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Una máquina que escribe poesía

Me encanta observar la naturaleza. ¿Y a ti, Julia? Es una actividad gratificante. Todo está lleno de preguntas. A nuestro alrededor encontramos objetos y estructuras de todo tipo: rocas, plantas, cucarachas, colonias de hormigas, gaviotas, motos, ordenadores, teléfonos y aceleradores de partículas. Son el resultado de 13 700 millones de años de desarrollo y evolución. Y esto sin salir del planeta Tierra. ¡Imagínate todo lo que nos queda por descubrir ahí fuera! Pero a veces las cosas más sorprendentes están más cerca de lo que imaginamos. Piensa, por ejemplo, en el objeto más complicado que conozcas. A lo mejor te viene a la mente una nave espacial o uno de esos ordenadores que juegan tan bien al ajedrez. No está mal, son cosas en verdad complicadas. Pero hay algo que es todavía más complejo y que no es necesario buscar muy lejos: lo tienes dentro de tu cráneo y se llama encéfalo, una protuberancia de tejido que, como verás a continuación, es la parte más importante del sistema nervioso. Los seres humanos hemos explorado planetas, observado las estrellas y desarrollado una tecnología impresionante, pero nada de lo que conocemos se acerca en complejidad al encéfalo. Esta estructura genera la consciencia, almacena los recuerdos, inventa, sueña e incluso es capaz de escribir poesía. Todo eso lo puedes hacer tú y todos tus amigos, pero no conocemos ningún otro ser vivo ni ninguna otra máquina que pueda hacer algo semejante. El encéfalo es lo que te hace humana. Los científicos llevan muchos años tratando de descifrar sus secretos, de comprender cómo está organizado y cómo es posible que de una estructura así surja la mente consciente. A pesar de su inmensa complejidad, podemos describir su organización básica y su funcionamiento de una manera sencilla.

Una joya muy bien protegida

El encéfalo forma parte del sistema nervioso (o, para simplificar, SN), una estructura que está presente en casi todas las regiones de tu cuerpo, ya que alcanza con largas prolongaciones —que salen del eje central del cuerpo—la superficie de la piel, los músculos y las vísceras. La región central del SN, que recorre tu cuerpo de arriba abajo, se llama, de manera acertada, sistema nervioso central o SNC. El SNC es esencial para el funcionamiento del organismo, y debido a ello está muy bien protegido, como una joya muy valiosa guardada dentro de una cámara acorazada. En nuestro caso, la cámara acorazada está formada por hueso muy duro y de gran grosor. La región superior del SNC es muy ancha y abultada, una pelota formada por miles de millones de células, el encéfalo del que te hablaba hace un momento. El hueso que lo protege es el cráneo, el hueso de la cabeza. Seguro que más de una vez has tenido la oportunidad de comprobar su dureza. Como ves, la evolución se ha tomado muy en serio la protección de esa máquina.

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La otra parte del SNC es menos abultada pero muy larga: recorre tu cuerpo desde el cuello hasta la altura de la cintura, metiéndose por un agujero que tienen las vértebras a lo largo de la columna. A esta parte se la llama médula espinal, y está asimismo bien protegida por los duros huesos vertebrales. Así de sencillo: tu SNC está compuesto por el encéfalo, protegido por el hueso del cráneo, y por la médula espinal, que se encuentra abrazada por las vértebras. Para completar el sistema nervioso es preciso añadir todos los nervios que conectan esta región central con el resto de tu organismo y que forman el llamado sistema nervioso periférico o SNP (figura 1). Estas prolongaciones, que alcanzan casi todos los rincones del cuerpo, no están protegidas por hueso —si no, pareceríamos una cucaracha, con partes duras cubriéndolo todo—, pero tampoco es muy preocupante esa falta de protección, ya que en caso de lesión la zona dañada puede regenerarse. Por el contrario, las células del SNC son "para toda la vida" y, aunque puede existir una cierra regeneración, lo mejor es tenerlas bien protegidas.

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Figura 1. Organización general del sistema nervioso

Además de hueso, el SNC está recubierto por varias membranas (que se llaman meninges y son tres: duramadre, aracnoides y piamadre) y por una capa de líquido (llamado líquido cefalorraquídeo) que, entre otras funciones, tienen la misión de formar una especie de colchón de agua que amortigua los golpes y movimientos bruscos. Esa capa de líquido, además de rodear el exterior del SNC, se mete en el interior del encéfalo y rellena unas cavidades llamadas ventrículos, y recorre también el interior de la médula espinal por un agujero que se llama canal central. Como puedes ver, la máquina que genera la mente se pasa toda la vida dándose un confortable baño. El líquido cefalorraquídeo funciona también como un sistema de transporte y contiene sustancias muy importantes para mantener en forma el SNC. En algunas enfermedades se toman muestras de ese líquido a nivel de la médula espinal (la técnica se llama punción lumbar), ya que su color y la cantidad de proteínas que contiene pueden darnos pistas muy útiles para diagnosticarlas.

