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Fundamentos de neurociencia cognitiva (Encéfalo frente a cerebro…
Fundamentos de neurociencia cognitiva
Introducción
La neurociencia cognitiva inestiga los procesos neurales que subyacen a las funciones superiores como la consciencia o la inteligencia.
Investiga cómo el cerebro procesa la inf. que le llega del exterior, cómo utiliza las exp. vividas y cómo establece los razonamientos necesarios para resolver los prob. que se le plantean diariamente.
Generalidades del sistema nervioso
Neuronas
Unidades estructurales y funcionales del SN.
Son células especializadas que se comunican entre sí mediante señales eléctricas, proceso denominado impulso nervioso
Para su estudio de manera estructural:
Sistema nervioso central (SNC) (Encéfalo y médula espinal)
Funciones
Integrar y coordinar las señales nerviosas de entrada y de salida
Llevar a cabo funciones superiores
Pensamiento
Habla
Aprendizaje
Estructuras que lo componen
Encéfalo
Conformado, a su vez, por:
Corteza cerebral
Diencéfalo
Epitálamo
Tálamo
Hipotálamo
Mesencéfalo
Puente
Bulbo raquídeo
Médula espinal
División cerebral desde un punto de vista anatómico y funcional
Hemisferio derecho y Hemisferio izquierdo
En cada H. se distinguen diversos surcos que los dividen en lóbulos
L. Frontal
El más anterior, delimitado por el surco lateral y el surco central
L. Temporal
Lateral, delimitado por el surco lateral
L. Parietal
Superior, entre el surco ventral y el surco perietooccipital
L. Occipital
Posterior, delimitado por el surco perietooccipital
Unidos por un cuerpo calloso
y separados por la fisura longitudinal
A su vez, se puede dividir en 47 áreas descritas neuroanatómicamente por Korbinian Brodmann
Sistema nervioso periférico (Nervios craneales y raquídeos)
Compuesto de:
Fibras nerviosas (nervios)
Conducen impulsos nerviosos desde los org. de los sentidos y receptores corporales hasta el SNC (sensitivas) o desde el SNC hasta los músculos y glándulas (motoras)
Cuerpos celulares de los nervios
Neuronas motoras
Situadas en el asta anterior de la médula espinal
Neuronas sensitivas
Agrupadas en los ganglios espinales, que envían sus axones hacia la ME a través de las astas post.
Clasificación
12 pares craneales
Fibras nerviosas recubiertas de vainas tubulares procedentes de las meninges, que parten de la base del encéfalo a nivel del tronco y atraviesan la base del cráneo mediante diversos forámenes.
Presentan fibras sensitivas y motoras que inervan músculos, glándulas o piel
Se encargan de transportar la información de los órganos de los sentidos hasta el SNC
Se identifican por su nombre descriptivo o mediante numeración romana
NC I, N. olfatorio
Nervio sensitivo esp. para el olfato
NC II, N. óptico
Fibras sensitivas esp. para el sentido de la visión
NC III, oculomotor
Inerva la mayoría de los músculos del ojo; contiene fibras del tipo motoras somáticas y motoras viscerales (parasimpáticas)
NC IV, troclear
Inerva al músculo oblicuo sup. del ojo
NC V, trigémino
Nervio motor somático para musculatura de la masticación
Sensitivo somático para recoger la sensibilidad de la piel de la cara
NC VII, facial
Posee fibras motoras somáticas para los músculos de la expresión facial
Fibras sensitivas especiales para la lengua y el paladar
Motoras viscerales parasimpáticas que inervan las glándulas lagrimal, salivales, nasales y palatinas
NC VIII, vestibulococlear
Sus fibras son sensitivas especiales que transportan la información de la audición y el equilibrio desde el órgano espiral y el conducto semicircular hasta el SNC.
