Capítulo 2. El cerebro como blanco de las drogas.

El eje vertebral en el que se asienta este capítulo es que el consumo de sustancias de abuso produce cambios celulares y moleculares en diferentes regiones de nuestro cerebro. Tal como se ha definido en la introducción, la adicción se caracteriza por ser un estado compulsivo de uso y abuso de una droga. A pesar de todos los intentos y tratamientos llevados a cabo para controlar la autoadministración de la droga, la adicción tiende a mantenerse. La adicción a las drogas es tan persistente debido a que los mecanismos cerebrales subyacentes a ésta utilizan los procesos neurales que están implicados en situaciones normales en el aprendizaje relacionado con el refuerzo. Este tipo de aprendizaje tiene una importancia extraordinaria para la supervivencia y perpetuación de la especie. Imaginemos que vamos por la selva amazónica y estamos buscando comida. Tal como hemos comentado al inicio del libro, imaginemos que por casualidad nos topamos con un arbusto que tiene unas flores grandes y rojas que no parecen ser comunes por esa zona. Exploramos el arbusto y observamos que detrás de las hojas se encuentran unos frutos ovalados de color canela que resultan ser deliciosos al paladar. La próxima vez que vayamos recorriendo la selva y encontremos el arbusto de flores rojas, rápidamente nos acercaremos a recoger sus frutos. Hemos aprendido a asociar un estímulo que inicialmente para nosotros era neutro (la presencia del arbusto con flores rojas) con un refuerzo (el fruto que nos resulta tan delicioso al gusto y que apaga rápidamente nuestra sensación de hambre por su gran aporte calórico). Por lo tanto, en este tipo de aprendizaje relacionamos un refuerzo con un estímulo inicialmente de valoración neutra para nosotros y/o con la conducta que llevamos a cabo para obtenerlo. Las drogas, por lo tanto, parecen utilizar los mecanismos neurales subyacentes a este tipo de aprendizaje. Parece ser que las bases neurales de la persistencia de la adicción se deben a los mecanismos celulares y moleculares que subyacen a las memorias asociativas a largo plazo en diferentes circuitos del prosencéfalo (por ejemplo, la corteza prefrontal, el núcleo accumbens, la amígdala y el estriado dorsal) que reciben conexiones de las neuronas dopaminérgicas del mesencéfalo. En definitiva, la adicción parece ser causada, como mínimo en parte, por los cambios plásticos subyacentes a las memorias asociativas relacionadas con la experiencia que tiene el sujeto con la droga. En muchas ocasiones, personas adictas a una determinada sustancia y que llevan un largo tiempo sin consumirla, vuelven a sus contextos sociales habituales y vuelven a consumir la droga. Esto se debe a que la persona es expuesta en su núcleo habitual de consumo a claves que se encontraban inicialmente asociadas con la droga. ¿Son tan poderosos y firmes los cambios producidos en la plasticidad sináptica en regiones cerebrales clave para que produzcan las recaídas y el deseo persistente en el sujeto por la sustancia de abuso? Para poder contestar e esta pregunta, en primer lugar se repasará la organización anatómica y funcional del sistema nervioso, haciéndose un especial hincapié en las células que lo componen y en las estructuras implicadas en el sustrato nervioso del refuerzo. En sucesivos capítulos se entrará en más detalle para describir los cambios plásticos asociados a la adicción.

1. ¿Cómo funciona el cerebro?

1.1 Estructura y función de las células nerviosas.

Hoy en día sabemos que el sistema nervioso controla y regula la mayoría de actividades del organismo. La información de nuestro entorno es captada por diferentes tipos de receptores sensoriales distribuidos ordenadamente por nuestro cuerpo. Éstos recogen y envían la información para que sea procesada e integrada por nuestro sistema nervioso central. De igual forma, constantemente se están poniendo en marcha los cuidadosos planes motores que se desarrollan en nuestro cerebro y que finalmente conllevan a la coordinación de diversos grupos musculares para permitir un determinado movimiento. El cerebro recibe, integra, procesa la información y envía diferentes señales para regular múltiples funciones en el organismo, desde la puesta en marcha de la propia conducta hasta la regulación de distintos mecanismos homeostáticos y de los sistemas endocrino e inmunológico. El sistema nervioso no sólo establece un puente de unión entre la información proveniente del medio y la respuesta que el organismo realiza para adecuarse a las demandas cambiantes del entorno, sino que nos convierte en lo que somos, subyace a nuestras emociones, a la resolución de problemas, a la inteligencia, al pensamiento, a capacidades tan humanas como el lenguaje, la atención, o los mecanismos de aprendizaje y memoria. Hemos de partir de un concepto clave que tendremos que tener presente durante todo el estudio de esta unidad, y es que nuestro sistema nervioso se debe concebir como un todo con diferentes niveles de complejidad y por tanto con diferentes niveles de estudio y de aproximación experimental. La unidad estructural y funcional del sistema nervioso son las neuronas y las células gliales. Se calcula que existe alrededor de 100 billones de neuronas en el sistema nervioso humano y unas 10 veces más de células gliales. En cada una de las células podemos distinguir diferentes componentes u organelas y dentro de éstas podemos establecer un análisis molecular y estudiar canales, receptores, e incluso el ADN neuronal. Por lo tanto, en un extremo tendríamos el nivel celular y molecular, y en el otro extremo de la escala tendríamos la anatomía en el nivel macroscópico donde es posible establecer diferentes divisiones sin necesidad de recurrir a los aumentos del microscopio.

Partiendo de la organización de nuestro sistema nervioso en diferentes niveles de complejidad estructural se ha considerado necesario hacer un pequeño resumen de los principales elementos celulares y moleculares como punto de partida para poder comprender otros niveles de organización más global, como la conformación del cerebro por núcleos, capas y vías de proyección, la estructuración de los diferentes sistemas neurales, y la descripción macroscópica cerebral.

1. 2 Principales elementos celulares y moleculares del sistema nervioso.

Las neuronas son unas células especializadas que reciben, procesan y transmiten la información con gran especificidad y exactitud, permitiendo la comunicación entre diferentes circuitos y sistemas neuronales. Para ello, las células nerviosas deben tener unas propiedades químicas y eléctricas determinadas que puedan posibilitar los procesos de transmisión de la información. Se conjugan, por lo tanto, dos tipos de señales: por una parte los mecanismos de comunicación y señalización eléctricos que sirven para transmitir la información de una parte a otra dentro de la misma neurona (comunicación intraneuronal), y en segundo lugar los mecanismos químicos que son utilizados para transmitir la información entre células diferentes (comunicación interneuronal). A nivel de su ultraestructura, se ha podido comprobar que las neuronas tienen los mismos elementos citoplasmáticos y la misma información genética que el resto de células de nuestro organismo, además de llevar a cabo las funciones básicas celulares al igual que sucede en las células hepáticas o las musculares, por ejemplo. No obstante, se trata de células que tienen unos requerimientos energéticos muy elevados, sobre todo derivados de la distribución específica de ciertas biomoléculas y otras partículas cargadas a lo largo de toda su extensión. Por otro lado, las células gliales se encargan sobre todo de regular el ambiente interno del sistema nervioso y de ayudar en los procesos de transmisión sináptica. Son células que constituyen el principal soporte estructural de las neuronas, participan activamente durante los procesos de ontogénesis cerebral, parecen desempeñar un papel importante en el aporte nutricional de las neuronas a través de la circulación sanguínea, participan en los mecanismos de defensa inmunológica y en los procesos de reparación y regeneración nerviosa, participan en el mantenimiento de la barrera hematoencefálica y en el mantenimiento del equilibrio electroquímico en el interior del cerebro, separan y aíslan a las células nerviosas, recubren los axones para acelerar los procesos de comunicación neuronal, etc. En los apartados siguientes se describirán las características fundamentales, en primer lugar, de las neuronas y, en segundo lugar, de la neuroglía.

1.2.1 Biología celular de la neurona.

En las neuronas podemos encontrar regiones anatómicamente especializadas en la recepción, integración, conducción y transmisión de la información. Se puede decir que las neuronas están funcionalmente polarizadas, ya que en condiciones fisiológicas arquetípicas las señales eléctricas viajan en una sola dirección. Este fenómeno ya fue descrito por Santiago Ramón y Cajal denominándolo Principio de polarización dinámica. Cada célula nerviosa, al igual que el resto de células, tiene un cuerpo celular o soma en el cual se realiza la mayoría de las operaciones metabólicas. En el soma se llevan a cabo las actividades fundamentales para el ciclo vital celular. Es en esta zona donde se sintetizan diferentes moléculas, ya que ahí se localiza el ADN celular. Recordemos que el ADN se encuentra en cada núcleo de nuestras células. Las moléculas de ADN son las mismas, no obstante en un hepatocito se expresarán unos genes y en una célula epidérmica otros. La información genética permite la diferenciación de cada célula, es decir, posibilita que una célula sea un hepatocito y la otra sea una célula que formará parte de nuestra piel. Una vez diferenciadas, las diferentes líneas celulares necesitarán la expresión de genes diferentes, dependiendo de su localización, función y de sus necesidades metabólicas en un momento determinado. Las neuronas son las células que expresan su información genética en mayor medida en comparación con otras células del cuerpo. Hemos de tener presente que las neuronas utilizan gran cantidad de moléculas especializadas para su comunicación, en cuya fabricación, distribución y acción interviene un importante reservorio del proteonoma. Además, son un tipo de células que experimentan cambios muy rápidos en su potencial eléctrico, y que, por lo tanto, necesitan de una infraestructura especializada en mantener un equilibrio determinado que posibilite las futuras respuestas en la célula (por ejemplo, utilizando unas proteínas especializadas de transporte activo). Para todo ello, el ADN tiene que estar continuamente expresándose para que se sinteticen las proteínas que requiera la neurona para continuar con sus funciones metabólicas y de comunicación celular. Por lo que se refiere a las características morfológicas existe una amplia variedad de formas y tamaños de los somas. Por ejemplo, se han encontrado somas que oscilan entre los 5 a los 100 μm de diámetro. Las neuronas se encuentran rodeadas por una bicapa de fosfolípidos que constituye una membrana semipermeable en la cual se asocian proteínas y diferentes moléculas glucídicas. Por ejemplo, las proteínas de la membrana neuronal facilitan el transito de diferentes moléculas que son incapaces por si mismas de atravesar la bicapa lipídica, regulando, de esta forma, el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior celular. Las dendritas son unas prolongaciones que salen de soma celular ramificándose pródigamente formando una arborización. Dichas prolongaciones se originan de una base gruesa (dendrita primaria) que se ramifica profusamente aumentando el número de ramas dendríticas de la neurona (dendritas secundarias). Esta parte de la neurona constituye el componente principal de recepción de la información (elemento postsináptico de la comunicación entre dos neuronas). La bicapa lipídica en las dendritas contiene gran número de receptores sobre los que actuaran las sustancias químicas liberadas por las neuronas con las que se establece contacto sináptico. En general, en la parte más distal de la arborización dendrítica suelen aparecer una serie de protuberancias en forma de pequeñas prolongaciones (espinas dendríticas) que aumentan la superficie de contacto que dispone una célula para establecer comunicación con otras neuronas. Las espinas suelen ser lugares especializados de contacto sináptico. En las dendritas podemos encontrar diferentes proteínas del citoesqueleto celular, como los microtúbulos y los neurofilamentos, dispuestas a lo largo de las ramificaciones para dar una consistencia estructural a las mismas. También se ha podido comprobar la existencia de polirribosomas (moléculas de ARNm asociadas a ribosomas) y ribosomas, de mitocondrias y de retículo endoplasmático. El axón es una única prolongación que sale del soma neuronal a partir de un proceso cilíndrico denominado cono axónico y que se ramifica en el extremo más distal dando origen a diferentes botones terminales (puntos de contacto sináptico). La parte más proximal de un axón se denomina segmento inicial y es muy importante de cara al inicio de la respuesta de activación neuronal (lo que conocemos como potencial de acción) debido a que constituye la parte más excitable de la neurona. Los axones varían notablemente en relación a su longitud: algunos axones son muy cortos llegando a alcanzar extensiones de sólo un milímetro de longitud, pero otros axones pueden llegar a medir más de un metro (como, por ejemplo, aquellos que se extienden desde la corteza cerebral hasta la parte sacra de la médula espinal, o los axones de las motoneuronas que inervan el músculo aductor del dedo gordo del pie). En algunos sistemas neuronales se ha podido comprobar la existencia de neuronas en las que los botones terminales se encuentran dispuestos a lo largo de la extensión del axón. Morfológicamente estos axones poseen unos engrosamientos denominados varicosidades que sirven para establecer el contacto sináptico, es decir para liberar la sustancia transmisora. En resumen, podemos decir que los botones terminales son el elemento presináptico de la comunicación neural mediante los cuales un axón establece comunicación con las dendritas, el soma o incluso el axón de la neurona postsináptica. En el citoplasma del axón podemos encontrar diferentes proteínas del citoesqueleto que desempeñan un papel muy importante en el transporte de determinados productos desde el soma al botón terminal y viceversa. Los axones carecen de ribosomas, por lo tanto será necesario trasladar al axón las diferentes proteínas que se sinteticen en el soma. Muchos axones están envueltos por las membranas de algunas células gliales (oligodendrocitos en el sistema nervioso central y células de Schwann en el sistema nervioso periférico) a través de un proceso denominado mielinización.

1.2.2 Taxonomía neuronal.

A pesar de las semejanzas básicas existentes entre las diferentes neuronas, existe una amplia variedad en lo concerniente a la forma y al tamaño neuronal. La mayoría de las neuronas son multipolares, es decir neuronas de múltiples ramificaciones dendríticas y un axón. De entre las neuronas multipolares podemos distinguir diferentes patrones característicos en cuanto a la morfología histológica, como, por ejemplo, las neuronas piramidales cuyo soma tiene una forma de pirámide del que surgen dendritas basales en los extremos de la base de la pirámide y dendritas apicales en el vértice superior, las células estrelladas que tienen una forma que nos recuerda a una estrella, las células piriformes (en forma de pera) y las células fusiformes (forma de uso). Las neuronas multipolares suelen localizarse en muchas áreas del sistema nervioso central. En función de la longitud del axón, podemos hablar de neuronas multipolares de Golgi tipo I (axón largo) y de neuronas multipolares de Golgi tipo II (axón corto).También podemos encontrar neuronas unipolares y bipolares. En los vertebrados, no podemos hablar de neuronas unipolares, ya que a pesar de su apariencia unipolar se trata de neuronas pseudounipolares, en las cuales se observa una única prolongación en el núcleo pero que se bifurca en dos ramas, actuando una de las ramas como elemento sensitivo que recoge la información y la otra como elemento eferente que transmite la información. En general, parece ser que el soma de este tipo de neuronas se puede localizar en los ganglios sensoriales de los nervios. En el caso de las células bipolares hablamos de dos prolongaciones que se emiten a partir de los extremos de un soma celular redondo o de forma elíptica. Por ejemplo, este tipo de células son características de la retina y del sistema olfativo. Tanto las neuronas pseudounipolares como las neuronas bipolares son generalmente neuronas sensoriales. Otra forma de clasificar a las neuronas es de acuerdo con sus funciones y sus conexiones, de esta forma podemos distinguir entre neuronas que desempeñan una función sensorial (neuronas que reciben la información tanto del medio exterior como del medio interno y la envían al sistema nervioso central), neuronas de proyección y motoras (neuronas con axones largos que conectan diferentes áreas cerebrales o envían sus axones para inervar diferentes músculos y glándulas), e interneuronas que interconectan zonas localizadas dentro de la misma área en el sistema nervioso central.

Las neuronas utilizan sustancias neurotransmisoras para la comunicación sináptica. Se ha podido comprobar que existe gran especificidad en relación al neurotransmisor que predomina en una neurona determinada. De esta forma, podemos clasificar las neuronas en función del principal neurotransmisor que producen. De todas maneras, no olvidemos que la mayoría de neuronas no sólo liberan un neurotransmisor, sino que pueden liberar otros productos como cotransmisores.

En la parte superior izquierda de la imagen podemos observar el sistema de neurotransmisión dopaminérgico. Las neuronas cuyo soma se localiza en el área tegmental ventral envían sus proyecciones al núcleo accumbens, a la corteza y al hipocampo formando los sistemas mesolímbico y mesocortical. Las neuronas cuyo soma se localiza en la sustancia negra envían sus axones mediante la vía nigroestriada a los núcleos caudado y putamen. No se representa la vía tuberoinfundibular. En la parte superior derecha de la imagen queda descrito el sistema de neurotransmisión noradrenérgico. En este sistema las neuronas cuyo soma se localiza en el locus coeruleus proyectan sus axones a la corteza, al hipocampo y a los ganglios basales. Las neuronas del área tegmental lateral, por su parte, envían sus axones al cerebelo, a la protuberancia y a diferentes regiones de la médula espinal. En la parte inferior izquierda de la imagen queda esquematizado el sistema de neurotransmisión serotoninérgico, donde las neuronas de los núcleos del rafe diseminadas a lo largo del tronco del encéfalo proyectan hacia diferentes áreas de la corteza, los ganglios basales, el hipocampo, el tálamo, el cerebelo y la médula espinal. Por último, en la parte inferior derecha de la imagen se representa el sistema de neurotransmisión colinérgico. En éste, las neuronas localizadas en el núcleo basal magnocelular, en la banda diagonal de broca y en el núcleo septal medial envían sus axones a diferentes áreas de la corteza y al hipocampo. Por su parte, las neuronas localizadas en el núcleo pedunculopóntico tegmental (PPTg) y en el núcleo laterodorsal tegmental (LTDg) envían sus proyecciones hacia el cerebelo y hacia diferentes regiones del tronco del encéfalo.

1.2.3 Orgánulos celulares.

Ya hemos descrito anteriormente que el soma de la neurona es donde se fabrican las diferentes organelas celulares, diversas proteínas estructurales e incluso los neurotransmisores. Las diferentes proteínas del núcleo, las proteínas que catalizan reacciones celulares (enzimas) y las proteínas que conforman el cito-esqueleto de las neuronas son sintetizadas en los polirribosomas libres, mientras que las proteínas que se utilizarán como sustancias de secreción se desarrollan en el retículo endoplasmático rugoso. En el interior del soma celular se localiza el núcleo de la neurona. Éste contiene el material genético (moléculas de ADN asociadas a proteínas). En general, parece ser que las neuronas tienen como mínimo un nucléolo visible en el interior del núcleo, cuya función se relaciona con la trascripción del ARN ribosomal. En el soma encontramos gran número de mitocondrias lo cual muestra el elevado requerimientos energéticos por parte de la neurona.

Principales orgánulos de una neurona multipolar.

Las neuronas son un tipo de células en las que los ribosomas se pueden localizar en abundancia, además el retículo endoplasmático rugoso y el aparato de Golgi están muy desarrollados, factor que pone de manifiesto la gran importancia de la síntesis de proteínas a nivel neuronal. Existen una serie de polímeros de naturaleza proteica que constituyen el citoesqueleto de la neurona: los microtúbulos, los neurofilamentos y los microfilamentos (en orden descendente en referencia al diámetro). Estos filamentos proteicos se disponen a nivel intracelular proporcionándole un soporte estructural a las dendritas, al soma y al axón de la neurona que determina la morfología y las funciones que han de llevar a cabo. Además son esenciales en los mecanismos de transporte intracelular. Los microtúbulos son estructuras cilíndricas de unos 25 nm de diámetro compuestas por 13 protofilamentos. Cada uno de estos filamentos es un polímero formado por la unión de proteínas globulares denominadas tubulinas. Los neurofilamentos (denominados filamentos intermedios en el resto de células) son largas moléculas proteicas de unos 10 nm de diámetro formadas por polímeros de 3 tipos de proteínas de la familia de la citoqueratina. Se ha podido comprobar, por ejemplo, que en algunos procesos patológicos como en la enfermedad de Alzheimer se da una transformación de la estructura del citoesqueleto formándose una especie de ovillos en los neurofilamentos, alterando, de esta forma, la funcionalidad de la neurona. Finalmente, los microfilamentos están compuestos por filamentos de polímeros de una proteína globular denominada actina. Tienen un diámetro de unos 7 nm. Estas moléculas proteicas son muy importantes para el anclaje de diferentes moléculas de membrana y para el movimiento del cono de crecimiento axónico durante el desarrollo.

En los botones terminales se pueden observar vesículas sinápticas que contienen en su interior las sustancias transmisoras que se liberarán al medio extracelular para que activen los receptores ubicados en las dendritas o en el soma de la neurona postsináptica. El axón carece de las organelas citoplasmáticas necesarias para la síntesis de proteínas y tampoco posee los mecanismos estructurales para empaquetar en las vesículas los neurotransmisores. Por lo tanto, ciertas proteínas, las vesículas sinápticas y los diferentes orgánulos necesarios para el correcto funcionamiento del axón como, por ejemplo, las mitocondrias, tendrán que contar con algún medio de transporte que posibilite su movimiento desde el soma de la neurona hasta el extremo más distal del axón, el botón terminal. Existen dos tipos de transportes fundamentales: el transporte axoplasmático anterógrado (que va desde el soma celular hasta el botón terminal) y el transporte axoplasmático retrógrado (que va desde el terminal sináptico hasta el cuerpo de la neurona). Dentro del transporte axoplasmático anterógrado podemos distinguir dos componentes: un componente rápido (que alcanza una velocidad de unos 400 mm/día) y un componente lento (con una velocidad de 1 a 14 mm/día). El componente rápido desplaza las vesículas sinápticas y las mitocondrias a lo largo de los microtúbulos del axón mediante una proteína especializada denominada quinesina. Este tipo de proteína es una ATPasa, es decir un tipo de enzima necesaria para degradar el ATP (adenosín trifosfato) y, de esta forma, obtener la energía necesaria utilizada en el mecanismo de transporte. El mecanismo del componente lento es menos conocido, pero parece ser que interviene en el transporte de diferentes proteínas solubles y de los propios componentes del citoesqueleto celular. Por su parte, el transporte axoplasmático retrógrado utiliza una proteína ATPásica denominada dineína. Este mecanismo de transporte sólo tiene un componente en relación a la velocidad, el rápido. El transporte retrógrado participa en la eliminación de los desechos del terminal sináptico y en su continuo reciclaje. Además, este mecanismo de transporte posibilita que la neurona pueda interaccionar con diferentes moléculas captadas a nivel del botón terminal mediante los procesos de endocitosis o de pinocitosis, como, por ejemplo, los factores de crecimiento nervioso tan necesarios para la supervivencia de la célula durante los procesos del desarrollo.

Las neuronas pueden clasificarse en relación a diferentes criterios. Según su morfología, podemos distinguir entre neuronas unipolares, pseudo unipolares, bipolares y multipolares.

1.2.4 Neuroglía.

Las células gliales son el tipo de células más abundante en el sistema nervioso. Tienen la capacidad de dividirse en el cerebro adulto y su presencia es necesaria para el correcto funcionamiento neural. En el sistema nervioso central encontramos astrocitos y oligodendrocitos (que derivan del neuroectodermo) y la microglía (que deriva del mesodermo). En el sistema nervioso periférico encontramos células de Schwann, células satélite y macrófagos. Los astrocitos son un tipo de célula glial muy abundante en el sistema nervioso. Su nombre deriva de su típica forma estrellada. Los astrocitos tienen bien desarrollado el citoesqueleto donde predominan los neurofilamentos aunque también están presentes los microfilamentos y los microtúbulos. Son células que emiten una especie de pies terminales a modo de prolongación para rodear las membranas de los cuerpos celulares, las dendritas, y algunos axones, así como para establecer contacto con los vasos sanguíneos. En el cerebro adulto podemos encontrar dos tipos fundamentales de astrocitos: los astrocitos protoplasmáticos (localizados en la sustancia gris) y los astrocitos fibrosos (localizados en la sustancia blanca). Se ha podido comprobar que los astrocitos fibrosos contienen mayor cantidad de neurofilamentos que los protoplasmáticos. En los astrocitos podemos localizar una proteína que nos sirve para identificarlos desde el punto de vista experimental de una forma muy específica, la proteína ácida fibrilar glial (GFAP). En los procesos patológicos el contenido de GFAP en los astrocitos protoplasmáticos aumenta de forma significativa. Bioquímicamente existen múltiples diferencias entre los astrocitos protoplasmáticos y los fibrosos. Por ejemplo, se ha demostrado que difieren en los canales iónicos, en los receptores para neurotransmisores y en los mecanismos de captación. Durante el desarrollo del sistema nervioso aparece una tercera clase de astrocitos, la glía radial. La glía radial constituye un tipo de células que estructuralmente facilita la migración celular guiando a los axones en crecimiento. También, existe un tipo de astrocito en la pared de los ventrículos cerebrales (epéndimo). Los astrocitos además de dar un soporte estructural al tejido nervioso ayudan a separarlo de otros tejidos: por ejemplo, formando la membrana glial limitante externa entre la piamadre y el tejido neural, o recubriendo los vasos sanguíneos cerebrales participando en el mantenimiento de la barrera hematoencefálica.

En el cerebro, las células endoteliales que rodean los vasos sanguíneos están dispuestas formando unas uniones estrechas impidiendo a los solutos pasar por difusión a través de los espacios. Además, los pies astrocitarios cubren completamente el capilar participando, de este modo, en el sustento de la barrera hematoencefálica.

Cuando ocurre una lesión en el sistema nervioso central se da una rápida proliferación astrocitaria para formar una especie de entramado y ocupar el espacio dejado por las neuronas muertas tras la lesión. Además, ayudan a limpiar los restos de las neuronas mediante procesos de fagocitosis. Se ha demostrado que los astrocitos son capaces de liberar factores de crecimiento que activan la regeneración neural y que son críticos para la supervivencia de muchas neuronas, e incluso pueden llegar a secretar citoquinas para regular la respuesta inmunitaria en el sistema nervioso. Los astrocitos intervienen en la regulación del medio interno controlando el pH del espacio intersticial. Además este tipo de célula glial desempeña un papel fundamental en los procesos de comunicación neuronal al reducir la interferencia en las señales iónicas entre células vecinas. De este modo, se ha podido demostrar que los astrocitos tienen en su membrana unos canales iónicos que les permiten, por ejemplo, captar el exceso de potasio extracelular generado durante la comunicación entre neuronas y derivarlo a los espacios perivasculares, manteniendo de esta forma las concentraciones iónicas idóneas para el buen funcionamiento de la sinapsis. Los astrocitos también intervienen en el metabolismo de ciertos neurotransmisores, así tanto el glutamato como el GABA (dos neurotransmisores) son captados por los astrocitos y convertidos en glutamina mediante el enzima glutamina sintetasa. Esta glutamina servirá como precursora de estos neurotransmisores una vez que de los astrocitos llegue a las neuronas. Algunas evidencias experimentales han sugerido que los astrocitos también podrían desempeñar un papel importante en el abastecimiento de nutrientes a las neuronas. Además, se ha demostrado que los astrocitos pueden almacenar la glucosa en forma de glucógeno. Un último aspecto a destacar, es que la mayoría de los tumores del sistema nervioso central suelen proceder de los astrocitos (astrocitoma, astrocitoma anaplásico, glioblastoma, astrocitoma pilocítico, xantoastrocitoma polimorfo, y astrocitoma gigante subependimario).

Astrocito ubicado entre un capilar y una neurona.

Los oligodendrocitos son células gliales que pueden localizarse tanto en la sustancia gris como en la sustancia blanca. En la sustancia gris los oligodendrocitos rodean los somas celulares y en la sustancia blanca se asocian a los axones, mielinizándolos o envolviendo diferentes axones no mielinizados. Al unirse a axones no mielinizados, los oligodendrocitos ejercen una acción protectora y estructural. Sin embargo, cuando mielinizan un axón aumentan la velocidad de conducción del impulso eléctrico. El proceso de mielinización no es continuo ya que cada segmento del axón es cubierto por un segmento de mielina, cada uno formado por un oligodendrocito. Los espacios que quedan entre segmento y segmento se denominan nódulos de Ranvier. La mielina ubicada entre dos nódulos constituye un internodo. Durante el proceso de mielinización es la propia membrana del oligodendrocito la que se enrosca al axón dando una serie de vueltas concéntricas para formar una envoltura alrededor del mismo. Un único oligodendrocito es capaz de mielinizar diferentes segmentos de un mismo axón o de axones diferentes. Parece ser que hay una interacción entre astrocitos y oligodendrocitos para inducir los procesos de mielinización en el sistema nervioso central, ya que es la propia presencia de los astrocitos la que activa los genes del ADN de la oligodendroglía implicados en la mielinización.

La microglía no parece estar implicada en los procesos del metabolismo cerebral y tampoco en el mantenimiento de las características bioeléctricas de las neuronas. Tampoco su papel en el sistema nervioso central sano está claro hoy en día. Algunos investigadores sugieren que durante la ausencia de daño o enfermedad estas células podrían estar inactivas, en un estado latente. De cualquier modo, la microglía parece desempeñar un papel crítico en la respuesta del sistema nervioso a la lesión y a la enfermedad. Cuando estas células detectan una señal de daño cerebral, proliferan y migran hacia la localización dañada transformándose en macrófagos para fagocitar a los patógenos y a los desechos neuronales. Los microgliocitos son capaces de secretar diferentes sustancias críticas en la respuesta inmunitaria como son las interleuquinas IL-1β, las prostaglandinas, el factor α de necrosis tumoral (TNFα) y otras citoquinas. Algunas de estas sustancias modifican la barrera hematoencefálica actuando sobre las células endoteliales, lo cual posibilita la entrada de leucocitos en el parénquima cerebral. Debido a la naturaleza de las respuestas flogísticas sobre el tejido nervioso, cuando se produce una lesión cerebral la respuesta microglial puede ser la causante de una segunda lesión o de alteraciones funcionales importantes. En relación a la clínica, se ha podido comprobar que el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) ataca directamente a la microglía.

Célula de microglía.

En el sistema nervioso periférico contamos con las células de Schwann, las células satélite y los macrófagos. Las células de Schwann mielinizan los axones de las neuronas del sistema nervioso periférico. En fases tempranas del desarrollo la propia presencia de los axones activa los genes de las células de Schwann cuya expresión desencadena el proceso de mielinización, de esta manera las células de Schwann se unen a los axones y a medida que el axón va creciendo, los procesos de mitosis celular permiten que nuevas células de Schwann vayan cubriendo la extensión del axón. Durante el proceso de mielinización la célula de Schwann rodea el axón quedándose pegadas dos porciones de la parte externa de la membrana de la célula glial, formando la estructura que se conoce como mesoaxón. Éste se va estirando de forma continua rodeando el axón en forma de una espiral concéntrica, comprimiendo el citoplasma de la célula de Schwann. En las primeras fases del proceso de mielinización, las células de Schwann sintetizan una proteína de adhesión celular crítica para desencadenar dicho proceso, la glucoproteína asociada a la mielina (MAG). A diferencia de los oligodendrocitos, una célula de Schwann sólo puede mielinizar un segmento de un axón. Al igual que sucede con los oligodendrocitos en el sistema nervioso central, las células de Schwann también se asocian a axones amielínicos para darles protección y soporte estructural. En los axones del sistema nervioso periférico, una membrana cubre la superficie externa de la célula de Schwann, la membrana basal. Por fuera de la membrana basal las fibras están recubiertas por tres capas de tejido conjuntivo: el endoneuro (la más interna) que se localiza entre las fibras, el perineuro (capa media) que rodea cada grupo de axones, y el epineuro (la más externa) que cubre todo el nervio. Las células satélite están asociadas a los cuerpos celulares de las neuronas de los ganglios sensoriales y autónomos, mientras que los macrófagos se encargan de las funciones fagocíticas de los desechos neuronales reactivos a una lesión.

1.2.5 Neurogénesis.

Durante más de 100 años en el ámbito de la neurociencia uno de los dogmas centrales ha sido que en el cerebro adulto de los vertebrados no se generan nuevas neuronas. Hasta hace poco tiempo se asumía que la neurogénesis (o la producción de nuevas neuronas) ocurría sólo durante el desarrollo y se acababa con la pubertad del individuo. La idea de que el cerebro adulto de los mamíferos permanece estructuralmente constante fue aceptada por distinguidas figuras del momento (finales del siglo XIX) como Koelliker, His, o incluso el propio Santiago Ramón y Cajal tal como lo exponía en su obra “Degeneración y regeneración del sistema nervioso”. Koelliker, His y otros científicos habían descrito con sumo detalle los procesos que configuraban el desarrollo del sistema nervioso del hombre y de otros mamíferos. Estos autores comprobaron que la estructura del cerebro permanecía muy estable casi desde el momento del nacimiento, por tanto era inverosímil pensar que pudieran generarse nuevas neuronas en un cerebro adulto. De forma parecida, Ramón y Cajal hizo un análisis descriptivo muy apurado de los mecanismos que operaban durante el desarrollo del sistema nervioso sin encontrar ninguna muestra de mitosis en el cerebro adulto. En la primera mitad del siglo XX autores como Schaper, Levi, Hamilton, Sugita, Allen y Briñas encontraron indicios de posibles efectos de neurogénesis en el cerebro adulto de los mamíferos. Durante la década de los 60, Joseph Altman comenzó a publicar una serie de artículos en los cuales evidenciaba la generación de nuevas neuronas en varias estructuras del cerebro adulto de la rata y del gato (corteza, giro dentado, y bulbo olfatorio en la rata, y corteza en el gato), sugiriendo que este mecanismo podría tener un papel esencial en los procesos de aprendizaje y memoria. No obstante, a pesar de que dichos trabajos se publicaran en las más prestigiosas revistas del momento se mantuvieron en la ignorancia durante casi 2 décadas. No fue hasta los trabajos con microscopía electrónica realizados por Michael Kaplan y colaboradores hasta que se pudo demostrar de forma más directa los postulados del propio Altman. De todas formas, el trabajo de Kaplan tuvo muy poco efecto en el ámbito científico del momento, probablemente debido a que investigadores con gran influencia en el pensamiento científico del momento como Eckenhoff y Rakic encontraron resultados contrarios. A partir de finales de la década de los 90, autores como Gage, Goldman, Gould, Ericksson, Kornack y Rakic han ido demostrando la neurogénesis en el cerebro adulto de los mamíferos en diferentes estructuras como el giro dentado en primates humanos y no humanos, el hipocampo de ratas adultas y el hipocampo y la corteza de primates humanos y no humanos. La neurogénesis es un punto muy significativo en relación a los mecanismos de plasticidad del cerebro adulto y su modulación estructural mediante la experiencia. El aceptar la neurogénesis como un fenómeno real es esencial a la hora de comprender cómo en los cerebros más evolucionados desde el punto de vista filogenético se van añadiendo nuevas neuronas a lo largo de la vida. Cada día miles de nuevas neuronas se generan en el cerebro adulto de los mamíferos. Aunque estas nuevas neuronas constituyen una pequeña proporción del total de la población celular, si esta agregación continúa durante toda la vida puede implicar cambios estructurales de amplia magnitud, lo cual podría vislumbrarse como un correlato funcional, por ejemplo de cara a los mecanismos del aprendizaje y la memoria o incluso podría relacionarse con los mecanismos moleculares subyacentes a los procesos de adicción.

2. Estructura y función del sistema nervioso.

2.1 Principios básicos de la organización del sistema nervioso.

2.1.1 Organización de los cuerpos celulares, las dendritas y los axones: sustancia gris y sustancia blanca.

Generalmente, resulta fácil distinguir en el sistema nervioso central la sustancia gris de la sustancia blanca. La sustancia gris corresponde fundamentalmente a las zonas del sistema nervioso donde predominan los somas neuronales y las dendritas, mientras que la sustancia blanca corresponde a las zonas donde predominan las proyecciones axónicas. ¿El lector se podría estar preguntando por la razón que hace que los axones tengan una apariencia blanquecina, mientras que las dendritas y los somas carecen de ella? Resulta que la mayoría de los axones se encuentran envueltos por vainas de mielina. Ésta, que es de naturaleza lipídica, le proporciona el color blanco brillante característico. Dentro de la sustancia gris podemos observar los núcleos, que son grupos funcionalmente relacionados de somas celulares en el sistema nervioso central. Cuando nos referimos, por ejemplo, a la superficie cortical hablamos de áreas funcionalmente homogéneas. También en el sistema nervioso central encontramos diferentes grupos de cuerpos neuronales en forma de columnas funcionales (perpendiculares en la corteza cerebral y longitudinales en la médula espinal). Otro nivel de organización en el sistema nervioso central son las capas constituidas por grupos celulares funcionalmente relacionados y orientados en un eje paralelo al área donde se encuentran ubicadas. Por ejemplo, la corteza cerebral está compuesta por 6 capas celulares claramente diferenciadas dispuestas en paralelo. En el sistema nervioso periférico, los somas celulares se ubican en ganglios. Por lo que se refiere a la sustancia blanca, en el sistema nervioso central podemos distinguir los haces, los fascículos, los tractos, los lemniscos (axones que siguen una estructura paralela y asociados funcionalmente) y los cordones o sistemas (grupo de diferentes fascículos u haces paralelos). En el sistema nervioso periférico hablamos de axones paralelos que constituyen los nervios espinales y craneales.

2.1.2 Orientación en el sistema nervioso: ejes de referencia.

En anatomía es esencial partir de ejes de referencia que nos ayuden a establecer una orientación general y por tanto poder localizar cualquier estructura en referencia a unos puntos previamente fijados. El sistema nervioso central se organiza en torno a dos ejes principales: el eje mayor o neuroeje que sigue una orientación rostro-caudal (que va desde el polo frontal hasta la parte final de la médula espinal), y el eje dorso-ventral que recoge aquellos puntos localizados en función de su posición superior/inferior (cerebro) o anterior/posterior (médula espinal). Hemos de tener presente que el eje dorso-ventral se localiza perpendicular al eje mayor. Además de estos dos ejes, para orientarnos en el sistema nervioso y poder localizar cualquier estructura necesitamos una tercera referencia. Esta tercera referencia parte de la línea media, de este modo los núcleos y estructuras que se encuentren próximos a la línea media ocuparán una posición medial, mientras que aquellos que se sitúen hacia cada uno de los extremos ocuparán una posición lateral

Comparación de los ejes de referencia en el sistema nervioso de una rata y del ser humano. El sistema nervioso central se organiza en torno a ejes de referencia: el eje mayor o neuroeje que sigue una orientación rostro-caudal, el eje dorso-ventral que recoge aquellos puntos localizados en función de su posición superior/inferior o anterior/posterior y una tercera localización de las estructuras dependiendo de su posición medial o lateral en relación a la línea media.

