El funcionamiento del sistema nervioso

1. Las células nerviosas o neuronas
El sistema nervioso está formado por dos tipos de células: las neuronas y las neuroglias. Aunque cuantitativamente es mayor la masa de neuroglias (un 90% frente a un 10% de neuronas, aproximadamente), desde un punto de vista funcional son mucho más importantes las neuronas: éstas son las verdaderas responsables de la transmisión del impulso nervioso, mientras que las neuroglias se limitan a una función de sostén y mantenimiento de las neuronas.
En una neurona se distinguen, en principio, dos partes: un cuerpo y unas prolongaciones; entre estas últimas podemos distinguir también una claramente más alargada (llamada axón) y el resto de forma similar a los dedos de una mano o a las ramas de un árbol (dendritas). El impulso nervioso, de naturaleza eléctrica, se transmite siempre de la misma forma a lo largo de la neurona: entra por las dendritas, llega al cuerpo y sale por el axón, cuya terminación debe estar lo suficientemente cerca de las dendritas de otra neurona para que continúe el proceso de transmisión.

2. La sinapsis
Se denomina sinapsis a la comunicación entre neurona que posibilita la transmisión del impulso nervioso de una a otra. Todas las neuronas del cuerpo, independientemente de la parte del sistema nervioso a la que pertenezcan, se comunican de la misma forma. Se puede decir que "entienden el mismo lenguaje": impulsos electro-químicos que llegan a la neurona, se desplazan por ella y pasan a la siguiente neurona de acuerdo con la ley del "todo o nada", sí o no; una neurona con una pequeña carga eléctrica negativa (potencial de reposo) es estimulada para que permita la entrada de iones de sodio, con lo que la carga eléctrica se invierte y se transmite de un punto a otro de la neurona hasta descargarse por el axón.
Las neuronas no están directamente conectadas unas con otras. En sentido estricto, el axón de una neurona no está en contacto físico directo con las dendritas de la neurona siguiente: hay una pequeñísima distancia, la hendidura sináptica, en torno a dos cienmilésimas de milímetro, que separa ambas células. El impulso nervioso saltará o no la hendidura sináptica en función de la presencia de unas sustancias químicas llamadas neurotransmisores, cuya función es posibilitar o inhibir la sinapsis o comunicación interneuronal.

3. Los neurotransmisores
Los neurotransmisores son enzimas, sustancias que catalizan (hacen más rápidas) ciertas reacciones químicas del organismo, almacenadas en unas vesículas que se sitúan al final del axón y que al ser liberadas provocan la excitación de los receptores de las dendritas de la siguiente neurona. Desde los años 20 del siglo XX se han descubierto cientos de sustancias químicas que juegan un papel esencial permitiendo o inhibiendo la transmisión del impulso nervioso en el encéfalo y otras zonas del cuerpo. De muchas de estas sustancias todavía no se conocen bien sus funciones precisas, pero de algunas sí. Enumeramos a continuación las principales:

• La acetilcolina, además de otras funciones relacionadas con la atención y la memoria, posibilita la contracción de los músculos; si las vesículas situadas en el axón no liberan esta sustancia o si los receptores de las dendritas son bloquedos, tiene lugar una parálisis muscular que lleva a la muerte. La enfermedad de Alzheimer se relaciona también con el mal funcionamiento de las células productoras de acetilcolina.
• La adrenalina o epinefrina actúa en las situaciones de emergencia activando el sistema nervioso simpático (aumento del ritmo cardiano y la presión sanguínea, dilatación de las pupilas, etc.). Por otra parte, la norepinefrina prolonga esta respuesta en el tiempo. La falta de ambas puede causar algunas formas de depresión.
• La dopamina se relaciona con procesos como la coordinación de movimientos y la atención, por lo que su falta es común en los llamados niños hiperactivos y también en la enfermedad de Parkinson; por el contrario, la esquizofrenia se relaciona con un exceso de esta sustancia.
• Las endorfinas son inhibidores del dolor con estructura y función similares a las drogas derivadas del opio (morfina, heroína), pero, a diferencia de éstas, producidas por el propio organismo. Fueron descubiertas en los años 70 por Pert y Snyder al comprobar éstos la existencia en el organismo de receptores para los derivados del opio, que no existirían si no hubiera opiáceos naturales. El efecto adictivo de los opiáceos artificiales se explica porque, al ralentizar éstos la producción de endorfinas, el organismo necesita una cantidad cada vez mayor de sustitutos.
• La serotonina, conocida como "molécula del estado de ánimo", es responsable del tono emocional; su falta puede traducirse en depresión, ansiedad, agresión y, según algunos autores, obesidad y otros trastornos de la alimentación (comer en exceso como un mecanismo de compensación por los bajos niveles de serotonina).
• Otros neurotransmisores son el gaba, inhibidor cuya falta se asocia a trastornos de ansiedad y epilepsia; el glutamato, relacionado con la memoria, y la glicina, que inhibe la transmisión de impulsos nerviosos en la médula espinal y tronco encefálico.