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El cerebro es una parte del encéfalo

Ya sabes, Julia, que en ciencia es muy útil dividir y clasificar los objetos de estudio; por eso a veces los libros están llenos de nombres y más nombres, cada vez más raros. Esos nombres son útiles para los especialistas de cada tema, pero aquí podemos prescindir de la mayoría de ellos. Para continuar con esta breve descripción anatómica, te hablaré tan sólo de las partes más importantes del encéfalo, de manera que puedas hacer este viaje a la máquina de la mente con un equipaje útil pero ligero. El encéfalo (recuerda: es todo lo que tienes dentro del cráneo) se divide a su vez en varias regiones (figura 2). La más grande se llama cerebro y seguro que has visto fotos o dibujos de él: tiene muchos pliegues y está claramente dividido en dos mitades o hemisferios por un surco que lo recorre de delante atrás, de ahí que tenga un aspecto parecido al de una nuez gigante. El cerebro se ha desarrollado mucho a lo largo de la evolución humana y en la actualidad su volumen ocupa la mayor parte del interior del cráneo. Los científicos consideran que esta región es la principal responsable de las espectaculares capacidades de la mente humana, de la inteligencia y de la emergencia de la consciencia. A pesar de cumplir con tan noble cometido, si observas un cerebro parece más bien una bola retorcida y arrugada, con una superficie de apariencia caótica. Aunque sus elementos internos tienen una disposición precisa y ordenada, desde fuera no lo parece. Para facilitar un

EL ENCÉFALO

Figura 2. Divisiones principales del encéfalo.

poco las cosas, se ha dividido el cerebro en cuatro partes o lóbulos, y así en cada hemisferio se puede localizar de manera rápida y sencilla una región: estos lóbulos se llaman frontal, parietal, temporal y occipital (figura 3). Esto nos resultará útil a lo largo del libro para poder situar algunas estructuras. Pero el cerebro no podría funcionar sin el resto de regiones del encéfalo, con las que está íntimamente relacionado. El cerebro rodea, como si se lo quisiera comer, otra estructura menos conocida llamada tálamo, que se halla también dividido en dos mitades. Cada mitad tiene la forma de un huevo de gallina, aunque de tamaño algo menor. Ahora mismo estás utilizando el tálamo para leer esta frase, ya que una de sus funciones principales es regular el paso de la información que entra por los sentidos. El tálamo es la gran puerta de entrada del mundo exterior hacia el cerebro. En la parte posterior, en la zona de la nuca, hay una región que

LÓBULOS DEL CEREBRO

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Figura 3. Los lóbulos del cerebro.

tiene el aspecto de un cerebro en miniatura, y por eso se le llama cerebelo. Como te puedes imaginar, no se trata de un cerebro pequeño, sino que tiene unas funciones distintas —y complementarias— de las del cerebro. El cerebelo es, entre otras cosas, un aparato que sirve para refinar las órdenes de movimiento (órdenes que el SN envía a los músculos) a partir de las señales sensoriales. Se encarga de que tus movimientos se realicen con precisión y elegancia, y para ello colabora de forma importante en la regulación de la postura del cuerpo y su equilibrio o en el control de los movimientos de los ojos durante la fijación de la visión. Parece que también está implicado en tareas cognitivas, sobre todo las relacionadas con el lenguaje, ya que participa en la articulación de éste para producir así un habla fluida. Además, tiene memoria: es el responsable de que realices muchos movimientos sin tener que pensarlos, como atarte los cordones de los zapatos o mantener el equilibrio en una bici. La memoria del cerebelo está para esas cosas, y así puedes dedicar tus pensamientos a otros asuntos. Las tres estructuras que acabamos de ver —cerebro, tálamo y cerebelo— conectan con una región central y alargada llamada tronco del encéfalo. Desde el punto de vista evolutivo es la región del encéfalo más primitiva, y se encarga de regular de manera automática, sin que seamos conscientes de ello, algunas funciones vitales como la frecuencia respiratoria o el ritmo cardíaco (el "estoque" que se inflige a los toros, por el cual mueren instantes después, tiene un efecto tan drástico porque destruye el tronco del encéfalo). La prolongación del tronco hacia la parte inferior del cuerpo constituye la médula espinal, la otra región que forma el SNC.