NC IX, glosofaríngeo
Presenta fibras motoras para el músculo estilofaríngeo
Fibras motoras viscerales y sensitivas para la glándula parótida
Fibras sensitivas especiales gustativas para el tercio posterior de la lengua
Fibras sensitivas somáticas para la piel del oído externo
NC X, vago
Nervio motor para musculatura de la faringe, laringe, paladar y esófago
Sensitivo para la piel de la oreja, sensitivo visceral para la base de la lengua, faringe, laringe, tráquea, bronquios, corazón, esófago, estómago y parte del intestino
También es sensitivo especial para el gusto en la epiglotis y el paladar y posee fibras motoras viscerales para el músculo liso de la tráquea, bronquios, tubo digestivo y músculo cardíaco
NC XI, accesorio
Nervio motor somático que controla los mov. de los músculos esternocleidomastoideo y trapecio
NC XII, hipogloso
Presenta fibras motoras somáticas para los músculos intrínsecos y extrínsecos de la lengua (excepto el palatogloso)
NC VI, abducens
Inerva el músculo recto lateral del ojo
31 pares de nervios espinales o raquídeos
Estos parten de la ME por los agujeros intervertebrales hacia todo el cuerpo
Son N mixtos compuestos por fibras de neuronas motoras situadas en el asta anterior de la ME (sustancia gris) y por fibras de neuronas sensitivas situadas en los ganglios espinales dorsales
Las fibras aferentes sensitivas son las encargadas de recoger la inf.de los receptores sensitivos corporales y llevarla hasta el SNC
En el SNC se elabora una respuesta que se enviará por las fibras eferentes motoras hasta los musc. correspondientes
Se denominan en relación al nivel vertebral por donde emergen
12 pares torácicos
5 pares lumbares
5 pares sacros
8 pares cervicales
1 par coccígeo
Para su estudio de manera funcional:
Componentes somáticos (voluntario) del SNC y periférico
Proporciona invervación sensitiva y motora a casi todo el cuerpo, excepto por el músculo liso, las visceras y las glándulas
Se divide en dos porciones
Somático sensitivo
Transmite inf. desde los dif. receptores corporales (mecanoceptores, termorreceptores y nociceptores)
Somático motor
Inerva a los músculos esqueléticos estríados, ya sea para movs. voluntarios o movs. reflejos en resp. a algún estímulo
Componentes autónomos (visceral o involuntario)
Se compone de fibras motoras que inervan musculatura lisa (involuntaria), musc. cardiáca y glándulas secretoras
Se divide en dos sistemas
Sistema nervioso simpático
Se compone de dos relevos neuronales
Neuronas presinápticas
Situadas en las astas intermedias de la médula espinal
Hacen sinapsis con las neuronas postsinápticas ubicadas en una serie de ganglios situados paralelos a la CV (paravertebrales) o delante de ella (prevertebrales), lejos de los órganos diana
Neuronas postsinápticas
Liberan noradrenalina
Se ocupa de respuestas excitadoras, de estrés frente a estímulos de lucha y huida.
Sistema nervioso parasimpático
También intervienen dos relevos neuronales
Pero las N presinápticas se ubican en el tronco del encéfalo y en las divisiones sacras de la ME
Los ganglios que contienen los cuerpos de las neuronas postsinápticas se sitúan cerca del órgano diana
Liberan acetilcolina
El sistema parasimpático promueve los estados fisiológicos basales del organismo y ayuda en procesos como la digestión.
Ambos tienen como característica común una neurona preganglionar mielinizada, que hace sinapsis (en un ganglio) con una neurona posganglionar no mielinizada que conecta con el órgano diana
Encéfalo frente a cerebro
Hablar del cerebro implica hablar exclusivamente de la corteza cerebral. Por otro lado, el encéfalo como tal es el cerebro más el resto de las estructuras del SNC, a excepción de la ME
La base de los pensamientos, de las emociones, o mejor dicho de todos lo procesos cognitivos se da gracias a la integración de la inf. recibida de diversas regiones encefálicas en la corteza cerebral.
Corteza cerebral
Organización
La organización más común se da mediante 6 capas (dada la forma más común de corteza, isocorteza)
Capa 1
Capa molecular que sólo cont. dendritas y axones
Capa 2
Capa granular que cont. los somas de pequeñas células
Capa 3
También llamada capa piramidal externa, contiene gran cantidad de neuronas piramidales, encargadas de emitir las proyecciones axómicas que conectarán con otras regiones del cerebro
Capa 4
Otra capa granular más interna que contiene pequeños cuerpos celulares
Capa 5
Capa piramidal interna que , al igual que la capa 3, contiene grandes neuronas piramidales de proyección
Capa 6
Capa polimórfica que contiene cuerpos celulares y gran cantidad de fibras
La distribución en capas permite organizar la aferencias y eferencias de tal forma que las conexiones entre las dif. partes de la corteza están organizadas dentro de estas capas
Estructuras subcorticales
El encéfalo contiene numerosas regiones subcorticales altamente organizadas compuestas por fibras y núcleos
Los núcleos son grps. de neuronas especializadas en funciones específicas y son cruciales en el procesamiento previo de la inf. que tiene por destino la corteza
De la misma manera, la inf. de la corteza que va a otras regiones, así como al rest del cuerpo, puede verse modificada en las zonas subcorticales
Ganglios basales
Núcleo caudado, putamen y globo pálido
Se encargan del control de la postura y del mov. voluntario
El tálamo y el hipotálamo
Constituyen la mayoría del diencéfalo y son un compendio de núcleos especializados en el control motor, el procesamiento somatosensorial, regulación de ritmos circadianos, etc.