A lo largo del estudio de este apartado veremos repetidos otros términos que nos serán de gran utilidad de cara a la orientación en el sistema nervioso. Por una parte, el término ipsilateral designa a las estructuras que se encuentran en el mismo lado del cuerpo teniendo en cuenta como punto de referencia el eje central del cuerpo. Por lo tanto, cuando hablamos de vías ipsilaterales nos estamos refiriendo a vías que conectan zonas del mismo lado del cuerpo. El término contralateral, por su parte, hace referencia a las estructuras situadas en el lado contrario del cuerpo. Las vías contralaterales se inician en un lado del cuerpo y acaban en el otro. Otra distinción que hemos de tener clara es la de aferente y eferente. Aferencia implica una entrada de la información y eferencia una salida. Cuando hablamos de vías, las aferentes son aquellas que llevan la información hacía el sistema nervioso central, y las eferentes aquellas que salen del sistema nervioso central transportando la información hacía la periferia.

Partiendo del hecho que el cerebro se tiene que entender como una disposición en tres dimensiones, en el estudio neuroanatómico hemos de tener en cuenta diferentes planos de corte que aporten una visión bidimensional fehaciente del conjunto total. De esta forma, uno de los planos de corte es el coronal (también conocido como frontal o transversal). El corte coronal se realiza en ángulo recto en referencia al neuroeje dividiendo el sistema nervioso central en zonas caudales y rostrales. Un segundo tipo de corte es el horizontal que se lleva a cabo en plano paralelo a la superficie del suelo dividiendo el cerebro en zonas superiores e inferiores. Por último contamos con el corte sagital que se realiza en un plano vertical siguiendo la coordenada medial-lateral. Cuando divide al sistema nervioso en dos mitades simétricas (mitad derecha y mitad izquierda) hablamos de un corte sagital medial.

Planos de corte del sistema nervioso central.

2.1.3 Anatomía macroscópica y organización general.

En líneas generales, podemos dividir el sistema nervioso en dos partes claramente diferenciadas: el sistema nervioso central y el sistema nervioso periférico. El sistema nervioso central está compuesto por encéfalo y médula espinal. El encéfalo, por su parte, tiene múltiples divisiones desde los hemisferios cerebrales y el diencéfalo, hasta el tronco del encéfalo y el cerebelo. Dentro de las divisiones mayores de cada una de las partes del encéfalo tenemos: la corteza cerebral dividida en los lóbulos frontal, parietal, occipital, temporal y límbico; los ganglios basales compuestos por los núcleos caudado, putamen y globo pálido; estructuras subcorticales como el hipocampo y la amígdala; el diencéfalo compuesto por tálamo e hipotálamo (podemos, incluso, distinguir otras subdivisiones); el tronco del encéfalo compuesto por el mesencéfalo, la protuberancia (o puente) y el bulbo raquídeo; y por último el cerebelo.

Descripción diferenciada del sistema nervioso central y del sistema nervioso periférico. El sistema nervioso central está compuesto por encéfalo y médula espinal mientras que el sistema nervioso periférico esta compuesto fundamentalmente por los ganglios y los nervios craneales y espinales.

El sistema nervioso periférico esta compuesto fundamentalmente por los ganglios y los nervios craneales y espinales que se imbuyen en casi todas las partes del cuerpo transportando información hacia el sistema nervioso central y llevando la proveniente de éste hacia la periferia. Los nervios espinales tienen dos componentes claramente diferenciados: por una parte el componente sensitivo que envía la información sensorial de los receptores distribuidos en la piel, músculos, articulaciones y órganos internos hacia el sistema nervioso central, y el componente motor que transmite la información elaborada en el sistema nervioso central a los mecanismos eferentes como músculo y glándulas. El soma de la neurona sensorial se localiza en el ganglio de la raíz dorsal, mientras que el soma de la neurona que conforma el nervio espinal se localiza en la propia médula espinal. El mismo esquema conceptual se puede extrapolar a la organización de los nervios espinales.

2.1.4 Vesículas cerebrales y divisiones del encéfalo.

Para estudiar las divisiones del encéfalo resulta muy útil conocer algunos aspectos del desarrollo cerebral en las primeras etapas de la vida fetal. Aproximadamente a la cuarta semana de vida tras la fecundación se da un rápido crecimiento del tejido nervioso formándose tres vesículas primarias: la vesícula prosencefálica (parte anterior del cerebro), la vesícula mesencefálica (parte media) y la vesícula rombencefálica (parte posterior). Durante la quinta semana estas tres vesículas primarias se dividen en cinco vesículas secundarias: la vesícula prosencefálica se divide en las vesículas telencefálica y diencefálica, la vesícula mesencefálica no muestra divisiones, la vesícula rombencefálica se divide en las vesículas metencefálica y mielencefálica. Posteriormente, la vesícula telencefálica dará lugar a los hemisferios cerebrales, la vesícula diencefálica al tálamo y al hipotálamo, la vesícula mesencefálica al mesencéfalo, la vesícula metencefálica a la protuberancia (o puente) y al cerebelo y la vesícula mielencefálica al bulbo raquídeo.

Desarrollo del sistema nervioso a las cinco semanas de gestación. Se pueden observar las cinco vesículas embrionarias que darán lugar a las diferentes estructuras en el cerebro adulto.

2.1.5 Superficie cerebral: lóbulos y sus principales surcos.

Si realizamos un análisis superficial de la corteza cerebral observamos una especie de protuberancias a modo de crestas turgentes, cada una de éstas se denomina giro o circunvolución. Las circunvoluciones están delimitadas por los surcos o cisuras cerebrales. Aquellas que son especialmente profundas se denominan fisuras. La fisura que separa los dos hemisferios cerebrales es la fisura interhemisférica. Evolutivamente la corteza cerebral ha ido aumentando de tamaño, para no aumentar también el tamaño de la cabeza la estrategia que se ha utilizado ha sido la de invaginar el tejido cortical formando las circunvoluciones y, de esta forma, ocupar mucho menos espacio dentro de la cavidad craneal.

Lóbulos cerebrales. En la figura se observan los diferentes lóbulos cerebrales.

Existen cuatro cisuras que nos ayudan a delimitar los lóbulos cerebrales: la cisura central o cisura de Rolando, la cisura lateral o cisura de Silvio, la cisura parietooccipital y la cisura cingular (también denominada callosomarginal). Los lóbulos cerebrales son cinco: el lóbulo frontal, el lóbulo parietal, el lóbulo occipital, el lóbulo temporal y el lóbulo límbico. El lóbulo frontal se extiende desde la parte más anterior del encéfalo (el polo frontal) hasta la cisura central o de Rolando. Si cogemos un cerebro y lo observamos por su superficie lateral comprobaremos que el lóbulo frontal queda delimitado con el lóbulo temporal mediante un surco, la cisura lateral o de Silvio. A través de un corte sagital medial podemos describir los límites de la cara medial del lóbulo frontal, de esta forma comprobamos que este lóbulo se extiende posteriormente hasta la vertical formada entre la parte superior de la cisura central y la cisura cingulada. El lóbulo parietal ocupa el territorio comprendido entre Rolando (o cisura central) hasta una línea imaginaria trazada entre la escotadura preoccipital (también denominada incisura preoccipital) y la parte superior de la cisura parietooccipital. La cisura lateral seguida de una línea imaginaria trazada desde una posición cercana a la parte más posterior de dicha cisura hasta los límites del lóbulo occipital separa el lóbulo parietal del lóbulo temporal. En la visión sagital medial del encéfalo podemos observar cómo el lóbulo parietal está delimitado por la línea imaginaria trazada entre la parte superior de la cisura de Rolando y la cisura cingulada que lo separa del lóbulo frontal, por la cisura subparietal que lo separa de la circunvolución cingulada y por las cisuras parietooccipital y calcarina que lo separan del lóbulo occipital. Tanto en una visión lateral como mediante un corte sagital medial, observamos que el lóbulo occipital queda delimitado anteriormente por los límites posteriores de los lóbulos parietal y temporal. En la visión lateral el límite queda establecido por la línea imaginaria trazada entre la parte superior de la cisura parietooccipital y la escotadura preoccipital, mientras que en el corte sagital medial los límites son fijados por una línea imaginaria que se extiende desde la escotadura preoccipital hasta llegar a la corteza cingulada. En la superficie lateral del cerebro, el lóbulo temporal comprende desde el polo temporal hasta la línea trazada entre la escotadura preoccipital y la parte superior de la cisura parietooccipital. De esta forma, queda separado de los lóbulos frontal y parietal mediante la cisura lateral y la línea fijada entre ésta y los límites del lóbulo occipital. A través de un corte sagital medial, es posible observar que el territorio ocupado por el lóbulo temporal se extiende desde la escotadura preoccipital hasta casi el esplenio o rodete del cuerpo calloso. Gran parte de su extensión queda separada del lóbulo límbico mediante el surco colateral. El lóbulo límbico comprende el territorio que queda entre el cuerpo calloso y los lóbulos frontal, parietal y occipital, ocupando parte de la cara medial del lóbulo temporal. La cisura o el surco del cuerpo calloso separa este importante haz de fibras de la circunvolución cingulada (también denominada circunvolución del cuerpo calloso) que forma parte del lóbulo límbico. En la parte inferior de la cara medial este lóbulo está comprendido fundamentalmente por la circunvolución parahipocampal, el uncus, el área subcallosa y la circunvolución paraterminal. Por último, si separamos el tejido cortical abriendo la cisura lateral, veremos que queda visible una parte de la corteza que permanece oculta bajo la cisura de Silvio. Esta porción de la corteza se denomina ínsula. Las zonas de los lóbulos frontales, parietales y temporales que cubren la ínsula se denominan opérculos. En la visión lateral de esta porción oculta de la corteza podemos distinguir las cisuras o surcos lateral y circular de la ínsula.

Superficie lateral del encéfalo. En la figura se observa una visión lateral del encéfalo donde podemos distinguir las diferentes circunvoluciones de la corteza y los principales surcos.

2.1.6 Superficie medial del encéfalo.

Analizando una sección sagital medial del encéfalo es posible distinguir diferentes partes del diencéfalo, el tronco del encéfalo y sus divisiones (mesencéfalo, protuberancia o puente y bulbo raquídeo) y el cerebelo. Este tipo de corte anatómico nos permite estudiar la mayor parte del sistema ventricular. De este modo, podemos observar como la superficie medial del diencéfalo constituye las paredes del tercer ventrículo, y cómo el tercer ventrículo se abre a los ventrículos laterales de cada hemisferio a través del agujero interventricular de Monro. También podemos distinguir el acueducto cerebral o acueducto de Silvio que comunica el tercer con el cuarto ventrículo.

Superficie sagital medial del encéfalo. En la figura se observa una sección sagital medial la superficie medial de la corteza cerebral y los diferentes componentes del diencéfalo, tronco del encéfalo y cerebelo.

2.1.7 Circunvoluciones y áreas funcionales.

La cisura de Rolando o cisura central separa dos circunvoluciones: la circunvolución precentral (o frontal ascendente) que queda anterior a Rolando y la circunvolución postcentral (o parietal ascendente). Tal como podemos suponer, esta última se localiza en el lóbulo parietal, mientras que la primera se localiza en el lóbulo frontal. Funcionalmente, la circunvolución postcentral se corresponde con la corteza somatosensorial primaria que procesa la información relacionada con el tacto, la propriocepción, la temperatura, el dolor, etc., mientras que la circunvolución precentral corresponde al área motora primaria que contiene los somas de las neuronas que forman las vías descendentes implicadas en los movimientos voluntarios. Además de la circonvulución precentral, el lóbulo frontal tiene otras tres circunvoluciones: la circunvolución frontal inferior, la circunvolución frontal medial y la circunvolución frontal superior. En una visión lateral del cerebro las tres circunvoluciones acaban en los límites de la circunvolución precentral, mientras que en la superficie medial sólo vemos a la circunvolución frontal superior que llega el lóbulo paracentral anterior (el cual fija el límite del lóbulo frontal con el parietal). En la circunvolución frontal inferior podemos distinguir tres zonas claramente diferenciadas: la parte opercular (esta zona forma parte del opérculo frontal), la parte triangular y la parte orbital (enumeradas de siguiendo las coordenadas de más posterior a más anterior). En una visión sagital medial podemos distinguir además de la circunvolución frontal superior y de la circunvolución precentral, las circunvoluciones orbitarias externa (también denominada circunvolución orbitaria tercera), media (también denominada circunvolución orbitaria segunda) e interna (también denominada circunvolución orbitaria primera o circunvolución recta). Funcionalmente, además del área motora primaria, en el lóbulo frontal podemos describir las áreas premotora y área motora suplementaria, el área de Broca y la corteza prefontal. Las áreas premotora y área motora suplementaria forman lo que se conoce como corteza motora secundaria. Estas áreas además de enviar proyecciones descendentes, intervienen en la planificación de los movimientos. Correspondiente a las partes triangular y opercular de la circunvolución frontal inferior se localiza en área de Broca, una zona muy importante en los mecanismos de producción del lenguaje. La parte más anterior del lóbulo frontal corresponde a la corteza prefrontal que está implicada en los procesos de aprendizaje y memoria, en el control emocional de la conducta y en el sustrato neural del refuerzo.

En la figura podemos distinguir las principales circunvoluciones y surcos de la superficie lateral del encéfalo, detallándose las principales áreas funcionales.

En el lóbulo parietal, justo detrás de la circunvolución postcentral se ubica la el surco o cisura postcentral. En la parte posterior del lóbulo parietal la cisura intraparietal divide la corteza en dos zonas o lobulillos: el lóbulo parietal superior y el lóbulo parietal inferior. El lóbulo parietal superior queda limitado a la zona de la corteza parietal ubicada entre el surco postcentral y la cisura intraparietal, mientras que el lóbulo parietal inferior (ubicado por debajo de la cisura intraparietal) se subdivide en dos zonas: el giro supramarginal (formado al final de la cisura lateral) y el giro angular (formado al final de la cisura temporal superior). En la cara medial del encéfalo nos encontramos con una zona que forma parte tanto del lóbulo frontal como del lóbulo parietal: el lóbulo paracentral (o lobulillo paracentral). También en la cara medial, la zona de la corteza parietal que queda entre la rama marginal de la cisura cingulada, la cisura subparietal, la cisura calcarina y la cisura parietooccipital se denomina precúneus (o precuña). Funcionalmente, además de las implicaciones del lóbulo parietal en el procesamiento de la información somatosensorial, también se ha relacionado con la comprensión del lenguaje y con el procesamiento diferentes aspectos perceptivos y espaciales complejos. En una visión lateral del cerebro, podemos comprobar que el lóbulo temporal se divide en tres circunvoluciones: la circunvolución superior, la circunvolución media y la circunvolución inferior. En una visión medial, es posible observar una porción anterior de la circunvolución temporal superior y la zona más ventral de la circunvolución temporal inferior. Adyacente a ésta (separada por el surco occipitotemporal) encontramos la circunvolución occipitotemporal, que forma parte tanto del lóbulo temporal como del occipital. Éste último giro está delimitado por el surco colateral con parte del lóbulo límbico y con la circunvolución lingual, que queda en una posición caudal. En general, parece ser que la circunvolución lingual continúa anteriormente con la circunvolución parahipocampal, transición que se produce a nivel del istmo de la circunvolución cingulada.

Visión dorsal de las diferentes cisuras y surcos.

Por lo que se refiere a la anatomía funcional del lóbulo temporal la parte más medial del lóbulo temporal está críticamente implicada en diferentes aspectos de los procesos de aprendizaje y memoria. Otra de las funciones del lóbulo temporal (sobre todo la superficie inferior) es la del procesamiento de la información visual, formando la denominada corriente ventral de asociación visual. Además, en el lóbulo temporal también podemos encontrar áreas relacionadas con el lenguaje. De esta forma, la porción posterior de la circunvolución temporal superior (por lo general del hemisferio izquierdo), también denominada área de Wernicke, interviene en la comprensión del lenguaje. En la circunvolución temporal superior existe una pequeña área donde se localiza la corteza auditiva primaria. La implicación funcional del lóbulo occipital está decantada casi por completo al procesamiento de la información visual. En la superficie lateral de este lóbulo podemos distinguir las circunvoluciones occipitales laterales. En la cara medial podemos observar la cisura calcarina. Alrededor de ésta se localiza parte de la corteza visual primaria. Por debajo de la cisura calcarina se encuentra la circunvolución lingual. Tal como acabamos de ver al describir el lóbulo temporal, esta circunvolución queda en una posición caudal por encima de la cisura colateral. Por lo tanto, es este mismo surco el que separa la circunvolución occipitotemporal del lóbulo occipital con la parte occipital de la circunvolución lingual. Entre la cisura calcarina y la parietooccipital se encuentra el cúneus

o cuña. al como veíamos en un principio, el lóbulo límbico está compuesto por la circunvolución cingulada, la circunvolución parahipocampal, el uncus, el área subcallosa y la circunvolución paraterminal. La circunvolución cingulada es seguida anteriormente por el área subcallosa y posteriormente (a través el istmo) continúa con la circunvolución parahipocampal. La porción anterior de esta última se dobla sobre si misma formando una especie de gancho en la zona superior a modo de protuberancia denominado uncus. En un corte coronal se puede observar que la corteza parahipocampal queda adyacente a la corteza perirrinal, la cual está separada de la corteza entorrinal a través de la cisura rinal. Funcionalmente, el lóbulo límbico y otras estructuras con las que establece conexiones anatómicas, como el diencéfalo, el hipocampo o la amígdala, regulan diferentes ámbitos funcionales del sistema nervioso, como las respuestas emocionales, los procesos de aprendizaje y memoria, la puesta en marcha de conductas específicas, etc. A medida que se vayan describiendo las diferentes estructuras y subdivisiones anatómicas del sistema nervioso se irá retomando los aspectos funcionales relacionados con cada una de las áreas corticales que se han tratado en este punto.

2.2 Meninges, ventrículos y sistema cerebrovascular.

El tejido nervioso es sumamente delicado. Si alguna vez el lector ha preparado sesos con alguna de las cientos de recetas que existen para este suculento manjar utilizado ya cientos de años atrás en la cocina árabe y egipcia, se habrá dado cuenta de la consistencia gelatinosa que presenta. Simplemente con ejercer una pequeña presión con el dedo sobre esta blanda masa podemos generar graves desperfectos. Además, el encéfalo se encuentra ampliamente irrigado para que la función cerebral se mantenga activa y garantizar el flujo continuo de sangre oxigenada. Volviendo al ejemplo anterior de la cocina, cualquier experto en la preparación de los sesos rápidamente se habrá percatado de la necesidad que existe en dejar los sesos en agua fría antes de guisarlos, remojando, para que se desprendan los coágulos de sangre que rodean todo el tejido; después se han de “blanquear” durante cinco minutos en agua hirviendo con sal y una hoja de laurel para desenganchar los vasos que se hayan quedado adheridos, y una vez escurridos se preparan según la receta elegida. En este punto haremos una descripción general de los sistemas de protección con que cuenta el sistema nervioso central que lo preserva ante la ocurrencia de traumatismos craneoencefálicos o durante el transcurso de una grave enfermedad. Veremos cómo dichos mecanismos no sólo son de naturaleza estructural, sino que también existe una barrera química que mantiene en constante equilibrio el medio neuronal.

2.2.1 Meninges

El cerebro y la médula espinal se encuentran cubiertos por tres membranas: la duramadre, la aracnoides y la piamadre. Las meninges estabilizan la posición y la forma del sistema nervioso central de dos maneras diferentes. En primer lugar, estas membranas quedan adheridas al tejido cerebral por un lado y por otro a la cavidad craneal, permitiendo que el cerebro quede inmóvil a cada movimiento de la cabeza. En segundo lugar, entre dos de las tres membranas (la aracnoides y la piamadre) transcurre un fluido, el líquido cefalorraquídeo. El líquido cefalorraquídeo reduce la tendencia de varias fuerzas (como la gravitatoria) de distorsionar el tejido nervioso. Por ejemplo, se ha podido comprobar que el cerebro pesa unos cincuenta gramos menos suspendido en el líquido cefalorraquídeo que si lo dejáramos al aire libre. Este fluido, además, ayuda a que se mantenga la forma del cerebro. Para comprobarlo podemos hacer un sencillo experimento: si cogemos un cerebro y lo suspendemos en una solución salina isotónica, podremos comprobar la forma natural de éste poniendo especial atención en cada uno de los giros, circunvoluciones y cisuras que conforman la corteza. Seguidamente, lo sacamos y lo dejamos al aire libre, poco a poco podremos observar como se va distorsionando su forma por efecto de la gravedad.

En la figura se muestra la disposición (A) y el esquema (B) de las meninges, observándose la dura-madre, la aracnoides y la piamadre. Entre la duramadre y la aracnoides se localiza el espacio subdural, y entre la aracnoides y la piamadre el espacio subaracnoideo. Éste último se encuentra lleno de líquido cefaloraquídeo. En la médula espinal, encontramos el espacio epidural, que se encuentra entre la duramadre y la calvaria. Este espacio localizado en el canal vertebral tiene su mayor amplitud a nivel de la segunda vértebra lumbar.

La duramadre es una membrana de tejido colágeno, compuesta fundamentalmente por fibroblastos y fibrillas de colágeno, que se adhiere fuertemente a la superficie interna del cráneo, no obstante a nivel medular se encuentra separada de las vértebras por el espacio epidural. Es la más gruesa y fuerte de la meninges, por eso también se le denomina paquimeninge. A nivel interno del encéfalo forma una especie de pliegues en forma de tabiques, como la tienda del cerebelo y la hoz del cerebro. Además, en el inicio de cada uno de los tabiques se localizan los senos venosos, por ejemplo el seno sagital superior. Esta membrana se puede dividir en tres capas claramente diferenciadas: por un lado la capa más externa denominada duramadre perióstica, y por otro, ocupando una posición más interna, la duramadre meníngea y la capa de células limitantes. Las capas perióstica y meníngea se encuentran unidas. La duramadre perióstica se adhiere al cráneo funcionando como su periostio (cubierta o vaina de tejido conjuntivo fibroso que recubre los huesos). La duramadre meníngea se separa de la perióstica para formar los tabiques. En la parte inicial de los tabiques aparecen los senos durales. Los senos venosos son agrandamientos en forma de saco transversal tapizados por endotelio. Hemos de tener presente que se da una intercomunicación entre los senos de la duramadre. En referencia a los tabiques, el tabique más amplio es el de la hoz del cerebro que separa los dos hemisferios cerebrales. A este nivel nos encontramos con el seno sagital superior. Otros senos durales son el sagital recto y el sagital inferior. El recto se puede localizar entre la unión de la hoz del cerebro y la tienda del cerebelo, mientras que el sagital inferior se dispone longitudinalmente al borde libre de la hoz del cerebro. A nivel de la hipófisis nos encontramos con otro de los tabiques de la duramadre, la tienda de la hipófisis o el diafragma de la silla turca. Este tabique rodea el tallo hipofisario formando el techo de la silla turca. En los márgenes del diafragma de la silla turca se encuentran los senos intercavernosos anterior y posterior, y a cada lado de la silla turca se ubican los senos cavernosos. Los senos intercavernosos conectan los dos senos cavernosos formando el seno circular. Otro de los tabiques de la duramadre es la tienda del cerebelo, el cual separa la cavidad craneal en dos zonas: una que queda por encima, el compartimento supratentorial, y otra que queda por debajo, el compartimento infratentorial. Por debajo de la tienda del cerebelo nos encontramos con la hoz del cerebelo, que anatómicamente se emplaza sobre la línea media del hueso occipital, separando los hemisferios cerebelosos. En la hoz del cerebelo se suele emplazar un seno occipital que se comunica con la zona de confluencia de los grandes senos, también denominada prensa de Herófilo. La parte más interna de la duramadre está compuesta por grupos celulares específicos, en este caso predominan fibroblastos alargados y planos con prolongaciones tortuosas. A veces, se de da una serie de uniones entre las células limitantes de la duramadre y las células que componen la aracnoides. En general, es posible destacar que en la capa de células limitantes de la duramadre se dan amplios espacios extracelulares libres y una carencia de fibrillas de tejido conectivo, lo cual constituye a nivel estructural un punto flaco en la unión entre aracnoides y duramadre.

Tanto la aracnoides como la piamadre se conocen como leptomeninges. La aracnoides es una lámina celular que se encuentra unida a las células limitantes de la duramadre y separada por el espacio subaracnoideo de la piamadre. Por este espacio discurre el fluido cefalorraquídeo y se localizan gran número de vasos, las raíces de los nervios craneales y los nervios raquídeos. El grosor de este espacio muestra variaciones locales. De este modo, el espacio subaracnoideo muestra una amplitud estrecha en la cara dorsal y lateral de los hemisferios, mientras que en la cara basal y alrededor del tronco del encéfalo muestra un gran distanciamiento, formando las cisternas subaracnoideas. Entre la aracnoides y la piamadre se disponen a modo de una maraña de tabiques, las trabéculas aracnoideas, compuestas fundamentalmente por fibroblastos. Por lo tanto, en la aracnoides se pueden diferenciar dos capas celulares: por un lado la capa celular de la barrera aracnoidea que queda adyacente a la capa de células limitantes de la duramadre, y por otro la capa formada por las trabéculas aracnoideas. Volviendo al fluido que transcurre por el espacio subaracnoideo, el líquido cefalorraquídeo, hemos de destacar que éste se produce en los plexos coroideos a nivel de los ventrículos laterales, tercer y cuarto ventrículos.

Esquema de la disposición de las meninges en el sistema nervioso central.

A través de los agujeros de Magendie (orificio medio) y Luschka (orificio lateral), el líquido cefalorraquídeo sale de los ventrículos al espacio subaracnoideo. Este fluido circula alrededor del encéfalo y de la médula espinal para volver al sistema vascular pasando mediante las vellosidades aracnoideas, también denominadas granulaciones aracnoideas. Las vellosidades aracnoideas se invaginan en el seno sagital superior. A nivel celular en la parte externa de las vellosidades se posiciona una capa de células endoteliales, seguida por la capa de células limitantes de la duramadre y por la capa de células de la barrera aracnoidea. Esta disposición la observamos en cada uno de los lados de la vellosidad. En la parte interna las trabéculas se disponen uniendo las dos capas de células de la barrera aracnoidea (resultado del proceso de invaginación).

Corte sagital medial donde se puede apreciar el sistema ventricular y el esquema de circulación del líquido cefaloraquídeo.

La piamadre es una membrana que se sitúa sobre la superficie del tejido nervioso, adhiriéndose fijamente a las diferentes circunvoluciones y cisuras. En ocasiones se puede observar cómo la piamadre se invagina en el tejido nervioso formado el denominado espacio perivascular. Estos espacios se extienden hacia el parénquima nervioso sirviendo como conductos para el trabase de fluido extracelular entre los espacios perineuronales y perigliales, y el espacio subaracnoideo. No obstante, hemos de tener presente que la piamadre queda separada del tejido nervioso por la membrana limitante glial. Además, en algunas localizaciones la piamadre se separa del encéfalo formándose el espacio subpial. Existe una variación en cuanto al grosor de la piamadre, de modo que presenta un mayor grosor en la médula espinal que en el encéfalo.

2.2.2 Ventrículos

Tal como hemos visto anteriormente, el encéfalo y la médula espinal se encuentran protegidos por una cubierta ósea y suspendidos en líquido. En su interior hay un sistema de compartimentos, el sistema ventricular. Existen cuatro ventrículos: dos ventrículos laterales, el tercer ventrículo y el cuarto ventrículo.

Visión lateral (izquierda de la imagen) y dorsal (derecha de la imagen) del sistema ventricular humano.

Los ventrículos laterales son las cavidades formadas en el interior del telencéfalo (un ventrículo lateral para cada hemisferio). Morfológicamente se pueden dividir en varias partes: el asta anterior, el cuerpo del ventrículo y las astas posterior e inferior. Rodeando el asta anterior y el cuerpo del ventrículo se encuentra el septum pellucidum, el fórnix y el cuerpo calloso. Entre el cuerpo del ventrículo lateral y las astas posterior e inferior se localiza el atrio del ventrículo lateral que cuenta con una densa población de plexos coroideos. Justo por debajo del cuerpo del ventrículo se encuentra el tálamo. La pared lateral de los ventrículos laterales está formada por una parte del neoestriado, el caudado. Asimismo, el asta inferior está formada lateralmente por la cola del caudado, medialmente por la formación hipocampal y anteriormente por la amígdala. Entre los ventrículos laterales y el cuarto ventrículo nos encontramos con el tercer ventrículo. Esta cavidad se encuentra en el diencéfalo, entre los dos tálamos y extendiéndose anteriormente hacia abajo entre los dos conjuntos de núcleos hipotalámicos. Por lo tanto, el tercer ventrículo se encuentra orientado verticalmente en la línea media. En la zona dorsal se ubica el plexo coroideo del tercer ventrículo. El suelo de este ventrículo se encuentra formado por el infundíbulo y por el quiasma óptico, extendiéndose caudalmente hasta unirse con el acueducto de Silvio (que lo une al cuarto ventrículo). Este pequeño conducto de alrededor de 1,5 mm de diámetro se encuentra rodeado por las neuronas de la sustancia gris periacueductal. La región anterior del tercer ventrículo está formada por la lámina terminal y la comisura anterior. En la parte más caudal el tercer ventrículo llega hasta la glándula pineal. El cuarto ventrículo tiene una forma tridimensional que recuerda una pirámide localizándose fundamentalmente a la altura entre la protuberancia y el cerebelo, aunque se extiende anteriormente hasta el mesencéfalo y posteriormente hasta el bulbo. Anteriormente, mediante el acueducto de Silvio se comunica con el tercer ventrículo y posteriormente forma el canal que se extiende medialmente a lo largo de la médula espinal. Lateralmente, el cuarto ventrículo llega hasta la superficie bulbar formando los recesos laterales, y a través de los agujeros de Luschka termina en el ángulo pontocerebeloso. Las paredes anteriores del tercer ventrículo se encuentran formadas por los pedúnculos cerebelosos superiores, el velo medular anterior y el cerebelo, mientras que la superficie inferior de esta cavidad, o fosa romboidea, está formada por el bulbo y la protuberancia. Tanto los ventrículos como el canal medular están cubiertos por células epiteliales que conforman el denominado epéndimo. Las células ependimarias forman una capa al unirse entre sí mediante desmosomas. En algunas zonas, como por ejemplo en el tercer ventrículo, aparece un tipo de célula ependimaria más especializada, los tanicitos. Éstos disponen de prolongaciones que terminan sobre la vasculatura y sobre el neuropilo (red formada por las prolongaciones de las neuronas y de las células gliales). Los tanicitos se unen entre sí y a las células ependimarias adyacentes mediante las denominadas uniones ocluyentes.

2.2.3 Sistema cerebrovascular

Las neuronas son un tipo celular que requiere mucho aporte de oxigeno. Para que el lector se pueda hacer una idea, aunque el cerebro constituye tan sólo alrededor de un 2-3 % del peso total del cuerpo, recibe entre un 15 y un 20 % del gasto total cardíaco, y consume aproximadamente el 20 % del oxígeno producido.

Las tortugas, por ejemplo, pueden ejercer diferentes tipos de conductas motoras durante horas sin suplemento de oxígeno en sus cerebros, no obstante el ser humano es dependiente de un aporte continuo de oxígeno. De esta manera, si por alguna motivo (por ejemplo, una isquemia) dejáramos de recibir un aporte de oxígeno durante unos diez segundos, probablemente perderíamos la conciencia. Si este intervalo sin flujo sanguíneo se alargara hasta los veinte segundos, la actividad eléctrica cerebral cesaría, y después de unos pocos minutos comenzaría el daño neuronal irreversible. Debido a esta gran dependencia metabólica que nuestros cerebros tienen de un aporte sanguíneo constante, el sistema nervioso cuenta con una densa red de vasos sanguíneos que le aseguran un suministro prolongado de oxígeno. En este apartado, en primer lugar, haremos un breve recorrido por los mecanismos de restricción química y protección con que cuenta nuestro sistema nervioso, para adentrarnos, finalmente, en la descripción anatómica de las principales arterias y venas que lo irrigan.

El primer concepto importante a destacar es el de barrera hematoencefálica. Se ha de partir del hecho que la fuerza de difusión hace que muchos solutos se puedan desplazar desde la sangre hasta el espacio intersticial que rodea las células pasando a través de las hendiduras existentes entre las células endoteliales. En el cerebro, las células endoteliales están dispuestas formando unas uniones estrechas impidiendo a los solutos pasar por difusión a través de los espacios. Las únicas sustancias que podrán atravesar serán aquellas capaces de pasar a través de las células endoteliales. Este mecanismo de restricción constituye lo que conocemos como barrera hematoencefálica. Por lo tanto, la barrera hematoencefálica es un sistema que nos protege de la entrada de sustancias extrañas en el sistema nervioso, debido a que el funcionamiento normal del encéfalo puede verse comprometido por la presencia de algunos compuestos químicos. Los cambios transitorios y repentinos de la composición de la sangre se han de mantener aislados en lo concerniente al sistema nervioso. La barrera hematoencefálica constituye un mecanismo de protección que es selectivamente permeable, ya que permite el paso de unas moléculas pero no el de otras. Las moléculas que sean solubles en lípidos, el agua y los gases pueden atravesar las células endoteliales empujados por la fuerza de difusión. Otras sustancias, como por ejemplo la glucosa, deben ser transportadas mediante sistemas de alta afinidad muy específicos y selectivos. No obstante, en algunas regiones concretas del sistema nervioso esta barrera es mucho más laxa, se trata de los denominados órganos circunventriculares.

Se representa en una visión sagital medial donde se pueden observar diferentes zonas encefálicas donde la barrera hematoencefálica es mucho más laxa, los órganos circunventriculares.

Otro aspecto importante es el de circulación arterial. La sangre llega al cerebro mediante las arterias vertebrales y las arterias carótidas internas. Las arterias vertebrales penetran a través del agujero occipital uniéndose para formar la arteria basilar. Ésta última se bifurca en las arterias cerebrales posteriores derecha e izquierda. Este sistema circulatorio se conoce como circulación posterior del encéfalo. Por su parte, las arterias carótidas internas llegan al cráneo dividiéndose en las arterias cerebral anterior y cerebral media. Constituyen lo que se conoce como circulación anterior del encéfalo. En relación a la circulación posterior, cabe destacar que la arteria vertebral sale por el agujero transverso de la primera vértebra cervical fijándose finalmente a la membrana atlanto-occipital. Al formarse la arteria basilar, ésta se ubica en una depresión de la superficie ventral del puente en el interior de la cisterna prepontina. Las ramas de las arterias vertebrales y basilares proporcionan aporte sanguíneo a la región posterior del diencéfalo, al tronco y al cerebelo. Entre la protuberancia y el mesencéfalo, la arteria basilar se divide en las arterias cerebrales posteriores. Cada arteria cerebral posterior transcurre lateralmente por delante de la raíz del nervio motor ocular común. Las ramas de cada una de las arterias cerebrales posteriores irrigan la cara medial del lóbulo occipital, la porción posteroinferior de la corteza temporal y, en general, las porciones posteriores de los hemisferios cerebrales.

La arteria carótida interna se puede subdividir en varias partes claramente diferenciadas: la cervical, la petrosa y la cavernosa. Por un lado tenemos la zona cervical que comienza cuando la arteria atraviesa la duramadre. Esta porción proporciona varias ramas: la coroidea anterior (que sigue el tracto óptico), la comunicante posterior (que se une a la arteria cerebral posterior) y las arterias oftálmicas (que dan lugar a la arteria central de la retina). La porción petrosa pasa por el conducto carotídeo. La porción cavernosa proporciona las ramas meníngeas e hipofisarias. Tal como hemos descrito al principio del apartado, la arteria carótida interna se divide, a su vez, en la arteria cerebral media y la arteria cerebral anterior. La arteria cerebral media es la más amplia de las ramas terminales de la carótida interna. Esta arteria proporciona varias ramas que irrigan la porción lateral de los lóbulos frontal, parietal y temporal. La arteria cerebral anterior atraviesa por encima del quiasma óptico uniéndose a la del lado contralateral a través de la arteria comunicante anterior. La arteria cerebral anterior irriga fundamentalmente el lóbulo frontal y una zona del parietal. Desde una visión ventral del encéfalo es posible observar cómo la circulación arterial anterior se junta con la circulación arterial posterior formando el denominado polígono de Willis. En realidad, se trata de un heptágono irregular vascular que se cierra entre la protuberancia y el mesencéfalo, atravesando el quiasma óptico, los tractos ópticos, y los pedúnculos cerebrales. El polígono de Willis además de dar lugar a las arterias cerebrales anterior, media y posterior, también proporciona un gran número de ramas que irrigan estructuras subcorticales, son las ramas perforantes. En general, se distinguen cuatro grupos de arterias perforantes: el grupo anteromedial, el grupo anterolateral, el grupo posteromedial y el grupo posterolateral.

Por lo que se refiere a la circulación venosa, la sangre que sale del encéfalo pasa a través de venas profundas y superficiales que drenan los senos venosos de la duramadre. La sangre de los senos llega hasta la vena yugular interna. Se ha podido comprobar que las venas de la órbita ocular y aquellos vasos que quedan a nivel superficial del cuero cabelludo también pueden estar interconectados con los senos durales. El seno recto lo podemos localizar en la unión de la hoz del cerebro con la tienda del cerebelo, mientras que los senos sagital superior e inferior se ubican en el borde de la unión al cráneo y en el borde libre de la hoz del cerebro, respectivamente. En la visión lateral del encéfalo principalmente podemos localizar (además del seno sagital superior y del inicio del seno recto) el seno petroso inferior, el seno sigmoideo, el seno transverso y el seno occipital. Mientras que en la cara basal destacan el seno esfenoparietal, el seno cavernoso, los senos petrosos superior e inferior, el seno sigmoideo, el seno transverso, el seno recto y los senos intercavernosos anterior y posterior. En la superficie medial, fundamentalmente las venas drenan hacia los senos sagital superior e inferior, el seno recto, el seno transverso y el seno occipital. A nivel subcortical existen un amplio conjunto de conductos venosos que drenan diferentes estructuras interhemisféricas, éstas son las venas cerebrales internas.