Células que miden más de un metro

Ya tienes una visión general de las regiones del sistema nervioso. Pero, ¿de qué está formado? ¿Qué tipo de tejido hay ahí capaz de producir algo tan extraño como la mente? Parece mentira pero dentro de tu cráneo tienes esencialmente sólo dos tipos de células: células nerviosas, también llamadas neuronas, y células gliales (que en conjunto se llaman glía). Las neuronas han sido, desde que se comenzó a estudiar el SN, las reinas de la fiesta y han acaparado la atención de los científicos. No en vano hoy en día se llama neurociencia al estudio del sistema nervioso y neurocientíficos a las personas que nos dedicamos a ello. Ahora sabemos que las células gliales son igual de importantes para el funcionamiento del sistema, pero son todavía menos conocidas que las neuronas. ¿Qué tienen las neuronas que las hace tan especiales? Fundamentalmente dos cosas: su capacidad para generar electricidad y su forma. La mayoría de las células animales son de forma más o menos esférica y miden unas pocas micras de diámetro. Las neuronas poseen una región que es también así, pequeña y de forma redondeada, llamada cuerpo o soma, pero lo extraordinario es que de ese soma parten finas prolongaciones que pueden ser muy numerosas y llegar a medir más de un metro de longitud. Estas prolongaciones forman su sistema de

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comunicación. Las que están especializadas en recibir información de otras células se llaman dendritas: son las antenas receptoras. Hay, además, una prolongación llamada axón, que suele ser la más fina y larga, especializada en enviar información a otras células. Cada neurona tiene un único axón, que normalmente se ramifica para contactar con muchas otras células. De esta manera, con sus dendritas y sus axones, las neuronas pueden establecer conexiones entre ellas y con otros tipos de células, como los receptores sensoriales o las fibras musculares. La región de contacto entre dos neuronas, o entre una neurona y otro tipo de célula, se llama sinapsis (figura 4). Debido a estas prolongaciones, en tu cuerpo hay neuronas que son realmente muy largas. Haz lo siguiente: mueve, por ejemplo, el dedo gordo de tu pie derecho... Lo notas, ¿verdad? Bien, para poder percibir esa señal de tacto, la información tiene que viajar desde la punta del pie hasta tu encéfalo, y para ello tienes neuronas con prolongaciones que recorren toda esa distancia. Prueba a medir la longitud entre tu pie y tu nuca, suma algún centímetro más —ya que las prolongaciones de la célula no siguen una línea recta— y tendrás una idea

Figura 4. Las neuronas y sus partes principales.

del tamaño de las células más largas de tu organismo. En el SNP esas prolongaciones se agrupan en haces denominados nervios. El soma, las dendritas y el axón son las partes principales de una neurona; pero, a partir de esas piezas, las formas que pueden tener son muy variadas. Algunas tienen un soma redondo y pequeño, otras grande y con forma de pirámide. Las hay que tienen muy pocas dendritas, o incluso ninguna, y otras que lucen una exuberante ramificación con multitud de prolongaciones. La forma de cada una está adaptada a su localización y función dentro del entramado nervioso. Cada una de tus neuronas puede tener miles de sinapsis a lo largo de sus dendritas y recibir así información de muchísimas células. Pero, además, cada una de esas neuronas contacta y envía información a muchas otras células a través de las sinapsis que establecen las ramificaciones del axón. Se calcula que, de promedio, cada neurona recibe información a través de unas 10.000 sinapsis y envía información mediante unas 1.000. Son, como ves, muchísimas conexiones por cada célula. Hay incluso casos con más, ya que esto es un promedio. En el cerebelo tienes unas neuronas, llamadas células de Purkinje, con unas dendritas tan ramificadas que cada una de esas células recibe unas 200.000 conexiones de entrada. ¡Eso sí que es estar bien informada! Los estudios más recientes indican que cada uno de nosotros tiene en su encéfalo unos 86.000 millones de neuronas. La mayoría de ellas están en el cerebelo, casi 70.000 millones, y el resto principalmente en el cerebro, unos 15.000 millones, lo cual no deja de resultar llamativo si tenemos en cuenta que el cerebro es, con diferencia, la región que más abulta de todo el encéfalo. Pero volvamos al número total: trata de pensar un poco en esa cifra, es difícil hacerse una idea de lo que significa tal cantidad. En la Vía Láctea, la galaxia de la que

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forma parte nuestro sistema solar, hay un número similar de estrellas. En tu encéfalo, Julia, hay muchísimas más neuronas que todas las estrellas que puedas observar en el cielo: todas las que vemos a simple vista pertenecen a nuestra galaxia y en una noche podemos ver tan sólo una parte. Si en vez de neuronas pensamos en sinapsis, la cifra aumenta mucho más, ya que cada neurona tiene miles de esos lugares de conexión: en tu encéfalo tienes cientos de billones de sinapsis, todo un universo. Cuando el encéfalo está funcionando —en realidad, siempre está funcionando—, las sinapsis regulan el flujo de información entre las neuronas. Pero, ¿de qué información estoy hablando? ¿Qué les dice una neurona a sus vecinas?

