Cómo funciona el sistema nervioso

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Neurociencia para tontos, 2ª edición

Por Frank Amthor

El sistema nervioso consiste en el sistema nervioso central (el cerebro, la retina y la médula espinal), el sistema nervioso periférico (los axones sensoriales y motores que conectan el sistema nervioso central con las extremidades y los órganos). El sistema nervioso periférico también incluye el sistema nervioso autónomo (que regula los procesos corporales como la digestión y la frecuencia cardíaca) y el sistema nervioso entérico, que controla el sistema gastrointestinal.

El importante papel de las neuronas

Todas las divisiones del sistema nervioso se basan universalmente en las funciones de las neuronas. Las neuronas son células especializadas que procesan información. Como todas las células, son increíblemente complicadas por derecho propio. Todos los sistemas nerviosos de todas las especies animales tienen cuatro tipos básicos de células funcionales:

  • Neuronas sensoriales: Estas neuronas le dicen al resto del cerebro acerca del ambiente externo e interno.
  • Neuronas motoras (y otras de salida): Las neuronas motoras contraen los músculos y median el comportamiento, y otras neuronas de salida estimulan las glándulas y los órganos.
  • Neuronas de proyección: Las neuronas de comunicación transmiten señales de un área del cerebro a otra.
  • Interneuronas: La gran mayoría de las neuronas de los vertebrados son interneuronas implicadas en los cálculos locales. Las neuronas computacionales extraen y procesan información proveniente de los sentidos, comparan esa información con la que se encuentra en la memoria y la utilizan para planificar y ejecutar el comportamiento. Cada una de las cientos de regiones cerebrales distinguibles contiene varias docenas de tipos o clases distintas de interneuronas computacionales que median la función de esa área cerebral.

Lo que realmente distingue al sistema nervioso de cualquier otro grupo funcional de células es la complejidad de las interconexiones neuronales. El cerebro humano tiene alrededor de 100 mil millones de neuronas, cada una con un conjunto único de cerca de 10.000 entradas sinápticas de otras neuronas, produciendo cerca de un cuatrillón de sinapsis – un número aún mayor que la deuda nacional de los EE.UU. en centavos! El número de posibles estados distintos de este sistema es prácticamente incontable.

Informática en circuitos, segmentos y módulos

La parte más grande del cerebro, que es lo que realmente se ve cuando se mira un cerebro desde arriba o de lado, es el neocórtex. La neocorteza es realmente una hoja de 1,5 pies cuadrados de celdas acolchadas un poco para que quepan dentro de la cabeza. Las neuronas en la neocorteza forman un circuito neural complejo que se repite millones de veces a través de la superficie cortical. Este circuito neural repetido se llama minicolumna.

El cerebro contiene muchas áreas especializadas asociadas con sentidos particulares (visión versus audición, por ejemplo) y otras áreas mediadoras de salidas motoras particulares (como mover la pierna versus la lengua). La función de las diferentes áreas del cerebro no depende de ninguna estructura particular de las minicolumnas dentro de él, sino de sus entradas y salidas.

Así que aunque los tipos de células y circuitos en la corteza auditiva son similares a los de la corteza visual y motora, la corteza auditiva es la corteza auditiva porque recibe entradas de la cóclea (una parte del oído) y porque envía salidas a áreas asociadas con el procesamiento de la información auditiva y su uso para guiar el comportamiento.

Muchas otras partes del sistema nervioso también están compuestas de circuitos o módulos de circuitos repetidos, aunque éstos son diferentes en diferentes partes del cerebro:

  • La médula espinal está formada por segmentos muy similares (cervicales, torácicos, lumbares, etc.), cuya estructura se repite desde el borde de la médula en la parte superior de la médula espinal hasta los segmentos coxígeos en la parte inferior.
  • El cerebelo, una estructura cerebral prominente en la parte posterior del cerebro debajo del neocórtex, está involucrado en el ajuste fino de las secuencias motoras y el aprendizaje motor. Dentro del cerebelo hay circuitos neuronales repetidos que forman módulos que se ocupan de la planificación motora, la ejecución motora y el equilibrio.

Todos los módulos que componen el sistema nervioso central están ampliamente interconectados. Si tuvieras que hacer una sección sobre cualquier parte del cerebro, verías que el cerebro tiene más materia blanca, o tractos de axones de apariencia pálida (los”cables” neurales que conectan a las neuronas entre sí) que materia gris más oscura (cuerpos de células neurales y dendritas, que reciben las entradas de otras neuronas y realizan los cálculos neuronales).

Aquí está el por qué: El cerebro utiliza interconexiones locales entre neuronas para realizar cálculos en circuitos neuronales. Sin embargo, una sola neurona contacta sólo una fracción de las otras neuronas en el cerebro. Para llegar a otros módulos cerebrales para otros cálculos, los resultados de estos cálculos deben ser enviados a través de proyecciones a larga distancia a través de las vías axónicas de las neuronas de comunicación.

Qué acusación: El papel de la electricidad

La mayoría de las neuronas son células especializadas en computación y comunicación. Tienen dos tipos de ramas: dendritas (que normalmente reciben entradas de otras neuronas) y axones (que son la salida de la neurona a otras neuronas u otras dianas, como los músculos) que emanan de sus cuerpos celulares.

Las dendritas neuronales pueden tener cientos de micrómetros de longitud, y los axones neuronales pueden extenderse un metro (por ejemplo, los axones van desde células individuales en la corteza motora primaria de su cerebro hasta la base de la médula espinal). Debido a que la neurona es alargada por las dendritas y los axones, si la neurona va a procesar señales rápidamente, necesita mecanismos para ayudar a que la comunicación intracelular avance. ¿Ese mecanismo? La electricidad, cuya conducción hacia abajo del axón es ayudada por la envoltura de mielina de las células gliales.

Las neuronas utilizan la electricidad para comunicar lo que está sucediendo en diferentes partes de la neurona. La idea básica es que las entradas se extienden por todas las dendritas y causan el flujo de corriente desde las dendritas hacia el cuerpo celular. El cuerpo celular convierte esta corriente eléctrica cambiante en un conjunto de pulsos enviados por su axón a otras neuronas.

Comprensión de la organización modular del sistema nervioso

El sistema nervioso tiene una organización modular general. Las neuronas participan en circuitos locales que consisten en varios cientos de neuronas compuestas de una docena o dos (¡o tres, o a veces cuatro!) tipos diferentes de neuronas. Estos circuitos locales realizan cálculos neuronales en las entradas del circuito y envían los resultados a otros circuitos como salidas a través de las neuronas de proyección.

Los circuitos locales forman módulos que realizan ciertas funciones, como ver líneas verticales, escuchar tonos de 10,000 Hz, hacer que un músculo particular del dedo se contraiga o hacer que el corazón lata más rápido. Los grupos de módulos similares forman regiones cerebrales importantes, de las cuales hay varios cientos, más o menos. Los módulos en el cerebro, la médula espinal, el sistema nervioso periférico y el sistema nervioso autónomo trabajan juntos para mantener su supervivencia regulando su ambiente interno y manejando su interacción con el ambiente externo.

Por supuesto, los humanos hacen más que simplemente sobrevivir. Tienen sentimientos y recuerdos y curiosidad y anhelos espirituales. Son capaces de lenguaje, autorreflexión, tecnología y curiosidad sobre su lugar en el universo.

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