2.3 Sistema nervioso periférico.

El sistema nervioso se puede dividir en sistema nervioso central y sistema nervioso periférico. Por su parte cada una de estas divisiones se puede, a su vez, subdividir en diferentes componentes anatómicos y funcionales. En este punto trataremos la parte periférica del sistema nervioso, para centrarnos en los puntos posteriores en la división central, es decir en el encéfalo y la médula espinal. Es importante tener claro que el sistema nervioso periférico tiene dos componentes principales. Por un lado el sistema nervioso autónomo y por otro el sistema nervioso somático. El sistema nervioso autónomo está implicado en la regulación interna del cuerpo, estableciendo un equilibrio entre la respuesta de los órganos internos, las glándulas y la vasculatura en función de las condiciones en las que se encuentre el organismo. El sistema nervioso somático recoge la información sensorial, mediante neuronas sensoriales cuyo soma se localiza en ganglios cercanos a la médula espinal y al tronco del encéfalo, de los diferentes receptores dispersos por la superficie del cuerpo, los órganos de los sentidos y la musculatura (3) . Asimismo, el sistema nervioso somático también proyecta los axones de las neuronas motoras, cuyo soma se localiza en el sistema nervioso central, para inervar la musculatura esquelética. Resumiendo, en el sistema nervioso periférico nos encontramos tanto con fibras eferentes somáticas y viscerales, que llevan la información desde el sistema nervioso central hasta la musculatura esquelética (somáticas), la musculatura lisa, el corazón y las glándulas (viscerales), y con fibras aferentes somáticas y viscerales que transmiten información al sistema nervioso central referente a los órganos de los sentidos, a los receptores de la piel y de los músculos (somáticas), y a los órganos internos (viscerales).

Principales diferencias organizativas entre el sistema motor somático y el sistema nervioso autónomo. Nótese que el soma de la neurona que proyecta la fibra motora somática se localiza en el sistema nervioso central. Las neuronas preganglionares efectoras del sistema nervioso autónomo también se localizan en el sistema nervioso central, la neurona simpática sinapta muy cerca del sistema nervioso central con la neurona postganglionar, mientras que la neurona preganglionar parasimpático lo hace a una distancia considerablemente mayor

2.3.1 Sistema nervioso autónomo.

En el sistema nervioso central, existe una serie de sistemas funcionales encargados de regular el equilibrio interno del organismo. Para que esta función se lleve a cabo contamos con dos sistemas: el sistema neuroendocrino y el sistema nervioso autónomo. En el sistema nervioso autónomo contamos tanto con axones que llevan información aferente hacia el sistema nervioso central, como con axones que envían proyecciones eferentes hacia la periferia. Por un lado, tenemos las fibras aferentes que llevan información al sistema nervioso central sobre cómo se encuentran los diferentes órganos internos (4) y, por otro aquellas fibras eferentes que envían proyecciones a las diferentes glándulas, a la musculatura cardiaca, a la musculatura lisa de la piel (musculatura que inerva los folículos pilosos), a la musculatura lisa de los ojos (que regula la acomodación del cristalino y la dilatación y contracción de la pupila), a la musculatura lisa de los vasos sanguíneos y a la musculatura lisa de las paredes de los órganos internos (el tracto gastrointestinal, el hígado, el páncreas, el sistema respiratorio, los órganos reproductores, la vejiga, etc.). Estas fibras eferentes se organizan en dos sistemas claramente diferenciados: el sistema nervioso simpático y el sistema nervioso parasimpático.

Eferencias del sistema nervioso autónomo, rama parasimpática.

El esquema funcional y anatómico de la regulación autonómica o vegetativa puede resumirse en un conjunto de interacciones entre los niveles central y periférico. A nivel central existen una serie de estructuras encargadas de la regulación de la homeostasis interna, como, por ejemplo, diferentes áreas corticales, algunos núcleos talámicos, la amígdala, el hipocampo, y la formación reticular. Prácticamente toda la información procedente de estas áreas y núcleos se integra en el hipotálamo. Del hipotálamo salen conexiones directas e indirectas (a través del núcleo del tracto solitario) hacia la médula espinal y el tronco del encéfalo. A partir de este nivel, las neuronas cuyo soma se localiza en el sistema nervioso central (núcleos del tronco del encéfalo o asta ventral de la médula espinal) salen para sinaptar con los ganglios autónomos (que en el caso de la rama simpática el ganglio se localiza lindante al sistema nervioso central, mientras que en el caso de la rama parasimpática se ubica a una distancia considerable, cerca de la diana a inervar). Las neuronas preganglionares simpáticas dejan el sistema nervioso central a partir de los nervios espinales torácicos y los primeros lumbares, mientras que las neuronas parasimpáticas lo hacen a través de los nervios craneales III, VII, IX y X y a través de los nervios espinales de la zona sacra (S2-S4). En el ganglio autónomo se da la sinapsis entre la neurona procedente del sistema nervioso central (denominada neurona preganglionar) y la neurona que inervará el tejido diana (neurona postganglionar). En el caso del sistema nervioso simpático la mayoría de los ganglios se localizan muy cerca de la médula espinal formando la denominada cadena paravertebral, a excepción del ganglio celiaco, el ganglio adrenal y el ganglio mesentérico inferior. En el sistema nervioso parasimpático los ganglios se pueden localizar muy cerca del tejido diana o incluso dentro del mismo. Este esquema sirve para prácticamente todo el sistema eferente autonómico, a excepción de las fibras que inervan la glándula suprarrenal, ya que en este caso se trata de la neurona preganglionar y no de la postganglionar. Neuroquímicamente, las neuronas preganglionares simpáticas y parasimpáticas y las neuronas postganglionares parasimpáticas liberan acetilcolina, mientras que las neuronas postganglionares simpáticas secretan noradrenalina.

Eferencias del sistema nervioso autónomo, rama simpática.

Funcionalmente, las dos ramas del sistema nervioso autónomo (simpática y parasimpática) ejercen una regulación antagónica u opuesta de los órganos y tejidos diana. En general, podemos resumir que mientras el sistema nervioso simpático permite la rápida movilización de los recursos energéticos para hacer frente a una posible amenaza para el organismo, una situación estresante o una situación carencial determinada, el sistema nervioso parasimpático se encarga de regular aquellos mecanismos que nos permiten conservar nuestros recursos. Imaginemos dos situaciones contrarias: en la primera situación supongamos que estamos tumbados en nuestro sillón de casa, después de haber cenado, viendo una comedia que están haciendo por la televisión; en la segunda situación supongamos que salimos tarde de trabajar, hemos perdido el último metro y tenemos que ir andando a casa. Para llegar a nuestro barrio tenemos que atravesar un callejón oscuro que queda en la parte trasera de una manzana de edificios. Al llegar a la mitad del callejón, sale un perro ladrando estrepitosamente de la esquina de una bocacalle. Cuando vemos al animal, rápidamente y sin pensarlo dos veces corremos sin parar hasta llegar al final del callejón. En la primera situación el sistema nervioso parasimpático es el responsable de los procesos fisiológicos que se están poniendo en marcha con un carácter reparador asociados al estado de reposo, maximizando la conservación de los recursos del organismo.

En la segunda situación se han dado unos cambios internos rápidos en respuesta al estrés que supone la aparición inesperada del perro. Estos cambios se producen como consecuencia de la activación del sistema simpático adrenomedular, provocando un aumento del riego sanguíneo en los órganos que necesitan responder con rapidez ante la situación estresante (como el corazón, los músculos o el cerebro) y generando una serie de cambios fisiológicos generales (contracción del bazo, vasoconstricción esplénica, aumento del número de eritrocitos circulantes, liberación hepática de azúcar almacenada hacia la musculatura, aumento de glucemia, redistribución de la sangre que circula por la piel y vísceras, incremento de la capacidad respiratoria y dilatación bronquial, dilatación de la pupila, aumento de la coagulabilidad de la sangre, aumento de los linfocitos circulantes, inhibición de la segregación de insulina y estimulación de la secreción de glucagón en el páncreas, etc.) que nos pueden ayudar a poner en marcha respuestas adaptativas para facilitar nuestra propia supervivencia, en este caso para evitarnos un posible mordisco. Ante un estímulo estresante, como la aparición inesperada del estruendoso perro de nuestro ejemplo, la rama simpática del sistema nervioso autónomo aumenta la secreción de noradrenalina y estimula a la médula de la glándula suprarrenal a fin de que segregue adrenalina, generando diferentes procesos metabólicos que proporcionan la energía. Tanto el sistema nervioso simpático como el parasimpático envían información a un tercer sistema que es totalmente periférico, el sistema nervioso entérico. Este sistema forma dos plexos cuyos somas neuronales se localizan en múltiples ganglios. Funcionalmente, se encuentra relacionado con el sistema digestivo.

2.3.2 Nervios craneales.

Son doce pares de nervios sensoriales, motores o mixtos (incluyen ramas sensoriales y ramas motoras) que salen y/o entran a nivel encefálico. La mayoría lo hace en el tronco del encéfalo, a excepción de los dos primeros (el olfatorio y el óptico). Algunos de los nervios craneales son exclusivamente somáticos mientras que otros incluyen también componentes del sistema nervioso autónomo. El nervio olfatorio (I) es exclusivamente sensorial y transmite la información proveniente de las células olfatorias de la mucosa nasal. A través de la lámina cribiforme llega al bulbo olfatorio. Las células empenechadas y mitrales del bulbo proyectan sus axones directamente sobre la corteza prepiriforme, el núcleo olfatorio anterior, el tubérculo olfatorio, el extremo rostroventral del hipocampo anterior, la banda diagonal de Broca, los núcleos anterior y corticoposterolateral de la amígdala, y las áreas entorrinales dorsomedial y lateral. Las células ganglionares de la retina forman el nervio óptico (II), éste es exclusivamente sensorial transmitiendo la información visual al núcleo geniculado lateral del tálamo y de ahí a diferentes áreas corticales. Los dos nervios ópticos se juntan a nivel del quiasma óptico, donde parte de las fibras se decusan al lado contralateral. El tercer nervio craneal es el oculomotor o motor ocular común (III) que es motor. A través de este nervio se envían las fibras aferentes que inervarán todos los músculos oculares a excepción del oblicuo mayor y del recto mayor, también inervarán los músculos constrictores del iris y de la musculatura ciliar. El cuarto nervio craneal es el patético o troclear (IV) que inerva el músculo oblicuo mayor del ojo. Tanto el par III como el IV se originan en el mesencéfalo. El trigémino (V) es un nervio mixto (sensorial y motor) que se origina en la mitad de la protuberancia. El trigemino sensorial transmite al sistema nervioso central la sensibilidad de la piel de la cara, los senos y los dientes mediante 3 ramas: la oftálmica (recibe la información sensorial de la cavidad nasal superior, del ojo y de la frente), la maxilar superior o también denominada maxilar (recibe la información sensorial de la mucosa de la porción superior de la boca, de los dientes superiores, de la cavidad nasal inferior y del rostro) y la maxilar inferior o también denominada rama mandibular (recibe la información sensorial de la mucosa de la porción inferior de la boca, de los dientes inferiores, del gusto en la parte anterior de la lengua, y de las mandíbulas). El trigémino motor envía fibras axónicas al músculo tensor del tímpano, al músculo tensor del paladar, al músculo digástrico y a los músculos de las mandíbulas. Otro nervio exclusivamente motor es el abducens o motor ocular externo (VI), en este caso el músculo inervado es el recto lateral (o externo) del ojo.

Visión ventral del tronco del encéfalo donde se muestran los pares craneales. Nótese que la mayoría de los nervios craneales entran y salen a nivel del tronco del encéfalo, a excepción de los dos primeros (el olfatorio y el óptico). En la figura no se representa en nervio olfatorio, ya que por su disposición queda en una porción más anterior encefálica.

El nervio facial (VII) es un nervio mixto con componentes tanto somáticos como viscerales. A nivel sensorial recibe la información de la piel del oído externo, del paladar y de los dos tercios anteriores de la lengua (información gustativa). A nivel motor regula la actividad de las glándulas de la mucosa nasal, las glándulas lacrimales y las salivales, también inerva la musculatura del cuero cabelludo y de los músculos faciales. El nervio vestibulococlear (VII) transmite hacia el sistema nervioso central (entra a nivel de la protuberancia) la información referente al equilibrio y a la audición, y para ello tiene dos ramas: la vestibular y la coclear, respectivamente. Los cuerpos de las células bipolares que originan los axones aferentes del nervio vestibular se ubican en el ganglio vestibular. Estos axones aferentes se dirigen a nivel bulbar a los cuatro núcleos vestibulares, aunque también llegan algunos directamente al cerebelo. Las neuronas de los núcleos vestibulares del bulbo, por su parte, envían la información al cerebelo, a la médula espinal, a la corteza temporal y a diferentes zonas de la protuberancia y del bulbo. Por otro lado, el órgano de Corti (órgano receptor de la información auditiva conformado por la membrana basilar, las células ciliadas y la membrana tectorial) proyecta al encéfalo mediante el nervio coclear. Se trata de neuronas bipolares cuyos so-mas se localizan en el ganglio del nervio coclear (o ganglio espiral). Se ha podido comprobar que el nervio coclear posee tanto fibras aferentes como eferentes. Las eferentes se producen en el complejo olivar superior (fascículo olivococlear).

Representación esquemática de la localización de los núcleos de los pares craneales del tronco del encéfalo. A pesar de que la estructura del sistema nervioso del ser humano es bilateral, para simplificar la descripción de la figura y facilitar su comprensión, los núcleos con funciones motoras se encuentran dibujados a la izquierda de la imagen, mientras que los núcleos con funciones sensoriales se ubican en la parte derecha de la figura.

El nervio glosofaríngeo (IX) es mixto y se localiza a nivel del bulbo raquídeo. El componente sensorial transmite hacia el sistema nervioso central la información referente al tercio posterior de la lengua (información gustativa), a la piel del oído externo, al oído medio y a las membranas mucosas de la región faríngea. El componente motor regula la actividad de la glándula parótida e inerva el músculo estriado de la faringe. El décimo par craneal es el nervio vago (X), en este caso se trata también de un nervio mixto con componentes tanto somáticos como viscerales. El vago sensorial recibe la información sensorial de la tráquea, la laringe, la faringe y de las diferentes vísceras localizadas a nivel abdominal y torácico. El vago motor envía eferentes al corazón, al sistema respiratorio, al intestino, a la musculatura estriada de la tráquea, la laringe y la faringe. Los últimos dos nervios craneales son el accesorio (XI) y el hipogloso (XII), ambos de naturaleza motora. El primero inerva los músculos estriados cervicales (parte del trapecio y el esternocleidomastoideo) y la musculatura lisa de las diferentes vísceras localizadas a nivel abdominal y torácico, mientras que el hipogloso inerva fundamentalmente los músculos de la garganta y de la lengua.

Representación del trayecto del sistema trigeminal que recoge la sensibilidad de la cara. (porción somatosensorial).

La mayoría de los núcleos de los nervios craneales se localizan en el tronco del encéfalo a excepción de los nervios I y II. A nivel del tronco del encéfalo, los núcleos de los nervios craneales se organizan a modo de columnas funcionales. Concretamente, se forma seis columnas funcionales: tres de núcleos sensoriales (viscerales y somáticos) y tres de núcleos motores (viscerales y somáticos). De estas columnas, dos son columnas motoras viscerales, dos son columnas sensoriales somáticas, una es una columna sensorial visceral, y una es una columna motora somática. Los núcleos sensoriales están formados por los somas de las neuronas sensoriales secundarias que proyectarán a diferentes regiones del sistema nervioso, y que reciben, por lo tanto, las aferencias del nervio sensorial (neuronas de los ganglios craneales) (5) . Siguiendo el eje de referencia medial-lateral, la organización que se deriva es la siguiente: la columna motora somática general, la columna motora visceral especial, la columna motora visceral general (parasimpática), la columna sensorial visceral general y especial, la columna sensorial somática general y la columna sensoriales somática especial. En la columna motora somática general, a nivel bulbar encontramos el núcleo hipogloso (nervio XII) y el núcleo espinal accesorio (nervio XI), en la protuberancia se localiza el núcleo motor ocular externo (nervio VI), y en el mesencéfalo el núcleo troclear (nervio IV) y el núcleo oculomotor (nervio III). Los núcleos de la columna motora visceral especial a pesar de su denominación inervan músculos esqueléticos. En esta columna a la altura del bulbo raquídeo nos encontramos con el núcleo ambiguo (nervios IX, X y XI), y a la altura de la protuberancia con el núcleo motor del trigémino (nervio V) y con el núcleo motor facial (nervio VII). La tercera columna corresponde a la columna motora visceral general. En esta columna se ubican en el bulbo el núcleo salivar inferior (nervio IX) y el núcleo motor dorsal del vago (nervio X), en la protuberancia se localiza el núcleo salivar superior (nervio VII), mientras que en el mesencéfalo tenemos el núcleo de Edinger-Wesphal (nervio III). La columna sensorial visceral general y especial cuenta a nivel bulbar con el núcleo del tracto solitario (nervios VII, IX y X). En la columna sensorial somática general se localiza en el bulbo el núcleo espinal del trigémino (nervios V, VII, IX y X), en la protuberancia el núcleo principal del trigémino (nervio V), y en el mesencéfalo el núcleo mesencefálico del trigémino (nervio V). La última de las columnas longitudinales es la sensorial somática especial. En esta columna se localizan a nivel bulbar los núcleos vestibulares y los núcleos cocleares (nervio VIII).

Vías principales que transmiten la información de dolor y temperatura de la cara a partir del lemnisco trigeminal.

2.3.3 Nervios espinales.

La médula espinal se encuentra en el sistema nervioso central extendiéndose desde la base del cráneo (caudal al bulbo raquídeo) hasta la segunda vértebra lumbar. Funcionalmente existen tres aspectos fundamentales en lo cuales se resalta la crítica importancia que tiene la médula espinal. Por un lado, en la médula espinal entran las proyecciones sensoriales somáticas y viscerales procedentes de las extremidades, del tronco y de diferentes órganos viscerales. En segundo lugar, de la médula espinal salen las fibras eferentes que inervan la musculatura esquelética, la musculatura lisa, el músculo cardíaco y diferentes glándulas. En tercer lugar, en la propia médula espinal se pueden establecer circuitos sinápticos que conformen los denominados arcos reflejos, donde una entrada sensorial puede activar una eferencia a nivel espinal sin tener que llegar antes a centros encefálicos de orden superior, permitiendo, por lo tanto, una rápida respuesta.

Organización de la médula espinal. En la figura se representa un nervio espinal con los aferentes sensoriales y los eferentes motores. La neurona sensorial que llega a la médula espinal tiene el soma localizado en un ganglio que queda posicionado cerca de la propia médula, el ganglio de la raíz dorsal. Esta neurona sensorial establecerá sinapsis con interneuronas a nivel de la sustancia gris de la médula espinal y con neuronas motoras que abandonaran la médula para formar parte del nervio espinal y poder inervar el músculo diana.

Imaginémonos la siguiente situación: nos levantamos sedientos en mitad de la noche y nos acercamos descalzos a la cocina para beber un vaso de agua fresca. El día anterior se nos rompió un vaso de cristal en la cocina. Cuando casi alcanzamos la nevera pisamos un trozo de cristal. En ese momento, rápidamente flexionamos la pierna que está pisando el cristal, evitando que éste pueda clavarse profundamente. Si la información sensorial de los receptores cutáneos del pie sobre el dolor, que ha producido el pisar el trozo de cristal, tuviera que llegar al tálamo somatosensorial, de aquí a la corteza somatosensorial y a las áreas de asociación, para que éstas activarán diferentes regiones de la corteza motora, que con sus vías descendentes (a través del tronco y de la médula espinal) llevaran la orden de flexionar la pierna, seguramente sería muy tarde para nosotros y pisaríamos hasta el fondo el trozo de cristal. Lo adaptativo en este caso, es poder realizar una rápida conducta que nos permita evitar el estímulo nocivo o parte del mismo (en este caso nos hemos clavado el cristal, pero podemos evitar que se hunda más profundamente en la piel). Lo que ocurre generalmente en estos casos, es que la fibra aferente cutánea del nociceptor (fibra Aδ que lleva información de dolor) llega hasta la médula espinal. En la médula espinal (sin tener la necesidad de recurrir a áreas superiores del encéfalo) mediante interneuronas se activan las motoneuronas que inervan el músculo flexor de la pierna que está pisando el cristal, inhibiendo a las motoneuronas que activan su músculo antagónico, el extensor. Además se envías proyecciones a la otra pierna para estimular el músculo extensor e inhibir el flexor y tener así un mejor punto de apoyo en el suelo con la otra pierna, permitiéndonos levantar la pierna que está pisando el cristal sin perder el equilibrio, evitando que el cristal se hunda en lo profundo de nuestra piel.

Visión de la médula espinal donde se representa la organización de la sustancia gris y blanca y cómo los nervios espinales están conectados con la médula.

Para realizar estas tres funciones la médula espinal cuenta 31 pares de nervios espinales. La organización anatómica que se sigue está determinada por un patrón fundamental de segmentación. De esta forma, los nervios salen de la médula por los agujeros que se forman entre dos vértebras, también denominados agujeros intervertebrales, formando lo que conocemos como segmento medular. Cada uno de estos segmentos contiene dos nervios (un par) que salen a ambos lados de la médula. La correspondencia de la segmentación queda, por lo tanto, supeditada al número de vértebras, de modo que cada par espinal se asocia a una vértebra. La extensión de la médula va desde la primera vértebra cervical hasta la parte superior de la segunda lumbar, por lo tanto la médula es más corta que la columna vertebral. Existen ocho raíces cervicales pero sólo siete vértebras cervicales, con lo cual el nervio C1 surge entre la base del cráneo y la vértebra C1 y el nervio C7 se localiza entre las vértebras C7 y T1. Por lo tanto, la inserción de los nervios espinales no siempre se corresponde con la posición ocupada por los segmentos medulares. A partir del cono medular (parte más caudal de la médula espinal) se forma la denominada cola de caballo. La distribución de los pares espinales en relación a las vértebras en las que se insertan es la siguiente: ocho pares de nervios cervicales (C), doce pares de nervios torácicos (T), cinco pares de nervios lumbares (L), cinco pares de nervios sacros (S) y un par de nervios coccígeos (Coc) (6) . Estructuralmente, los nervios espinales se unen a la médula espinal (por los surcos laterales) a través de dos raíces: la dorsal (surco posterolateral) y la ventral (surco anterolateral). La raíz dorsal contiene los axones de las neuronas sensoriales (llevan la información sensorial de las vísceras, piel y los músculos) cuyo soma se localiza en el ganglio de la raíz dorsal (ubicado muy próximo a la médula espinal). Mediante la raíz dorsal abandonan las fibras eferentes la médula espinal para inervar la musculatura lisa y esquelética, el músculo cardíaco y diferentes glándulas (sistema motor somático y ramas simpática y parasimpática del sistema nervioso autónomo). Basándonos en esta organización, podemos decir que mientras que las raíces son o bien sensoriales (raíz dorsal) o bien motoras (raíz ventral), el nervio espinal es siempre mixto, al estar constituido por fibras sensoriales (somáticas y viscerales) y motoras (somáticas y viscerales). Si analizamos macroscópicamente la anatomía de la médula espinal, podemos observar un ensanchamiento del diámetro de la misma en el nivel cervical y otro en el nivel lumbar. Estos ensanchamientos corresponden a la inserción de los nervios que inervan las extremidades superiores e inferiores, respectivamente. Cada nervio espinal inerva un dermatoma (7) , a excepción de C1 que sólo contiene una raíz dorsal muy rudimentaria.

Organización de la médula espinal. En la figura A vemos la segmentación de la médula en relación a las vértebras. En la figura B se representa la disposición medular en relación a la duramadre.

2.4 Médula espinal.

La médula espinal abarca desde el agujero occipital hasta la segunda vértebra lumbar (en algunos casos la primera). Funcionalmente, este componente caudal del sistema nervioso central está implicado en diferentes aspectos sensoriales y motores en interacción con el encéfalo y con el sistema nervioso periférico. Las órdenes eferentes procedentes del encéfalo que regulan la actividad motora musculoesquelética y autonómica son ejecutadas por neuronas cuyo soma se localiza en la sustancia gris de la médula espinal. Del mismo modo, las señales sensoriales periféricas somáticas y viscerales llegan al encéfalo a través de la médula espinal. Localmente, también se pueden poner en marcha circuitos sinápticos funcionales que permitan una respuesta trabajando con bastante autonomía en relación a las órdenes descendentes del encéfalo, se trata de los reflejos medulares.

Sección de una vértebra torácica.

2.4.1 Organización de la médula espinal.

Anteriormente hemos visto que el encéfalo estaba compuesto por somas y dendritas neuronales, que conformaban la denominada sustancia gris, y proyecciones axónicas (fundamentalmente mielinizadas) que conformaban la sustancia blanca (denominada de esta manera debido al aspecto que le confiere las vainas de mielina producidas por los oligodendrocitos). Esta organización interna también se da en la médula espinal. En la parte central de la misma podemos observar los somas y las dendritas neuronales así como interneuronas enteras (soma y proyecciones) que no abandonan cada segmento (sustancia gris), mientras que rodeándola se localizan los axones que se dirigen hacia el encéfalo, que salen fuera de la médula espinal mediante la raíz ventral, que entran a través del ganglio de la raíz dorsal, o que comunican diferentes segmentos medulares. En la sustancia gris se distinguen tres zonas: el asta dorsal, la zona intermedia y el asta ventral, mientras que en la sustancia blanca distinguimos diferentes columnas de fibras nerviosas: la columna blanca dorsal, la columna blanca lateral y la columna blanca ventral.

Organización de la médula espinal en relación a los nervios espinales.

Sección de la médula espinal, donde se observa la organización interna de la médula espinal, que al igual que el encéfalo está compuesta tanto se sustancia gris como de sustancia blanca.

A lo largo de este punto vamos a hacer una descripción de esta organización. Comenzaremos con la sustancia gris para terminar con la caracterización anatómica y funcional de la sustancia blanca.

2.4.2 Sustancia gris.

Mediante un corte transversal podemos observar que la sustancia gris se encuentra dispuesta de forma simétrica en la parte central de cada lado de la médula espinal. Ambas zonas no se encuentran separadas sino unidas por la comisura gris, la cual es atravesada por el canal central. Desde una localización dorsal hasta una ventral, podemos distinguir tres zonas diferenciadas: el asta dorsal o posterior, la zona intermedia (8) y el asta ventral o anterior.

En la superficie de la médula hallamos una serie de surcos. Podemos distinguir varios surcos tanto en la cara ventral como dorsal de la médula.

Tal como veíamos en puntos previos, que la estructura laminar era una constante en el sistema nervioso, la médula espinal también presenta una estructura de láminas longitudinales dispuestas en toda su extensión. En 1952 el neuroanatomista Rexed identificó dichas láminas en la médula espinal del gato. Posteriormente, se ha comprobado que dicha organización es característica de otros mamíferos como, por ejemplo, el ser humano. La lámina I es la zona marginal, que se corresponde a una estrecha capa de sustancia gris que cubre la sustancia gelatinosa o lámina II. De la lámina III a la lámina VI se forma el cuerpo del asta dorsal o posterior. La lámina VII corresponde a la sustancia gris intermedia (incluido el núcleo de Clarke) y algunas prolongaciones al asta ventral o anterior. La lámina VIII, por su parte, incluye algunas de las regiones interneuronales del asta ventral. La lámina IX corresponde a las motoneuronas del asta ventral que inervan músculos como el diafragma, el esternocleidomastoideo o el trapecio. Por último, la lámina X constituye la sustancia gris que rodea el canal central.

Ensanchamientos cervical y lumbar de la médula espinal.

Estructura laminar de la médula espinal con la localización de los principales núcleos y su función.

Existen diferentes tipos neuronales en la sustancia gris de la médula espinal. Por una parte, podemos distinguir las neuronas de proyección, es decir aquellas cuyo soma se localiza en la sustancia gris de la médula espinal pero proyecta sobre otras divisiones del sistema nervioso. Dentro de las neuronas de proyección, tenemos las neuronas de proyección motora, cuyo soma se localiza en el asta ventral, en la zona intermedia o en el asta lateral de la médula espinal y proyecta hacia la musculatura esquelética, la musculatura lisa, la musculatura cardiaca y a determinadas glándulas (9) . Otro tipo de neurona de proyección, son las neuronas de proyección sensorial que llevan información somática o visceral de la periferia y envían sus axones hacia el encéfalo. Estas neuronas son neuronas sensoriales secundarias, ya que las neuronas primarias son aquellas cuyo soma se localiza en el ganglio de la raíz dorsal. En segundo lugar, otro tipo neuronal funcional básico son las interneuronas. Se trata de neuronas locales cuyos axones no salen de la médula espinal, y en algunos casos ni del propio segmento medular. Dentro de este tipo de neuronas locales están las interneuronas segmentales que son las interneuronas con las prolongaciones más cortas, ya que comunican zonas de la sustancia gris del mismo segmento y del mismo lado en relación a la línea media. Otras interneuronas son las comisurales, también se localizan en el mismo segmento medular pero pasan al otro lado de la médula espinal a través de la sustancia gris comisural. Un tercer tipo de interneuronas son las propioespinales, cuyas prolongaciones se extienden a diferentes segmentos medulares.

Sección transversal de la médula espinal.

2.4.3 Sustancia blanca.

A cada lado de la línea media se distribuyen los tractos (10) que conforman la sustancia blanca de la médula espinal. Estos grupos de fibras se organizan formando tres columnas a cada lado de la línea media: las columnas blancas dorsal, lateral y ventral. En general, estos tractos se encuentran conformados por los axones descendentes de diferentes estructuras encefálicas, y por las prolongaciones centrales de las neuronas sensoriales primarias (soma localizado en el ganglio de la raíz dorsal) y secundarias (soma localizado en la médula espinal). Las interneuronas propioespinales forman tractos ascendentes y descendentes que comunican diferentes segmentos medulares (tractos propioespinales). El encéfalo, por su parte, envía proyecciones descendentes a la médula espinal, tanto motoras como de modulación sensorial, mientras que la propia médula y las neuronas sensoriales primarias constituyen las proyecciones ascendentes que llegan hasta diferentes niveles del encéfalo. La columna blanca dorsal está compuesta por los axones de las neuronas primarias sensoriales, es decir, aquellas neuronas que ascienden a nivel medular sin sinaptar en el transcurso de su trayecto. Aquí distinguimos dos fascículo (11) : el fascículo de Burdach (también denominado fascículo de Bekhterev o cuneiforme) y el fascículo de Goll (también denominado fascículo delgado o grácil). El fascículo de Burdach está constituido por el haz de fibras localizado en la parte externa del cordón posterior de la médula espinal (lateralmente al de Goll) que transmite la información sensorial de los segmentos torácicos y cervicales hasta la oliva bulbar. Desde el encéfalo este haz de fibras nace en el tálamo óptico y en la región subtalámica, recibiendo un número importante de fibras procedentes del núcleo rojo, terminando en la oliva bulbar. El fascículo de Goll está constituido por un haz de fibras sensoriales que entran por los segmentos sacros, lumbares y torácicos inferiores y se extienden por la parte más interna de los cordones posteriores de la médula espinal (por dentro del fascículo de Burdach).

Representación del trayecto del sistema de la columna blanca dorsal/lemnisco medial. La información sensorial proviene directamente de la neurona cuyo soma se localiza en el ganglio de la raíz dorsal sin hacer sinapsis en la médula espinal. Esta neurona sinapta a nivel bulbar en uno de los núcleos de la columna dorsal, donde la información se contralateralizará para alcanzar a través del lemnisco medial el núcleo ventral posterolateral del tálamo.

En las columnas blancas lateral y ventral distinguimos una serie de vías ascendentes y descendentes. Las ascendentes surgen de la médula espinal formadas por las proyecciones de diferentes neuronas sensoriales que transmiten información visceral y somática. En general, se trata de fibras que se decusan, es decir que transmiten la información de la parte contralateral del cuerpo. Las neuronas viscerales de la zona intermedia proyectan hacia el hipotálamo, mientras que las somáticas del asta dorsal y de la zona intermedia lo hacen a diferentes regiones del tronco del encéfalo, hacia el tálamo (núcleos intralaminares y núcleo ventral posterolateral) y al cerebelo.

Representación del sistema anterolateral (la rama espinotalámica). Las neuronas sensoriales cuyo soma se localiza en el ganglio de la raíz dorsal hacen sinapsis en la sustancia gris de la médula espinal, directamente sobre las neuronas de proyección o bien sobre interneuronas. Las neuronas de proyección se decusarán y ascenderán por el sistema anterolateral hasta alcanzar diferentes regiones de la formación reticular, el colículo superior y el núcleo ventral posterolateral del tálamo. En la figura únicamente se representan aquellas que se dirigen al tálamo, no obstante el esquema anatómico es similar para la vía que se dirige a la formación reticular y la que se dirige al colículo superior.

En relación a las vías ascendentes que llegan al tronco podemos distinguir: el tracto espinorreticular (se asocia anatómicamente a las vías que llegan hasta el tálamo) que acaba en la formación reticular del bulbo (núcleo reticular gigantocelular y núcleo reticular lateral), en la formación reticular de la protuberancia (núcleos reticulares pontinos) y en la formación reticular del mesencéfalo; el tracto espinomesencefálico o espinotectal (asociado al tracto espinotalámico anterior) que llega hasta los colículos superiores, estableciendo conexiones en su trayecto con la sustancia gris periacueductal. Por lo que se refiere a las vías ascendentes que llegan al tálamo: el tracto espinotalámico lateral es un conjunto de axones que transmite al encéfalo la información referente al dolor y la temperatura, para ello sinapta en su trayecto con el bulbo y la protuberancia (formación reticular), y concluye en el núcleo ventral posterolateral del tálamo; el tracto espinotalámico anterior que transmite la información somatosensorial enviando proyecciones a su paso al bulbo (formación reticular) y al mesencéfalo (sustancia gris periacueductal), para acabar en los núcleos intralaminares y en el núcleo ventral posterolateral del tálamo. En referencia a las vías de la médula espinal al cerebelo, destacar que los tractos espinocerebeloso rostral y el espinocerebeloso ventral transmiten la información relacionada con la actividad de las vías motoras descendentes. Éste último surge a partir de las proyecciones de las células limitantes de la zona intermedia cuyos axones se decusan antes de abandonar la médula espinal, llegan hasta el cerebelo y vuelven a decusarse al lado contralateral. Asociado a estos tractos existe otro conjunto de fibras que no termina directamente en el cerebelo sino en la oliva inferior, se trata del tracto espinoolivar. Otro de los tractos espinales que llega al cerebelo es el espinocerebeloso dorsal, el cual se origina a partir de las proyecciones de las neuronas sensoriales somáticas del núcleo dorsal de Clarke proyectando a la vermis y la zona intermedia del hemisferio cerebelar. Se trata de un tracto que asciende ipsilateralmente, no obstante cuando abandona el cerebelo se dirige al tálamo contralateral (núcleo ventral posterolateral). El tracto espinocerebeloso dorsal proporciona al cerebelo aquella información propioceptiva y cutánea del tronco y de las extremidades, información que será de crítica importancia para el papel que desempeña el cerebelo en la modulación del movimiento. En general, es posible destacar que a excepción de los tractos que la media espinal envía al cerebelo, el resto de fibras se contralateralizan llevando información al encéfalo del lado opuesto del cuerpo (en relación a la línea media). Además de las proyecciones ascendentes, por las columnas blancas lateral y ventral también transcurren proyecciones descendentes que se originan en diferentes puntos del encéfalo. Un porcentaje de estos axones que se originan en el encéfalo proyectan sobre interneuronas del asta posterior modulando la transmisión de la información sensorial que asciende hacia el propio encéfalo. Otras de las proyecciones descendentes se originan en diferentes regiones del tronco y de la médula espinal, y actúan sobre las neuronas motoras del sistema nervioso autónomo. Las vías motoras viscerales, fundamentalmente descienden a través de la columna blanca lateral terminando en las neuronas motoras de la lámina VII y en los núcleos motores simpáticos y parasimpáticos. Dentro de estas fibras motoras viscerales tenemos: las fibras hipotalámicas (se originan en el hipotálamo y son ipsilaterales), las fibras pontinas (se originan en el núcleo de Edinger-Westphal, en el locus coeruleus, grupo A5 y son ipsilaterales) y las fibras bulbares (se originan a nivel bulbar en el núcleo del tracto solitario y son bilaterales). Por otro lado, en la corteza cerebral y en el tronco del encéfalo se originan los tractos que conducen las órdenes motoras hasta las motoneuronas localizadas en el asta anterior de la médula espinal. Se trata de fibras mielinizadas. Concretamente, por la columna blanca lateral descienden las fibras motoras somáticas siguientes: el tracto corticoespinal lateral (se origina en la corteza y es contralateral), el tracto rubroespinal (se origina en el núcleo rojo y es contralateral) y el tracto reticuloespinal lateral, también denominado bulbar o lateroventral (se origina en el núcleo reticular gigantocelular del bulbo y es bilateral).

Representación del tracto cortico espinal lateral.

Representación del tracto cortico espinal ventral

Las vías que descienden desde las neuronas situadas en la zona de representación de la cara en la corteza motora abandonan la vía córtico-espinal en diferentes niveles del tronco del encéfalo para inervar núcleos sensoriales y motores de los pares craneales, formando así las vías córtico-bulbares. En la figura se representan las proyecciones desde la corteza primaria al núcleo motor del nervio facial.

Las fibras motoras somáticas que descienden por la columna blanca ventral son: el tracto corticoespinal ventral (que se origina en la corteza y es ipsilateral), el tracto tectoespinal (que se origina en el colículo superior y es contralateral), el tracto reticuloespinal medial o pontino (que se origina en los núcleos reticulares oral y caudal de la protuberancia y es ipsilateral), el tracto vestibuloespinal lateral (que se origina en el núcleo vestibular lateral del bulbo y es ipsilateral), el tracto vestibuloespinal medial o fascículo longitudinal medial (que se origina en el núcleo vestibular medial del bulbo y es bilateral), el tracto intersticioespinal o fascículo longitudinal medial (que se origina a nivel mesencefálico en el núcleo intersticial de Cajal y es ipsilateral).

Disposición somatotópica de los axones motores corticales en la cápsula interna, pedúnculo cerebral y tracto córtico-espinal.

Origen en la corteza motora de las proyecciones hacia los tractos córtico-espinales lateral y ventral, y hacia los tractos córtico-bulbares.