Núcleos amigdalinos
Sist. moduladores difusos
Vías que conectan núcleos situados en el tronco encefálico con los núcleos subcorticales y con la corteza cerebral
Utilizan neurotransmisores esp. que regulan de forma determinante resp.cerebrales complejas e influyen directamente en procesos como la motivación, las emociones o la memoria
Neurotransmisores tales como la dopamina, la acetilcolina, la noradrenalina y la serotonina
En caso de fallar
Provoca enf. muy complejas como depresiones, trastornos del sueño, trastornos de personalidad y están relacionados con enf. neurodegenerativas como el Parkinson o el Alzheimer
Vías de conexión dentro del encéfalo
La forma cómo se organizan las conexiones entre las distintas partes del encéfalo gobierna la funcionalidad de cada área
Cuerpo calloso
Principal vía de comunicación entre hemisferios
Se encarga de comunicar ambos hemisferios para establecer un significado correcto de una palabra y su contexto
Una lesión implica trastornos cognitivos graves, llegando a no reconocer una de las dos partes de su propio cuerpo
Fibras de proyección
Son dos grandes grps. de fibras que comunican el cerebro con el resto del cuerpo y viceversa
Los grandes haces de fibras aferentes que proceden de la médula y el tronco del encéfalo portan la información somatosensorial hasta la corteza cerebral
Los grandes haces de fibras eferentes que salen desde la corteza cerebral transportan la información para realizar una acción determinada
Ambos grps de fibras se juntan en una banda compacta en la egión subcotical media del encéfalo conocida como cápsula interna
La gran fibra de proyección motora que emerge hacia la ME se conoce como la vía piramidal
Cuando los haces de fibras han pasado las estructuras subcorticales se abren en un gran abanico para llegar a contactar con las diferentes regiones de la corteza cerebral. Esta irradiación de fibras se conoce como corona radiada
Fibras de asociación
Se encargan de conectar dif. regiones cerebrales dentro de cada hemisferio
Existen dos tipos de fibras
Aqueadas
Relativamente cortas y conectan circunvoluciones adyacentes
Y fibras mucho más largas que forman grandes haces que conectan regiones cerebrales distantes
Fasciculo longitudinal superior
Que conecta las cortezas occipital y parietal con la corteza frontal
Fasciculo frontotemporal
Se une al anterior desde la corteza temporal hasta la corteza frontal
Estas fibras de asociación permiten la comunicación de áreas que reciben y procesan inf. sensitiva con las áreas encargadas de realizar la acción correspondiente
Neurociencia cognitiva
En cada sist. funcional están implicadas varias áreas cerebrales que se encargan de tareas concretas en el procesado de la inf.
La inf. pasa a través de conexiones que portan inf. primaria y, a medida que surgen nuevas conexiones con otras regiones corticales, adquiere mayor complejidad
Áreas de asociación
Desde el siglo XVIII el ser humano ha clasificado funcionalmente el cerebro
Una de las primeras clasificaciones la hizo Franz Joseph Gall
Durante el siglo XIX los avances de Paul Broca y Karl Wernicke en la descripción de las áreas implicadas en el lenguaje a partir de pacientes con lesiones inspiraron al anatomista Korbinian Brodmann, quien basándose en la citoarquitectura distinguió 47 regiones corticales diferenciables
Hoy por hoy, los neurocientíficos hablan de regiones cerebrales unimodales y polimodales
Las regiones unimodales están especializadas en procesar información relacionada con una modalidad sensorial
Las regiones polimodales son regiones en la corteza cerebral que reciben información de dos o más regiones unimodales y las integran
Destacan tres regiones polimodales por encima del resto
Región anterior
Comprende la corteza prefrontal fundamentalmente y se ocupa, entre otras, de planificar las acciones
Región límbica
El área de asociación límbica implica las cortezas temporal, incluida la formación del hipocampo, el giro angular, el giro cingular y la corteza frontal
Incluye además estructuras subcorticales críticas como la amígdala, implicada en procesos de memoria y aprendizaje
Región posterior
Comprende parte de los lóbulos parietal, occipital y temporal y está implicada en multitud de funciones como el lenguaje, la visión o la exploración
Principales procesos cognitivos
Área de asociación anterior
Situada en la corteza prefrontal, ocupa gran parte del lóbulo frontal y se relaciona directamente con las cortezas premotora y motora, incluyendo el área de Broca implicada en el control motor del lenguaje
Se suele subdividir en
Una región orbitofrontal asociada a funciones viscerales y emocionales
Otra región dorsolateral relacionada con funciones de conceptualización, planificación, capacidad de juicio y resolución de problemas
La lesión de la corteza prefrontal suele provocar la pérdida de iniciativa y la falta de juicio
Otra de las funciones que implica la corteza prefrontal es la capacidad para limitar la cantidad de inf. visual hacia lo que nos resulta más interesante