Las neuronas se comunican entre sí

El sistema nervioso consta, por tanto, de una inmensa red formada por las neuronas, sus prolongaciones y esos lugares de interacción llamados sinapsis. Todo ello permite que estas células se pasen información y dialoguen entre sí. La manera de hacerlo es mediante una combinación de señales eléctricas y mensajes químicos. Te lo contaré con un poco más de detalle hacia el final del libro, pero aquí va un adelanto. Cada neurona tiene una carga eléctrica similar a la que tiene una batería de las que usamos todos los días. El soma de las neuronas, que es su centro de control, puede descargarse de forma brusca y generar así una señal eléctrica. Esa descarga viaja por el axón, la prolongación de salida, y lo recorre hasta que llega al final. Al final de cada axón hay una, varias o muchas sinapsis -pues, como sabes, pueden ramificarse-, y en cada sinapsis la descarga eléctrica activa un proceso para informar de esa señal a la célula con la que contacta. Cuando la

Figura 5. Los potenciales de acción inducen la liberación de neurotransmisores en las sinapsis.

neurona ha generado una descarga, vuelve a cargarse de inmediato (¡lo hace en menos de un milisegundo!) y de esa manera está lista para producir otra señal si es necesario. Cada una de estas señales eléctricas que viajan a lo largo de los axones se llama potencial de acción (figura 5). Una neurona puede producir muchos potenciales de acción, uno detrás de otro, con una frecuencia determinada. Puedes imaginarte el proceso como si emitiera un código morse: bip... bip, bip..., bip... bip, bip, bip... bip... También puedes imaginarlo como si fuera un código de barras, como el que hay en la contraportada de este libro: cada barra sería un potencial de acción. Igual que un código de barras contiene información —determinada por la disposición de la secuencia de

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barras a lo largo del espacio—, una neurona puede emitir un mensaje mediante una serie de potenciales de acción. El tipo de mensaje dependerá de la secuencia de descargas a lo largo del tiempo. Este es el lenguaje que usan las neuronas para hablar entre sí. Ahora mismo dentro de tu encéfalo están viajando por los axones de tus neuronas miles de millones de esas breves descargas. A veces las neuronas tienen gran actividad y generan muchas descargas en muy poco tiempo. Otras veces están más "calladas" y producen muy pocos potenciales de acción. Todo depende de cada situación concreta y del trabajo que tenga que realizar cada neurona dentro del sistema.

Tus neuronas generan electricidad

Ahora te estarás preguntando: "¿Pero, de dónde sale la electricidad? ¿Cómo hacen las neuronas para descargarse y volverse a cargar tan rápidamente?". Todo se consigue mediante el movimiento de unas partículas con carga eléctrica que se llaman iones. En nuestro cuerpo tenemos varios tipos de iones, entre ellos el ion sodio (átomo de sodio, cuyo símbolo es Na, con carga +), y el ion potasio (átomo de potasio, cuyo símbolo es K, con carga +). Las neuronas tienen una membrana que las rodea, como cualquier otra célula, y esa membrana está plagada de pequeñas compuertas que se pueden abrir y cerrar a toda velocidad. Por esas compuertas entran y salen los iones de la célula. Para generar las descargas eléctricas —los potenciales de acción—, las neuronas controlan con mucha precisión el movimiento de los iones sodio y potasio a través de esas compuertas. Todo eso consume mucha energía y por ello nuestro sistema nervioso necesita un aporte continuo de nutrientes y de oxígeno a través de la sangre. Para que te hagas una idea de lo que esto supone, piensa que el encéfalo consume de promedio el 20 % de toda la energía de tu cuerpo. Si una neurona deja de recibir oxígeno y nutrientes, dejará de funcionar, y si el déficit se mantiene durante varios minutos, morirá o sufrirá un daño importante (esto le ocurre a cualquier célula del cuerpo, pero las neuronas son especialmente sensibles a estos déficits). Para funcionar bien, las prolongaciones de las neuronas necesitan también iones sodio, potasio y un aporte continuo de oxígeno y nutrientes. Si se les priva de ese alimento perderán la capacidad de transmitir los potenciales de acción y, por tanto, de enviar señales. Cuando se te duerme una pierna o un brazo, dejas de sentirlos y pierdes movilidad debido a la disminución del aporte sanguíneo causado por una postura que bloquea algún vaso: la falta de energía impide que los axones transmitan potenciales de acción, ya que no pueden moverse con eficacia los iones de sodio y potasio. Pero no hay que preocuparse, ya que es un bloqueo momentáneo y reversible que ocurre en el SNP y no tiene ninguna gravedad.