2.5 Tronco del encéfalo.

El tronco es el componente más caudal del encéfalo. Sus principales divisiones son el bulbo raquídeo, la protuberancia y el mesencéfalo. El tronco del encéfalo se extiende desde el diencéfalo hasta la médula espinal, quedando en una posición anterior en referencia al cerebelo. La mayor parte de la información sensorial y motora que transcurre entre la periferia y los hemisferios cerebrales pasa a través del tronco del encéfalo, por lo tanto es lógico pensar que este componente desempeñará un papel fundamental en la integración tanto de la información sensorial como de la motora.

En la parte izquierda de la figura se representa el tronco del encéfalo en relación al resto del sistema nervioso central. En la parte derecha se muestra un corte sagital medial donde se puede ver los tres componentes macroscópicos del tronco: mesencéfalo, protuberancia y bulbo.

En general es posible destacar que el tronco constituye un interface de comunicación entre la médula espinal y el resto del encéfalo, además de ser la vía por la que los hemisferios cerebrales pueden comunicarse con el cerebelo. El encéfalo recibe información somática y visceral a través de los nervios craneales e información somática de los brazos, piernas y tronco mediante las vías provenientes de la médula espinal que ascienden a través del tronco. Las fibras descendentes que llegan a la médula espinal a través del tronco portan las órdenes motoras somáticas y viscerales hacia las neuronas que inervarán la musculatura esquelética, lisa, cardiaca y determinadas glándulas. Además, en el tronco también se originan los eferentes somáticos y viscerales de los nervios craneales. El tronco del encéfalo, al igual que ocurría con la médula espinal, puede utilizar la información para organizar diferentes circuitos locales que regularán actos motores reflejos. También se ha podido comprobar que en el tronco del encéfalo se organizan una serie de proyecciones difusas que influyen sobre la excitabilidad de gran parte de las neuronas del sistema nervioso central.

2.5.1 Componentes principales del tronco del encéfalo.

Tal como hemos visto hasta de ahora, las principales divisiones del tronco del encéfalo son el bulbo raquídeo, la protuberancia y el mesencéfalo. El bulbo raquídeo constituye la porción más caudal del tronco del encéfalo, comienza en las pirámides bulbares (que normalmente se localizan a nivel de agujero occipital) y termina en el surco bulbopontino (o borde caudal de la porción basilar pontina) donde se ensancha su estructura rostralmente. En una visión posterior del tronco queda limitado de la protuberancia a través del borde caudal de los pedúnculos cerebelosos medio e inferior. La protuberancia (también denominada puente) se extiende desde el surco bulbopontino hasta el surco superior. La protuberancia se localiza anterior al cuarto ventrículo y al cerebelo. Éste último queda unido a la protuberancia mediante los pedúnculos cerebelosos superior, medio e inferior. El mesencéfalo se extiende desde el surco superior hasta el tálamo. A cada lado de la línea media, en la superficie ventral del tronco del encéfalo observamos los pedúnculos cerebrales. En la superficie dorsal se localizan los colículos superiores e inferiores (12) .

Visión ventral del tronco del encéfalo. En la figura también se muestran algunos componentes del diencéfalo y los nervios espinales que se localizan a nivel troncoencefálico.

2.5.2 Organización del tronco del encéfalo.

El tronco del encéfalo presenta una organización anatomofuncional muy similar a la de la médula espinal. De todas formas, estructuralmente podemos observar que el tronco encefálico queda organizado alrededor del sistema ventricular: el canal central, el cuarto ventrículo y el acueducto de Silvio. Si hacemos un corte transversal a la altura de cualquiera de las regiones que quedan en una posición rostral al óbex, podremos identificar tres áreas generales. Por un lado un área que queda posterior al espacio ventricular. La única parte donde esta porción contiene tejido neuronal de forma sustancial es en el mesencéfalo. Esta región se denomina tectum, y en el mesencéfalo se corresponde con los colículos superiores e inferiores. En segundo lugar, tenemos una zona que queda anterior al espacio ventricular. Esta área anterior se denomina tegmentum. El tegmentum contiene algunas de las vías descendentes, las vías ascendentes de la médula espinal al encéfalo, los tractos y los núcleos de los nervios craneales y la formación reticular. En tercer y último lugar, en la superficie anterior del tronco quedan expuestas algunas estructuras, se trata de la base. La base contiene vías descendentes que van de la corteza a la médula espinal, a algunos de los núcleos de los nervios craneales o a los núcleos pontinos (los cuales, por su parte proyectan hacia el cerebelo). Esta región ventral también contiene los haces de fibras de los pedúnculos cerebrales, la protuberancia basal y las pirámides bulbares. En el nivel del bulbo caudal, las tres subdivisiones (tectum, tegmentum y base) quedan dispuestas alrededor del canal central. Un análisis de la estructura interna de los tres componentes del tronco nos permite observar que la sustancia gris queda acotada formando diferentes núcleos que se encuentran diseminados a diferentes niveles en el tronco. Entre los núcleos, y alrededor de ellos se disponen las fibras de sustancia blanca que comunican los niveles inferiores de organización (sistema nervioso periférico y médula espinal) con el resto del encéfalo.

En la figura se presentan dos secciones transversales (A y B) del tronco del encéfalo donde se pueden localizar los núcleos y tractos más relevantes. Siguiendo el orden de la figura desde la sección que queda en la parte superior de la figura hasta la sección de la parte inferior, los cortes están realizados a diferentes niveles del mesencéfalo.

Cada división del tronco del encéfalo tiene sus propios núcleos. No obstante, se ha podido comprobar que hay dos componentes que son comunes a las divisiones del tronco del encéfalo. Por una parte, tenemos la formación reticular troncoencefálica, en cuyas zonas más superiores se origina un sistema que proyecta a través de relevos sinápticos (principalmente, los núcleos intralaminares del tálamo) al córtex donde produce cambios en la excitabilidad neuronal. La formación reticular troncoencefálica está constituida por una amalgama de neuronas agrupadas en núcleos más o menos definidos que se encuentran implicadas en diferentes vías de comunicación sensoriomotora. Estructuralmente, se organizan formando tres columnas longitudinales: la columna lateral, la columna medial, y la columna paramediana. La columna lateral se caracteriza por contener neuronas parvocelulares, mientras que en la medial lo que abunda son las neuronas magnocelulares. En la columna medial se ubican los núcleos reticulares pontinos oral y caudal y el núcleo reticular gigantocelular, mientras que en la columna paramediana se disponen longitudinalmente los núcleos del rafe.

En la figura se presentan los diferentes núcleos de la formación reticular.

El segundo componente común ya lo hemos comentado extensamente en puntos anteriores, se trata de los núcleos de los nervios craneales. Por lo que se refiere a los núcleos propios, destacar que en el tectum del mesencéfalo podemos localizar los colículos superiores (procesamiento visual fundamentalmente aunque también reciben información auditiva, vestibular y somática, lo cual hace que participen en mecanismos de integración sensorial) y los colículos inferiores (relacionados con el procesamiento de la información auditiva). La corteza cerebral proyecta sobre los colículos superiores, éstos mediante el tracto tectoespinal envían sus axones a la médula. El tectum a nivel de la protuberancia está constituido por el cerebelo y el cuarto ventrículo (vela medular), mientras que en el bulbo lo forman las columnas blancas dorsales y sus núcleos (delgado y cuneado). Por su parte, el tegmentum mesencefálico contiene diferentes núcleos. Entre estos núcleos, podemos destacar por su importancia funcional el núcleo rojo, la sustancia negra, al área tegmental ventral y a la sustancia gris periacueductal. Los axones del núcleo rojo forman los tractos rubroespinales que, tal como su nombre indica, llegan hasta la médula espinal. La sustancia negra, por su parte, tiene dos zonas diferenciadas: la parte compacta y la parte reticulada. Es en esta región donde se originan diferentes haces de fibras que se dirigen al diencéfalo, a los ganglios basales y a la corteza cerebral. Entre estas fibras destaca la vía dopaminérgica nigroestriada por su implicación en la etiopatogenia de la enfermedad de Parkinson. Medial a la sustancia negra, se localiza el área tegmental ventral, la cual recibe aferencias prosencefálicas de la corteza prefrontal, del núcleo accumbens, núcleo del lecho de la estría terminal, de la sustancia innominada, de la banda diagonal de Broca, del área preóptica lateral y del hipotálamo lateral. Asimismo recibe proyecciones troncoencefálicas de los colículos superiores, de la sustancia negra, del rafe dorsal, del núcleo parabraquial y del núcleo dentado del cerebelo. Funcionalmente las neuronas del área tegmental ventralse ha relacionado con los mecanismos de refuerzo cerebral y con la puesta en marcha de conductas, sobre todo aquellas que son importantes para el bienestar y supervivencia del organismo y/o de la especie. Estas neuronas parecen tener tienen las propiedades anatómicas y fisiológicas ideales para codificar cómo una determinada señal puede llegar a guiar la adquisición de la información relevante para la consecución de metas que resultan de gran importancia para un organismo. Inicialmente, las neuronas del área tegmental ventral activan ante la presentación de estímulos reforzantes para el individuo que son de naturaleza impredecible, como por ejemplo la presentación inesperada de un alimento apetitoso como el chocolate. Con la experiencia, estas neuronas se activan ante las claves que predicen el refuerzo y no ante los propios refuerzos, es decir ante aquellos estímulos que predicen la administración del chocolate. Estas respuestas neurales disminuyen con la experiencia, posiblemente debido a que puedan trasladarse al contexto ambiental inicial que predecía la aparición del refuerzo. Las neuronas del área tegmental ventralson también inhibidas cuando un refuerzo esperado es suprimido; esto codifica el grado por el cual un refuerzo, o una clave que predice un refuerzo, puede llegar a resultar sorprendente. Finalmente, la sustancia gris periacueductal es una región celular que rodea el acueducto de Silvio. En esta región se establece una importante integración de diferentes señales sensoriales y endocrinas, además forma parte de un circuito que modula el procesamiento de la información dolorosa. En el tegmentum de la protuberancia (calota) se localiza el núcleo olivar superior, el núcleo accesorio de la oliva y el núcleo del cuerpo trapezoides. Estos tres núcleos juntos conforman el denominado complejo de la oliva superior, que recibe información auditiva y proyecta, a través del lemnisco lateral, a diferentes zonas encefálicas. En la zona laterodorsal aparece los pedúnculos cerebelosos. En el istmo (13) el tegmentum se estrecha. Es aquí donde se localizan los núcleos parabraquiales, que intervienen en el procesamiento del gusto y de diferentes tipos de información visceral y el locus coeruleus. El tegmentum a nivel del bulbo, podemos encontrar los tractos ascendentes de la médula espinal, el lemnisco medial (14) y el complejo de la oliva inferior. Por lo que se refiere a la base del mesencéfalo, en esta se localiza la base de los pedúnculos cerebrales. Mientras que en la base de la protuberancia podemos encontrar los tractos que descienden de forma dispersa desde la corteza cerebral. Se localizan en la base los núcleos pontinos que proyectan, mediante las fibras transversas, al cerebelo. La base bulbar está formada por las pirámides bulbares.

2.5.3 Vías del tronco del encéfalo.

Hasta de ahora hemos visto la organización interna del tronco del encéfalo. Ahora entraremos a describir las principales vías de comunicación que se establecen entre los diferentes niveles del tronco con la médula espinal y el resto del encéfalo. En relación a la información ascendente, por el tronco transcurren las vías ascendentes de los núcleos sensoriales de los nervios craneales. Por el tronco también pasan las vías ascendentes de los núcleos de las columnas dorsales. Las neuronas sensoriales cuyo soma se ubica en el ganglio de la raíz dorsal entran en la médula espinal y, sin hacer sinapsis, llegan hasta los núcleos de las columnas dorsales. De ahí, una segunda neurona se decusa para llegar (mediante el lemnisco medial) hasta los núcleos ventral posteromedial y posterolateral del tálamo.

Representación del lemnisco lateral en relación al sistema auditivo.

Las vías ascendentes de la formación reticular se originan en la columna medial y proyectan fundamentalmente a diferentes regiones del diencéfalo, núcleos subcorticales y cerebelo. Además de estas proyecciones, existe una serie de circuitos internos en el tronco del encéfalo. Estos circuitos locales, al igual que sucedía en la médula espinal, pueden poner en marcha actos motores reflejos al integrar las señales sensoriales que llegan a los núcleos de los nervios craneales con la respuesta eferente. Se ha demostrado que muchas neuronas de la formación reticular intervienen como relevos en estos circuitos internos.

Por lo que se refiere a las vías descendentes, en el tronco del encéfalo encontramos tres tipos fundamentales: las vías motoras somáticas, las vías motoras viscerales o autónomas y las vías que intervienen en la modulación sensorial. Las vías motoras somáticas descienden ipsilateralmente, contralateralmente y bilateralmente por las columnas blancas lateral y ventral para alcanzar la zona intermedia de la médula espinal o para sinaptar directamente con las motoneuronas ubicadas en el asta ventral de la médula espinal. Dentro de este tipo de fibras destacan: el tracto rubroespinal, el tracto tectoespinal, los tractos reticulares (el reticuloespinal lateral o bulbar y el reticuloespinal medial o pontino), los tractos vestibulares (el tracto vestibuloespinal lateral y el tracto vestibuloespinal medial), y las fibras difusas provenientes del locus coeruleus (protuberancia) y de diferentes núcleos del rafe (bulbo).

Vías ascendentes de la formación reticular medial.

Vías descendentes de la formación reticular.

Las vías motoras autónomas descienden ipsilateralmente en la columna blanca lateral de la médula espinal para alcanzar las neuronas motoras viscerales de la zona intermedia. Este tipo de fibras se originan en algunas neuronas reticulares y en varios núcleos del tronco, como el núcleo de Edinger-Westphal, el locus coeruleus, el núcleo del tracto solitario, el núcleo magno del rafe. Las vías de modulación sensorial, por su parte, se originan a diferentes niveles como, por ejemplo, aquellas que lo hacen a nivel mesencefálico en la sustancia gris periacueductal, o aquellas que lo hacen a nivel bulbar en el núcleo magno del rafe. Además de estas vías el tronco también tiene conexiones con el cerebelo. Estas vías se originan fundamentalmente en la oliva inferior y en los núcleos pontinos. De esta forma, puede llegar al cerebelo diferentes tipos de información sensorial y motora.

2.6 Tálamo.

El diencéfalo es un conjunto heterogéneo de células que ocupan la parte central en el encéfalo anterior. Está constituido por una gran masa nuclear central denominada tálamo, con el epitálamo por encima, el subtálamo caudal y ventral y el hipotálamo anterior y ventral. Ocupando prácticamente toda la extensión antero-posterior del diencéfalo, encontramos al tálamo, que es la división del diencéfalo que se localiza en una posición más dorsal. El tálamo está constituido por dos grandes masas de núcleos con una forma que recuerda una pelota de rugby, que se sitúan por fuera del tercer ventrículo, anterior a los tubérculos cuadrigéminos y medial al núcleo caudado. Está constituido fundamentalmente por sustancia gris, aunque podemos encontrar localizadas diferentes formaciones de sustancia blanca.

Posición del diencéfalo en los hemisferios cerebrales.

Ventral al tálamo queda el hipotálamo. Éste es una estructura que se encuentra localizada en la parte basal del encéfalo anterior, demarcada caudalmente por el tegmento mesencefálico y rostralmente por el quiasma óptico (15) . Los límites del hipotálamo vienen determinados en la superficie ventral por el quiasma óptico, el tallo infundibular y los cuerpos mamilares. De esta forma, todas las estructuras que se disponen en una posición dorsal a estos tres puntos de referencia, y que quedan por debajo del tálamo, es lo que constituye los diferentes núcleos del hipotálamo. Adyacente al mesencéfalo, en la parte posterior dorsal, se localiza el epitálamo que está conformado por la estría medular, la glándula pineal y la habénula. La estría medular se origina en la base de la epífisis dirigiéndose al límite interno del triángulo de la habénula y ocupando el ángulo formado por las caras superior e interna del tálamo. La estría medular se une a los pilares anteriores del trígono hasta llegar a la sustancia gris. La glándula pineal queda localizada en la parte posterior del techo del tercer ventrículo a nivel de la línea media. Al igual que la hipófisis, esta estructura es impar y se encuentra íntimamente relacionada con la regulación neuroendocrina. Si analizamos la anatomía macroscópica de la parte posterior del tronco del encéfalo, podremos observar que se localiza en una posición dorsal a los colículos superiores del mesencéfalo. Esta glándula está funcionalmente implicada en la regulación de los ritmos circadianos, sobre todo en aquellos donde la información visual tiene un peso fundamental. La glándula pineal secreta melatonina, sintetizada a partir de la ruta neuroquímica de la serotonina. En forma de brida, adyacente al tálamo, y a ambos lados de la glándula pineal se localiza la habénula. Algunas evidencias experimentales han sugerido que la habénula podría formar parte de una puerta de enlace entre el hipotálamo y el mesencéfalo para el control y la regulación de diferentes procesos emocionales. Por debajo del tálamo y posterior al hipotálamo se extiende el subtálamo hasta llegar al mesencéfalo, concretamente a la sustancia negra.

Visión sagital medial de los diferentes componentes del diencéfalo.

2.6.1 Características anatómicas.

Constituye aproximadamente el 80% del diencéfalo. Esta masa de núcleos, se extiende inferiormente hasta el surco hipotalámico, anteriormente hasta el agujero interventricular, posteriormente hasta el mesencéfalo, superiormente hasta la fisura cerebral transversa y el suelo del ventrículo lateral. El tálamo se encuentra compuesto por diferentes núcleos que pueden distinguirse por su localización topográfica dentro del propio tálamo y por sus patrones de conexión. En el interior del tálamo, los núcleos se organizan alrededor de la lámina medular interna, una delgada capa de fibras mielinizadas que atraviesa el tálamo de siguiendo las coordenadas antero-posterior. En general distinguimos siete grandes grupos nucleares: 1. anterior, 2. medial, 3. lateral, 4. ventral, 5. reticular,

6. intralaminar, 7. núcleos de la línea media.

En la figura superior vemos la posición anatómica que ocupa el tálamo en el encéfalo. En la parte inferior derecha vemos una visión dorsal de ambos tálamo con las subdivisiones nucleares.

Los principales núcleos que conforman estos siete grupos presentan una gran diversidad en cuanto a su organización citoarquitectónica. En el grupo anterior tenemos el núcleo anterior medial, el núcleo anterior dorsal y el núcleo anterior ventral. En el grupo medial se localizan los núcleos dorsomedial y medial. El grupo de núcleos lateral está constituido por los núcleos lateral dorsal, lateral posterior y pulvinar. El grupo ventral está compuesto por los núcleos ventral anterior, ventral lateral oral y caudal, ventral posterolateral, ventral posteromedial, ventral posteroinferior, geniculado lateral y geniculado medial. En el grupo reticular se localiza el núcleo reticular que forma una cápsula que rodea la superficie lateral del tálamo. Dentro del grupo intralaminar uno de los más característicos es el centromediano-parafascicular. Y por último, tenemos el grupo de la línea media que forma la superficie medial de cada tálamo. En general, podemos dividir los diferentes núcleos talámicos en tres grandes bloques anatomofuncionales: los núcleos de asociación, los núcleos de relevo de la información sensorial, y los núcleos de proyección difusa. Dentro de los núcleos de asociación, los principales son el dorsomedial, el lateral posterior y el pulvinar. En el cerebro humano existen dos grandes áreas de asociación, una es el córtex de asociación parietooccipito-temporal (que se encuentra conformado por un área rodeada por la corteza somatosensorial primaria, auditiva y visual), y la otra es la corteza prefrontal. Se ha podido comprobar que el núcleo dorsomedial del tálamo se encuentra interconectado con la corteza prefrontal. La lesión bilateral de este núcleo talámico, o de las conexiones que lo unen a la corteza prefrontal, tiene el mismo efecto que la propia lesión de esta área de asociación cortical. Los núcleos lateral posterior y pulvinar establecen conexiones con la corteza de asociación parieto-occipito-temporal. En núcleo pulvinar humano es más amplio y está más desarrollado que en cualquier otro mamífero. La función del complejo pulvinar-lateral posterior es hoy por hoy desconocida. Algunos autores han sugerido que este complejo podría estar implicado en algunos aspectos de la atención o de la percepción visual o incluso en el lenguaje. Por lo que se refiere a los núcleos talámicos de relevo, hay que tener presente que se trata de estaciones intermedias de procesamiento de la información que llegará a la corteza cerebral. No sólo constituyen un simple relevo de la información (tal como su nombre indica) sino que en las neuronas que conforman estos núcleos se da un procesamiento y una manipulación de los diferentes tipos de información sensorial. Es en estos núcleos donde parece darse el primer paso de la percepción consciente sensorial. Los núcleos talámicos de relevo de la información sensorial proyectan a diferentes áreas de la corteza mediante las vías talamocorticales, a su vez la corteza regula la información que le es enviada desde estos núcleos, proyectando a través de las vías corticotalámicas.

Los núcleos del grupo ventral reciben diferentes aferencias sensoriales y parece ser que cada uno interviene en el procesamiento de una modalidad diferente (16) . Dentro de la división ventral de los núcleos de relevo, también existen núcleos de relevo motor que reciben información de carácter motor desde estructuras que se encuentran implicadas en diferentes aspectos moduladores del control motor, como lo es el cerebelo o el estriado. El tálamo actúa como un interface de la información de carácter motor. Los grupos anterior y medial permiten que la información que llega al hipotálamo pueda ser transmitida hacia la corteza, asegurando el buen funcionamiento de los mecanismos conductuales, motores, neuroendocrinos y autonómicos que mantienen en constante equilibrio el medio interno del organismo y favorecen las respuestas adaptativas para la supervivencia del individuo o para la perpetuación de su especie. Por último, el grupo lateral transmite información a las mismas regiones de la corteza desde las que recibe su información, sería como una especie de estación de relevo de las propias señales corticales.

Principales núcleos talámicos de relevo con sus aferencias y sus eferencias a la corteza.

En referencia a los núcleos de proyección difusa, un aspecto que hemos de tener presente es que se trata de núcleos cuya conectividad no está restringida a áreas concretas de la corteza cerebral, sino que forman un amplio despliegue de conexiones. Entre estos núcleos destaca por un lado el núcleo reticular talámico, ya que desempeña una función sobre el control de la actividad general que se produce en la corteza, y los núcleos intralaminares y de la línea media, que permiten la convergencia en el tálamo de la información procedente de distintas zonas encefálicas y de la médula espinal, para distribuirla a amplias regiones corticales. Este sistema de núcleos, se ha podido comprobar que establece también patrones de conexión con los núcleos de relevo talámicos y con diferentes regiones subcorticales. Uno de los componentes de los núcleos intralaminares que más se ha estudiado, sobre todo por sus implicaciones clínicas y funcionales, ha sido el núcleo centromediano-parafascicular. Este complejo nuclear constituye un componente caudal de los núcleos intralaminares del tálamo estratégicamente localizado en una posición medial en el cerebro y que presenta, a su vez, una gran variedad de conexiones neuroanatómicas que lo relacionan funcionalmente con estructuras y sistemas implicados en mecanismos de activación general del sistema nervioso. A pesar de que la distribución cortical de los axones talamocorticales provenientes de los núcleos intralaminares parece darse de forma general e inespecífica sobre las capas superficiales del córtex, existen evidencias experimentales que han mostrado que diferentes miembros de los núcleos intralaminares tienen diferentes áreas de proyección cortical. Las proyecciones corticales de los núcleos mediales y rostrales se distribuyen principalmente sobre áreas mediales y orbitales de la corteza prefrontal y de la ínsula, mientras que los núcleos intralaminares más laterales y caudales proyectan sobre el córtex motor y agranular asociado. Los núcleos intralaminares también envían conexiones al estriado, de una forma general e inespecífica, y la parte posterior también proyecta a la amígdala.

Núcleos intralaminares del tálamo. CPF: córtex prefrontal; CS: colículo superior; FR: formación reticular.

En el complejo centromediano-parafascicular se pueden distinguir tanto neuronas de proyección como interneuronas y otras células con amplias ramificaciones dendríticas. Filogenéticamente, se encuentra presente en todos los mamíferos, no obstante el complejo centromediano-parafascicular aparece más tarde en la escala evolutiva. De esta forma, lo que podemos identificar como núcleo parafascicular en la rata, correspondería al complejo centromedianoparafascicular en primates y gatos. En aves, recientes evidencias sugieren que la zona dorsal talámica se correspondería al complejo de núcleos intralaminares y de la línea media de los mamíferos. Concretamente, parece ser que el núcleo dorsointermedio posterior del tálamo de las aves es el equivalente al centromediano-parafascicular en mamíferos. Anatómicamente, en el ser humano, existen evidencias contradictorias sobre la subdivisión del complejo centromediano-parafascicular, ya que algunos autores sugieren la existencia de dos partes, mientras que otros postulan tres. El complejo centromediano-parafascicular recibe información de diferentes zonas de la corteza somatosensorial primaria y secundaria, de la corteza prefrontal y de la corteza motora. Las conexiones corticotalámicas se distribuyen de forma contralateral, originándose en las capas V y VI. En referencia a las eferencias, en general, se ha visto que el complejo centromedianoparafascicular está implicado tanto en proyecciones tálamoestriatales como en proyecciones tálamocorticales. En referencia a la proyecciones hacia la corteza, se ha podido comprobar el complejo centromediano-parafascicular proyecta al córtex frontal lateral y a áreas restrictivas motoras frontales y cinguladas, predominantemente sobre las células piramidales de la capa V, y de forma secundaria a áreas somatosensoriales parietales. También se han visto proyecciones corticales distribuidas principalmente sobre áreas mediales y orbitales de la corteza prefrontal y de la ínsula. En general, las proyecciones corticales del complejo centromediano-parafascicular son predominantemente ipsilaterales y presentan una organización laminar específica. También este complejo envía información a diferentes núcleos integrados en el sistema de los ganglios basales como el estriado, el globo pálido y el núcleo subtalámico. Los patrones de finalización de las proyecciones talamoestriatales se organizan siguiendo la quimioarquitectura estriatal. De esta forma, parece ser que la finalización de las fibras de los núcleos centromediano y parafascicular se da exclusivamente en la matriz estriatal. Las proyecciones del complejo centromediano-parafascicular forman sinapsis directas con neuronas de proyección del estriado, así como sinapsis asimétricas con interneuronas colinérgicas estriatales, las cuales conectan a su vez con neuronas de proyección. Funcionalmente, los núcleos intralaminares del tálamo, en general, y el complejo centromediano-parafascicular, en particular, se encuentran estrechamente implicados en diferentes sistemas neurobiológicos que participan en los mecanismos de activación general del cerebro como el sistema reticular activador ascendente, el ciclo sueño/vigilia, el sistema de los ganglios basales-tálamocortical, los sistemas de modulación del dolor, y el sustrato nervioso del refuerzo. Por ello, no es de extrañar que el complejo centromedianoparafascicular se relacione con diferentes procesos funcionales como el control de la conducta motora, la nocicepción, el refuerzo, la facilitación de la transmisión y del procesamiento de la información sensorial e incluso con los procesos de aprendizaje y memoria.

Desde un punto de vista clínico, el complejo centromediano-parafascicular se ha relacionado con diferentes trastornos psiquiátricos y neurológicos que se acompañan de déficit cognitivos. Así, se ha podido comprobar que las lesiones de este mimetizan algunos síntomas negativos de la esquizofrenia. De todas maneras, estudios postmortem de pacientes esquizofrénicos no han encontrado alteraciones volumétricas en el centromediano. Por otro lado, pacientes con corea de Huntington, además de la atrofia estriatal, presentan una pérdida celular en el complejo centromediano-parafascicular. Otros estudios han mostrado la existencia de degeneración celular importante en el complejo centromedianoparafascicular de pacientes con Parkinson. Por otro lado, recientemente Rub y colaboradores han examinado la presencia y severidad de signos patológicos de la enfermedad de Alzheimer relacionados con el citoesqueleto y con la proteína β-amiloide en diversos núcleos intralaminares. Estos autores han podido comprobar que el complejo centromediano-parafascicular se encuentra ligeramente afectado en el estadio II de la enfermedad, marcadamente afectado en los estadios III y IV, y severamente afectado en los estadios V y VII. Por otro lado, diversos estudios con modelos animales han proporcionado evidencias que los núcleos intralaminares del tálamo, y entre ellos el complejo centromediano-parafascicular, podrían estar íntimamente relacionados con la patología del síndrome de Korsakoff. Así, se ha comprobado en ratas que la depleción de tiamina mediante una restricción en la dieta y mediante un tratamiento con piritiamina genera lesiones bilaterales simétricas centradas en los núcleos intralaminares. Estudios neuropsicológicos en humanos han mostrado que este síndrome afecta a la velocidad y la precisión de los sujetos en diferentes tareas que evalúan memoria de trabajo. Además, se ha descrito ampliamente que la afectación de los núcleos de la línea media diencefálica produce una amnesia severa y persistente. Recientemente, se ha comprobado que es la lesión de núcleos talámicos no específicos, como el complejo centromediano-parafascicular, y no las lesiones de los núcleos talámicos anterior y dorsomedial, la que contribuye de forma más crítica a los efectos deteriorantes de esta forma severa de amnesia diencefálica.

Por otro lado, el núcleo reticular talámico, que tal como hemos visto es un importante modulador de la actividad de las neuronas de proyección talamocortical que regula y transfiere la información desde el tálamo al córtex, recibe proyecciones del globo pálido y envía fibras al complejo centromediano-parafascicular. De este modo, los ganglios basales podrían controlar la actividad del complejo centromediano-parafascicular no sólo directamente sino también indirectamente a través del globo pálido y del núcleo reticular talámico.

Las fibras talamocorticales y las fibras corticotalámicas utilizan la cápsula como ruta de comunicación. Ésta esta formada por un haz compacto de fibras entre el núcleo lenticular (lateralmente), el tálamo y la cabeza del caudado (medialmente).

2.6.2 Características funcionales.

Lo primero que tenemos que tener presente es que el tálamo es un centro crítico para el procesamiento de la información sensorial. El tálamo coordina y regula la información sensorial que de la médula espinal, del tronco y del propio diencéfalo llegará hasta la corteza cerebral. Del mismo modo, es crítico para la transmisión de la información desde el hipotálamo, desde el cerebelo y desde diferentes estructuras subcorticales a la corteza. Todas las aferencias sensoriales (a excepción de las olfatorias) antes de llegar a la corteza pasan por el tálamo. Por lo que se refiere a los componentes somatosensoriales del tálamo, parece ser que todas las vías que llevan información somestésica, originadas en la médula o en el tronco del encéfalo, convergen en el complejo ventral posterior del tálamo. Este complejo comprende el núcleo ventral posterolateral y el núcleo ventral posteromedial. El núcleo ventral posterolateral recibe proyecciones del lemnisco medial y de la división espinotalámica que transmiten información somestésica del cuerpo, mientras que el núcleo ventral posteromedial recibe proyecciones del lemnisco trigeminal que transmite la información somestésica de la cara.

De la retina la información llega al núcleo geniculado lateral dorsal del tálamo por medio del nervio óptico. Las fibras del nervio óptico se entrecruzan en el quiasma óptico. Las fibras que se originan en la parte nasal de cada retina cruzan al hemisferio opuesto, mientras que las que se originan en la parte temporal proyectan directamente al hemisferio ipsilateral. Por lo tanto, las fibras originadas en la retina temporal del ojo izquierdo y las originadas en la retina nasal del ojo derecho proyectan hacia el hemisferio izquierdo; y al revés, las fibras originadas en la retina nasal del ojo izquierdo y las originadas en la retina temporal del ojo derecho proyectan hacia el hemisferio derecho. Una vez pasado el quiasma óptico, a los axones de las células ganglionares se les denomina tracto óptico. Dichos axones llegan al núcleo geniculado lateral dorsal del tálamo de forma ordenada y creando un mapa del hemicampo contralateral. Las neuronas del núcleo geniculado lateral dorsal del tálamo mantienen esta topografía en su proyección hacia la corteza visual primaria. Cada núcleo geniculado lateral del tálamo está formado por seis capas celulares (numeradas del uno al seis empezando por la capa más ventral). La disposición del núcleo en capas diferenciadas tiene que ver con el relevo sináptico de distintos tipos de informaciones retinianas. Las capas una y dos contienen neuronas con un cuerpo celular grande y se denominan capas magnocelulares. Estas últimas reciben la información de las células ganglionares de la retina tipo M. El resto de las capas (de la tres a la seis) están formadas por células con un soma más pequeño y, por ello, se denominan capas parvocelulares. Estas últimas reciben la información de las células ganglionares de la retina tipo P. Aparte de las seis capas celulares, también existen muchas neuronas pequeñas que se extienden ventralmente en cada una de las seis capas, que se llaman capas coniocelulares. Seguramente, las capas coniocelulares reciben información de aquellas células ganglionares que no se pueden clasificar ni como tipo M ni como tipo P. Parece ser que podrían ser sensibles a diferentes longitudes de onda. En el núcleo geniculado lateral tenemos una segregación de la información que se origina a partir de los dos tipos de células ganglionares (M y P). Sin embargo, en todas las células del núcleo geniculado lateral del tálamo sus campos receptores visuales son idénticos a los de las células ganglionares que las inervan. El núcleo geniculado lateral derecho recibe información del hemicampo visual izquierdo y el núcleo geniculado lateral izquierdo del hemicampo derecho. En cada núcleo geniculado lateral se mantienen separadas las aferencias provenientes de cada ojo y hay un mapa retinotópico completo. Así, en cada núcleo geniculado lateral, los axones provenientes del ojo ipsilateral hacen sinapsis en las capas dos, tres y cinco; y los del ojo contralateral en las capas uno, cuatro y seis. Los axones de las células que proyectan desde el núcleo geniculado lateral dorsal del tálamo se llaman radiaciones ópticas, y finalizan en las áreas visuales de la corteza occipital.

Representación esquemática del núcleo geniculado lateral del tálamo en relación al relevo de la información visual.

Los núcleos del tálamo anterior (núcleos anterior medial, anterior dorsal y anterior ventral) representan el relevo hipotalámico de la información hacia la corteza. Estos núcleos proyectan a áreas de la corteza cingulada y reciben retroalimentación del hipocampo. Dichos circuitos desempeñan diversas funciones en el aprendizaje y en el control neural de las emociones. Por su parte, el sistema intralaminar talámico se encuentra implicado en la regulación de la sincronización/desincronización cortical. Asimismo, datos recientes indican que este sistema es crítico para que las lesiones talámicas puedan producir signos de amnesia. Estudios conductuales en ratas han demostrado que las lesiones del sistema intralaminar talámico dificultan gran variedad de tareas de aprendizaje. Las neuronas del sistema intralaminar, no sólo inervan áreas corticales, sino también proyectan de forma importante sobre los ganglios basales, especialmente sobre el estriado dorsal, siendo importantes a nivel funcional para diferentes aspectos cognitivos.

2.7 Hipotálamo.

El hipotálamo es una estructura que se encuentra localizada en la parte basal del encéfalo anterior, demarcada caudalmente por el tegmento mesencefálico y rostralmente por el quiasma óptico. Los límites del hipotálamo vienen determinados por unos puntos de referencia claramente visibles en la superficie ventral. El punto más rostral es el quiasma óptico. Caudal a éste queda el tallo infundibular, que es una invaginación emergente de una turgencia ovalada prominente, el tuber cinerum, localizada en el suelo del tercer ventrículo. El tallo infundibular suministra las conexiones neurales y vasculares que utiliza el hipo-tálamo para comunicarse con la glándula pituitaria o hipófisis. El tercer punto de referencia es el que queda más caudal, se trata del constituido por los cuerpos mamilares. De esta forma, todas las estructuras que se disponen en una posición dorsal a estos tres puntos de referencia (el quiasma óptico, el tallo infundibular y los cuerpos mamilares), y que quedan por debajo del tálamo, es lo que denominamos hipotálamo.

Representación esquemática del hipotálamo y de sus principales agrupaciones (núcleos).

2.7.1 Caracterización anatómica.

El hipotálamo está formado por distintas agrupaciones neuronales ampliamente interrelacionadas. No obstante, cada uno de estos núcleos posee un patrón complejo de conexiones con diferentes zonas del encéfalo. Estas agrupaciones neuronales hipotalámicas se organizan longitudinalmente en tres zonas, que a su vez pueden dividirse en cuatro niveles de grupos nucleares en función de su posición en el eje rostrocaudal del hipotálamo. Las divisiones longitudinales quedan constituidas por tres zonas: la lateral, la medial y la periventricular. Si hacemos un corte coronal a la altura del hipotálamo podremos comprobar que la zona lateral es aquella que queda en una posición más externa de la línea media (hacia los hemisferios). La zona medial queda entre el tercer ventrículo y la zona lateral. Mientras que la zona periventricular se refiere a aquellas neuronas hipotalámicas adyacentes al revestimiento ependimal del tercer ventrículo. La distribución citoarquitectónica de las neuronas hipotalámicas varía en función de la zona en la que se localizan. De esta forma, por ejemplo, las neuronas de la zona lateral se distribuyen de una forma difusa, mientras que las neuronas que se localizan en la zona medial forman núcleos bien organizados y claramente delimitados.

Por lo que se refiere a los cuatro niveles de grupos hipotalámicos, por lo general se distinguen las subdivisiones siguientes: preóptica, anterior, tuberal y mamilar.