La amígdala, situada en el lóbulo temporal, es la principal estructura en el procesamiento de la información asociada a la emoción. Está conectada directamente con el hipocampo y, a través de la corteza cingular, conecta con la corteza orbitofrontal
Estas conexiones recíprocas podrían asociar el aprendizaje y la experiencia con los aspectos cognitivos de la emoción
Otra función que podemos atribuir a la corteza asociativa prefrontal es el almacenaje a largo plazo del conocimiento episódico o autobiográfico, una forma de memoria declarativa
Área de asociación posterior
Comprende parte del lóbulo occipital y temporal, pero fundamentalmente está compuesta por el lóbulo parietal
Contiene la corteza somatosensorial primaria, la corteza somatosensorial secundaria, la corteza gustativa y el área de asociación
Recibe aferencias desde prácticamente todo el cerebro: corteza somatosensorial y motora, corteza visual, lóbulos frontal, temporal y occipital y sistema límbico
Procesa información vinculada con el reconocimiento del propio cuerpo y de los objetos que lo rodean e influye en que las actividades, especialmente las manuales, se ejecuten de manera ordenada y secuencial
Lesiones de esta región implican déficits sobre la conciencia del propio cuerpo y del medio que lo rodea. Mientras que la agudeza visual se mantiene, la capacidad exploratoria de los individuos e intentar alcanzar objetos con las manos es casi inexistente
Área de asociación límbica
Situada en el lóbulo temporal, congrega información de las cortezas auditivas primaria y secundaria
Está implicada en los mecanismos relacionados con la actividad visceral y emocional y en funciones mentales como la memoria, el aprendizaje y el habla
Directamente relacionada con la región auditiva, el lóbulo temporal contiene la región asociativa auditiva 22 , implicada en la comprensión y formulación del lenguaje.
Además, contiene los núcleos amigdalinos implicados en el procesamiento de las emociones y la formación del hipocampo, directamente involucrada en los procesos de memoria y aprendizaje.
Se sabe, por ejemplo, que lesiones en esta región, concretamente en las áreas 20 y 21 de Brodmann, impiden el reconocimiento de caras y objetos: prosopagnosia
Lateralización hemisférica
Cada hemisferio controla la parte contralateral de las funciones motoras y sensitivas del cuerpo y de su entorno
El hemisferio izquierdo se asocia a la racionalización, el cálculo, el significado del lenguaje o el pensamiento analítico
El hemisferio derecho está implicado en el reconocimiento de caras, en las habilidades artísticas o en funciones emocionales
Los procesos cognitivos permiten relacionar aquello que percibimos con nuestra experiencia y generar acciones coherentes
Técnicas presentes y futuras
Tomografía por emisión de positrones
Es una técnica de medicina nuclear que detecta mediante tomógrafos la emisión de fotones gamma emitida por el paciente al que se le administra un radiofármaco por vía intravenosa
Resonancia magnética nuclear funcional
Se basa en los cambios de flujo sanguíneo y en el consumo de O y glucosa, cambios que se correlacionan con la actividad celular del cerebro, incluyendo los astrocitos y las neuronas
Ponen de manifiesto aquellas regiones cerebrales particularmente activas durante la realización de la prueba
Electroencefalografía y magnetoencefalografía
La EEG es el registro de la actividad eléctrica rítmica de la corteza cerebral
Se realiza mediante la aplicación de un dispositivo en el craneo que cuenta con sensores de registro en localizaciones específicas
Es una técnica especialmente útil en el diagnóstico neurológico, en particular en los trastornos epilépticos
La MEG registra la actividad cerebral mediante la captación de los campos magnéticos que se general por la actividad postsináptica a través de un magnetómetro extracraneal
Se registra la actividad generada por las dendritas apicales a través de sus potenciales postsinápticos
Su mayor ventaja es su alta resolución temporal y espacial
Conectómica: Diffusion Tensor Imaging y tractografía
Hace apenas dos décadas comenzó a desarrollarse una técnica basada en la implementación de imágenes de resonancia magnética, la llamada Diffusion Tensor Imaging (DTI)
Mide la isotropía de las moléculas de agua
Las imágenes obtenidas mediante esta técnica revelan la orientación de las fibras dentro de la sustancia blanca, con lo que se pueden reconstruir imagenes tridimensionales en la que la orientación de los vóxeles revela los tractos dentro del sistema nervioso, lo que representa una gran herramienta para analizar la conectividad a macroescala del cerebro humano
El desarrollo de la neurociencia ha ido evolucionando a la par de las técnicas que facilitan su estudio tales como aquellas técnicas que posibilitan el mapeado funcional cortical que abren la posbilidad de evaluar cómo la función cerebral subyace a las actividades mentales