4. Plasticidad cerebral
Este concepto puede definirse como la capacidad del cerebro de modificar su propia estructura y funcionamiento en virtud de la experiencia. La prueba clásica de este hecho son los experimentos de Rosenzweig, realizados en los años 80, y que venían a demostrar que ratas criadas en un "ambiente rico" (con más posibilidades de aprender nuevas conductas) desarrollaban cerebros con un número mayor de conexiones sinápticas que otras ratas criadas en un "ambiente pobre". Es decir, los nuevos aprendizajes producían cambios en el cerebro que a su vez facilitaban otros nuevos aprendizajes (proceso conocido como feedback o retroalimentación). 
Procesos similares se han comprobado en el cerebro humano: las personas que se dedican a una profesión que requiere una especial sensibilidad en una parte del cuerpo (por ejemplo, un músico que toca algún instrumento) desarrollan más que el resto el área cerebral asociada a esa parte del cuerpo. Por otra parte, los que por una discapacidad no pueden usar una parte del cerebro para su función habitual la emplean para otros fines: los sordos utilizan la misma área cerebral que sirve normalmente para la audición, para aprender a leer los labios. Asimismo, las lesiones cerebrales, cuyos efectos se han considerado tradicionalmente como irreversibles, son susceptibles de cierto grado de curación debido precisamente a la plasticidad del cerebro: por medio de un entrenamiento adecuado, generalmente largo y costoso, puede conseguirse que áreas distintas del cerebro reemplacen a las dañadas realizando las mismas o similares tareas.
En relación con lo anterior, los últimos años han visto desmentir un error que hasta hace muy poco todos daban por cierto: que la producción de neuronas nuevas se detiene para siempre en los primeros años de vida, de forma que las neuronas que se destruyen no vuelven a recuperarse jamás. La neurogénesis adulta, propuesta como teoría por Joseph Altman en los años 60, fue confirmada experimentalmente en los 90, primero en laboratorio y después en autopsias de personas reales. Desde entonces se investiga la posibilidad de que los cultivos de células madre pueden servir para regenerar las áreas cerebrales dañadas en enfermos de Alzheimer, Parkinson, etc.

5. La investigación del cerebro
¿Cómo llegamos a saber algo sobre el funcionamiento del cerebro? Los métodos de investigación cerebral se han ido perfeccionando con el tiempo y han quedado atrás las épocas en que los estudios de anatomía pasaban por el aprovechamiento de los cadáveres de condenados a muerte o el desenterramiento clandestino de otros cadáveres. Ya en el siglo XIX fueron las autopsias sobre enfermos de afasia las que permitieron a Broca el hallazgo del área cerebral responsable de la expresión lingüística y a Wernicke el del área de la comprensión del lenguaje. Otros descubrimientos se han realizado observando los efectos de lesiones cerebrales producidas accidentalmente o por intervenciones quirúrgicas, como el famoso caso de Phineas Gage o los enfermos de epilepsia callosotomizados estudiados por Roger Sperry. La cirugía cerebral, también fuente de información sobre el cerebro, se practica en personas vivas únicamente por razones médicas, pero la experimentación con animales proporciona también datos aplicables al hombre, aunque de forma sólo aproximada al tratarse el encéfalo humano de una estructura única sin equivalencia exacta en ningún otro cerebro animal.
Todos estos procedimientos han resultado útiles en el pasado y aún lo son en el presente, pero también podemos preguntarnos cómo pueden estudiarse encéfalos vivos y funcionando. Podemos clasificar los métodos actualmente disponibles en varios grupos:

 1  - Registro de la actividad eléctrica, por medio de microelectrodos (registran la actividad de neuronas individuales) o macroelectrodos, que registran la actividad en distintas zonas del cráneo. A este sistema se le conoce como electroencefalograma (EEG).
 2  - Imágenes estructurales, "mapas del cerebro" obtenidos mediante técnicas como el escáner o TAC, siglas de Tomografía Axial Computerizada, en que el ordenador reconstruye una imagen tridimensional a partir de radiografías tomadas desde distintos ángulos, y la imagen por resonancia magnética, consistente en la creación de un campo magnético alrededor del cráneo al que los átomos de hidrógeno responden con señales que permiten obtener una imagen del cerebro.
 3  - Imágenes funcionales, a partir de técnicas similares pero dirigidas a obtener datos sobre la actividad cerebral durante la realización de ciertas tareas o respondiendo a ciertos estímulos. Las más importantes son la Tomografía por Emisión de Positrones (TEP) y la Tomografía Computerizada por Emisión de Fotón Único (TCEFU), consistentes en inyectar una sustancia radiactiva capar de interaccionar con los átomos de las zonas activas. La resonancia magnética funcional sirve para detectar el movimiento de la sangre en el encéfalo, indicador de las áreas cerebrales más activas al necesitar mayores aportes de glucosa; esta técnica se ha utilizado para medir las diferencias entre cerebros de niños con y sin déficit de atención.