El hipotálamo tiene una gran variedad de funciones fisiológicas y conductuales, y para ello debe estar bien comunicado con diferentes sistemas centrales y periféricos. Por ello, este conjunto de núcleos ha de establecer conexiones con diferentes zonas de la corteza y del encéfalo anterior, del tronco del encéfalo y de la médula espinal, de la retina y del sistema endocrino. Muchas de las fibras que llegan al hipotálamo provienen del haz prosencefálico medial, del haz longitudinal dorsal, de la vía retinohipotalámica y del fórnix. Así, por ejemplo, se ha podido comprobar que el haz prosencefálico medial está compuesto por un conjunto de axones dispuestos en un eje rostro-caudal desde el mesencéfalo hasta el prosencéfalo basal. Este haz relaciona anatómica y funcionalmente diversas regiones del sistema nervioso relacionadas con el refuerzo cerebral. Por ejemplo, se ha observado que la estimulación eléctrica sostenida del haz prosencefálico medial puede elicitar un amplio rango comportamental dirigido a la conservación homeostática del medio interno, a la preservación de la especie y a la propia supervivencia del individuo. No está claro si muchas de estas conductas son resultado de la activación de sistemas neurales separados, o bien de la activación de un único sistema motivacional general. No obstante, el circuito neural subyacente a la estimulación eléctrica del haz prosencefálico medial parece estar implicado en los efectos reforzantes de estímulos que ocurren de forma natural, así como en la selección adaptativa de conductas dirigidas a la consecución de fines de importancia biológica para el sujeto. El haz prosencefálico medial está formado por axones largos ascendentes y descendentes, que interconectan entre sí estructuras prosencefálicas y mesencefálicas, y por axones cortos que conectan regiones adyacentes. Se ha podido comprobar que, en su trayectoria desde el tronco del encéfalo hasta sus proyecciones diencefálicas y telencefálicas, este haz contiene axones ascendentes dopaminérgicos, noradrenérgicos y serotoninérgicos. Las neuronas nodradenérgicas conectan mayoritariamente estructuras del hemisferio contralateral mientras que las neuronas dopaminérgicas mantienen una posición mayoritariamente ipsilateral. En referencia a las proyecciones descendentes, cabe destacar que son básicamente de naturaleza dopaminérgica. Estos axones descendentes se originan en su mayor proporción en el área septal, el hipocampo, la banda diagonal de Broca y en las células circundantes de los islotes de Calleja; aunque en menor proporción, también proceden del neoestriado, del núcleo accumbens, de la corteza piriforme, de la corteza olfatoria, de la corteza orbitofrontal, del núcleo del lecho de la estría terminal, de la sustancia innominata, del núcleo dorsomedial del hipotálamo y de los núcleos dorsomedial y paraventricular del tálamo. La mayoría de los haces descendentes convergen en el área preóptica del hipotálamo y en el hipotálamo lateral, proyectando en mayor medida sobre el área tegmental ventraly, de forma más reducida, sobre el núcleo interpeduncular, la sustancia gris central, la sustancia gris central mesencefálica, el núcleo mesencefálico del nervio trigémino, el núcleo cuneiforme, el locus coeruleus, el núcleo ambiguus, el núcleo reticular lateral, el núcleo del tracto solitario y sobre los centros autónomos preganglionares del bulbo y de la médula espinal. El sustrato neural del haz prosencefálico medial ha sido considerado clásicamente como un sistema unilateral. Recientemente, algunos datos han puesto de manifiesto interacciones interhemisféricas, de este modo, parece ser que existe un número significativo de neuronas del haz prosencefálico medial que envían sus proyecciones al hemisferio contralateral. Se ha podido comprobar que la estimulación eléctrica del hipotálamo lateral a lo largo del haz prosencefálico medial resulta altamente reforzante. Parece existir un circuito anatómico crítico que se origina en el área preóptica medial y en el hipotálamo medial, lugar de convergencia de las aferencias descendentes de este haz. Estos axones proyectan de forma directa hasta sinaptar con estructuras dopaminérgicas mesencefálicas, entre las que destaca el área tegmental ventral. Los axones eferentes del sistema dopaminérgico mesolímbico conectan el mesencéfalo con el núcleo accumbens, estructura considerada como el destino final de este circuito. Además de las eferencias hipotalámicas a través del haz prosencefálico medial, el hipotálamo también envía sus proyecciones sobre el tálamo, la hipófisis, el tronco del encéfalo y la médula espinal mediante el haz mamilotalámico, el haz mamilotegmental y el haz longitudinal dorsal.

Regulación del sistema motor somático y autónomo a partir de las proyecciones de la amígdala y el hipotálamo hacia el tronco del encéfalo.

2.7.2 Aspectos funcionales.

Funcionalmente, el hipotálamo integra la información sensorial con la información de naturaleza no sensorial. El hipotálamo está constituido por un conjunto de núcleos que tienen un carácter regulador de diferentes procesos fisiológicos del organismo, así como de diferentes mecanismos de puesta en marcha de conductas específicas, sobre todo aquellas que van encaminadas a permitir la supervivencia del propio individuo o a facilitar la perpetuación de la especie. Tal como acabamos de ver, las proyecciones monosinápticas proporcionan al hipo-tálamo información sensorial de primer orden de la periferia. En otros casos, las vías multisinápticas cerebrales transmiten información altamente procesada a diferentes núcleos hipotalámicos. La integración de esa información sensorial es un punto clave de la caracterización funcional del hipotálamo, debido a que tiene una gran influencia sobre las eferencias reguladoras del hipotálamo. Además, en repetidas ocasiones, el hipotálamo ha de convertir la información sináptica en señales humorales, hecho que le permite influir sobre sistemas ampliamente diferenciados y localizados a distancias relativamente lejanas. El hipotálamo, por medio de sus conexiones con la hipófisis, ejerce un papel clave en el control de la secreción neuroendocrina. Las neuronas hipotalámicas que participan en el control endocrino son, fundamentalmente, las neuronas magnocelulares de los núcleos supraóptico y paraventricular, así como las neuronas parvocelulares de la zona periventricular.

Representación esquemática del control hipotalámico de la liberación endocrina en la adenohipofisis.

Varios núcleos hipotalámicos con proyecciones descendentes al tronco del encéfalo y la médula espinal regulan y modulan el funcionamiento de los sistemas autónomo (tanto la subdivisión simpática como la parasimpática) y motor somático. No obstante, el hipotálamo no sólo es una zona cerebral encargada del control eferente del sistema somático, motor y endocrino, sino también parece ser un centro coordinador, capaz de integrar la información emocional y sensorial, con el fin de poder generar una respuesta eferente apropiada para la situación en que se encuentra el sujeto. En 1932, Stephen Ranson implantó electrodos en diferentes áreas del hipotálamo. Por medio de la estimulación eléctrica de las diferentes regiones del hipotálamo, Ranson generó distintas reacciones autonómicas en los animales experimentales, como alteraciones en la erección capilar, alteraciones en la motilidad gastrointestinal y vesical, presión sanguínea o ritmo cardíaco, entre otras.

Interconexiones entre la amígdala, el hipotálamo, la sustancia gris periacueductal y sus efectos sobre la agresión de depredación y la agresión de amenaza: el núcleo basolateral de la amígdala posee un papel activador de la agresión afectiva, puesto que su estimulación activa el hipotálamo medial. Por el contrario, el núcleo cortical-medial posee un papel inhibidor de la agresión de depredación, dado que su estimulación inhibe el hipotálamo lateral.

También se ha podido comprobar que el hipotálamo participa también en diferentes funciones sensoriales. Por ejemplo, las vías multisinápticas permiten al sistema olfatorio activar diferentes zonas del hipotálamo. Parece ser que el hipotálamo puede utilizar la información olfatoria para regular conductas implicadas en la reproducción, la alimentación o la defensa. Otro de los sistemas sensoriales en los que está implicado es el visual, sobre todo en lo referente a la coordinación de los ritmos circadianos y la organización temporal de la secreción hormonal y de la facilitación o inhibición de determinadas conductas en función del momento del día. Para estas funciones, un núcleo crítico es el supraquiasmático. Existe un pequeño conjunto de fibras procedentes de la retina que se decusan hacia el hipotálamo en lugar de dirigirse hacia el núcleo geniculado lateral del tálamo, estas fibras constituyen la vía retinohipotalámica que llega hasta el núcleo supraquiasmático. De esta manera, el hipotálamo puede tener la información visual necesaria para regular los diferentes patrones cíclicos conductuales y hormonales.

Representación de la ubicación hipotalámica del núcleo supraquiasmático. Corte sagital medial del hipotálamo (A) y corte coronal con la representación del tercer ventrículo (B).

Por otro lado, el hipotálamo también recibe información visceral a través de las proyecciones ascendentes que llegan a un núcleo localizado a nivel troncoencefálico, el núcleo del tracto solitario. Se ha podido comprobar que el núcleo del tracto solitario envía proyecciones directas a neuronas localizadas en el hipotálamo lateral y en el núcleo paraventricular del hipotálamo. Además estas dos regiones hipotalámicas también reciben proyecciones de forma indirecta del núcleo parabraquial de la protuberancia y del bulbo ventrolateral. Tal como veíamos cuando hablábamos de las conexiones del hipotálamo, el haz prosencefálico medial es un conjunto bidireccional de fibras que le proporciona al hipotálamo diferentes proyecciones aferentes extrínsecas. Pero no toda la información sensorial que llega al hipotálamo es de origen sináptico. Teniendo en cuenta que el hipotálamo está implicado en la regulación de diferentes procesos fisiológicos, como la ingesta, deberá tener un control del nivel de diferentes sustancias localizadas en el plasma sanguíneo. Por lo tanto, deberá tener una quimisensibilidad a moléculas que se encuentran fuera del sistema nervioso central, lo que le permitirá, por ejemplo, conocer los niveles de glucosa en sangre, y poder de esta forma regular los procesos de inicio o finalización de la ingesta de alimentos (siguiendo el ejemplo). Tal como veíamos al principio del material, los órganos circunventriculares son esenciales para esta función de quimiosensibilidad. Estos órganos localizados a lo largo del sistema ventricular (17) poseen una densidad de capilares muy superior a la presentada por el resto del tejido neural. Tres de estos órganos se encuentran en el hipotálamo: el órgano vasculoso de la lámina terminal, la eminencia media y el lóbulo posterior de la glándula pituitaria o neurohipófisis. Además otras dos regiones circunventriculares, el área postrema y el órgano subfornical, tienen amplias conexiones con los núcleos hipotalámicos más estrechamente relacionados con la regulación del medio homeostático y de la secreción neuroendocrina.

Control hipotalámico de la glándula pineal.

2.8 Sistema límbico.

Cualquier persona ha sido testigo de la fabulosa capacidad que tienen muchos estímulos para inducirnos estados emocionales de tristeza, desazón, alegría o entusiasmo. De forma añadida, muchos elementos preceptúales son capaces de introducirnos en el almacén de nuestros propios recuerdos, y hacer que éstos afloren y despierten situaciones vividas en un pasado. Situaciones que seguramente harán que nos sintamos de una forma determinada. Así, por ejemplo, imaginemos que olemos el perfume que solía llevar una persona con la que habíamos establecido, en el pasado, un vínculo emocional muy fuerte, pero que desde hace mucho tiempo no vemos. El olor de dicho perfume rápidamente nos trasladará a los recuerdos que tenemos de esa persona y, posiblemente, se generará en nosotros un sentimiento de añoranza y tristeza. Estos avatares (y otros muy parecidos) nos demuestran que existe una conexión bidireccional entre diferentes aspectos emocionales de nuestras percepciones y la memoria. Tal como acabamos de ver, el hipotálamo es una región del cerebro crítica para la integración de diferentes tipos de información sensoriomotora, para poder regular la respuesta emocional y el equilibrio interno del propio organismo. Partiendo del hecho de que la percepción y la sensación consciente de las emociones requieren la participación de la corteza, cabría preguntarse sobre la existencia de estructuras subcorticales que regularan de alguna forma la comunicación entre la propia corteza y los diferentes núcleos que constituyen el hipotálamo. Y es en este punto donde llegamos al sistema límbico. Los diferentes componentes del sistema límbico son filogenéticamente muy antiguos. Podemos resumir a grandes rasgos, que tanto desde el punto de vista anatómico como desde el punto de vista funcional, el sistema límbico se interpone entre la corteza y el hipotálamo. Es por este motivo, que en este punto trataremos la relación existente entre esta región del diencéfalo y los diferentes componentes del sistema límbico. En puntos posteriores se llevará a cabo una descripción más detallada de los procesos emocionales y cognitivos relacionados con las regiones corticales y las estructuras subcorticales del sistema límbico.

2.8.1 El origen del concepto de sistema límbico

La palabra límbico proviene del término latino limbus, que significa ‘contorno’. En 1878, el neurólogo francés Paul Broca observó que en la superficie medial del cerebro había todo un conjunto diferenciado de áreas corticales con forma ovalada. Broca definió el lóbulo límbico como el tejido cortical que forma un borde encima de la cara medial de los hemisferios, en torno al tronco del encéfalo y del cuerpo calloso. Broca realizó una descripción estructural de la corteza medial cuando introdujo el concepto del lóbulo límbico.

Representación anatómica del sistema límbico según Broca.

Con posterioridad, estas estructuras del lóbulo límbico (descrito por Broca) junto con los bulbos olfativos se pasaron a denominar rinencéfalo; es decir, se habla del cerebro olfativo, dado que se pensaba que dichas estructuras tenían un gran peso en la percepción de los olores y en el control de las conductas guiadas por el olfato. El anatomista C. Judson Herrick observó que en animales más primitivos desde un punto de vista filogenético, el olor tenía una función capital en la mayoría de sus conductas. Este investigador propuso que la neocorteza era, en sí misma, el crecimiento evolutivo del cerebro olfativo. El americano J. Papez describió que la corteza del rinencéfalo era la única que tenía conexiones anatómicas demostradas con el hipotálamo (estructura clave en la expresión de las emociones). Así, Papez propuso que el papel fundamental de estas estructuras era el procesamiento de la información emocional. Papez describió un sistema anatómico emocional localizado en la pared medial de los hemisferios, que interconectaba la corteza y el hipotálamo.

Circuito neural de la emoción propuesto por Papez.

Partiendo de la teoría de Papez, la información procesada en los cuerpos mamilares del hipotálamo se envía a los núcleos anteriores del tálamo, por medio del tracto mamilar-talámico. Estos núcleos proyectan hacia la corteza cingular, lugar donde se genera la percepción consciente de la emoción. Con el fin de completar el circuito, la información de la corteza cingular se envía al hipocampo, que proyecta al hipotálamo a través del fórnix.

Implicación de las conexiones del hipocampo con el diencéfalo y la neocorteza límbica en el procesamiento de la información emocional.

En 1952, el americano Paul MacLean, con el fin de obviar el concepto de cerebro olfativo y enlazar su propuesta con la teoría emocional de Papez, habló de cerebro visceral. De este modo, MacLean utilizó el término sistema límbico para referirse a la corteza límbica y a sus conexiones con el tronco del encéfalo, a la vez que propuso que este sistema participaría en el control y elaboración de las emociones, y no tanto en el sistema del olfato. En 1952, MacLean introdujo en la literatura el concepto sistema límbico, recuperando el término límbico descrito con anterioridad por Broca.

Circuito neural de la emoción propuesto por MacLean como extensión del circuito original de Papez.

2.8.2 Consideraciones neuroanatómicas del sistema límbico.

Desde un punto de vista anatómico, el sistema límbico está compuesto por una serie de estructuras corticales y subcorticales ampliamente interconectadas entre sí. En la zona medial de los hemisferios existe todo un conjunto de estructuras nerviosas ampliamente interconectadas con proyecciones directas sobre el hipotálamo y el tronco encefálico.

Representación anatómica del sistema límbico. El sistema límbico está compuesto por una serie de estructuras corticales y subcorticales ampliamente interconectadas entre sí.

El lóbulo límbico está compuesto por la corteza cingular, el giro subcalloso, el giro parahipocampal, la formación hipocampal, la corteza olfativa y diferentes estructuras subcorticales. Las estructuras subcorticales ampliamente aceptadas como componentes del sistema límbico son las siguientes: el hipotálamo, el septum, el epitálamo, la habénula, el núcleo anterior y dorsomedial del tálamo, parte de los ganglios basales y la amígdala.

Representación de las principales conexiones entres las estructuras corticales y subcorticales que componen el sistema límbico.

2.8.3 La amígdala.

La amígdala, un grupo de núcleos con forma de almendra en el corazón del telencéfalo, se ha relacionado con una amplia gama de funciones cognitivas incluyendo la emoción, los procesos de aprendizaje y memoria, la atención y los mecanismos perceptivos. Concretamente, se constituye a partir de un conjunto heterogéneo de trece núcleos con regiones corticales asociadas localizados en el polo rostral medial del lóbulo temporal, por debajo del uncus, anterior al hipocampo y al asta inferior del ventrículo lateral. La amígdala se fusiona con la corteza periamigdaloide, la cual forma parte de la superficie del uncus. La amígdala también linda con el putamen y la cola del caudado. Los diferentes núcleos amigdalinos y áreas corticales asociadas difieren citoarquitectónicamente, quimicoarquitectónicamente y en los patrones de conectividad. De este modo, diferentes estudios de trazadores anterógrados y retrógados han demostrado que cada núcleo, y cada subdivisión nuclear se encuentra específicamente interconectada con otros núcleos de la amígdala y/o con otras áreas cerebrales. La nomenclatura original fue propuesta por Price y colaboradores en 1987 y modificada por Pitkänen y colaboradores en 1997 y 1998. Una de las ventajas más importantes de dicha nomenclatura es que puede ser aplicada a diferentes especies como el gato, la rata o el ser humano. Según dicha clasificación los trece núcleos que forman el complejo amigdalino son:

Núcleos internos:

  1. núcleo lateral

  2. núcleo basal

  3. núcleo basal accesorio

Núcleos superficiales y áreas corticales asociadas:

  1. núcleo cortical anterior

  2. núcleo de la cama del tracto olfatorio accesorio

  3. núcleo medial

  4. núcleo del tracto olfatorio lateral

  5. corteza periamigdaloide

  6. núcleo cortical posterior

Otras áreas amigdaloides:

  1. área amigdaloide anterior

  2. núcleo central

  3. área amigdalohipocampal

  4. núcleo intercalado.

La colección de núcleos que conforma la amígdala, a su vez, pueden agruparse en tres conjuntos de núcleos ampliamente conectados entre sí y con un patrón específico de proyecciones en otras regiones cerebrales: núcleos basolaterales, núcleos córtico-mediales y núcleo central.

Visión lateral y medial del encéfalo donde se representan la amígdala y el hipocampo (A); corte coronal donde se puede observar la posición anatómica que ocupan los tres grupos de núcleos de la amígdala: núcleos basolaterales, núcleos córtico-mediales y núcleo central (B).

Desde una perspectiva anatómica y funcional, el núcleo central está muy relacionado con varias estructuras del tronco del encéfalo, con el hipotálamo y con diferentes áreas de procesamiento de la información sensorial visceral. Los núcleos córtico-mediales reciben aferencias del bulbo olfativo (tanto del principal como del accesorio) y envían proyecciones a la corteza olfativa y al hipo-tálamo. Los núcleos basolaterales -donde se incluyen los núcleos lateral, lateral basal, basal medial y basal accesorio- tienen sus principales conexiones con la corteza cerebral, sobre todo con áreas de asociación sensorial como el giro temporal inferior, superior y el insular. Asimismo, están muy relacionados con la corteza prefrontal orbitomedial, con el núcleo dorsomedial del tálamo y con el estriado ventral.

La amígdala es un conjunto heterogéneo de núcleos que conectan las áreas corticales que procesan todas las informaciones sensitivas con los sistemas efectores del hipotálamo y del tronco del encéfalo. En la figura se muestran las conexiones de los núcleos medial, basal, basolateral, lateral y central de la amígdala.

La amígdala posee dos vías importantes de proyecciones:

1) Por un lado, la estría terminal, caracterizada por ser un haz de fibras con conexiones con el hipotálamo lateral, el núcleo del lecho de la estría terminal, el núcleo accumbens y los núcleos septales. Este conjunto de axones se originan fundamentalmente en las células del grupo corticomedial.

Representación de la estría terminal.

2) Por otro la vía amígdalo-fugal-ventral, considerada como el conjunto difuso de fibras que envían la información a diferentes núcleos troncoencefálicos, al núcleo dorsomedial del tálamo, al hipotálamo y a los núcleos septales, al estriado ventral, al giro cingular rostral y al córtex orbitofrontal. Estos axones se originan tanto en el grupo celular basolateral como en el núcleo central.

En la amígdala se encuentran neuronas capaces de expresar CRF, o factor liberador de la hormona adrenocorticotropa (ACTH); esta hormona es segregada por la adenohipófisis en respuesta al estrés. A lo largo de todo el cerebro, la amígdala se considera la estructura con mayor cantidad de receptores para las benzodiazepinas. Asimismo, también podemos encontrar en este núcleo una extensa población de receptores para péptidos opiáceos (implicados, por ejemplo, en las respuestas de hipoalgesia ante una situación estresante aguda que puede generar dolor). Neuroquímicamente hablando, podemos relacionar la amígdala con los sistemas de neurotransmisores que regulan la activación cortical. De tal manera, en este núcleo podemos encontrar somas y vías noradrenérgicas, dopaminérgicas, serotoninérgicas y colinérgicas, que permiten una amplia inervación cortical.

La participación de la amígdala en el sistema límbico queda resumida en el siguiente diagrama:

Principales conexiones entre la amígdala y diferentes componentes corticales y subcorticales del sistema límbico.

La amígdala establece conexiones bidireccionales con la corteza orbital y otras áreas prefrontales y con la corteza temporal. A través de la estría terminal y de la vía amígdalo-fugal-ventral está comunicada con el área septal y el hipo-tálamo, los cuales establecen conexiones bidireccionales con diferentes núcleos de tronco y con la médula espinal. La amígdala a través de la vía amígdalofugal-ventral envía proyecciones al núcleo dorsomedial del tálamo, y éste, por su parte, a la corteza cerebral.

2.8.4 Formación hipocampal.

El hipocampo es una porción de corteza con una forma curvilínea localizada en el interior del lóbulo temporal medial. Las secciones coronales nos permiten distinguir tres zonas claramente diferenciadas: el giro dentado, el hipocampo (o también conocido como asta de Ammon –cornu ammonis-) y el subículum.

Representación tridimensional del hipocampo y de sus principales vías de conexión.

A nivel celular, diferentes estudios anatómicos han mostrado que tanto el hipocampo como el giro dentado tienen tres capas de células: la más superficial denominada capa molecular, la capa intermedia (que en el hipocampo está formada por células piramidales, mientras que en el giro dentado está compuesta por células granulares) y la capa polimórfica que es la más profunda. El subículum al ser una zona de transición entre el hipocampo (alocorteza) y la circunvolución parahipocámpica (neocorteza) pasa de forma progresiva de tener tres capas a tener seis.

Organización celular del hipocampo.

En relación a las vías de comunicación de la formación hipocampal podemos destacar varios aspectos. En primer lugar, se ha podido comprobar que la formación hipocampal recibe gran número de conexiones de la corteza entorrinal a través de los axones que conforman la vía perforante. La corteza entorrinal, por su parte, recibe gran cúmulo de información de diferentes áreas corticales. La formación hipocampal también recibe información del área septal y del hipo-tálamo a través del fórnix. No obstante, hemos de tener presente que el fórnix constituye la principal vía eferentes de la formación hipocampal. Ésta proyecta a través del fórnix al área septal, al núcleo anterior del tálamo, a los cuerpos mamilares del hipotálamo y a diferentes núcleos del tronco y de la formación reticular. Algunas fibras pasan de la formación hipocampal directamente a la corteza entorrinal, a la amígdala y a la corteza cingulada.

Representación tridimensional de la fimbria/fornix.

El hipocampo está comunicado bidireccionalmente con la corteza cerebral, sobre todo con la circunvolución cingulada y la corteza parahipocampal. A través del fórnix se comunica con el hipotálamo y el área septal, los cuales envían proyecciones bidireccionales a diferentes núcleos del tronco del encéfalo, a la médula espinal y a través de tracto mamilotalámico al núcleo anterior del tálamo, el cual, por su parte, proyecta a la corteza cerebral.

Principales relaciones anatómicas entre el hipocampo y diferentes regiones corticales y subcorticales del sistema límbico.

2.8.5 Área septal y núcleo accumbens.

El área septal, o septum, se localiza en posición anterior al hipocampo, formando la pared medial del ventrículo lateral. Por su relación, anatómica-mente hablando, con estructuras como la amígdala, el hipotálamo o la formación hipocampal, el área septal parecería una estructura relacionada con los sistemas neurales de las emociones. Sin embargo, de los estudios experimentales únicamente se desprenden pequeñas relaciones funcionales con el procesamiento de la información emocional: (1) se ha podido comprobar que la lesión de los núcleos septales produce hiperreactividad y un aumento de las conductas agresivas en ratas. Este efecto se disipa dos semanas después de la lesión, momento en el cual el animal se vuelve muy manso y pierde su rango social en el grupo; (2) la estimulación eléctrica del septum produce alteraciones de determinadas respuestas autonómicas. Ya en 1980, Mogenson y colaboradores sugirieron que diversas estructuras localizadas a lo largo del haz prosencefálico medial podrían ser esenciales para el desarrollo de conductas de búsqueda de diferentes tipos de refuerzos, y de conductas de evitación de estímulos que pudieran entorpecer la adaptación y la supervivencia del sujeto, siendo el núcleo accumbens el componente clave principal de este interfaz neural entre los sistemas límbico y motor. Anatómicamente, el núcleo accumbens se puede dividir en dos subregiones claramente diferenciadas en sus conexiones: la parte ventromedial (shell en inglés) y la parte dorsolateral (core en inglés). La región ventromedial del núcleo accumbens envía proyecciones eferentes a la zona ventromedial del pálido ventral, al núcleo del lecho de la estría terminal, al núcleo amigdaloide central, al área sublenticular, al área preóptica lateral, al hipotálamo lateral, al núcleo entopeduncular, al área tegmental ventral, a la pars compacta de la sustancia negra mediodorsal, a la formación reticular mesopontina y a la sustancia gris periacueductal. La parte dorsolateral del núcleo accumbens envía proyecciones eferentes a la zona dorsolateral del pálido ventral, al núcleo entopeduncular, a la parte lateral del área tegmental ventral y a la sustancia negra. Hay que destacar que esta división anatómica entre la subregión ventromedial (shell) y la subregión dorsolateral (core) se da en las tres cuartas partes del núcleo, en la parte más rostral se puede localizar el denominado polo rostral. El núcleo accumbens recibe importantes aferencias dopaminérgicas de neuronas cuyos somas se encuentran localizados en la región ventromedial del mesencéfalo (A10), principalmente de aquellas ubicadas en el área tegmental ventral. Aunque las sinapsis dopaminérgicas en el núcleo accumbens y en el complejo caudado-putamen muestran similitudes en las organizaciones cito-arquitectónicas, estas regiones reciben aferencias y eferencias diferentes. Esta diversidad de conexiones anatómicas parece ser la causa de las diferencias funcionales ente ambas regiones, incluyendo las referentes a los efectos relacionados con el refuerzo, claramente dependientes de circuitos dopaminérgicos donde participa el accumbens, y no otros terminales dopaminérgicos como los localizados en el estriado dorsal.

2.9 Ganglios basales y cerebelo.

Los ganglios basales y el cerebelo se consideran centros moduladores del control motor. Los dos sistemas modulan y controlan la actividad motora que inicia la corteza cerebral consiguiendo una planificación, puesta en marcha, coordinación, guía y fin apropiado de los movimientos voluntarios.

Disposición tridimensional de los ganglios basales.

2.9.1 Ganglios basales: consideraciones anatómicas y funcionales.

Los ganglios basales son un conjunto de núcleos subcorticales interconectados y situados principalmente en el encéfalo anterior basal. Los principales núcleos de los ganglios basales son los siguientes: caudado, putamen, globo pálido, núcleo subtalámico y sustancia negra.

En la figura superior, se muestra un corte transversal del encéfalo donde podemos localizar la posición que ocupan diferentes componentes de los ganglios basales en relación a otras estructuras encefálicas. En la parte inferior se representa la sustancia negra mesencefálica.

Anatómicamente, el núcleo caudado tiene una forma alargada que transcurre longitudinal al sistema ventricular. La cabeza del caudado se encuentra unida al putamen (18) , mientras que el cuerpo se dispone dorsal al tálamo y la cola termina adyacente a la amígdala. El putamen queda en una posición más lateral por debajo de la corteza insular. El globo pálido, por su parte, se ubica en una posición medial al putamen y lateral a la cápsula interna.

Tres cortes coronales realizados en tres secciones que muestran la ubicación de los componentes de los ganglios basales.

Al neoestriado (caudado y putamen) llegan proyecciones principalmente desde la corteza cerebral. Estas últimas son excitatorias (el neurotransmisor utilizado es el glutamato) y llegan sobre las neuronas espinosas intermedias del estriado (neuronas gabaérgicas). Estas neuronas del estriado también reciben influencias dopaminérgicas desde la sustancia negra. El 90% de las neuronas del estriado son gabaérgicas. Las neuronas gabaérgicas del estriado además de ser el foco diana de las proyecciones corticales, también constituyen el output del estriado. Las neuronas espinosas intermedias del estriado proyectan al globo pálido y a la sustancia negra. El globo pálido (paleoestriado) está dividido en dos porciones, la porción externa y la interna. Las proyecciones en una u otra porción constituyen la vía directa o indirecta de los ganglios basales. La vía directa se puede resumir de la siguiente forma: el estriado proyecta a la porción interna del pálido, que envía proyecciones directamente al tálamo (complejo ventral anterior-ventral lateral). Por su parte, en la vía indirecta, el estriado proyecta a la porción externa del globo pálido, que envía proyecciones al núcleo subtalámico. Este último envía proyecciones a la porción interna del globo pálido.

Representación de la organización celular en los ganglios basales.

Principales aferencias a los ganglios basales.

Principales eferencias de los ganglios basales.

2.9.2 Cerebelo.

El cerebelo es la parte del encéfalo que, junto con el tronco, ocupa la fosa posterior del cráneo. Se encuentra situado detrás de la protuberancia y los tubérculos cuadrigéminos, dorsal al bulbo y ventral al encéfalo.

Representación de la visión superior del cerebelo.

Su parte más anterior constituye el techo del cuarto ventrículo. Se encuentra unido al tronco a través de seis pedúnculos: dos superiores que lo conectan con los tubérculos cuadrigéminos, dos medios que lo conectan con la protuberancia, y dos inferiores que lo conectan con el bulbo. De este modo, los tractos cerebelosos (superior, medio e inferior) conectan el cerebelo con el resto del encéfalo y la con la médula espinal. A diferencia de lo que ocurre en la médula y el tronco, y al igual que ocurre en la corteza cerebral, la sustancia gris se localiza fundamentalmente (19) en la superficie (corteza cerebelosa), mientras que sustancia blanca abunda en el interior. El cerebelo constituye aproximadamente el 10 % del volumen de todo el cerebro.

Representación de una sección por la línea media del vermis, en la que se pone de manifiesto la forma particular que adopta la sustancia blanca del cerebelo.

Funcionalmente se relaciona con la coordinación, el ajustamiento y suavidad de los movimientos y con el mantenimiento del equilibrio gracias a la información que recibe de las fibras vestibulares, de la corteza, de los propioceptores, de los receptores somatosensoriales, auditivos, viscerales y visuales.

Sección transversal del cerebelo en la que podemos ver los núcleos profundos del cerebelo entre la sustancia blanca.

El cerebelo modula la actividad de las vías motoras que descienden desde la corteza cerebral y desde el tronco del encéfalo, lo cual, junto con los ganglios basales, lo posicionan como un componente modulador de crítica importancia para las funciones motoras. Si analizamos con detenimiento el aspecto externo del cerebelo podremos observar en su superficie una especie de organización en forma de finos pliegues o láminas dispuestas de forma transversal y paralela. Estas láminas se denominan folia. En la superficie cerebelosa se pueden localizar diferentes surcos o cisuras, como la cisura horizontal, la posterosuperior, la principal y la posterolateral. Anatómicamente, las cisuras nos ayudan a demarcar los límites de los lóbulos. En este caso, podemos distinguir tres lóbulos: el floculonodular (constituido por una parte central o nódulo y por sus extensiones laterales o flóculos), el posterior y el anterior. Tal como sucede con los hemisferios cerebrales, en el caso del cerebelo también distinguimos dos hemisferios cerebelosos. Los hemisferios se encuentran separados por un agrandamiento en forma de banda longitudinal medial, esta banda alargada se denomina vermis. El vermis constituye la zona medial de la superficie dorsal del cerebelo. Desde un punto de vista funcional se da una organización longitudinal conformada por tres grandes superficies. La más medial es la constituida por el vermis, adyacente a éste queda la zona intermedia y en una posición más lateral, la zona lateral.

Estructura de la corteza del cerebelo, donde podemos ver las tres capas (molecular, granular y de Purkinje) y sus células; asimismo, aparecen respresentados los contactos que se establecen entre las diferentes células que forman la corteza del cerebelo.

En la organización interna del cerebelo hemos de distinguir dos bloques claramente diferenciados. Por una parte la corteza cerebelosa y por otra los núcleos profundos. La corteza cerebelosa, citoarquitectónicamente, se organiza en tres capas celulares. Por un lado, tenemos la capa intermedia o capa de células de Purkinje que se encuentra constituida por los somas de las principales células de proyección del cerebelo, las células de Purkinje. Las proyecciones corticales a las células de Purkinje no son directas, sino que llegan por medio de núcleos pontinos que proyectan a las células granulares del cerebelo. La capa granular es la más interna de las capas del cerebelo y está formada por numerosas interneuronas. En la superficie externa de la capa granular se localizan las células de Golgi, cuyas ramificaciones dendríticas se extienden por la capa más externa de la corteza cerebelosa, la capa molecular, contactando con las fibras paralelas (que son los axones de las células granulares que al alcanzar la capa más externa de la corteza cerebelosa se dividen en dos ramas). Estas interneuronas establecen sinapsis con otras interneuronas de la capa granular, las células granulares, formando el denominado glomérulo. Las células granulares establecen sinapsis excitatorias con las células de Purkinje. Las terminaciones sinápticas de los axones pónticos (y otras aferencias hacia las células granulares) se denominan fibras musgosas. Por medio de estas últimas, el cerebelo también recibe información sensorial de la periferia desde la médula espinal y tronco del encéfalo. Las células de Purkinje también reciben aferencias moduladoras desde las células en cesta (de carácter inhibitorio) y de las fibras trepadoras (de carácter excitatorio) desde la oliva inferior. Las fibras trepadoras se originan en la oliva inferior y llevan información somatosensorial, visual e información de la corteza. La capa más externa es la molecular que se encuentra formada por células encesto, cuyas dendritas establecen sinapsis con las fibras paralelas de las células granulares, y cuyos axones contactan con las terminaciones de las células de Purkinje. En esta capa externa también encontramos células estrelladas. Estas células reciben aferencias de las células granulares (fibras paralelas), y sus proyecciones se dirigen a las dendritas de las células de Purkinje.

Interacción funcional y anatómica entre el cerebelo, el tronco del encéfalo y la corteza motora.

Por lo que se refiere a los núcleos profundos del cerebelo (20) , lo primero que hemos de tener presente es que tienen una organización interna determinada y que se encuentran localizados en la sustancia blanca cerebelar siguiendo una ubicación medio-lateral equivalente a la organización longitudinal de la corteza cerebelosa (21) .

Principales aferencias al cerebelo.

En referencia a las aferencias que recibe el cerebelo, destacar que se distribuyen de una forma altamente ordenada. La zona medial e intermedia del cerebelo proviene fundamentalmente de la médula espinal. La zona lateral recibe información de los núcleos pontinos del tronco del encéfalo. El lóbulo floculonodular recibe conexiones de los núcleos vestibulares y del órgano vestibular. Todas estas conexiones llegan al cerebelo fundamentalmente a través de las fibras musgosas. Las tres zonas anatomofuncionales del cerebelo reciben información de la oliva inferior, mediante las fibras trepadoras.

En relación a las aferencias del cerebelo, se ha de tener presente que las células de Purkinje proyectan hasta los núcleos cerebelosos profundos. Asimismo, son gabaérgicas y, por tanto, el output de la corteza cerebelosa tiene carácter inhibitorio (recuérdese que las células de Purkinje procesan la información que

llega desde la corteza).

2.10 Corteza cerebral.

Son sorprendentes los datos derivados de la cuantificación de la corteza cerebral, ya que se estima que la sustancia gris de los hemisferios cerebrales contiene aproximadamente veinticinco billones de neuronas, interconectadas por más de cien mil kilómetros de axones y estableciendo alrededor de 3 x 1014 contactos sinápticos. Durante el curso evolutivo el cerebro de los mamíferos ha ido sufriendo un incremento considerable en el tamaño relativo de la corteza cerebral en relación con otras regiones encefálicas. En el capítulo dos se ha descrito con bastante detalle la superficie de la corteza cerebral, con lo cual en este capítulo nos centraremos en la descripción de su citoarquitectura, conexiones y funciones.

2.10.1 Capas y regionalización citoarquitectónica.

La corteza cerebral está compuesta por capas celulares dispuestas de manera horizontal. No todas las regiones de la corteza cerebral presentan la misma disposición citoarquitectónica. En general, se distingue tres tipos de corteza: la neocorteza, la paleocorteza y la arquicorteza. Si observamos la superficie de un cerebro, la mayor parte de la corteza que estamos viendo es neocorteza, es decir, aquella que aparece en etapas más tardías de la evolución filogenética del sistema nervioso. La paleocorteza cubre partes restringidas de la base del telencéfalo, mientras que la arquicorteza está conformada por regiones del sistema límbico, como el hipocampo. Anteriormente, hemos descrito la organización de estas dos últimas, con lo cual en este apartado nos centraremos en la neocorteza. La neocorteza se organiza en seis capas celulares dispuestas de forma horizontal. En dichas capas podemos observar una distribución desigual de diversos tipos celulares. Las neuronas corticales de proyección son las células piramidales. Éstas tienen un soma a forma de pirámide, del cual se proyecta un axón y dos ramificaciones dendríticas (una a cada lado) en la parte basal del soma, y una ramificación dendrítica en la parte apical. También existe otro tipo de células no piramidales, como las células fusiformes, las células de Martinotti, las células estrelladas o granulares y las células horizontales de Cajal/Retzius. La capa I o capa molecular o plexiforme es la que queda en la superficie de la corteza. Es de naturaleza receptora. En ella se pueden localizar mucha fibras procedentes de las aferencias recibidas de diferentes regiones de corticales, subcorticales y troncoencefálicas. En esta capa se pueden encontrar neuronas horizontales de Cajal/Retzius, y es donde se proyectan las dendritas apicales de las neuronas piramidales para establecer contactos sinápticos. La capa II o capa granular externa es receptora y efectora. En esta capa encontramos el soma de neuronas piramidales que envían las dendritas apicales a la capa I y sus axones a la sustancia blanca. La capa III, o capa piramidal externa, es efectora y en ella se ubica el soma de neuronas piramidales de tamaño medio que envían las dendritas apicales a la capa I y sus axones a la sustancia blanca. La capa IV (receptora) está compuesta por células granulares o estrelladas, por eso se denomina también capa granular externa. La capa V, o capa piramidal interna es efectora y está formada por los somas de neuronas piramidales de tamaño variable que envían las dendritas apicales a la capa I, sus dendritas basales se establecen de forma horizontal dentro de la misma capa y sus axones alcanzan la sustancia blanca (fibras de proyección). También encontramos células fusiformes, células estrelladas y células de Martinotti. La capa VI, o capa polimórfica, es la capa más interna, con lo cual queda adyacente a la sustancia blanca. Esta capa queda conformada por diferentes tipos celulares, como las células fusiformes y las células de Martinotti. Los axones de esta capa envían fibras de proyección, con lo cual se trata de una capa efectora. Además de esta organización horizontal, también se da una organización vertical a modo de columnas funcionales. Este aspecto de la organización columnar de la corteza se tratará más adelante cuando se describan los aspectos funcionales de la misma.