Besos entre las neuronas

Como acabamos de ver, las neuronas forman una red por cuyos axones viajan señales eléctricas. Al final de los axones se hallan las sinapsis, la zona donde el axón de una neurona establece conexión con otra célula, que en la mayoría de los casos es la dendrita de otra neurona. Tu encéfalo, Julia, está formado por miles de millones de neuronas que hablan entre sí a través de las sinapsis, pero, ¿cómo lo hacen?, ¿qué ocurre en una sinapsis? En la gran mayoría el proceso es el siguiente: cada vez que llega un potencial de acción al final del axón, esa región libera al exterior —al líquido que hay entre las células— algún tipo de sustancia química que afecta de alguna manera a la otra célula. Las sustancias químicas liberadas se llaman neurotransmisores, los cuales se unen a receptores específicos en la otra célula, y así una neurona informa a otra

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de su mensaje al ejercer algún efecto sobre ella. ¿En qué consiste ese efecto? Depende del tipo de receptor que tenga la célula: algunos receptores excitan la célula y aumentan las probabilidades de que genere nuevos potenciales de acción. Otros hacen todo lo contrario: disminuyen la capacidad de la célula para producir esos potenciales, es decir, inhiben su actividad. Podemos imaginar una neurona como un aparato de música con muchos mandos para controlar el volumen. Cada sinapsis es uno de esos mandos: algunas de ellas suben el volumen y otras lo bajan, el volumen final en un momento determinado dependerá de qué mandos están funcionando. Por tanto, cada neurona de tu encéfalo recibe conexiones sinápticas tanto excitadoras como inhibidoras. El hecho de que una de esas células genere más o menos potenciales de acción dependerá en cada momento de la combinación de ambos efectos. Si la excitación es mayor, esa neurona tenderá a generar más potenciales de acción. Por el contrario, si la inhibición es mayor, la neurona producirá pocos o ningún potencial de acción: permanecerá callada hasta que reciba señales excitadoras. Este proceso que acabo de describir es el que ocurre en las llamadas sinapsis químicas, que son la mayoría. Hay también algunas sinapsis donde no existen neurotransmisores y las dos células se tocan físicamente; en esos casos, los potenciales de acción que alcanzan el final de una célula se transmiten a la célula siguiente y siguen su camino sin modificaciones. A este tipo de conexión, mucho menos numeroso, se le llama sinapsis eléctrica. En resumen: tu encéfalo es una orquesta formada por unos 86.000 millones de instrumentos (neuronas), capaces de enviar mensajes entre sí mediante la generación de descargas eléctricas (potenciales de acción) que inducen la liberación de sustancias químicas (neurotransmisores). Todas las mañanas, cuando te despiertas, las neuronas de tu encéfalo comienzan a tocar una música nueva, distinta a la que sonaba durante el sueño. Una música de la que emerge la mente consciente, de la que emerges tú.

Células multitarea

El otro tipo de células que forman el sistema nervioso son las células gliales. Como te dije, los neurocientíficos les han prestado en general poca atención ya que, al contrario que las neuronas, estas células no producen descargas eléctricas para comunicarse entre sí o con las neuronas. Debido a ello, se consideraba que su función era de mero soporte y que no tenían mucho que ver en el procesamiento de la información. Pero el panorama ha cambiado en los últimos años y, aunque es cierto que no generan señales eléctricas, algunas de ellas (los astrocitos) pueden intervenir en las sinapsis y modular el diálogo que tiene lugar allí. Hasta hace muy poco tampoco estaba muy claro cuántas células gliales hay en el SN de los seres humanos. Los neurocientíficos calculaban que el número de células gliales era de 10 a 50 veces mayor que el de neuronas, pero parece que la cosa no es tan desigual: los experimentos más recientes indican que el número de estas células es similar al de neuronas, lo cual no deja de ser una cifra extraordinariamente grande. Al igual que las neuronas, las células gliales no están distribuidas de manera homogénea por el sistema nervioso, sino que hay regiones que tienen mayor densidad que otras. ¿Qué funciones realizan? Tienen un repertorio variado. Entre otras funciones, forman un sustento físico que engloba y, en cierta medida, protege a las neuronas. Son también una especie de central de procesamiento químico que colabora en la