6.Sobre cerebros lesionados útiles a la ciencia
En el verano de 1848, un hombre de veinticinco años llamado Phineas Gage trabajaba como capataz de construcción. Por efecto de una explosión, una barra de hierro salió despedida, alcanzó a Gage en la mejilla izquierda y le atravesó el cráneo saliendo por la parte superior de la cabeza. Contra lo que todos esperaban, Gage no murió ni tampoco pareció sufrir, en ese momento, graves daños. Sin embargo, con el tiempo se hizo evidente que Gage cambió radicalmente su personalidad: dejó de ser el hombre amable, educado y responsable que era antes del accidente y se volvió "impredecible, irreverente, dado a las expresiones más groseras..., manifestaba poco o ningún respeto hacia su prójimo..., mostraba, junto a una porfiada obstinación, una conducta caprichosa y vacilante...", según palabras de su médico, el doctor Harlow. Fue incapaz de conservar ningún trabajo. Tras probar suerte en un circo, murió, pobre y alcohólico, en 1861.
El daño sufrido por Gage no afectó a todo el cerebro, sino únicamente a la corteza prefrontal. Los centros del lenguaje y cognición quedaron intactos, pero otras capacidades consideradas "espirituales" como la empatía, el control de impulsos o los valores morales sí fueron seriamente afectadas. Quedaban así al descubierto algunas funciones del área dañada hasta entonces desconocidas e insospechadas.
Aproximadamente al mismo tiempo, el doctor Broca descubría el daño cerebral en las autopsias de enfermos de afasia expresiva: el lugar donde se localizaba dicho daño, en el lóbulo frontal del hemisferio izquierdo, se llamó desde entonces área de Broca; unos años después, Wernicke describió una nueva forma de afasia, la afasia comprensiva, para la cual el centro dañado (el área de Wernicke) se situaba en el lóbulo temporal.
En los primeros años del siglo XX, autores como Goldstein investigaron las causas del llamado "síndrome de la mano extraña", consistente en que la mano no controlada por el hemisferio dominante (generalmente la izquierda) realiza movimientos involuntarios, muchas veces contrarios a la intención consciente del sujeto y a los movimientos de la otra mano. Las autopsias en pacientes con este síndrome revelaron tumores en el cuerpo calloso.
Ya en los años 60, el doctor Roger Sperry, Premio Nobel de Medicina en 1981, profundizó en la desconexión entre los hemisferios cerebrales, tomando como sujetos a pacientes callosotomizados (generalmente enfermos de epilepsia a los que, para reducir los síntomas de esta enfermedad, se les había seccionado el cuerpo calloso). Utilizando "quimeras", es decir, imágenes formadas con dos mitades de objetos diferentes, comprobó que, para cada imagen, el paciente "nombraba" un objeto (el que correspondía a la mitad derecha) y "agarraba" con la mano izquierda otro objeto distinto, el correspondiente a la mitad izquierda, ya que:
1) Las imágenes son recibidas por el hemisferio opuesto a su posición espacial.
2) El lenguaje es controlado por el hemisferio izquierdo.
3) Independientemente, el hemisferio derecho controla el movimiento de la mano izquierda.
Dicho de otra manera, el paciente actuaba como si tuviera no uno, sino dos cerebros distintos y cada uno de ellos gestionara diferentes tipos de conducta.

En los años 40 y 5o del siglo XX, el neurocirujano Wilder Penfield se dio a conocer por sus operaciones a cráneo abierto con el paciente despierto; en ellas estimulaba con una pequeña corriente eléctrica puntos de la corteza cerebral y preguntaba al paciente qué sensación experimentaba. A partir de los datos obtenidos, Penfield elaboró un "mapa de la corteza cerebral" donde en cada área se representaban las diferentes modalidades sensoriales que recibía; mapa que, a su vez, sirvió como base al famoso homúnculo de Penfield, representación del cuerpo humano en que a las distintas partes del mismo se asignan tamaños proporcionales a la superficie cerebral que dirige sus acciones (corteza motora) o recibe sus sensaciones (corteza sensorial).
El prestigio de Penfield como investigador cerebral motivó que fuera consultado por el doctor Scoville acerca de su paciente, Henry Molaison (más conocido como H.M.): éste, tras una operación realizada en 1953, se volvió incapaz de producir nuevos recuerdos aunque conservaba los antiguos. El caso H.M. fue estudiado por la doctora Brenda Milner y, hasta su muerte en 2008, Molaison fue el ejemplo más claro de lo que se llamó síndrome de Milner, una forma de amnesia profunda asociada a daños en el hipocampo y que sólo afecta a los aprendizajes posteriores a la lesión.
Aunque la investigación sobre cerebros lesionados o muertos ha ido perdiendo su importancia, desplazada por otros métodos de estudio del cerebro, todavía en fechas recientes sigue aportando descubrimientos como la realidad de la neurogénesis en cerebros adultos, antes sólo comprobada en condiciones artificiales de laboratorio (Peter Eriksson, 1998), o las diferencias en el hipotálamo entre varones homosexuales y heterosexuales (Simon LeVay, 1991), realizados a partir de las autopsias en enfermos de cáncer y sida, respectivamente.