «pacientes con cerebro dividido^(en)», personas que se sometieron a la transección quirúrgica del cuerpo calloso en un intento de reducir la gravedad de las crisis epilépticas. Estos pacientes no muestran un comportamiento inusual que sea inmediatamente obvio, pero en algunos casos pueden comportarse casi como dos personas diferentes en un mismo cuerpo, con la mano derecha realizando una acción y luego la mano izquierda deshaciéndola. La mayoría de estos pacientes, cuando se les muestra brevemente una foto en el lado derecho del punto de fijación visual, son capaces de describirla verbalmente, pero cuando la imagen se les muestra a la izquierda, son incapaces de describirla, aun así pueden ser capaces de dar una indicación con la mano izquierda de la naturaleza del objeto mostrado.
Cabe señalar que las diferencias entre hemisferios derecho e izquierdo son muy exageradas en gran parte de la literatura popular sobre este tema. La existencia de diferencias ha sido establecida sólidamente, pero muchos libros populares van mucho más allá de la evidencia en la atribución de características de personalidad o inteligencia a la dominancia del hemisferio derecho o izquierdo.^{[cita requerida]}