En la figura A se presenta un trozo de corteza extraído de una sección coronal del encéfalo, donde se muestra la organización horizontal de la corteza en capas y la organización columnar funcional. En la figura B se presentan la disposición de los diferentes tipos celulares en relación a cada una de las capas.

Además de las diferencias celulares mostradas en la distribución celular en las capas de una misma zona cortical, en la neocorteza también observamos diferencias citoarquitectónicas entre las diferentes zonas de la corteza cerebral por lo que se refiere a la densidad, disposición, forma y tamaño celular. En 1909 Korbinian Brodmann dividió la corteza cerebral en más de cincuenta zonas en función de estas diferencias. A partir de entonces se realizaron numerosos mapas de la citoarquitectura de la corteza, y fue poco a poco cobrando más importancia la idea de que diferencias estructurales podrían ir acompañadas de diferencias funcionales.

Citoarquitectura de la corteza según los mapas elaborados por K. Brodmann.

Hoy en día, sabemos que diferentes áreas de la corteza presentan una cito-arquitectura diferente, un patrón de conexiones específico y una implicación funcional distinta. En general, podemos distinguir tres grandes bloques de regiones corticales. Por una parte tenemos las áreas sensoriales que se localizan en los lóbulos parietal, temporal, occipital y en el lóbulo de la ínsula. Estas regiones de la corteza reciben la información sensorial en función de la modalidad de que se trate. Distinguimos entre áreas sensoriales primarias y áreas sensoriales secundarias. Las primarias son aquellas que reciben las eferencias de diferentes núcleos talámicos (recuérdese el patrón específico que muestran las proyecciones talamocorticales y corticotalámicas). Mientras que las secundarias reciben la información de las primarias (dentro de cada una de las modalidades sensoriales), permitiendo comprender el significado de la información que nos llega a través de los sentidos. Citoarquitectónicamente, las áreas sensoriales se caracterizan por tener una capa granular interna (IV) muy prominente, y una capa piramidal interna (V) muy delgada. El segundo tipo de áreas corticales son las motoras. Estas áreas se localizan en el lóbulo frontal y en regiones adyacentes al surco central. También podemos distinguir dos tipos: la corteza premotora y la corteza motora primaria. La corteza premotora participa en la planificación de diferentes movimientos complejos, enviando la información hacia la corteza motora primaria. Ésta ejecuta los planes motores que le envía la corteza premotora. Es aquí donde se originan los tractos motores descendentes hacia el tronco del encéfalo y la médula espinal que permiten el control de los movimientos voluntarios. Citoarquitectónicamente, las áreas sensoriales se caracterizan por tener una capa granular interna (IV) bastante reducida, y una capa piramidal interna (V) muy gruesa. Por último, tenemos las áreas de asociación propiamente dichas, o áreas de asociación multimodal. Estas áreas están relacionadas con funciones de integración superior (intelectuales, procesos como el lenguaje, o los mecanismos de aprendizaje y memoria). Hay dos grandes áreas de asociación en la corteza cerebral humana. Una es la corteza de asociación parieto-occipitotemporal y la otra es la corteza prefrontal. La corteza de asociación parietooccipito-temporal se localiza en el área que queda rodeada por la corteza visual, auditiva y somatosensorial primaria.

Áreas funcionales de la neocorteza.

Se ha podido comprobar que pacientes con lesiones en la región parietal de esta corteza de asociación presentan trastornos en la percepción del propio cuerpo y del entorno en el que se mueve el sujeto. En referencia a la corteza prefrontal, podemos decir que las neuronas de la corteza prefrontal desempeñan una importante tarea a la hora de activar o inhibir otras poblaciones celulares localizadas en diferentes áreas del encéfalo. Por lo tanto, la corteza prefrontal es capaz de regular la activación de otras áreas del encéfalo. Anatómicamente, la corteza prefrontal se encuentra conectada bidireccionalmente con el lóbulo límbico y con todas las cortezas de asociación, lo cual le permite ejercer una función de control gran parte de la actividad conductual, emocional y cognitiva. Por ejemplo, la corteza prefrontal recibe información de la corteza parietal inferior la cual, por su parte, proyecta a la corteza prefrontal dorsolateral, constituyendo un circuito de gran importancia por lo que se refiere al procesamiento de la localización espacial de los estímulos del medio. También recibe información de la corteza temporal inferior, y ésta, por su parte, proyecta a la región orbital de la corteza prefrontal, formando un circuito especializado en el procesamiento de la información visual relativa a la forma, tamaño y color de los estímulos. Del mismo modo, corteza prefrontal también establece conexiones subcorticales para formar circuitos multisinápticos. Estas conexiones se originan en las regiones dorsolateral y orbital de la corteza prefrontal. De forma genérica, podemos resumir estas conexiones del siguiente modo: la corteza prefrontal proyecta a estructuras subcorticales del estriado tanto dorsal como ventral (el caudado, el putamen y el núcleo accumbens). Las neuronas estriatales envían sus axones al globo pálido y a la sustancia negra, y de estas estructuras salen proyecciones hacia núcleos talámicos específicos, que proyectan de nuevo a la corteza prefrontal, y así cierran el circuito. Estos circuitos, pese a compartir muchas estructuras, se mantienen anatómicamente separados a lo largo de toda su trayectoria. El hecho de ser circuitos cerrados no les impide recibir y enviar proyecciones a otras áreas corticales y subcorticales, por lo que no están funcionalmente aislados del resto del encéfalo. Las conexiones originadas en la región dosolateral de la corteza prefrontal (áreas 9 y 10 de Brodmann) se dirigen a la región dorsolateral de la cabeza del núcleo caudado. De aquí parten eferencias directas e indirectas hacia la sustancia negra y a la parte interna del globo pálido. El circuito se continúa con las proyecciones de estas estructuras a los núcleos ventral anterior y dorsomedial del tálamo, para cerrar el circuito proyectando de nuevo sobre la corteza prefrontal dorsolateral. De la región inferolateral de la corteza prefrontal (área 10 de Bodmann) también se genera un circuito multisináptico. Esta región cortical envía sus axones a la parte ventromedial del núcleo caudado. Desde el estriado ventral se envía la información directa e indirectamente a la sustancia negra y a la parte interna del globo pálido. Para cerrar este circuito, la información llega a la corteza orbitofrontal a través de los núcleos ventral anterior y dorsomedial del tálamo. De la corteza cingular anterior (área 24 de Brodmann) también se origina otro de estos circuitos multisinápticos. De esta región cortical las conexiones se dirigen a diferentes componentes del estriado ventral (el núcleo accumbens, el tubérculo olfativo y las porciones ventromediales del caudado y el putamen). Al estriado ventral llegan también aferencias de diferentes estructuras límbicas, como el hipocampo o la amígdala, por lo que se considera que este circuito es el más relacionado con el sistema límbico. Del estriado ventral salen proyecciones directas, y probablemente indirectas, hacia la sustancia negra y el globo pálido. De aquí las eferencias se reparten entre muchas estructuras, como el área tegmental ventral, la habénula, el hipotálamo, la amígdala o el núcleo dorsomedial del tálamo, que completa el circuito proyectando de nuevo a la corteza cingular anterior.

2.10.2 Sustancia blanca y conexiones.

Hasta de ahora hemos puesto el énfasis en la organización de la sustancia gris cerebral. Llegados a este punto, cabría preguntarse sobre la estructuración de la sustancia blanca. En general, existen tres tipos de fibras en la sustancia blanca de los hemisferios cerebrales: las fibras comisurales, las fibras de asociación y las fibras de proyección. En primer lugar tenemos las fibras que interconectan los hemisferios, o también denominadas comisuras. Aquí podemos distinguir dos conjuntos de fibras, las que pertenecen al cuerpo calloso y las que conforman la comisura anterior. El cuerpo calloso es la comisura más extensa. Esta comisura une los dos hemisferios cerebrales por debajo de la cisura longitudinal.

Aproximadamente, parece ser que el cuerpo calloso está compuesto por unos trescientos millones de axones mielínicos. A nivel estructural, esta comisura se va abriendo al llegar a los hemisferios formando la denominada radiación lateral del cuerpo calloso, donde se distingue un pico anterior denominado fórceps, la rodilla, el cuerpo, el esplenio o rodete y el fórceps posterior. Por su parte la comisura anterior se localiza a nivel de la lámina terminal y comunica regiones específicas de los hemisferios cerebrales, sobre todo la zona inferior del lóbulo temporal, y los bulbos olfatorios. Otro tipo de fibras que se pueden localizar en la sustancia blanca de los hemisferios cerebrales son las fibras de asociación. Las fibras de asociación están compuestas por axones que conectan regiones diferentes de la corteza cerebral pero dentro del mismo hemisferio. Dentro de las fibras de asociación encontramos algunas cortas en forma de U que conectan circunvoluciones adyacentes. También encontramos diferentes haces de fibras que conectan regiones a diferentes distancias dentro del mismo hemisferio. Dentro de este tipo de fibras, por ejemplo, se ubican el fascículo unciforme, el fascículo longitudinal inferior, el fascículo arqueado y el cingular, el fascículo longitudinal superior y el fascículo occipitofrontal superior. El tercer gran componente de la sustancia blanca de los hemisferios cerebrales es el constituido por las fibras de proyección. Tal como hemos visto hasta de ahora, la corteza establece interconexiones con diferentes estructuras subcorticales, troncoencefálicas y medulares. Estas fibras aferentes y eferentes discurren por lo que comúnmente denominamos fibras de proyección. En una localización dorsal, las fibras se distribuyen constituyendo lo que se conoce como corona radiada, mientras que a un nivel más ventral lo hacen a través de un tracto compacto denominado cápsula interna.

La corteza establece proyecciones descendentes hacia el tronco del encéfalo y la médula espinal. Aquí podemos distinguir las fibras descendentes que se originan en la corteza motora y que se dirigen a varios núcleos motores (por ejemplo, mediante el tracto corticobulbar), las fibras descendentes que se originan en la corteza somatosensorial y se dirigen a núcleos sensoriales de relevo (como los núcleos de las columnas dorsales) o de los nervios craneales, las fibras que se dirigen al cerebelo a través de las proyecciones corticopontinas (22) , las fibras que se originan en la corteza motora y en lóbulo parietal, en el bulbo forman las pirámides bulbares para terminar en la médula espinal (tracto corticoespinal lateral que presenta los axones cruzados, y el tracto corticoespinal ventral cuyos axones no se cruzan en las pirámides bulbares). Se ha podido comprobar que la mayor parte de la corteza cerebral (23) proyecta al estriado de una forma más o menos diferenciada.

Tal como se ha descrito anteriormente en relación a las áreas funcionales de la corteza, cada área sensorial primaria proyecta a un área de asociación unimodal que integra información de sólo un tipo de modalidad sensorial. Las áreas de asociación unimodal proyectan a áreas de asociación polimodal que integran información de más de una modalidad sensorial. El resto de áreas están implicadas en diferentes aspectos del control motor y en el procesamiento relacionado con capacidades cognitivas y emocionales como la atención, las funciones ejecutivas, el lenguaje, el aprendizaje y la memoria.

2.10.3 Corteza y función sensoriomotora.

Una pregunta que hemos de plantearnos a priori es cómo nuestro cerebro es capaz de convertir las señales sensoriales en una percepción del mundo que nos rodea. El ser humano es capaz de reconocer diferentes olores, es capaz de distinguir sonidos y secuencias auditivas más o menos estructuradas, es capaz de detectar diferentes sensaciones táctiles a lo largo de su piel. Nuestro sistema nervioso recibe cantidades ingentes de información multisensorial del mundo que tenemos a nuestro alcance y construye una realidad que constituye las bases de nuestras percepciones. Si observamos un rostro de un familiar o amigo somos capaces de reconocerlo; el mecanismo parece sencillo pero implica una tremenda complejidad: primero hemos de recibir todas las sensaciones de las diferentes partes de la escena visual (procesar la forma, el brillo, el color, la profundidad, el movimiento, etc), seguidamente tenemos que integrarlas y enviar toda la información a diferentes áreas de la corteza donde se almacenan nuestros recuerdos perceptivos. En resumidas cuentas, durante la evolución nuestro cuerpo ha generado unos mecanismos adaptativos que nos han permitido establecer interacciones muy complejas y especializadas con el medio exterior. En los puntos posteriores iremos describiendo cada una de las modalidades sensoriales haciendo un especial hincapié en el papel que desempeña la corteza cerebral para el procesamiento de dicha información. Se obviarán algunos aspectos fisiológicos relacionados con los mecanismos de recepción y transducción de la información sensorial.

Nuestro cerebro es un gran centro de operaciones que controla las funciones visuales. Cuando la información lumínica activa a los receptores de la retina ya empieza a procesarse para llegar finalmente a diferentes regiones de nuestra corteza. Cada cualidad de la escena visual es procesada y registrada por caminos paralelos que se van integrando y aglutinando para confluir finalmente en la percepción de la imagen. Si caminamos por la selva con unas condiciones de luz determinadas y observamos una pitón arbórea como la de la fotografía (Morelia Viridis) nuestro sistema sistema visual se encargará de analizar cada aspecto de la escena: la forma, el brillo, el color, la profundidad, el movimiento de la serpiente, etc.

En relación al procesamiento táctil del entorno que tenemos a nuestro alcance, la información sensorial alcanza la corteza somatosensorial por varias vías ascendentes que viajan paralelas a través de la médula espinal, el tronco del encéfalo y el tálamo (complejo ventral posterior). Tal como hemos visto anteriormente, las proyecciones talámicas del complejo ventral posterior del tálamo se dirigen hacia neuronas corticales localizadas fundamentalmente en la capa IV de la corteza somatosensorial. Ésta está formada por regiones citoarquitectónicamente diferentes situadas en la circunvolución postcentral del lóbulo parietal: áreas 1, 2, 3a y 3b de Brodmann, en conjunto llamadas área somestésica primaria (o también SI). Se ha podido comprobar que todas las áreas de la corteza somatosensorial contienen una representación separada y completa del cuerpo, de tal manera que se puede generar mapas corticales de dicha representación. De todas formas, estos mapas (el famoso homúnculo sensorial que podemos contemplar si nos damos una visita por el museo de historia natural de Londres) no representan el cuerpo en proporción real. Las zonas con mayor representación cortical son aquellas partes del cuerpo que juegan un papel fundamental en la discriminación táctil y de las que se debe tener información sensorial precisa.

Representación cortical de las diferentes partes del cuerpo.

La cantidad de corteza destinada a una determinada parte del cuerpo se relaciona con la cantidad de aferencias sensoriales que llegan de aquella zona. De esta forma, por ejemplo, las manos, la cara y los labios copan un porcentaje muy importante de la representación cortical del cuerpo, y esto parece deberse al hecho de que la exploración manual, la expresión facial y el habla constituyen funciones de gran importancia para el ser humano.

Detrás del surco postcentral nos encontramos la corteza parietal posterior. En esta región las áreas 5 y 7 de Brodmann se encargan del procesamiento somatosensorial de la información

En relación a las conexiones, se da un patrón claramente diferenciado entre el tálamo y la corteza, de modo que las 3/4 partes de los axones de los núcleos ventral posterolateral y ventral posteromedial acaban en las áreas 3a y 3b (la información propioceptiva de los músculos y las articulaciones acaban en 3a, y la información cutánea en 3b). La información somatosensorial proveniente de la piel se procesa posteriormente en el área 1 y se integra con la información de los músculos y las articulaciones en el área 2. En el área 3b, los campos receptores neuronales son relativamente sencillos, debido, por ejemplo, a que es en esta área donde se pueden obtener respuestas para la estimulación de un solo dedo de la mano. En las áreas 1 y 2, la mayoría de los campos receptivos corresponden a varios dedos.

Representación del complejo ventral posterolateral del tálamo y la corteza somatosensorial.

La corteza debe integrar toda la información relativa a las cualidades somatosensoriales de un estímulo determinado combinando la información que llega desde diferentes receptores que captan distintos aspectos del estímulo. En niveles sucesivos de procesamiento neuronal, las características de los estímulos a los que responden las neuronas se vuelven cada vez más complejas. Al igual que en otras modalidades sensoriales, la corteza somatosensorial presenta una organización por columnas. Las neuronas de estas columnas reciben información de la misma área del cuerpo y responden a la estimulación de un tipo de receptor, constituyendo de esta manera una especie de módulo funcional que ayuda a codificar de dónde proviene un estímulo y diferentes aspectos de su calidad estimular.

Representación de la corteza somatosensorial. Visión lateral (A) y visión coronal (B).

Por otro lado, la corteza somatosensorial secundaria (SII) está en posición lateral y posterior a SI, en el interior del surco lateral. Las diferentes áreas de SI envían información a SII, además SII también recibe información directa de los núcleos ventral posterolateral, ventral posteromedial y ventral posteroinferior. Si tenemos presente todo lo que acabamos de ver caeremos en la cuenta que parece existir un procesamiento en paralelo de la corteza primaria y la secundaria y no en serie como algunas veces se ha postulado. La corteza somatosensorial secundaria envía información a la amígdala y el hipocampo, que tal como hemos visto en capítulos anteriores se han relacionado con el aprendizaje y la memoria de las experiencias somatosensoriales. Además, también envía información a diferentes áreas motoras y a diferentes regiones del tronco del encéfalo y de la médula espinal a través del tálamo. Tanto la corteza somatosensorial primaria como la secundaria envían conexiones a la corteza parietal posterior (áreas 5 y 7 de Brodmann), para que ésta pueda integrar la información sensorial y llevar a cabo, por ejemplo, determinadas funciones como el movimiento guiado sensorialmente.

Las cuatro áreas de la corteza somatosensorial primaria (SI) se conectan entre sí mediante fibras cortas de asociación. La corteza somatosensorial secundaria (SII), situada en el interior del surco lateral, recibe proyecciones desde las cuatro regiones de SI. Las áreas de la corteza parietal posterior integran la información somatosensorial con aferencias procedentes del sistema visual y auditivo.

Por lo que se refiere al sistema visual, estamos rodeados de múltiples estímulos, de los cuales para establecer una adecuada interacción con el medio debemos percibir su forma, su color, tenemos que atender a las claves que nos indican la profundidad o el movimiento de los mismos. Todo este mundo visual surge a partir de la información proporcionada a la corteza por las vías originadas en la retina.

Representación de la corteza visual primaria (área 17 de Brodmann). El área 17 de Brodmann corresponde a la corteza visual primaria. Ésta se extiende a la parte más posterior del polo del lóbulo occipital y a lo largo de superficie medial del mismo lóbulo.

Representamos la información visual en la corteza occipital en el área V1 (corteza estriada) y en otras treinta áreas diferentes (algunas de las mismas exclusivamente visuales y otras, polimodales). La representación o mapa cortical de cada una de estas áreas corticales están conectadas entre sí y dan lugar a una red muy compleja. Hoy en día, sabemos que existe una especialización funcional de cada área. No obstante dicha especialización puede parecer paradójica al hecho de que todas las formas de la percepción visual se originen por la actividad global de toda la corteza cerebral. Antes de llegar a esa integración global del estímulo, y crear de esta manera nuestro propio universo visual, en nuestro cerebro la información es segregada en diferentes canales de procesamiento paralelo especializados en el análisis de los distintos atributos del estímulo visual.

Citoarquitectura de la corteza visual primaria.

Ya hace tiempo que autores como David Hubel y Torsten Wiesel pusieron de manifiesto que las neuronas con campos receptores similares tienden a estar próximas en el espacio y que sus propiedades fisiológicas de respuesta se organizan de una manera ordenada en la corteza visual. Las neuronas, por lo tanto, eran capaces de responder selectivamente a características y rasgos específicos de los estímulos visuales. En el tema anterior, se ha descrito que la corteza somatosensorial se organiza en módulos funcionales. Al igual que ésta, la corteza estriada o V1 está organizada en módulos o columnas funcionales. Las neuronas de cada columna reciben información de una parte determinada del campo visual. De este modo, podemos encontrar en cada uno de estos módulos funcionales dos segmentos de células, cada uno de los cuales rodea una agrupación de células especializada en la recepción de información de color que se llama blob (del inglés, “estaca”). Se ha podido comprobar que las neuronas de los blobs son sensibles al color y a las frecuencias espaciales bajas. La información de color procedente de las células ganglionares de la retina y de las capas parvocelulares del núcleo geniculado lateral del tálamo hace relevo en los blobs. Las células de los blobs tienen campos receptores organizados con un centro y una periferia que presentan un antagonismo doble. Fuera de la zona de los blobs (zona interblob), las neuronas no parecen mostrar sensibilidad al color, no obstante si la muestran para la frecuencia espacial, la orientación, la disparidad y la textura. En la corteza estriada, los módulos funcionales terminan por combinar la información proveniente de ambos ojos. Las agrupaciones celulares que reciben la información de un solo ojo se denominan columnas de dominancia ocular.

Los primeros experimentos que habían intentado dilucidar el papel de la corteza en el procesamiento de la orientación y el movimiento habían mostrado que las neuronas corticales respondían delante de barras que muestran el contraste de luz-oscuridad, y sólo si dichas barras se presentaban en una orientación particular dentro de su campo receptor. Parece ser que cada célula tiene preferencia por una orientación determinada del estímulo, por ello podemos destacar que existen poblaciones de neuronas selectivas para la orientación. Dentro de un grupo de neuronas con una misma preferencia de orientación, encontramos subtipos celulares: (1) Células simples que poseen campos receptores organizados en zonas de respuesta On y zonas de respuesta Off, (2) células complejas que muestran respuestas On y Off mixtas en todo el campo receptor y que responden aunque el estímulo luminoso se mueva a lo largo de su campo receptor, y (3) células hipercomplejas que son sensibles a la longitud de la barra de luz que se mueve por medio de su campo receptor, estas últimas parece ser que responden mejor si el estímulo luminoso tiene una longitud determinada.

Por otro lado, la mayoría de las neuronas de la corteza estriada responden preferentemente a frecuencias espaciales determinadas en la zona correspondiente a su campo visual. Neuronas diferentes detectan frecuencias espaciales distintas. Si tenemos una neurona sensible a la orientación, aparte del estímulo que está orientado en una dirección determinada, también deberá tener una frecuencia espacial óptima para la célula.

Existen otras células que están implicadas en la percepción de la textura (discriminación visual de superficies que se diferencian entre sí únicamente en la textura), de esta forma responden a patrones periódicos orientados de una determinada manera. Relacionado con la percepción de la textura nos encontramos con la visión en profundidad, la cual implica la conversión de imágenes bidimensionales en tridimensionales. Debido a que la retina es bidimensional, la percepción de un mundo tridimensional depende de la obtención de la información sobre la distancia. Son numerosos los ejemplos de la vida real que nos indican que diferentes formas de percibir la profundidad dependen de señales monoculares, como la perspectiva, no obstante patrón funcional muy frecuente que muestran las neuronas de V1 es la visión binocular, la cual nos permite adquirir una mejor percepción de la profundidad por medio del proceso de la visión estereoscópica. Cuando un objeto aparece en el campo visual, los movimientos oculares se encargan de dirigir la atención hacia el mismo. De tal manera que en el momento que el estímulo se proyecta en ambas fóveas (zona de máxima agudeza de la retina), se tiene la percepción de una imagen única. A causa del desvío horizontal existente entre ambos ojos, cada retina recibe una imagen ligeramente diferente de los estímulos del medio. Estas diferencias constituyen la denominada disparidad retinal. Parece ser que algunas de las células de V1 poseen campos receptores monoculares ligeramente desplazados, respondiendo a la disparidad retinal y permitiendo la sensación de profundidad estereoscópica. Para que se de una percepción completa de los diferentes estímulos que configuran nuestro espacio visual necesitamos la participación de las áreas visuales de asociación (o corteza extraestriada) que se disponen jerárquicamente combinando la información de los módulos individuales de V1 e incluso aquella información que proviene directamente del tálamo.

Áreas visuales de la corteza cerebral.

En general, podemos resumir que existen dos corrientes de procesamiento cortical visual: por un lado la corriente ventral que comprende desde la corteza estriada hasta el lóbulo temporal inferior y que desempeña una función crítica en el reconocimiento de objetos, y por otro la corriente dorsal que se localiza desde la corteza estriada hasta el lóbulo parietal posterior, y cuya implicación más importante es la visión espacial. De esta forma, detectamos el movimiento en nuestro campo visual comparando la posición de las imágenes sobre la retina en diferentes momentos. Las células de la retina pueden extraer la información comparando las distintas posiciones de una imagen sobre la retina en diferentes momentos. Parece ser que la percepción del movimiento está relacionada con la detección del movimiento de los puntos luminosos que responden a contrastes en la luminosidad.

Representación de las dos corrientes de procesamiento de la información visual.

De todas formas, la divergencia de la información en las corrientes de procesamiento visual parece comenzar a partir del área visual secundaria (V2 o área 18 de Brodmann), que presenta unas propiedades muy similares a las que exhiben la corteza estriada. Por otro lado, el área visual terciaria (V3) recibe aferencias tanto de la corteza estriada como del área visual secundaria. Las neuronas de V3 suelen responder a la orientación y a la disparidad binocular. Otra región cortical que recibe información de V2 y de V3 es el área denominada V4. Se ha podido comprobar que las lesiones bilaterales de V4 producen alteraciones en la capacidad de discriminación de los colores y de patrones y orientaciones. En general, podemos indicar que esta área participa en el análisis del color y de la forma de los estímulos visuales, implicándose, por ejemplo, en mantener la constancia del color que es una propiedad esencial de nuestro universo visual. Los campos receptores de las neuronas de V4 son amplios y muestran una organización cromática antagonista, lo cual contribuye a disminuir los cambios de la iluminación del entorno que inciden sobre un objeto determinado. En primates no humanos otra región que ha mostrado estar críticamente relacionada con la percepción visual es el área temporal medial o MT (V5). En humanos, el área funcionalmente equivalente a V5 sería una región comprendida entre el lóbulo occipital, el temporal y el parietal. Hoy en día, queda claro que prácticamente todas sus células responden a la dirección del movimiento. Se ha podido comprobar que en V5 se da un mapa retinotópico del campo visual contralateral. Además, esta área muestra una disposición por columnas funcionales parecida a la expuesta en la corteza estriada, de tal forma que es posible localizar en V5 células que responden a una misma dirección del movimiento, con independencia del color o de la textura del estímulo. Dicha especificidad irá variando a lo largo del eje de cada módulo. Anatómicamente, diferentes estudios han mostrado que V5 recibe información desde V1, V2 y V3, e incluso información que no pasa por el tálamo y que proviene directamente de los colículos superiores.

Representación del sistema visual.

En el caso de otros sentidos, como la audición el gusto y el olfato, se ha de tener presente la organización de la corteza cerebral para el procesamiento de dicha información. En el interior de la cisura de Silvio queda confina la corteza auditiva primaria. Desde esta región, la información llega a la corteza auditiva de asociación que está localizada en la parte superior del lóbulo temporal.

Corteza auditiva primaria y secundaria. La mayor parte de la corteza auditiva se encuentra tras la cisura de Silvio.

Representación del sistema auditivo.

Organización tonotópica en la corteza auditiva.

Por lo que se refiere al gusto, los axones sensitivos primarios que inervan las células receptoras gustativas se distribuyen en tres nervios craneales: el facial (VII), el glosofaríngeo (IX) y el vago (X). Los nervios craneales envían sus proyecciones a las regiones rostral y lateral del núcleo del tracto solitario a la altura del bulbo raquídeo (lo que se conoce como el núcleo gustativo del núcleo del tracto solitario). Es desde este núcleo donde las vías divergen. Parte de la información llega al diencéfalo, concretamente al hipotálamo lateral, y a la amígdala. Esta vía representa un foco importante para el procesamiento de la información emocional y reforzante relacionada con el gusto.

Representación del sistema gustativo.

Otra parte de la información se dirige a la corteza haciendo relevo en el núcleo ventral posteromedial del tálamo. Las neuronas de este núcleo talámico envían sus axones hacia la corteza gustativa primaria que podemos encontrar en la corteza frontal insular y opercular. De aquí, la información se dirige a la corteza gustativa secundaria, la cual se halla en la corteza orbitofrontal lateral caudal.

En el procesamiento de la información olfativa a nivel del bulbo olfatorio existen diferentes capas de células especializadas. Se sabe que los axones de las células mitrales y empenechadas (dos tipos de células bulbares) se dirigen mediante tracto olfatorio lateral hasta la corteza olfatoria. Ésta queda definida como las diferentes áreas corticales que reciben proyecciones directas del bulbo (como, por ejemplo, la corteza entorrinal, el córtex piriforme, el tubérculo olfatorio, etc.). Se ha podido comprobar que, a través del tálamo, el córtex piriforme, el tubérculo olfatorio, el córtex entorrinal y la amígdala envían proyecciones a la corteza frontal y orbitofrontal. La discriminación consciente de los olores parece depender de estas regiones del lóbulo frontal.

Representación de la corteza olfatoria.

Otras conexiones también importantes son las amígdalo-hipotalámicas y las de la corteza entorrinal hacia el hipocampo. Imaginemos que estamos sentados en la mesa de un bar, y de la mesa más próxima nos llega el cálido y penetrante aroma que desprenden las magdalenas al ser mojadas en un tazón de chocolate. Inmediatamente no podemos evitar pensar en episodios de nuestra más tierna infancia, cuando mojábamos magdalenas en aquel delicioso chocolate que nos preparaba nuestra abuela. De repente nuestra mente se llena de vívidos y emotivos recuerdos…Seguramente el lector habrá sido testigo de una situación similar. Parece ser que las proyecciones de la amígdala al hipotálamo nos ayudan a enriquecer emocionalmente el procesamiento de la información olfativa conjugándose con los axones que llegan al hipocampo, tan críticamente relacionado con la formación de los episodios que configuran nuestra memoria.

Representación de las células del bulbo olfatorio y de las principales proyecciones al sistema nervioso central.

Una cuestión que puede incitarnos a reflexión esta relacionada con el movimiento y con la información sensorial: ¿cómo hacemos lo que hacemos? Parece obvia la respuesta a esta pregunta pero cuando intentamos especificar las bases biológicas subyacentes nos encontramos con una gran dificultad a la hora de poder explicar estos mecanismos. El movimiento voluntario implica una serie de planes motores y una puesta en marcha de éstos en lo que es una orden que provoca el movimiento de nuestros músculos. Para ello necesitamos integrar toda la información sensorial relacionada con el equilibrio y con la posición de nuestro cuerpo en relación con el espacio. Parece fácil describir estas fases de una forma global ya que normalmente operamos de forma automática, pero cuando intentamos descomponer el todo en sus partes nos damos cuenta de su gran complejidad.

Vía directa en las conexiones de los ganglios basales en la modulación del movimiento talámico.

El complejo talámico ventral anterior y ventral lateral envía proyecciones hacia el área premotora y otras regiones de asociación del lóbulo frontal por delante de la corteza motora primaria. De esta forma, los ganglios basales influyen en la corteza motora primaria indirectamente, modulando la actividad en las áreas de asociación motoras. Las neuronas del estriado son neuronas inhibitorias (GABA) activas transitoriamente (tienen poca o ninguna actividad espontánea). En cambio, las neuronas de la porción interna del globo pálido, que también son inhibitorias, se encuentran tónicamente activas y, por consiguiente, inhiben de manera tónica (continua) las neuronas del tálamo. La actividad cortical dispara las neuronas del estriado que, al ser gabaérgicas, inhiben la actividad de la porción interna del globo pálido. Al inhibir las neuronas de la porción interna del globo pálido, desaparece la inhibición tónica sobre el tálamo, permitiendo que las neuronas talámicas sean excitadas por otras aferencias (especialmente desde regiones corticales). Las neuronas del tálamo estimulan la generación de señales otra vez hacia la corteza. Cuando se activa la vía directa, el globo pálido deja de inhibir el tálamo, y permite que este último y el córtex se activen. En referencia a la vía indirecta, y partiendo que las neuronas del estriado son neuronas inhibitorias (GABA) activas transitoriamente, las neuronas de la porción externa del globo pálido son neuronas inhibitorias tónicamente activas que proyectan al núcleo subtalámico y lo inhiben. Las neuronas del núcleo subtalámico son excitatorias (glutamato) y proyectan a la porción interna del globo pálido, proporcionando excitación adicional a las neuronas tónicamente inhibitorias de la porción interna del globo pálido. Por tanto, el núcleo subtalámico puede aumentar la inhibición tónica que llega al tálamo desde la porción interna del globo pálido. Por lo tanto, parece ser que el efecto de la actividad de la vía indirecta es el aumento de la influencia inhibitoria sobre el tálamo y, por tanto, sobre el córtex. En general, la activación de la vía directa desinhibe el tálamo (aumenta actividad talamocortical), lo cual se relaciona con facilitación del movimiento, mientras que la activación de la vía indirecta aumenta la inhibición del tálamo, lo cual conlleva una inhibición del movimiento.

Vía indirecta en las conexiones de los ganglios basales en la modulación del movimiento talámico.

Desde un punto de vista clínico, este sistema se ha relacionado con la enfermedad de Parkinson y con la corea de Huntington. En relación a la enfermedad de Parkinson, destacar que esta afectación es un trastorno hipocinético. Los pacientes de Parkinson muestran temblor constante en reposo, rigidez muscular, inestabilidad postural, disminución de los movimientos espontáneos y lentitud en la ejecución de los movimientos. La enfermedad de Parkinson se produce por la pérdida de las neuronas dopaminérgicas que, desde la sustancia negra, inervan el estriado (degeneración de la vía nigroestriada). Las aferencias dopaminérgicas de la vía nigroestriada refuerzan o amplifican las señales corticales que activan la vía directa. Por tanto, la degeneración de vía nigroestriada reduce esta influencia sobre la vía directa, disminuyendo la probabilidad de que se produzca la activación del córtex por medio del tálamo. Los síntomas hipocinéticos observados en los enfermos de Parkinson son resultado del fracaso de la desinhibición en los ganglios basales. En referencia a la corea de Huntington, ésta es un trastorno hipercinético que se caracteriza por un exceso de movimientos incontrolables y rápidos que, en principio, sólo implican la cara y las manos; sin embargo, cuando la enfermedad avanza, se extienden por todo el cuerpo. Es una enfermedad progresiva que, finalmente, produce la muerte. Estos síntomas reflejan la liberación de las conductas motoras que los ganglios basales deberían mantener controladas.

Implicación de los ganglios basales en la enfermedad de Parkinson.

En la enfermedad de Huntington se produce una degeneración de las neuronas espinosas intermedias que proyectan hasta la porción externa del globo pálido. Por lo tanto, disminuyen las eferencias excitatorias del núcleo subtalámico a la porción interna del globo pálido, y la vía indirecta es anormalmente eficiente para desinhibir el tálamo. La desinhibición del tálamo sin la oposición de la vía indirecta aumenta la probabilidad de que señales no apropiadas lleguen a la corteza produciendo los movimientos balísticos y coreicos que caracterizan a la enfermedad de Huntington.

Implicación de los ganglios basales en la enfermedad de Huntington.

En referencia a las eferencias y aferencias de los ganglios basales, podemos resumir en cuatro los circuitos que atraviesan este conjunto anatomofuncional de núcleos: el circuito motor del área motora suplementaria, el circuito límbico de la circunvolución anterior del cíngulo y de la corteza orbitofrontal medial, el circuito oculomotor y el circuito asociativo de la corteza prefrontal lateral.

Parece ser que el núcleo parafascicular del tálamo lateral o núcleo centromediano (CM) desempeña también un papel importante en el sistema de los ganglios basales-tálamo cortical del control motor. En la parte superior de la imagen podemos observar que cuando el estriado no está activado, las neuronas tálamo-corticales se encuentran inhibidas (línea discontinua). En la parte inferior de la imagen se muestra que el CM recibe proyecciones de estructuras troncoencefálicas, de tal forma que su activación regula la respuesta de las neuronas estriatopalidales [GPi: segmento interno del globo pálido; CM: núcleo parafascicular lateral o centromediano].

La actividad neural en el cerebelo cambia continuamente durante el curso de un movimiento. Tanto las células de Purkinje como las de los núcleos profundos se encuentran tónicamente activas en reposo y cambian la frecuencia de descarga a medida que se desarrollan los movimientos. Las neuronas del cerebelo responden selectivamente a diferentes aspectos del movimiento, como la extensión o la contracción de los músculos o la posición de las articulaciones. Desde un punto de vista funcional, podemos distinguir tres regiones diferentes: el vestíbulo-cerebelo, el espino-cerebelo y el cerebro-cerebelo. El vestíbulo-cerebelo, se corresponde anatómicamente con el lóbulo floculonodular. Recibe información del sistema vestibular (orientación de la cabeza con respecto a la gravedad y de los movimientos de la cabeza) e información visual desde los colículos superiores y de la corteza estriada. Las células de Purkinje del vestíbulo-cerebelo inhiben a las neuronas de los núcleos vestibulares, mediales y laterales. Por medio del núcleo lateral, el cerebelo puede modular los tractos vestíbulo-espinales lateral y medial que controlan predominantemente la musculatura axial y los extensores de las extremidades, asegurando el equilibrio en reposo y movimiento. La proyección inhibitoria al núcleo medial controla los movimientos de los ojos y coordina los de la cabeza y los ojos por medio del fascículo longitudinal medial. Las lesiones en el vestíbulo-cerebelo producen alteraciones en el equilibrio e incapacidad de utilizar la información vestibular para controlar los movimientos de los ojos durante movimientos de rotación de la cabeza.

Esquema de las principales conexiones del vestíbulo-cerebelo.