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nutrición de las neuronas y en regular la composición del líquido extracelular, el que hay entre las células. Dos clases de células gliales —los oligodendrocitos y las células de Schwann— se encargan de formar una cubierta llamada mielina que tapiza algunos axones y confiere el típico color blanquecino a los nervios. Gracias a la mielina los potenciales de acción pueden viajar por esos axones a gran velocidad, ya que funciona como un eficaz aislante eléctrico. Los astrocitos son otro tipo de célula glial, el más abundante, cuyo nombre hace referencia a su forma estrellada. Están distribuidos por todo el SNC y son muy parecidos a algunas neuronas, con una región central redondeada de la cual parten prolongaciones. Son responsables de gran parte del procesamiento químico del que te hablaba hace un momento y tienen una función protectora muy importante: con sus proyecciones cubren los vasos sanguíneos que entran en el SNC y forman así una barrera que tiene como misión controlar el paso de sustancias desde la sangre hacia el SNC. Como te comenté más atrás, la evolución se ha tomado muy en serio la protección del SNC y, además de las barreras físicas que ya hemos visto (cráneo, meninges, etc.), ha dado lugar al desarrollo de barreras para el paso de sustancias químicas. A esta estructura en cuya formación colaboran los astrocitos se le llama barrera hematoencefálica, nombre muy apropiado para una barrera entre la sangre y el encéfalo. La atención de los neurocientíficos sobre los astrocitos ha aumentado en los últimos años porque se ha descubierto que las prolongaciones de estas células participan también en algunas sinapsis, es decir: hay sinapsis en las que el diálogo, en vez de ser entre dos células (en general el axón de una con la dendrita de otra), se realiza entre tres. En estas sinapsis los astrocitos modulan el mensaje que el axón envía a la dendrita, por lo que se refina aun más ese sistema de comunicación. Este descubrimiento es importante pues indica que el encéfalo tiene más capacidad para manejar información de la que se calculaba al tener sólo en cuenta a las neuronas.

Devoradoras de energía

Para generar y mantener su actividad eléctrica y metabólica, las neuronas necesitan consumir oxígeno y nutrientes (esencialmente glucosa) de forma continua. Ya te comenté que el encéfalo consume de promedio el 20% del gasto energético total de tu cuerpo. La mayor parte de esa energía se usa para mantener cargadas las baterías neuronales y que así puedan estar siempre listas para enviar señales cuando sea necesario, que suele ser muy a menudo. ¿Cómo se cargan las baterías? Pues mediante el movimiento de los iones que ya conoces, el sodio y el potasio, a través de la membrana plasmática de las neuronas (mecanismo que te explicaré con más detalle en el capítulo 21). De esta manera se consigue que se acumulen en una región determinada (el sodio en el exterior y el potasio en el interior). Es algo similar a bombear agua para llenar el embalse de una central hidroeléctrica: en el caso de las neuronas, lo que se bombea son iones. El oxígeno y la glucosa llegan al encéfalo y el resto del sistema nervioso a través de la sangre. Tenemos varias arterias, como las carótidas, que dirigen hacia la cabeza el 15% de toda la sangre que sale del corazón por la arteria aorta. Imagínate si es importante mantener constante ese flujo de sangre, que en la aorta y en las carótidas llevamos incorporados varios detectores de presión y de niveles de oxígeno. Si se detecta que baja mucho la presión o que la cantidad de oxígeno es insuficiente, se activan mecanismos para reparar el problema, por ejemplo incrementando la frecuencia respiratoria o aumentando el ritmo del corazón. Cualquier esfuerzo es poco para mantener en forma la máquina de la mente.

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¿Para qué sirve todo esto?