El espino-cerebelo se encuentra formado por el vermis y por las porciones intermedias de los hemisferios. El espino-cerebelo recibe información que representa los efectos que las órdenes motoras descendentes están produciendo sobre los músculos. Esta información le permite comparar la acción que se pretende realizar con la que están llevando a cabo los músculos. Cuando se detectan disonancias en el espino-cerebelo, se generan señales que corrigen dichos errores. Estas señales no se transmiten directamente a la médula, sino por medio de los sistemas descendentes del tronco del encéfalo. Los diferentes componentes del espino-cerebelo, vermis y zona intermedia de los hemisferios realizan funciones diferentes. El vermis recibe información visual, auditiva y vestibular, así como información somestésica de la cabeza y las partes proximales del cuerpo. Proyecta a través del núcleo fastigio a zonas del córtex y tronco del encéfalo relacionadas con el sistema descendente medial que controla los músculos proximales del cuerpo y extremidades.

Esquema del espino-cerebelo: conexiones del vermis del cerebelo.

Las partes adyacentes de los hemisferios también reciben información somestésica de las extremidades y proyectan a través de los núcleos interpuestos hasta el núcleo rojo (origen del tracto rubroespinal). Otros axones del núcleo interpositus llegan hasta el tálamo. Las neuronas talámicas proyectan hasta zonas del córtex motor primario que controlan las extremidades. Actuando sobre las neuronas origen del tracto rubroespinal y corticoespinal, el cerebelo controla la musculatura de las extremidades. La zona intermedia de los hemisferios se relaciona con el control de los músculos más distales de las extremidades. Las lesiones en el vermis producen alteraciones en el equilibrio, y en la zona intermedia de los hemisferios produce rigidez en las extremidades.

Esquema del espino-cerebelo: conexiones de la zona intermedia de los hemisferios cerebelosos.

En referencia al cerebro-cerebelo, éste se encuentra formado por las partes más laterales de los hemisferios y por el núcleo dentado. Es la única parte del cerebelo que recibe proyecciones exclusivamente desde la corteza cerebral. Las zonas corticales que proyectan hacia el cerebelo son las siguientes: (1) la corteza motora y premotora (mediante estas proyecciones, el cerebelo tiene información de los movimientos intencionados), (2) la corteza somatosensorial primaria y de asociación (por medio de estas proyecciones, el cerebelo recibe información de la posición actual del cuerpo y de la tasa de movimiento de las extremidades), (3) regiones de asociación visual. Cuando el cerebelo recibe información de que la corteza motora ha empezado a iniciar un movimiento, calcula cuál debería ser la contribución de diferentes músculos para llevar a cabo aquel movimiento. El resultado de este análisis es enviado al núcleo dentado que proyecta al córtex motor a través del tálamo. Las proyecciones en la corteza permiten al cerebelo modificar el movimiento en curso que había sido iniciado en la corteza frontal. El cerebro-cerebelo está relacionado con la planificación y programación de movimientos voluntarios complejos. La lesión de la zona lateral de los hemisferios produce debilidad y descomposición del movimiento.

Esquema de las principales conexiones del cerebro-cerebelo.

Un aspecto que tenemos que tener presente a la hora de describir el control de la corteza sobre el movimiento, es que algunas de las áreas sensoriales (primarias, de asociación unimodal o polimodal) están también implicadas en la programación y sistematización de los movimientos, enviando información a las áreas premotoras y a la corteza motora primaria. Parece ser crítico un nexo de unión funcional entre la información sensorial y la propia organización y planificación del movimiento a nivel cortical. Para ello, las áreas sensoriales de asociación polimodal son capaces de integrar la información proveniente de diferentes modalidades sensoriales proporcionando, de esta manera, una retroalimentación y una guía sensorial esencial para la puesta en marcha del movimiento. Para poder poner en marcha un plan motor, nuestro cerebro necesita tener presente la información referente a la posición que ocupan las diferentes partes del cuerpo y a la ubicación espacial de los estímulos que configuran el mundo visual del sujeto. La corteza parietal posterior (áreas 5, 7, 39 y 40 de Brodmann) parece ser crítica a la hora de aportar esta coherencia sensorial previa al movimiento y a la hora de dar un contenido motivacional al mismo (conductas motoras dirigidas a metas específicas) Esta región parietal recibe información de las cortezas vestibular, somatosensorial, visual y auditiva. De esta forma, tiene acceso a toda la información relativa a la posición de las partes del cuerpo y a la situación de los diferentes objetos que componen el escenario visual sobre el que se pondrá en marcha el movimiento. Anatómicamente, esta región cortical tiene conexiones con la corteza de asociación prefrontal dorsolateral y con las áreas premotoras. La corteza de asociación prefrontal dorsolateral, por lo tanto al recibir las conexiones provenientes de la corteza de asociación parietal posterior dispone de una representación mental de los estímulos a los que el sujeto debe orientar su conducta motora. A nivel eferente, la corteza de asociación prefrontal dorsolateral proyecta a las áreas premotoras. La corteza de asociación prefrontal dorsolateral parece ser fundamental para la planificación de los actos motores en función de la experiencia previa así como para evaluar las consecuencias de las acciones futuras, y planear y organizar las acciones en función de los posibles resultados que pudieran tener para el sujeto. Para ello, selecciona la estrategia que se usará para poner en marcha el movimiento.

Principales conexiones aferentes y eferentes de la corteza de asociación parietal posterior en relación al control sensoriomotor.

Las áreas motoras de la corteza cerebral, la corteza motora primaria y las áreas premotoras, constituyen el nivel superior de la jerarquía motora. La corteza motora primaria (área 4 de Brodmann) se encuentra en la circunvolución precentral (en superficie medial y lateral). Al igual que sucedía con la corteza somatosensorial primaria (localizada en la circunvolución postcentral), la corteza motora primaria tiene una representación o mapa motor del cuerpo (homúnculo motor), donde la musculatura utilizada en tareas que requieren un control muy fino (como la de la cara o manos) ocupa mucho más espacio que la representación de la musculatura que requiere un control motor relativamente menos preciso aunque se traten de grandes paquetes musculares.

La corteza motora primaria (circunvolución precentral en la superficie medial y lateral, área 4 de Brodmann) tiene una representación o mapa motor del cuerpo (conocido como homúnculo motor).

Anatómicamente, la corteza motora primaria establece conexiones con diferentes núcleos del tronco del encéfalo, con las motoneuronas del tronco del encéfalo y de la médula espinal (mediante los tractos córtico-espinales). En cuanto a sus aferencias, recibe proyecciones del núcleo ventral posterolateral del tálamo, de la corteza somatosensorial primaria y de las áreas premotoras. Funcionalmente, se ha podido demostrar que si estimulamos eléctricamente diferentes regiones de esta área produciremos diferentes conductas motoras en el lado contralateral del cuerpo. Por lo tanto, el área motora primaria es el componente de la corteza motora que está críticamente implicado en el control directo de la ejecución de los movimientos. De esta forma interviene en la elaboración de los movimientos voluntarios estableciendo las órdenes motoras de “cuándo” y “cómo” se deben mover los músculos. Diferentes estudios electrofisiológicos han puesto de manifiesto que la corteza motora primaria se activa durante la propia ejecución del movimiento. Parece ser que de esta forma se codifica la fuerza de la contracción muscular y la dirección de los movimientos.

Principales conexiones aferentes y eferentes de la corteza de asociación prefrontal dorsolateral.

Por su parte, las áreas premotoras incluyen la corteza premotora (área 6 de Brodmann), mayoritariamente en la superficie lateral, y la corteza motora suplementaria localizada más medialmente. La estimulación eléctrica de estas regiones produce movimientos complejos que suelen implicar la actividad en múltiples articulaciones de los dos lados del cuerpo. La corteza premotora envía proyecciones a la corteza motora primaria y a otras estructuras motoras. En cuanto a sus aferencias, recibe la información proveniente de la corteza somatosensorial primaria y parietal posterior (que le proporcionan información de la respuesta motora que se está llevando a cabo) y de la corteza prefrontal dorsolateral, además también le llegan axones de los núcleos motores, del tálamo ventroanterior y ventrolateral (que, por su parte, reciben conexiones de los ganglios basales y cerebelo). En general, parece ser que la corteza premotora se relaciona con la programación de los movimientos. Las neuronas de esta área se activan de forma anticipatoria al movimiento y disminuyen su tasa de descarga cuando éste empieza a llevarse a cabo. Por otro lado, el área motora suplementaria envía proyecciones a la corteza motora primaria y recibe información de la corteza somatosensorial, de la corteza de asociación parietal posterior y de la corteza prefrontal dorsolateral. Su función principal se relaciona con la programación y coordinación de los movimientos complejos de los dos lados del cuerpo, como, por ejemplo, todos aquellos movimientos implicados en la coordinación de las dos manos. Las neuronas del área motora suplementaria también muestran una activación anticipatoria.

El área motora suplementaria, la corteza premotora y las áreas motoras cinguladas proyectan sobre la corteza motora primaria. En la figura se representa solamente la cara medial quedando descritas dos de las cuatro áreas de la corteza motora secundaria: el área motora suplementaria y la corteza premotora. Las dos áreas motoras cinguladas quedarían expuestas en una visión sagital medial del encéfalo.

A modo de resumen, podemos concluir que las cortezas de asociación participan en la planificación del movimiento (participando en la integración de la información sensorial esencial para la planificación motora y en la selección de la estrategia más adecuada para llevar a cabo un determinado movimiento), las áreas premotoras en la programación del movimiento, y la corteza motora primaria en la ejecución del movimiento. Por ello, es fácil comprobar que el sistema sensoriomotor está organizado jerárquicamente. La corteza de asociación sensoriomotora implicaría a la corteza de asociación parietal posterior y a la corteza de asociación prefrontal dorsolateral. Los espertos están de acuerdo en que estas dos localizaciones se componen a su vez de varias áreas (tal como acabamos de describir) no obstante hay controversia teórica y experimental en cómo dividirlas de la mejor forma. Por lo que se refiere a la corteza motora secundaria, tal como hemos visto, quedaría compuesta por el área motora suplementaria, la corteza promotora y las áreas motoras cinguladas. La corteza motora primaria fundamentalmente queda circunscrita a la circunvolución postcentral.

2.10.4 Corteza y cerebro emocional.

En los seres humanos, la emoción se considera un estado del organismo con diferentes formas de manifestación: En primer lugar, se trata de un estado con un nivel de activación fisiológica determinado, de acuerdo con la actividad del sistema nervioso autónomo y del sistema neuroendocrino. En segundo lugar, se genera todo un abanico de respuestas motoras, tanto de la musculatura facial como del resto de los músculos. En tercer lugar, existe un procesamiento cognitivo que permite al sujeto llevar a cabo una valoración de la situación y ser consciente de este estado emocional en el que se encuentra. Ante una situación de peligro, por ejemplo, el organismo puede generar una reacción general de alerta (neural, endocrina y metabólica) para posibilitar las condiciones adecuadas para que el sujeto sea capaz de responder de la manera más apropiada ante dicha situación. Sin emociones, la respuesta que pueda proporcionar el sujeto carecería de valor adaptativo.

Cuando caminamos por el bosque, podemos encontrarnos con una serpiente. Este estímulo será procesado por el núcleo geniculado lateral del tálamo (NGL), el cual enviará la información directamente a la amígdala (o indirectamente, a través de la corteza visual). Así, la amígdala es la encargada de poner en funcionamiento los mecanismos que alteran el ritmo cardíaco, la presión sanguínea y la actividad músculo-esquelética del sujeto, para posibilitar una respuesta de defensa adecuada.

Desde una perspectiva esquemática, podemos constatar que, ante un estímulo capaz de producir respuestas emocionales, se genera un procesamiento tanto en el ámbito cortical como en el subcortical del mismo. Asimismo, puede generarse una respuesta músculo-esquelética, autonómica y neuroendocrina periférica. Esta respuesta periférica, a su vez, influye sobre el procesamiento neural que se está llevando a cabo. La expresión de las emociones constituye una forma de comunicación útil para explicitar sensaciones y sentimientos, así como para indicar a los demás cómo se deben comportar ante nuestro estado de ánimo. El lenguaje emocional es el lenguaje más primitivo, tanto en sentido filogenético como ontogenético. La comunicación humana de la emoción depende, principalmente, del sistema músculo-esquelético, sobre todo de los músculos que controlan expresiones posturales y faciales. Se ha podido comprobar que personas de diferentes culturas presentan expresiones faciales y posturales muy similares y que el significado emocional de las mismas puede ser identificado por personas de todo el mundo. En 1971, Ekman y Friesen estudiaron los miembros de una tribu aislada de Nueva Guinea que no había establecido ningún contacto con el mundo exterior. Los sujetos de esta tribu no presentaron ningún problema a la hora de reconocer las expresiones faciales y/o emocionales producidas por individuos occidentales. Las expresiones faciales y posturales de las emociones son automáticas e involuntarias, aunque pueden ser modificadas por aspectos culturales y por las características concretas de la situación en la cual se están manifestando. Al comienzo de la década de los setenta, Ekman y colaboradores estudiaron la respuesta emocional de estudiantes japoneses y americanos frente a una película de alto contenido emocional, en dos condiciones diferentes: cuando el sujeto estaba solo o cuando estaba en presencia de otra persona. En la cultura japonesa, donde se consideran socialmente inadecuadas las demostraciones públicas de las emociones, era de esperar que los estudiantes japoneses mostraran menos expresiones emocionales faciales y posturales frente a otra persona que los estudiantes americanos. Los resultados confirmaron esta hipótesis. Por lo tanto, la expresión facial y postural de las emociones constituye un repertorio de respuestas motoras innatas; estas últimas, sin embargo, se encuentran influidas por la cultura y por la situación concreta en la que se desarrollan.

Otro aspecto importante a resaltar estaría relacionado con el movimiento. Así, se ha podido comprobar que la regulación neural de los movimientos cuando éstos están producidos de manera voluntaria (conductas motoras voluntarias) es diferente de cuando sean expresión directa de las emociones (conductas motoras emocionales). En 1862, el anatomista francés Duchenne describió que, en los seres humanos, la sonrisa estaba producida por la contracción de dos músculos de la cara: el orbicular y el cigomático mayor. En concreto, Duchenne observó que este último podía controlarse voluntariamente, mientras que el orbicular -o músculo de Duchenne- únicamente parecía contraerse ante una emoción. De forma añadida, se ha podido comprobar que los pacientes con paresia facial volitiva no son capaces de mover de manera voluntaria los músculos de la cara; no obstante, sí que pueden expresar emociones con estos músculos. Por contra, los pacientes con paresia facial emocional pueden mover voluntariamente los músculos de la cara, pero no cuando expresan emociones. La paresia facial volitiva es debida o bien a una lesión de la parte de la corteza motora primaria, correspondiente a la cara, o bien a una lesión de los axones que unen la corteza motora con el núcleo del nervio facial. Por su parte, la paresia facial emocional se debe o bien a una lesión de la región insular de la corteza prefrontal, a una lesión de zonas muy limitadas del tálamo, o bien a una lesión de la sustancia blanca del lóbulo frontal.

Tal como hemos visto anteriormente, la mayoría de las personas disponemos de una capacidad mnemónica selectiva; es decir, almacenamos únicamente una parte de toda la información que recibimos del entorno. La modulación emocional de la memoria proporciona a los sujetos una importante herramienta adaptativa, dado que las emociones nos informan de cuál es la información con contenido relevante para el mismo sujeto y que, por consiguiente, es susceptible de ser retenida. De este modo, los mecanismos de aprendizaje y memoria se pueden ver influidos por las respuestas fisiológicas de una emoción (producidas al mismo tiempo), modulando la transferencia de la información a la memoria a largo plazo.

Conexiones de la amígdala con el sistema auditivo en relación al control de los componentes de una respuesta emocional: conductual, autonómica y endocrino. La región basolateral de la amígdala es crítica para la modulación emocional de la memoria. Tal como se representa en la imagen, esta región proyecta a diferentes regiones del lóbulo temporal medial, al estriado, al prosencéfalo basal y a diferentes áreas de la corteza

El hipotálamo también se ha relacionado funcionalmente con la agresión. Hoy en día sabemos que los patrones de las conductas agresivas son propios de cada especie y están organizados por circuitos neurales programados a lo largo del desarrollo. En los años veinte, diferentes estudios experimentales con gatos y perros pusieron de manifiesto que la lesión de la mitad posterior del hipotálamo impedía la manifestación, en los mismos animales, de conductas agresivas inducidas por extirpaciones de los hemisferios cerebrales.

El hipotálamo fue una de las primeras estructuras que se relacionó con la conducta agresiva. Un investigador de la Universidad de Zurich, Walter R. Hess, demostró que la estimulación eléctrica de distintas localizaciones del hipotálamo podía inducir diferentes respuestas de ataque y de defensa. Hess estudió los efectos de la estimulación eléctrica de distintas zonas del diencéfalo y encontró gran variedad de respuestas dependiendo del área concreta estimulada. Así, este investigador demostró que la estimulación eléctrica del hipotálamo era capaz de generar en los animales patrones característicos de respuestas emocionales de miedo y de furia. En 1949, Hess recibió el premio Nobel por sus trabajos sobre el papel del hipotálamo en la coordinación y regulación funcional de los órganos internos. En la década de los setenta, el investigador de la Escuela de Medicina de la Universidad de Yale, John Flynn, observó que la estimulación eléctrica del hipotálamo medial podía generar conductas de amenaza de ataque en gatos que advierten al adversario que será objeto de agresión si continúa estando presente en la situación. Estas últimas iban acompañadas de una elevada actividad de la rama simpática del sistema nervioso autónomo. Sin embargo, cuando la estimulación era del hipotálamo lateral, se provocaba una agresión predatoria por parte de un miembro de una especie hacia un miembro de otra sin esta elevada actividad simpática. En 1971, Panksepp encontró que cuando la estimulación eléctrica del hipotálamo generaba agresión depredadora, esta estimulación era reforzante para el animal, mientras que cuando generaba conductas de amenaza, resultaba ser adversa. Panksepp llegó a esta conclusión porque, en el primer caso, las ratas aprendían con facilidad a autoproporcionarse corrientes de estimulación en el hipotálamo lateral por medio de una palanca, mientras que en el segundo aprendían con gran facilidad a desconectar la estimulación eléctrica cuando esta última era proporcionada en el hipotálamo medial. Experimentos realizados por Shaikh, Siegel y colaboradores han puesto de manifiesto las interconexiones entre la amígdala, el hipotálamo y la sustancia gris periacueductal para el desarrollo tanto de la agresión de amenaza de ataque (denominada por algunos autores como agresión afectiva, por la elevada actividad simpática observada en los patrones conductuales), como de la agresión depredatoria. Así pues, parece ser que el hipotálamo regula los patrones conductuales agresivos por medio de dos vías anatómicamente diferenciadas. Después de Papez y MacLean, las estructuras del lóbulo límbico de Broca se relacionaron íntimamente con las emociones. En la actualidad, existen evidencias experimentales que ponen de manifiesto el hecho de que algunas de las áreas límbicas intervengan en funciones emocionales, pero que hay otras que son más importantes en el procesamiento cognitivo y no tanto en el procesamiento de la información emocional, como por ejemplo el hipocampo en relación a los procesos de memoria declarativa. MacLean consideró que el sistema límbico se podía definir anatómicamente a partir de sus conexiones con el hipotálamo; sin embargo, en la actualidad se ha podido observar que el hipotálamo está conectado con prácticamente todos los niveles del sistema nervioso. El mismo investigador describió que las estructuras del lóbulo límbico de Broca podrían identificarse atendiendo al control que ejercieran sobre el sistema nervioso autónomo. En cuanto a esto último, si bien es cierto que algunas zonas del sistema límbico poseen un papel capital en el control del sistema nervioso autónomo, también existen núcleos en el tronco del encéfalo con una regulación autonómica muy importante. Hoy día, podemos desestimar la consideración, establecida por las teorías pioneras dentro del estudio de las emociones, del sistema límbico como un cerebro emocional.

En la actualidad, está claro que el componente periférico de las emociones incluye el hipotálamo, mientras que el componente central comprende el córtex cerebral, especialmente la corteza cingular y el córtex prefrontal (áreas ventrales, mediales y orbitales). En medio de los dos componentes se encuentra la amígdala, que parece coordinar la experiencia consciente y las expresiones periféricas de las emociones. Diferentes evidencias experimentales han puesto de manifiesto que lesiones del núcleo central de la amígdala afectan a todas las respuestas del condicionamiento del miedo (un tipo de condicionamiento clásico que implica la presentación de un estímulo incondicionado aversivo al final de la presencia de un estímulo inicialmente neutro). Asimismo, su estimulación produce incrementos en la tasa cardiaca, frecuencia respiratoria, presión sanguínea, liberación de las hormonas del estrés, inmovilización conductual, hiperreflexia, entre otros. El núcleo central intercede como mediador en la activación del arousal cortical por medio de sus proyecciones directas al córtex (sobre todo al giro cingular rostral y a la corteza orbitofrontal) y mediante sus proyecciones indirectas, a través del núcleo basal de Meynert. Hoy en día, se piensa que la amígdala podría ser una estructura implicada en la mediación tanto de las respuestas emocionales como del sentimiento consciente de la emoción. Diferentes estudios han verificado la relación de la amígdala con memorias implícitas de claves estimulares que señalizan las emociones expresadas facialmente. Experimentos sobre pacientes con lesiones bilaterales de la amígdala sugieren que esta estructura posee un papel primordial en el miedo, dado que los sujetos lesionados son incapaces de aprender las claves estimulares que individuos normales utilizan para reconocer expresiones faciales de miedo. Las lesiones de la amígdala parece que impiden la capacidad de los sujetos para aprender el condicionamiento del miedo y la posibilidad de emisión de juicios sociales a partir de las expresiones faciales. Se ha visto que la estimulación eléctrica de la amígdala en humanos produce sentimientos de miedo y agresión.

Proyecciones del núcleo central de la amígdala en relación a los tres componentes de la respuesta emocional: autonómico, conductual y endocrino. La amígdala en humanos se ha comprobado que está críticamente implicado en el miedo, la cognición social y en el reconocimiento de las expresiones faciales emocionales.

Un aspecto altamente adaptativo de la memoria humana es la facilitación de la memoria explícita y consciente a través de los estímulos emocionalmente importantes para el sujeto. Diferentes estudios han puesto de manifiesto que los estímulos emocionales son capaces de poner en marcha mecanismos específicos neurales y cognitivos que potencian la memoria explícita. Es harto conocido que los sucesos emocionalmente arousalizantes son registrados de forma más intensa que los inicialmente neutros. Desde los primeros teóricos del estudio de la emoción, siempre se ha sabido que las situaciones con mucha carga emocional se recuerdan mejor que situaciones neutrales. A raíz del atentado contra el World Trade Center de Nueva York, por ejemplo, la mayoría de las personas seremos capaces de recordar con bastante claridad y exactitud el lugar y la situación concreta donde nos encontrábamos cuando sucedieron los hechos. Un ejemplo extremo será la llamada flashbulb memory que se refiere a una memoria vívida para un suceso emocionalmente intenso como el enterarnos de la muerte de un pariente o de una celebridad muy apreciada. Desde una perspectiva evolutiva el arousal emocional, tanto de naturaleza aversiva como apetitiva, señaliza un acontecimiento o un estímulo que es importante de forma inmediata y futura para la supervivencia del individuo o para su éxito re-productivo. De ahí a que sea adaptativa la facilitación de la memoria para un estímulo que es capaz de elicitar un estado de arousal emocional, garantizando que esta información esté disponible en futuras ocasiones. El arousal emocional afecta a la memoria a través de factores que actúan durante la codificación de la memoria (atención y elaboración) y a través de factores que modulan la consolidación de la información. Diferentes evidencias experimentales han implicado a la amígdala como una pieza clave en la facilitación de la memoria explícita tanto para acontecimientos emocionales agradables como desagradables a través de dos clases de efectos: modulando los procesos de codificación y facilitando la consolidación de las trazas de memoria. Los procesos de codificación crean la representación inicial de la memoria. Después, los procesos de post-codificación continúan modulando dicha representación. El más importante de los procesos de post-codificación es la consolidación, proceso mediante el cual la traza de memoria se estabiliza y se hace permanente. Existen mecanismos neurales y hormonales específicos que facilitan la memoria de estímulos emocionales que parecen, en parte, operar movilizando diferentes mecanismos cognitivos generales como la atención y la codificación elaborativa. De diferentes estudios de memoria emocional en humanos y animales se pueden extraer cuatro rasgos claves:

1) La amígdala es el principal organizador de los procesos de memoria emocional, sin la cual los efectos emocionales sobre la memoria no pueden ocurrir.

2) La amígdala puede afectar los mecanismos de memoria modulando o potenciando la actividad de otras regiones cerebrales implicadas en la memoria.

3) El arousal emocional puede afectar a los mecanismos de memoria explícita mediante la liberación de las hormonas del estrés interactuando con la amígdala.

4) La influencia moduladora del arousal emocional a través de la amígdala actúa específicamente sobre los procesos de consolidación de la memoria que se dan en regiones como el hipocampo.

En la actualidad, existen dos posturas frente al papel de la amígdala en los procesos de aprendizaje y memoria: autores, como Larry Cahill y James L. Mc-Gaugh, que exponen que la amígdala posee una función moduladora del almacenamiento de la información que tiene lugar en otras estructuras. Estos autores sugieren que la amígdala, especialmente el núcleo basolateral, desempeña una función crítica para la acción moduladora de la neurotransmisión adrenérgica sobre la consolidación de la memoria. Además, la corteza de la glándula suprarrenal libera glucocorticoides que activan los receptores intracelulares en diferentes regiones cerebrales, sobre todo a nivel hipocampal. Este efecto parece depender de la actividad de la amígdala basolateral. Otra postura es la propugnada por autores como Michael Fanselow y Joseph LeDoux que apuntan que (además de esta función moduladora) la amígdala es un lugar donde puede almacenarse algún tipo de memoria, sobre todo aquellas de contenido emocional, puesto que en la amígdala se han encontrado mecanismos de plasticidad sináptica como consecuencia de diferentes aprendizajes de tareas de memoria implícita, como el condicionamiento del miedo.

Las situaciones de aprendizaje activan los procesos neurales de almacenamiento en varias regiones cerebrales implicadas en los diferentes sistemas de memoria. Sobre estas estructuras podrían ejercer su acción diferentes mecanismos neurales y hormonales moduladores de la formación de la traza de memoria. Autores como McGaugh sugieren que la amígdala, especialmente el núcleo basolateral, desempeña una función crítica para la acción moduladora de la neurotransmisión adrenérgica sobre la consolidación de la memoria. Por otro lado, la corteza de la glándula suprarrenal libera glucocorticoides que activan los receptores intracelulares en diferentes regiones cerebrales, sobre todo a nivel hipocampal. No obstante, su efecto parece depender de la actividad de la amígdala basolateral.

Lo que hoy en día está claro es que la amígdala facilita los procesos de consolidación de memorias, tanto implícitas como explícitas o declarativas, cuando la información tiene una carga emocional considerable. Pero, ¿cómo procesa la amígdala la información del entorno para poner en marcha los mecanismos de respuesta emocional? El complejo amigdaloide recibe tanto información de los núcleos sensoriales específicos del tálamo, como de la corteza cerebral. El hipocampo envía información a la amígdala sobre las relaciones existentes entre los estímulos que forman un mismo contexto. De esta forma, la amígdala, finalmente, parece ser que participa en la evaluación del significado emocional de estímulos individuales y de situaciones complejas, desencadenando los mecanismos neuroendocrinos, autonómicos y conductuales por medio de las eferencias nerviosas del núcleo central.

En resumen, podemos decir que esta ampliamente aceptado que la amígdala es importante para la procesamiento de emociones negativas y desagradables, como el miedo, y para la asociación entre estímulos ambientales específicos con información sensorial emocionalmente negativa. La amígdala desempeña un papel crítico en el procesamiento neural del miedo, en el miedo condicionado, en la respuesta a sucesos arousalizantes negativos. Por ejemplo Cahill y colaboradores (1996) usando técnicas de neuroimagen evaluaron la relación entre la actividad cerebral durante la codificación y la retención a largo plazo de la información de diferentes películas con contenido negativo y neutro. Estos autores pudieron comprobar que los sujetos que habían mostrado un aumento de la actividad en la amígdala derecha mientras veían las películas recordaban más películas de contenido emocional negativo en un test realizado tres semanas después. En el 2001 realizaron otro estudio pero esta vez con sujetos de sexo femenino observando que la activación se daba en la amígdala izquierda y no en la derecha como sucedía en el estudio previo, lo cual sugería que podrían existir diferencias sexuales en la lateralización de la memoria emocional. De todas formas, se ha podido comprobar que la memoria se puede facilitar en relación tanto para estímulos con un contenido emocional negativo como positivo. Llegados a este punto, surge una cuestión importante ¿son diferentes los sistemas que median la facilitación de la memoria para estímulos emocionalmente negativos que aquellos que lo hacen para los positivos? Y es aquí donde surge la amígdala. Aunque la mayoría de experimentos se han centrado en experiencias aversivas, la amígdala no sólo está relacionada con el procesamiento de emociones negativas sino también con positivas. Por ejemplo, en 1999 Hamann y colaboradores evaluaron las relaciones entre la actividad cerebral y la codificación y la memoria a largo plazo de fotografías con y sin contenido emocional. Tanto para las fotografías emocionalmente agradables como para las desagradables, la actividad bilateral de la amígdala correlacionó con una facilitación posterior de la memoria de recognición para esos estímulos evaluado un mes más tarde. Además, diferentes estudios animales y neuropsicológicos han demostrado en repetidas ocasiones que las lesiones de la amígdala impiden el efecto facilitatorio de la emoción sobre la memoria explícita. De cualquier modo, la lesión del hipocampo sin lesión de la amígdala no afecta a la facilitación emocional de la memoria declarativa. La amígdala podría continuar modulando la función de memoria explícita residual después de una lesión del hipocampo.

La amígdala participa en la evaluación del significado emocional de estímulos individuales y de situaciones complejas, desencadenando los mecanismos neuroendocrinos, autonómicos y conductuales por medio de las eferencias nerviosas del núcleo central. La amígdala recibe información sensorial del tálamo y de la corteza, así como las relaciones entre los estímulos por medio del hipo-campo, lo que le permite llevar a cabo una evaluación del significado emocional de la situación y generar los mecanismos de respuesta que se adecuen a las demandas del entorno.

En el lóbulo temporal medial, el hipocampo, por medio de sus conexiones, envía y recibe información de zonas muy relacionadas con el procesamiento de la información emocional, como la amígdala, el córtex prefrontal y/o la corteza cingular. Las teorías del procesamiento neural de las emociones como las de Papez o MacLean conferían una gran importancia al hipocampo dentro de la coordinación de la expresión somática de las emociones, por medio de sus conexiones con el hipotálamo y los núcleos del tronco del encéfalo y con áreas corticales relacionadas con el sentimiento consciente de la emoción, como la corteza cingular, la corteza parahipocampal y/o la corteza prefrontal. Hoy día, se ha visto que el hipocampo está más relacionado con procesos de aprendizaje y memoria que de procesamiento emocional. Numerosos estudios clínicos y experimentales han mostrado la implicación de los lóbulos frontales en las emociones, sobre todo una zona concreta ubicada en la región ventromedial de la corteza prefrontal, la corteza orbitofrontal. Tal como acabamos de ver en la sección anterior la corteza orbitofrontal, por sus conexiones con diferentes regiones del córtex frontal y de otras estructuras cerebrales, contiene información sobre la planificación conductual frontal y sobre el procesamiento sensorial del entorno, lo que le permite actuar sobre el desarrollo de determinadas conductas y respuestas fisiológicas. Se ha podido comprobar que una forma que tiene la región orbitofrontal de la corteza frontal de integrar todo este tipo de información sensoriomotora es regulando algunos aspectos del procesamiento neural de las emociones.

Principales divisiones de la corteza prefrontal

Diferentes estudios han comprobado que las lesiones del córtex orbitofrontal reducen las respuestas emocionales en primates. Los años treinta y cuarenta fueron testigos de la aplicación de la lobotomía prefrontal (consistente en cortar las fibras de conexión entre la corteza orbitofrontal y el resto del cerebro) en pacientes psiquiátricos. Tras años de utilización de esta práctica clínica, pudo recogerse la cantidad suficiente de datos para describir los graves efectos secundarios que la misma originaba a los pacientes. Además, la literatura científica, con el sorprendente caso de Phineas Gage, permite ilustrar el efecto de las lesiones frontales sobre las emociones. En 1848, Phineas Gage, capataz de la línea de ferrocarriles de Vermont, sufrió un terrible accidente: una barra de hierro atravesó su cerebro, penetrando por la mejilla izquierda hasta el vértice de la cabeza. El trozo de hierro lesionó la corteza prefrontal de las superficies ventral e interior, y permanecieron intactas las caras laterales de la corteza prefrontal. Tras la lesión, su comportamiento emocional estaba fuera de control, siendo infantil, y sus acciones irresponsables. Después de esta lesión, Phineas no pudo hacer planes de futuro a largo plazo, ni actuar según las normas sociales o decidir, en el curso de una acción determinada, sobre las consecuencias ventajosas de la misma (anticipar consecuencias). En los últimos años, estudios de Antonio Damasio y colaboradores han demostrado que lesiones de la corteza orbitofrontal en pacientes adultos no alteran la capacidad de valorar el significado social de situaciones teóricas; sin embargo, les incapacitan para poder aplicar dichas valoraciones en su vida real. Si la lesión tiene lugar en edades muy tempranas, puede afectar a la capacidad de los pacientes de poder aprender un patrón de conducta social con respecto a los valores éticos y morales de la sociedad donde viven.

Las conexiones entre la amígdala y la corteza orbitofrontal podrían proporcionar el nexo anatómico por medio del cual la experiencia previa del sujeto y el aprendizaje estarían incorporados en los aspectos cognitivos de la emoción. De este modo, la corteza orbitofrontal llevaría a cabo un control cognitivo de las respuestas emocionales.

Otra de las regiones corticales que ha mostrado estar implicada en el procesamiento de la información emocional ha sido la corteza cingular, un área perteneciente al sistema límbico que recibe y envía proyecciones al resto de componentes de dicho sistema y a diferentes regiones del córtex frontal. Se ha demostrado que la estimulación eléctrica del córtex cingular produce sentimientos emocionales positivos y negativos; su lesión genera una pérdida o disminución de la conducta motora voluntaria (mutismo y acinesia), y puede provocar, en casos muy graves, la muerte del paciente. Según algunos investigadores la corteza cingular constituye un lugar de confluencia de los procesos atencionales, mnésicos y de los sistemas neurales implicados en las emociones. Existen evidencias experimentales que relacionan el sistema de la toma de decisiones de los lóbulos frontales con su influencia bidireccional sobre la corteza cingular.

Como sucede en otras funciones cerebrales, existe una asimetría lateral en el procesamiento neural de las emociones, dado que el hemisferio derecho tiene un papel más importante tanto en el reconocimiento, como en la expresión emocional. No obstante, el hemisferio izquierdo también participa en el control de la información emocional. Parece ser que el hemisferio derecho dispone de una mayor capacidad para detectar las diferencias visuales en las expresiones emocionales faciales y posturales, así como para poder detectar con un menor índice de error la modulación emocional de la voz o prosodia. En 1991, Bowers y colaboradores observaron que pacientes con lesiones en el hemisferio derecho presentaban dificultades para reconocer las emociones expresadas facial y manualmente. Asimismo, mostraban un grave deterioro a la hora de describir imágenes mentales de expresiones emocionales. Estudios de neuroimagen han mostrado un incremento en la actividad de la corteza prefrontal derecha ante el reconocimiento emocional a partir del tono de la voz. George y colaboradores (1996), por medio de una tomografía de emisión de positrones, observaron una activación frontal en ambos hemisferios ante el reconocimiento emocional a partir del significado del lenguaje; sin embargo, únicamente vieron una activación de la corteza prefrontal derecha cuando el reconocimiento se daba a partir del tono de la voz. En relación a la expresión emocional, se ha podido comprobar que pacientes con lesiones en las porciones suprasilvianas de los lóbulos frontal posterior y parietal anterior del hemisferio derecho poseen dificultades para manifestar las emociones por medio de la modulación del tono del lenguaje. La aprosodia es un trastorno caracterizado por la tendencia a hablar de manera monótona, con el mismo patrón de lenguaje, pero con una correcta percepción cognitiva de los sentimientos. Así, una persona con aprosodia que, además, ha sufrido la pérdida de un ser querido, puede expresar su dolor emocional con el contenido del lenguaje, pero con un tono que parecería de auténtica indiferencia. Diferentes estudios, tanto en seres humanos como en primates no humanos, han encontrado asimetrías laterales en la intensidad de la expresión emocional. Así, las expresiones faciales se manifiestan de manera más rápida, con más intensidad y de manera más completa en la musculatura facial izquierda (que está controlada por el hemisferio derecho). Por otro lado, diferentes estudios de neuroimagen apoyan la hipótesis de que la corteza prefrontal del hemisferio izquierdo está relacionada con las emociones positivas, mientras que la del derecho lo estaría con las emociones negativas. Estudios electrofisiológicos han puesto de manifiesto que la activación de la corteza prefrontal izquierda parece que inhibe las emociones negativas, así como la disposición del sujeto a sufrir estados emocionales negativos. Análisis epidemiológicos han descrito que la incidencia y gravedad de síntomas depresivos es mayor en pacientes con lesiones del hemisferio anterior izquierdo. Asimismo, algunos estudios clínicos han mostrado que lesiones del hemisferio anterior derecho pueden generar signos desmesurados de emociones positivas.