Al estudiar cualquier tipo de ser vivo o alguna de sus partes, una buena pregunta en ciencia suele ser: ¿cómo ha surgido? Todos los organismos vivos han llegado a nuestros días mediante un proceso de evolución, de manera que cualquier sistema biológico tiene que encajar en el puzzle evolutivo. Por tanto, las distintas partes de tu cuerpo tienen una historia de millones de años que permite explicar lo que son hoy: más o menos útiles, más o menos importantes para tu supervivencia, pero con un sentido evolutivo. Y ahora viene la pregunta que nos interesa aquí: ¿cómo ha surgido el sistema nervioso? ¿Cómo se explica su existencia desde un punto de vista evolutivo? O, planteado de otra manera, ¿para qué sirve? Aunque resulta imprescindible para los animales, el SN no es indispensable para la vida, ya que plantas y hongos no lo tienen. Es posible que estés pensando, "Pues vaya pregunta, ¿para qué va a servir? Está claro: para pensar y todo eso que ponía al comienzo del libro... para ver, oír, hablar..." Desde luego que sirve para todo eso, pero si lo observamos con una perspectiva que procure abarcar toda su historia evolutiva, podemos descubrir su función primordial, una función que es más general, más simple que el gran repertorio actual, una función que nuestro sistema nervioso comparte con el del resto de animales y que explica su origen. Piensa en lo siguiente, Julia: todos los animales —salvo escasísimas excepciones— poseen sistema nervioso. En la mayoría no es tan complejo como el nuestro, pero existe en prácticamente todos y además mantiene la función esencial que dio lugar a su desarrollo inicial. Y como te decía, ni las plantas ni los hongos tienen sistema nervioso. Las neuronas son exclusivas de los animales. Debe existir, por tamo, alguna característica común en la naturaleza biológica de las especies animales que haga que tener un sistema así resulte útil, y al mismo tiempo innecesario para plantas y hongos. ¿Qué característica es esa? En ella está la clave del origen evolutivo del sistema nervioso: esa característica es el movimiento. El sistema nervioso es necesario en aquellos seres vivos que necesitan generar movimiento de manera activa y organizada para su supervivencia. Los animales tenemos sistema nervioso porque necesitamos movernos para sobrevivir y reproducirnos, necesitarnos movernos para buscar comida, refugio y escapar de los peligros. Las plantas y otros organismos, por el contrario, han desarrollado una estructura que les permite sobrevivir y reproducirse sin la necesidad de generar movimientos complejos y manteniéndose fijas en un sitio, ya que obtienen las sustancias nutritivas del suelo y del aire, la energía del Sol y la protección mediante corazas físicas y químicas. Pero, ojo, cuando digo que las plantas no se mueven me refiero a que no cambian de sitio ni salen corriendo detrás de sus presas para alimentarse, pero sí que pueden tener reacciones que generen algún movimiento de tallos u hojas, por ejemplo para orientarse cara a la luz o para atrapar un insecto. Esos movimientos no están controlados por un sistema nervioso, sino que se deben a cambios locales en alguna característica de las células, como su tamaño o turgencia.

Una interfaz entre los sentidos y los músculos

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¿Y qué relación tiene el movimiento de los animales con el sistema nervioso? Toda. El sistema nervioso es el intermediario entre el mundo exterior —que captas con los órganos de los sentidos— y tus músculos: las neuronas son las células encargadas de coordinar y poner en contacto la información sensorial con el comportamiento motor. Generamos un comportamiento al mover músculos, y ese comportamiento tiene que tener en cuenta el mundo exterior e interior; si no, no vamos a ninguna parte. Es necesario, por tanto, un sistema que ponga los músculos en comunicación con el mundo que nos rodea y además que lo haga de manera precisa y controlada: esa es la razón de ser de tu sistema nervioso (figura 6). Lo de enamorarse y escribir poesía también se lo debemos a ese sistema, pero son propiedades que surgieron más tarde en la historia evolutiva. Esta íntima relación entre el sistema nervioso y el movimiento es útil para comprender su desarrollo evolutivo, y en los animales actuales sigue siendo su misión principal, pero es evidente que sus funciones se han diversificado y vuelto más complejas. Además de mover músculos, tu encéfalo envía también órdenes para la liberación de hormonas y para controlar otros aspectos del funcionamiento del organismo y, por supuesto, origina una actividad interna que da lugar a la mente.

Figura 6. El SNC es una interfaz entre la información sensorial y los músculos.

Imagina que quieres moverte desde donde te encuentras ahora, leyendo este libro, hasta algún sitio cercano. Para ello utilizarás un montón de músculos de las piernas y del resto del cuerpo, que se contraerán para llevarte a donde hayas decidido ir. Pero para organizar este proceso es del todo necesario que tengas información del medio que te rodea y de tu propio cuerpo, que puede ser muy variada: información visual de los objetos del entorno, información táctil de esos mismos objetos, información del grado de flexión de tus articulaciones, información sobre el equilibrio de tu cuerpo, etc. Si no tuvieras ningún conocimiento del entorno en que te encuentras, ni de tu propio cuerpo, no podrías ir a ninguna parte ni generar un comportamiento adecuado para lograr un objetivo. Para eso están los órganos de los sentidos: para obtener esa información y, con ella, a través del sistema nervioso, generar un programa coherente de contracción de músculos que te permita producir movimientos. La información sensorial obtenida por esos órganos puede faltar en parte, ya que algunos sistemas se compensan entre sí, pero no puede faltar del todo. Una persona que carezca de información sensorial no puede producir ningún movimiento coherente. Prueba a bloquear de manera simultánea los oídos, la nariz, los ojos, el tacto (por ejemplo, con unos guantes muy gruesos) y verás lo difícil que es moverse por casa. Y eso que todavía tienes activos otros sentidos, como el del equilibrio o la propiocepción (situación del cuerpo en el espacio). Por tanto, si queremos movernos, antes de nada necesitamos conocer algunas características útiles no sólo del mundo exterior, como la distribución espacial de los objetos o las sustancias químicas que pueden desprender éstos, sino también