2.10.5 Corteza, activación y sistemas atencionales.

La atención constituye un proceso cognitivo básico. Es decir, se necesita un estado atencional adecuado para que el resto de los procesos cognitivos funcionen correctamente. La percepción de los estímulos internos y externos que llegan a nuestro cerebro depende de su activación y de nuestro estado atencional. Del mismo modo, la atención nos permite seleccionar los estímulos más importantes entre el conjunto de señales que reciba nuestro cerebro, de manera que nuestra conducta se oriente correctamente hacia los acontecimientos más relevantes del ambiente que nos rodea. Hemos de partir de la idea de que la atención es una función cognitiva compleja que podemos dividir en dos estados de activación cerebral: el estado atencional general y el estado de atención selectiva. El estado atencional general se refiere a la capacidad de mantener de manera prolongada en el tiempo un estado de alerta adecuado que permita el correcto procesamiento de los estímulos de nuestro entorno. La atención selectiva se refiere a la capacidad de seleccionar un estímulo discreto entre el conjunto de informaciones que constantemente nos llegan, de manera que maximizamos la eficacia de nuestros recursos cognitivos y no necesitamos dividirlos entre distintas fuentes de estimulación. El estado atencional general es necesario para poder llevar a cabo cualquier otra función cognitiva, puesto que nos permite detectar los estímulos del ambiente interior y exterior que nos rodea. Cuando se altera el estado atencional general, quedan afectados todos los procesos cognitivos. La alteración del estado atencional general se conoce con el nombre de estado confusional. El estado confusional puede ser consecuencia de alteraciones metabólicas, de intoxicaciones o de alteraciones primarias del sistema nervioso central. Además de la alteración de la atención general, el estado confusional se caracteriza por la alteración del estado de vigilancia y por una alta distractibilidad, lo que impide mantener un pensamiento coherente e imposibilita llevar a cabo movimientos intencionados. Todas las funciones cognitivas (orientación, memoria, lenguaje, juicio, etc.) se encuentran alteradas. Del mismo modo, pueden aparecer alteraciones perceptivas, como alucinaciones, alteraciones del estado de ánimo y cuadros de agitación psicomotora o de extrema pasividad. El paciente en estado confusional a menudo se muestra somnoliento y, en casos extremos, el estado confusional puede conducir al coma. No obstante, parece que el estado confusional no precisa coincidir necesariamente con una alteración del estado general de activación cortical (o arousal), puesto que la alteración de la atención puede ser mucho más grave que el estado de somnolencia. Algunos pacientes, por ejemplo, pueden estar completamente despiertos, incluso agitados, pero mostrar una desproporcionada alteración de la atención. Así pues, los mecanismos de la atención general y los del arousal no parece que se encabalguen completamente. Por otro lado, del conjunto de estímulos que recibimos constantemente, es preciso que seleccionemos uno o unos cuantos sobre los que focalizar nuestra atención. Lo que se consigue por medio de la atención selectiva. El lector puede imaginar que se encuentra en una fiesta con mucha gente a vuestro alrededor hablando. Si se supone que su estado atencional general es correcto; es decir, si se supone que no se ha excedido en el consumo de bebidas alcohólicas, será capaz de detectar muchas conversaciones. La atención selectiva le permitirá centrarse en una sola de las mismas e ignorar el resto, de manera que no os interfieran. ¿Por qué necesitamos centrar nuestra atención en un número limitado de estímulos en lugar de procesarlos todos? Quizás nuestro cerebro no puede procesar toda la información sensorial simultáneamente. Sin embargo, aunque nuestro cerebro pudiera procesar toda la información sensorial simultáneamente, la efectividad del procesamiento cognitivo es mayor cuando se limita a un pequeño número de estímulos. Por tanto, la atención selectiva constituye una función dinámica, puesto que podemos cambiar el foco de atención dependiendo de las circunstancias. Continuando con el ejemplo de la fiesta, ello permite, por ejemplo, que prestemos atención rápidamente a la conversación de detrás si oímos que alguien habla de nosotros. En ocasiones, además, intentaremos mantener dos o más focos de atención a la vez, proceso que denominamos atención dividida. Lógicamente, el procesamiento cognitivo es menos efectivo cuando prestamos atención a muchos estímulos, puesto que aumenta la posibilidad de interferencia; sin embargo, la atención dividida nos permite realizar varias tareas al mismo tiempo, como conducir y mantener una conversación, o cocinar y escuchar las noticias.

Todos hemos sido conscientes alguna vez de la siguiente situación: cuando oímos un ruido intenso y repentino, orientamos nuestros sentidos hacia la fuente de estimulación. Así, por ejemplo, giramos la cabeza y el cuerpo, y movemos los ojos en la dirección del estímulo. Ésta constituye una respuesta de orientación abierta, puesto que implica un movimiento evidente de diferentes órganos del cuerpo. No obstante, en ocasiones podemos centrarnos en un estímulo sin necesidad de efectuar ningún tipo de respuesta motora. Ello se llama orientación encubierta. Diferentes evidencias experimentales han puesto de manifiesto que la orientación encubierta puede dirigirse tanto a localizaciones espaciales como a estímulos discretos. Imagine por un momento que presentamos dos estímulos en una misma localización espacial (por ejemplo, un cuadrado con una raya vertical que lo atraviese de arriba abajo) durante un periodo de tiempo de milisegundos, lo que impide que se produzcan movimientos oculares (presentación taquitoscópica). En esta situación, los sujetos pueden describir hasta dos características del mismo objeto (el cuadrado es rojo con el contorno negro, o la raya es fina y tiene puntitos, por ejemplo), pero no pueden describir una característica de cada uno de los dos objetos (el cuadrado es rojo y la raya es fina, por ejemplo). La razón es que su atención sólo puede focalizarse en uno de los dos objetos. Esta capacidad de focalizar nuestra atención sobre estímulos discretos nos permite seguir un estímulo en movimiento sin mover los ojos. El hecho de que focalicemos nuestra atención sobre un estímulo y no sobre otro depende de varios factores, como las características físicas del estímulo (color, luminosidad, etc.), si aparece repentinamente, si se mueve o está estático, la relevancia subjetiva que suponga para nosotros, etc.

Se han relacionado diferentes estructuras con el mantenimiento del estado atencional general. Lesiones talámicas (que afecten, por ejemplo, a los núcleos intralaminares o al núcleo reticular) o lesiones de algunas áreas de asociación polimodales de la corteza (como la corteza prefrontal, la corteza temporal ventral o la corteza parietal posterior) producen alteraciones en el estado atencional general. Sin embargo, tradicionalmente se ha hablado de la formación reticular troncoencefálica como el sistema activador primordial del encéfalo. Hoy día dividimos la formación reticular en diferentes grupos neuronales que se diferencian en función del neurotransmisor que utilizan (acetilcolina, dopamina, serotonina, histamina o noradrenalina). Estos sistemas activadores envían proyecciones, algunas a través del tálamo, a múltiples estructuras diencefálicas y telencefálicas, como la corteza, modulando su actividad. Por lo tanto, en el tronco del encéfalo se organizan una serie de proyecciones difusas que influyen sobre la excitabilidad de gran parte de las neuronas del sistema nervioso central. El concepto de arousal se ha relacionado con un estado del organismo en vigilia asociado a las fluctuaciones en la actividad conductual, autonómica y de la actividad eléctrica cortical en respuesta a la estimulación tanto interna como externa. No obstante, existen dos problemas claramente diferenciados a la hora de estudiar el arousal: algunos investigadores categorizan el arousal como una función monolítica, la cual sirve para activar de forma unitaria circuitos prosencefálicos y respuestas motoras, mientras que otros autores arguyen que el arousal no existe como tal unidad, dado que está subdividido en múltiples sistemas, tanto neuroquímica y fisiológicamente como funcionalmente. Por otro lado, partiendo del hecho de que el arousal en la conducta humana es requerido en la mayoría de funciones cognitivas y emocionales, resulta difícil el poder llegar a definiciones de este estado a través de estudios conductuales en modelos animales. Desde una perspectiva anatómica y conductual podemos considerar el arousal como: (1) un estado de vigilancia mayor hacia los estímulos sensoriales, (2) una mayor actividad motora, y (3) una mayor reactividad emocional. Es innegable la continua relación funcional establecida entre los sistemas de arousal cerebral y los procesos atencionales. Está claro, que los estímulos inesperados, novedosos, salientes y potencialmente peligrosos son de alta prioridad para el sistema nervioso y son procesados a expensas de la conducta y de la actividad neural en curso. Por lo tanto, estos estímulos han de ser capaces de elicitar un aumento de la vigilancia, y de la reorganización de los recursos atencionales y cognitivos del sujeto para poner en marcha secuencias de conducta adecuadas a las demandas del entorno.

En la parte superior de la formación reticular troncoencefálica se origina un sistema que proyecta a través de relevos sinápticos (principalmente, los núcleos intralaminares del tálamo) al córtex donde produce cambios en la excitabilidad neuronal. Adicionalmente, son numerosas las evidencias que destacan incrementos en el flujo sanguíneo regional en la formación reticular mesencefálica y en los núcleos intralaminares del tálamo, como en el núcleo centromediano- parafascicular, en sujetos humanos durante la realización de tareas de vigilancia y atención. De las misma forma sujetos con lesiones, tanto unilaterales como bilaterales, de los núcleos intralaminares muestran letargia, somnolencia y déficit cognitivos. Se ha podido comprobar que la activación de la formación reticular puede facilitar el procesamiento de la información. De este modo, registros del córtex (e incluso del tálamo) han mostrado que la estimulación de la formación reticular induce ritmos de 30 a 40 Hz que se sincronizan a lo largo de diferentes redes de neuronas corticales y corticotalámicas. De tal manera, estas oscilaciones rápidas y espontáneas en el potencial de membrana podrían ser subyacentes a las respuestas coherentes e integradas de neuronas corticales y talámicas en respuesta a la estimulación sensorial. Así pues, mediante este efecto facilitador sobre el procesamiento de la información, la inducción de arousal puede afectar sobre los procesos de atención y de aprendizaje y memoria. De hecho, la estimulación eléctrica de la formación reticular mesencefálica mejora la retención de una respuesta de miedo condicionada cuando es administrada inmediatamente después de la adquisición del aprendizaje o de la reactivación de la traza de memoria. Algunos autores, sugieren que la activación de los sistemas neuromoduladores troncoencefálicos, a través de una respuesta de arousal, podría desempeñar un papel importante tanto en los procesos de consolidación y como de reconsolidación de la memoria. Los efectos de diferentes sustancias moduladoras, como la noradrenalina en la inducción de los procesos intracelulares subyacentes a la estabilización de la memoria a largo plazo, podrían promover también la reconsolidación de la memoria nuevamente organizada. Así pues, un alto nivel de atención y arousal en el momento de la recuperación de la información podría ser crítico en el reforzamiento de la memoria, dado que los sistemas neuromoduladores se activan durante dichos estados conductuales. No obstante, este sistema unitario de arousal, resultado de la actividad inespecífica del sistema reticular activador ascendente actualmente ha caído en desuso, dado que diferentes evidencias neurofisiológicas, neuroquímicas y conductuales han puesto de manifiesto que el arousal acaecido durante los estados de vigilia podría estar regulado por sistemas de neurotransmisión múltiples e interdependientes, originados a nivel hipotalámico y del tronco del encéfalo y con proyecciones a diferentes estructuras corticales y subcorticales. Actualmente se acepta que la formación reticular comprende diversos sistemas neuroquímicamente diferenciados que proyectan de forma amplia pero con cierta especificidad sobre regiones del prosencéfalo. Dichos sistemas neuroquímicos abarcan: (1) los sistemas dopaminérgicos del mesencéfalo que inervan el estriado ventral y dorsal, el sistema límbico y el córtex frontal; (2) el sistema noradrenérgico del locus coeruleus hacia la corteza; (3) las proyecciones mesencefálicas serotoninérgicas, originadas en los núcleos del rafe que inervan amplias áreas del prosencéfalo; (4) los sistemas colinérgicos del prosencéfalo basal y del tronco del encéfalo que inervan de forma completa la corteza y; (5) el sistema histaminérgico del núcleo tuberomamilar. La mayoría de las neuronas que constituyen los sistemas de arousal proyectan sus axones a la corteza. Excepto en el caso de las neuronas histaminérgicas, cada sistema envía de forma preferencial, pero exclusiva, sus proyecciones a una o más capas corticales. Dichas proyecciones difieren en la amplitud de la arborización de sus terminales, en el tamaño de sus superficies dendríticas, en el área de la corteza donde se dirigen y en su especificidad laminar. Del mismo modo, se ha podido comprobar que las proyecciones corticales de las neuronas noradrenérgicas del locus coeruleus, de las dopaminérgicas del área tegmental ventral de las colinérgicas del prosencéfalo basal y del tronco, parecen ser bilateralmente asimétricas. En base a estas diferencias, algunos autores han propuesto que estos sistemas de neurotransmisión podrían estar mediando diferentes tipos de arousal. Resultados de varios laboratorios han indicado que los sistemas de arousal alteran la actividad de las principales células corticales y talámicas, así como de interneuronas, bloqueando la conductancia al K+. Actualmente, diferentes autores sugieren que se debería dirigir la atención experimental al estudio de las interacciones entre el sistema troncoencefálico tálamo-cortical y los sistemas de activación extratalámicos y sus sistemas de neurotransmisión.

En relación a los sistemas ascendentes dopaminérgicos, es posible destacar que aunque existen neuronas dopaminérgicas diseminadas a lo largo de todo el sistema nervioso central, incluyendo algunas en la retina, el bulbo olfatorio y el hipotálamo periventricular, son los sistemas ascendentes dopaminérgicos los que han demostrado un papel relevante sobre los mecanismos de activación cortical, diferente al producido por la activación de otras vías de neurotransmisión. Se ha podido comprobar que las proyecciones corticales dopaminérgicas parecen ser más densas en el hemisferio izquierdo que en el derecho. Anatómica y funcionalmente, podemos distinguir 3 sistemas claramente diferenciados en relación con el arousal: 1. el sistema mesolímbico se origina en el área tegmental ventral(A10) e inerva el núcleo accumbens y otras regiones como el septum, el hipocampo, la amígdala y el tubérculo olfatorio; 2. el sistema mesoestriatal está compuesto por neuronas dopaminérgicas con los somas ubicados en la sustancia negra (A9) y con proyecciones al estriado dorsal; y 3. el sistema mesocortical se origina en el área tegmental ventrale inerva la corteza prefrontal y el cíngulo anterior.

Por lo que se refiere al sistema noradrenérgico coerúleo-cortical, se ha podido comprobar que la actividad de las neuronas noradrenérgicas del locus coeruleus se ha considerado como un índice de arousal y atención, y se ha implicado en los procesos de consolidación de la memoria. Este sistema se origina en las neuronas noradrenérgicas del locus coeruleus de la protuberancia dorsal, las cuales tienen pequeños campos dendríticos y una arborización terminal muy extensa. El locus coeruleus genera algunas de las conexiones más difusas del cerebro, considerando que cada una de sus células puede realizar unos 250000 contactos sinápticos. Concretamente, estas neuronas dan origen al haz noradrenérgico dorsal, que, juntamente con el haz noradrenérgico ventral, envía axones de profusa ramificación a diversas partes del encéfalo, como el neocórtex, el hipocampo, el tálamo, el córtex cerebelar, la protuberancia y el bulbo. Las proyecciones corticales del locus coeruleus podrían ser más densas en el hemisferio derecho que en el izquierdo. A nivel funcional, el locus coeruleus parece estar involucrado en numerosos procesos como la atención, el arousal, el aprendizaje y la memoria, los ciclos sueño/vigilia y el metabolismo cerebral. Se ha propuesto que la noradrenalina puede incrementar la razón señal/ruido inhibiendo la actividad eléctrica de fondo en favor de la evocada, de la misma manera que se ha sugerido que este neurotransmisor podría hacer más pequeños los campos receptores de las neuronas sensoriales. Según algunos autores, la actividad de estas neuronas del locus coeruleus es máxima cuando existe un incremento en el arousal relacionado con la orientación conductual, y es menor durante la atención sostenida. Las neuronas del locus coeruleus podrían participar en la inducción de un estado general de arousal cerebral durante acontecimientos del entorno que generen interés en el sujeto, dado que las proyecciones noradrenérgicas pueden hacer más responsivas a las neuronas corticales hacia los estímulos sensoriales salientes. Así por ejemplo, se ha podido observar incrementos fásicos en la actividad de estas neuronas cuando se expone a los animales experimentales a un ambiente nuevo, y respuestas tónicas en ráfagas de actividad cuando se exponen a estímulos salientes o inesperados. En referencia a los cambios entre la contingencia de estímulo-refuerzo, se ha podido observar que las neuronas del locus coeruleus habitúan su respuesta de forma rápida cuando se deja de presentar el refuerzo después del estímulo, pero tan pronto como se vuelve a presentar el refuerzo de forma contingente, estas neuronas vuelven a responder. Asimismo cuando existe un cambio en el valor predictivo del estímulo, las neuronas del locus coeruleus mantienen un patrón de respuesta en forma de ráfagas. Por lo tanto el locus coeruleus podría desempeñar una función general de incrementar la reactividad cortical, la velocidad del procesamiento de la información por parte de los sistemas sensorial y motor haciéndolos más eficientes. Algunas evidencias experimentales han sugerido que la noradrenalina podría ser crítica para preservar la atención selectiva en condiciones de alta activación. No obstante, existen otros trabajos que relacionan de forma importante este sistema de neuromodulación difusa con los procesos de consolidación, reconsolidación y recuperación de la memoria, de este modo la noradrenalina podría ser una de las señales de la formación de la memoria a largo plazo dado la extensa relación entre diferentes aspectos cognitivos y la actividad de las neuronas noradrenérgicas del locus coeruleus.

En el sistema serotoninérgico de los núcleos del rafe, las neuronas serotoninérgicas se pueden localizar fundamentalmente en nueve núcleos del rafe distribuidos en la línea media del tronco del encéfalo. Los grupos B1-6 se pueden localizar en el bulbo y la protuberancia, y los grupos B7-9 en el mesencéfalo. Cada uno de los núcleos proyecta a diferentes regiones del encéfalo. Aquellos ubicados en la parte más caudal inervan la médula espinal donde modulan las señales sensoriales nocioceptivas. De los núcleos más rostrales surgen el sistema del rafe dorsal y el sistema de rafe medial, que inervan de manera difusa amplias regiones del encéfalo, como el neocortex, el hipocampo, los ganglios basales, el tálamo y el hipotálamo, de la misma forma como lo hacían las neuronas noradrenérgicas del locus coeruleus. Las células serotoninérgicas del rafe, muestran una especial activación cuando el animal presenta signos conductuales de arousal y activación conductual. La estimulación de los núcleos del rafe causa locomoción y arousal cortical, mientras que la administración de paraclorofenilalanina, una droga que impide la síntesis de serotonina, reduce el arousal cortical. Algunos autores han sugerido que una contribución específica de las neuronas serotoninérgicas a la activación cerebral es la facilitación de movimientos automáticos y continuos, como el acicalamiento en roedores. Se ha podido comprobar que cuando los animales experimentales ponen en marcha conductas de orientación hacia estímulos novedosos o salientes, la actividad de estas neuronas decrece. Por tanto, algunos autores sugieren que las neuronas serotoninérgicas se encuentran implicadas en la facilitación de las actividades en curso y en la supresión del procesamiento de la información sensorial, evitando reacciones que podrían interrumpir las conductas o la actividad neural en curso.

En cuanto al sistema colinérgico troncoencefálico y del prosencéfalo basal, hemos de destacar que la acetilcolina es uno de los neurotransmisores que ha mostrado tener importancia crítica en los mecanismos de arousal. Existen tres sistemas colinérgicos moduladores difusos de la actividad cortical: un grupo localizado a nivel de la protuberancia y otro que incluye diversas estructuras del prosencéfalo basal cuya estimulación produce activación y desincronía cortical, y un tercer grupo localizado en el septum medial que controla la actividad del hipocampo. El primero de estos sistemas moduladores difusos se denomina complejo pontomesencefálicotegmental. Las neuronas colinérgicas de este sistema se pueden localizar fundamentalmente en el núcleo pedunculopóntico tegmental y en el laterodorsal tegmental. Este complejo colinérgico actúa principalmente en el tálamo dorsal, donde, junto con los sistemas serotoninérgicos y noradrenérgicos, regula la excitabilidad de los núcleos de relevo sensorial, y a nivel de la sustancia negra. Además, estas células de la protuberancia y del tegmento mesencefálico también proyectan al telencéfalo proporcionando un interface colinérgico entre el tronco del encéfalo y los complejos del prosencéfalo basal. En el prosencéfalo basal se localizan las neuronas colinérgicas de la sustancia innominada, de la banda diagonal de Broca y del núcleo basal magno-celular (o núcleo basal de Meynert). Estas neuronas proyectan principalmente al neocortex, a la corteza cingulada y a la amígdala. El tercer de los sistemas moduladores colinérgicos, a pesar de localizarse también en el prosencéfalo basal, incluye sólo las células del área septal medial y proporciona la principal aferencia colinérgica del hipocampo. Las proyecciones colinérgicas a la corteza parecen ser más densas en el hemisferio izquierdo que en el derecho. Estos sistemas moduladores colinérgicos, se han implicado en gran variedad de funciones, incluyendo en el aprendizaje y la memoria, en la atención, en el refuerzo, en el procesamiento sensorial, en la activación límbica y neocortical y en el control de los patrones electroencefalográficos del hipocampo y la corteza. En cuanto al primero de estos sistemas moduladores difusos, el complejo pontomesencefálicotegmental, destacar que las proyecciones que se dirigen hacia el tálamo se han relacionado con procesos de activación básica, como los ciclos sueño/vigilia, mientras que las dirigidas a estructuras dopaminérgicas mesencefálicas parecen estar implicadas en la activación conductual. Recientemente se ha mostrado la existencia de neuronas en el núcleo pedunculopóntico tegmental que podrían modular a los núcleos intralaminares del tálamo (como el núcleo parafascicular lateral) y al sistema nervioso simpático. Estos resultados sugieren, por tanto, la existencia de neuronas troncoencefálicas que podrían modular funciones conductuales como la atención o la transmisión de la información sensorial ascendente al córtex y al estriado, a través de estructuras como el núcleo parafascicular del tálamo. Estas neuronas además de mediar procesos complejos como el arousal y la disponibilidad de respuesta, se encuentran claramente implicadas en la regulación de la atención sostenida y otras funciones cognitivas como los procesos de aprendizaje y memoria. En cuanto al segundo de estos sistemas colinérgicos, las neuronas prosencefálicas, parece cumplir un papel crítico en la activación cortical y en la regulación de los ciclos de sueño/vigilia, así como del procesamiento cortical de la información. Si la estimulación de las neuronas colinérgicas del prosencéfalo basal puede afectar los patrones de activación de otras poblaciones celulares, ¿cómo afectarán las aferencias recibidas por las neuronas del prosencéfalo basal en su papel sobre los procesos de arousal central e incluso en su implicación en procesos cognitivos como la atención y la memoria? En la regulación aferente de las neuronas del prosencéfalo basal por las conexiones telencefálicas y del tronco del encéfalo, diversas evidencias experimentales han sugerido que la implicación de las proyecciones corticopetales del prosencéfalo basal en el arousal, la atención y el sueño puede ser disociada en base a su regulación a través de los proyecciones aferentes principales que llegan a las neuronas del prosencéfalo basal. Autores como Sarter y Bruno, sugieren que mientras el procesamiento subyacente a la ejecución en tareas de atención dividida, selectiva y sostenida depende de la integridad de la regulación de las neuronas corticopetales del prosencéfalo basal a través de los aferentes telencefálicos, el procesamiento atencional inducido por estados de arousal (como por ejemplo, la detección de estímulos o el procesamiento de estímulos novedosos o salientes) se encuentra mediado por la capacidad de las proyecciones noradrenérgicas ascendentes del tronco del encéfalo al prosencéfalo basal, para activar las proyecciones colinérgicas del prosencéfalo basal al córtex. Según estos autores, parece que en el prosencéfalo basal podrían converger diferentes sistemas moduladores y de esta manera poder favorecer el procesamiento de la información por parte de las neuronas corticales a través de las proyecciones colinérgicas corticopetales. En relación al tercer y último sistema de modulación colinérgica, el sistema del área septal, se ha podido comprobar que las proyecciones desde esta zona del prosencéfalo basal al hipocampo están implicadas en la memoria de trabajo.

El último de los sistemas es el sistema histaminérgico que se origina en el núcleo tuberomamilar y en zonas adyacentes del hipotálamo posterior. Las neuronas histaminérgicas del el núcleo tuberomamilar tienen eferencias tanto ascendentes como descendentes, proyectando sus axones de manera difusa a diversas estructuras del prosencéfalo y a diferentes áreas del tronco del encéfalo. El sistema histaminérgico y se encuentra implicado en la regulación de diversos procesos como el sueño, el arousal, la locomoción, el refuerzo. Se ha podido comprobar que las neuronas del núcleo tuberomamilar se activan de forma espontánea. Esta liberación de histamina podría estar implicada en la regulación de los ciclos sueño/vigilia, dado que el núcleo supraquiasmático del hipotálamo se encuentra densamente inervado por fibras histaminérgicas. Por otro lado, es necesario tener en cuenta que las neuronas del núcleo tuberomamilar se encuentran inervadas por estructuras del tronco del encéfalo y del sistema límbico y que, por tanto, la liberación de histamina podría estar modulada en conexión con funciones límbicas. La histamina además de su afectación directa sobre las neuronas corticales, podría también controlar el arousal a través de una vía no específica que implicaría los circuitos de los ganglios basales y diversos núcleos del tálamo anterior e intralaminares.

En la vida diaria, la atención está controlada tanto por factores cognitivos (procesamiento top-down), como el conocimiento, la expectación y los objetivos conductuales, como por factores que reflejan la estimulación sensorial (procesamiento bottom-up). Los procesos top-down describen aquellos mecanismos cognitivos cuya funcionalidad es potenciar el procesamiento neural de estímulos sensoriales relevantes, para facilitar la discriminación entre señales y estímulos distractores, y para dirigir al sujeto hacia localizaciones particulares en las cuales podrían aparecer dichas señales. El procesamiento bottom-up, por su parte, se refiere a las funciones atencionales coordinadas principalmente por las características de los estímulos diana y su contexto sensorial. Ambos procesos representan principios de organización solapados, más que constructos dicotómicos, interactuando en la mayoría de situaciones para optimizar la ejecución atencional del sujeto. De este modo, otros factores que afectan a los procesos atencionales, como la novedad o lo inesperado, son producto de una interacción entre las influencias cognitivas y sensoriales. Los procesos de activación top-down son considerados tradicionalmente como un componente de la mediación de la funciones ejecutivas a través del córtex frontal. Así por ejemplo, se ha comprobado que las proyecciones colinérgicas del prosencéfalo basal a la corteza, constituyen el principal componente de activación de los procesos top-down en la mediación de la atención sostenida. Parece ser que existen varios sistemas neurales parcialmente segregados que desempeñan diferentes funciones atencionales. Un sistema que incluye partes del córtex intraparietal y frontal superior, implicado en la selección cognitiva de la información sensorial y de las respuestas. Un segundo sistema, ampliamente lateralizado en el hemisferio derecho y centrado fundamentalmente en el córtex frontal ventral y temporoparietal, que es activado durante la detección de eventos sensoriales conductualmente relevantes, particularmente cuando son salientes o inesperados. Recientemente, autores como Corbetta y Shulman han propuesto que la atención visual podría estar controlada por estos dos sistemas.

Principales regiones de la corteza implicadas en la atención

En el estudio del arousal desde una perspectiva funcional, algunos autores han puesto énfasis en las influencias hormonales y genéticas modulatorias. De este modo, desde la perspectiva del procesamiento bottom-up en el estudio del arousal, se ha considerado que diversas estructuras ubicadas a lo largo de la formación reticular bulbar hasta el prosencéfalo, serían localizaciones potenciales, donde podrían afectar los diferentes factores genéticos y hormonales de modulación de la activación cerebral. En términos generales, según esta perspectiva, las influencias genéticas sobre el arousal podrían manifestarse fundamentalmente en las neuronas de la formación reticular del bulbo, mientras que las influencias conductuales altamente específicas podrían generarse en las estructuras prosencefálicas implicadas en dichas funciones conductuales. El lóbulo parietal contiene neuronas que responden específicamente durante los periodos de atención a estímulos relevantes. A nivel clínico existe una afección atencional (sin déficit sensorial o motor que pueda explicar el trastorno) conocida como síndrome de negligencia contralateral. Este síndrome suele estar causado por lesiones en la corteza parietal del hemisferio derecho. Las manifestaciones clínicas más comunes se caracterizan por una falta de atención a los objetos presentados por medio de cualquier modalidad sensorial en el lado contralateral a la lesión, incluso se puede llegar a no prestar atención a las partes de su cuerpo contralaterales a la lesión e incluso, en los casos más graves, pueden llegar a negar su existencia. Parece ser que mientras que el hemisferio izquierdo controla la atención que se dirige al lado derecho, el hemisferio derecho controla la atención que se dirige a ambos lados. De este modo, el déficit de atención que se observaría después de lesiones parietales izquierdas queda compensado por el control bilateral de la atención ejercido por el lóbulo parietal derecho.

2.10.6 Corteza y neuronas espejo.

El descubrimiento reciente de que diferentes células promotoras y parietales, conocidas como neuronas espejo, se activan no sólo cuando el sujeto experimental realiza una acción sino también cuando observa a otro llevando a cabo la misma acción, proporciona un plausible mecanismo neuropsicológico para una importante variedad de conductas, desde la imitación a la empatía. Datos recientes parecen demostrar que una disfunción en las neuronas espejo estaría relacionada con diferentes condiciones patológicas como el aislamiento social o el autismo. Este sistema tiene una importante implicación funcional y fisiológica en el ámbito emocional, en la cognición social y en el lenguaje.

Anatómicamente, este sistema se distribuye en tres áreas claramente diferenciadas. En primer lugar, existe una región anterior localizada en el córtex frontal inferior, incluyendo el giro frontal inferior y la corteza premotora ventral. En segundo lugar, este sistema está compuesto por una región posterior localizada en la parte rostral del lóbulo parietal inferior. Y en tercer lugar, la principal entrada de información visual a este sistema de neuronas espejo se origina en el sector posterior del surco temporal superior. Juntas, estas tres regiones, constituyen el circuito crítico para la imitación.

Representación esquemática de las tres áreas que configuran el sistema de las neuronas espejo: (1) la región anterior localizada en el córtex frontal inferior, incluyendo el giro frontal inferior y la corteza premotora ventral. (2) La región posterior localizada en la parte rostral del lóbulo parietal inferior. (3) La principal entrada de información visual a este sistema de neuronas espejo se origina en el sector posterior del surco temporal superior. La entrada de información visual se representa por la flecha naranja. La flecha roja representa el flujo de la información de la región parietal hacia la región frontal para poner en marcha una conducta dirigida a un fin específico. Las flechas negras representan la eferencia de las órdenes motoras de imitación que son enviadas al surco temporal superior, permitiendo una asociación entre las predicciones sensoriales de los planes motores de imitación y la descripción visual de la acción observada.

Evolutivamente, podrían existir argumentos que relacionaran las neuronas espejo con el lenguaje. Algunas teorías sugieren que las neuronas espejo podrían ser las precursoras de los sistemas neurales que determinaron la aparición del lenguaje en el ser humano. Este argumento se basa en la homología del área frontal (F5) en el macaco (área crítica en el sistema de neuronas espejo en primates no humanos) y el área 44 de Broadmann en el cerebro humano (área implicada de forma esencial en el lenguaje). Otro argumento estaría relacionado con el papel de las neuronas espejo en crear un código común entre el ‘observador’ y el ‘actor’, que constituye una reminiscencia entre la paridad de un emisor y un receptor en una comunicación. La implicación de diferentes estructuras motoras en la percepción (demostrada en las neuronas espejo), da una importancia crítica a los gestos fonéticos del emisor más que a las claves acústicas de los sonidos del habla, en lo que constituye la percepción del lenguaje. Así, diferentes estudios muy recientes de neuroimagen funcional han proporcionado claras evidencias a la activación de áreas motoras durante la percepción del habla. Si está activación es necesaria para la comprensión del lenguaje es un punto que queda todavía sin aclarar. Por otro lado, numerosos estudios de estimulación eléctrica de la corteza de forma no invasiva en sujetos normales han investigado las relaciones entre los sistemas del lenguaje y diferentes regiones motoras, sobre todo aquellas implicadas en el sistema de las neuronas espejo. De este modo, estos estudios sugieren que los conceptos lingüísticos se construyen usando las representaciones sensoriomotoras necesarias. Diferentes evidencias han mostrado que el procesamiento de material lingüístico activa diferentes áreas motoras y que el material lingüístico relacionado con diferentes partes del cuerpo y con diferentes acciones evoca una actividad en las áreas motoras que representan dichas partes del cuerpo.

2.11 Sistemas de adaptación homeostática del organismo.

Tal como hemos visto desde un principio, el hipotálamo se encuentra íntimamente relacionado con la regulación de diferentes procesos que permiten la adaptación homeostática del organismo, Ligado a estos procesos se encuentra la influencia que tiene el hipotálamo sobre el sistema inmunitario. Clásicamente, la ciencia siempre había aceptado una independencia entre el sistema nervioso y el sistema inmunitario. Diferentes trabajos demostraron que esa independencia no era tal, ya que existían evidencias irrefutables de que el sistema nervioso podía ejercer un efecto directo sobre el sistema inmunitario. De este modo, al final de los años ochenta, Felten y colaboradores demostraron que la actividad del sistema inmunitario recibía conexiones de las neuronas noradrenérgicas del sistema nervioso simpático, y que estas neuronas simpáticas, por su parte, recibían proyecciones de neuronas hipotalámicas. Otra de las características funcionales del hipotálamo es la termorregulación. La región del hipotálamo que tiene un mayor peso en la regulación de la respuesta a los cambios termales es la preóptica. La región preóptica integra diferentes mecanismos fisiológicos y conductuales para permitir una respuesta correcta a los cambios termales. En esta región existen neuronas que son termosensibles y pueden influir sobre los sistemas de activación cortical regulando algunos aspectos del ciclo sueño-vigilia. Se ha podido comprobar que en la regulación de la temperatura corporal, se ha de integrar la información proveniente del núcleo supraquiasmático y de otros núcleos hipotalámicos. De este modo, se puede observar un patrón cíclico circadiano de los niveles de temperatura corporal. La región preóptica también puede influir sobre la regulación de la fiebre. El hipotálamo también influye en los mecanismos de sed. De este modo, la neurohipófisis (controlada directamente por los núcleos supraóptico y paraventricular del hipotálamo) secreta vasopresina que produce una retención de agua a nivel renal. El núcleo preóptico mediano del hipotálamo es capaz de integrar la información proveniente de tres fuentes principales y dar una respuesta regulado la secreción de vasopresina (a través de sus conexiones con los núcleos supraóptico y paraventricular) y la puesta en marcha de la conducta de beber (mediante sus conexiones con el hipotálamo lateral). La primera de esas tres fuentes de información que integra el núcleo preóptico mediano es la que proviene del núcleo del tracto solitario. Éste recibe información de los osmoreceptores del estómago y del duodeno (participando en los mecanismos de sed anticipatoria) y de los barorreceptores atriales que responden a los cambios en el flujo sanguíneo (sed volémica). Las otras dos fuentes provienen de dos órganos circunventriculares: el órgano subfornical y el órgano vasculoso de la lámina terminal. La angiotensina II es capaz de actuar a nivel central mediante la activación de las células del órgano subfornical, el cual activa a las neuronas del núcleo preóptico mediano. Los osmoreceptores del órgano vasculoso de la lámina terminal que responden a la concentración de soluto en sangre (sed osmótica) también activan a las neuronas del núcleo preóptico mediano. Además de los mecanismos que regulan la sed, el hipotálamo también participa en la ingesta. En el núcleo arqueado del hipotálamo existen neuronas que son sensibles a señales periféricas de saciedad a largo plazo: la leptina y la insulina. En el arqueado se localiza una población de neuronas (secretoras de neuropéptido Y) que actúan sobre neuronas del núcleo paraventricular del hipotálamo y neuronas del hipotálamo lateral. Las neuronas del núcleo paraventricular proyectan sobre diferentes núcleos del tronco del encéfalo que controlan la actividad del sistema nervioso autónomo y que pueden regular la temperatura corporal, la secreción de insulina y el metabolismo de los ácidos grasos. Por su parte, en el hipotálamo lateral se localizan neuronas (secretoras de la hormona concentradora de melanina y la orexina) que proyectan sobre diferentes regiones cerebrales (tálamo, corteza, sustancia gris periacueductal, locus coeruleus, formación reticular, neuronas de la médula espinal relacionadas con el sistema nervioso autónomo, etc.) para activar la conducta de ingesta y la reducción de la tasa metabólica. En el núcleo arqueado también se puede localizar otro sistema neuronal que, en este caso, secretan un péptido denominado CART. Las neuronas que secretan CART parecen desempeñar un papel crítico en los mecanismos de saciedad. Estas neuronas proyectan sobre diferentes núcleos hipotalámicos, sobre la sustancia gris periacueductal y sobre la médula espinal. En general, parece ser que la leptina actúa sobre el núcleo arqueado inhibiendo a las neuronas que secretan neuropéptido Y (y por tanto, evitando la activación de las neuronas del núcleo paraventricular y del hipotálamo lateral) y activando las neuronas que secretan CART (y por tanto, inhibiendo la actividad de las neuronas del núcleo paraventricular y del hipotálamo lateral). La función reproductora está controlada en diferentes aspectos por el hipotálamo. En lo que se refiere a la respuesta fisiológica sexual humana, la activación del sistema nervioso parasimpático (vía proyecciones centrales descendentes o vía fibras sensoriales de los receptores localizados en los genitales) permite los procesos de erección del pene y del clítoris. La activación del sistema nervioso simpático se encarga de los reflejos de eyaculación y de los movimientos uterinos que facilitan la absorción del esperma. En modelos animales, como en las ratas, se ha podido comprobar que el área preóptica del hipotálamo y el hipotálamo ventromedial son dos de las zonas hipotalámicas críticas para la regulación central de la respuesta sexual de los machos y de las hembras, respectivamente. A nivel endocrino, el hipotálamo controla la liberación de las gonadotropinas (hormona luteinizante y hormona folículo estimulante) que permiten la liberación de las hormonas gonadales en los testículos y ovarios. Estas hormonas gonadales son críticas para la activación de la respuesta sexual. Pero no sólo las hormonas se necesitan en las épocas de madurez sexual sino que previamente, durante el desarrollo, las hormonas gonadales organizan el sistema nervioso actuando en períodos de máxima susceptibilidad para influir sobre la diferenciación y proliferación celular. En resumen, nuestro sistema nervioso se encuentra formado por neuronas, glía y otras poblaciones celulares en cuya organización y complejidad de relaciones descansan las propiedades y posibilidades que el cerebro nos brinda para establecer diferentes interacciones con nuestro entorno. La conducta y la cognición son fruto de estas interacciones. Para poder establecer un cuerpo de conocimiento estable y duradero se ha de abarcar las dos partes. Por un lado, el intentar comprender del entorno y de las leyes por las que se rige (incluyendo no sólo los aspectos físicos y homeostáticos del mismo, sino también aquellos relacionados con diferentes componentes que regulan la naturaleza social y emocional del ser humano), y por otro el conocimiento del soporte físico que nos permite dichas interacciones con ese entorno.