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del interior, del propio cuerpo, como el grado de flexión de las extremidades. Y ahí es donde entran en juego el sistema nervioso y los órganos de los sentidos.

El curioso ejemplo de los tunicados

A algunos neurocientíficos les gusta destacar la importancia del movimiento en el desarrollo evolutivo del sistema nervioso con un ejemplo muy llamativo: el de las ascidias o tunicados. Los ejemplares adultos de estos animales viven en el mar agarrados a algún tipo de sustrato, como una roca. Para sobrevivir no necesitan moverse, ya que se alimentan filtrando el agua de su entorno. ¿Tienen sistema nervioso? Pues resulta que, aunque se trata de animales, no lo tienen (poseen tan sólo un rudimento). Una vez que se fijan a la roca, no se desplazan más ni generan otros movimientos complejos durante el resto de su vida y, por tanto, el SN se hace innecesario. Sin embargo, lo interesante es que algunas especies tienen una fase en que son larvas: pequeños animales que nadan durante un tiempo antes de asentarse de forma definitiva (figura 7). ¿Tienen sistema nervioso esas larvas? Desde luego, para nadar y moverse en busca de un lugar en el que asentarse necesitan conocer e! medio, integrar esa información y con ella mover los músculos de la cola. Su sistema nervioso incluye un órgano del equilibrio y un sensor de luz, que usan para guiarse. Cuando la larva se ha fijado en su lugar definitivo, del que ya no se moverá más, pasa algo sorprendente: digiere su propio sistema nervioso. Se come su propio cerebro y se con vierte en un animal sésil.

Figura 7. Larva nadadora y ejemplar adulto sésil de un tunicado

Estos animales, a medio camino entre el movimiento y la quietud, muestran de una manera sorprendente la relación que hay entre la existencia de sistema nervioso y la necesidad de movimiento. Debes tener en cuenta que éste es un ejemplo extremo de un tipo de animales que no necesitan realizar movimientos controlados una vez que se fijan al sustrato, pero hay muchos otros que, a pesar de vivir fijos a una roca —bivalvos como los mejillones o crustáceos como los percebes—, tienen sistema nervioso y músculos bien desarrollados, ya que para alimentarse, protegerse e interaccionar con el medio realizan movimientos, como abrir y cerrar las valvas, además de otros mecanismos de regulación corporal que requieren un control nervioso.

Las primeras neuronas

Algunos animales muy simples no tienen sistema nervioso y, efectivamente, como sin duda estabas pensando, no se mueven, o al menos no generan movimientos complejos. Las esponjas de mar, por ejemplo, tienen células que se contraen cuando son estimuladas, como si fueran músculos, pero no están coordinadas por un sistema nervioso. Podría decirse que en esos animales un único tipo de célula hace las funciones de receptor sensorial, integrador y generador del movimiento. El trabajo puede especializarse un poco y dividirse entre sistema sensorial y muscular, como ocurre en algunas anémonas de mar, que tienen células sensitivas

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especializadas que contactan con otras células que se contraen. Pero podemos todavía refinar un poco más el sistema, e interponer entre ambos elementos un nuevo tipo de célula que regula el flujo de información sensorial hacia el músculo: ¡la neurona! Según este esquema, el sistema nervioso más simple estaría formado por una célula sensorial (por ejemplo, táctil), que contacta con una neurona, la cual contacta con una célula muscular. Al estimular la célula sensorial, la neurona recibe la señal y da la orden de contracción mediante una reacción más o menos automática. Ahora imagina que, entre un grupo de células sensoriales musculares, en vez de haber una neurona hay millones de ellas, conectadas de tal manera que la reacción no sea automática, sino que esté regulada y coordinada por muchos otros factores, incluida su propia actividad: así es a grandes rasgos tu sistema nervioso. En los animales actuales, esa "neurona intermedia" se ha convertido en un sistema muy complejo que puede almacenar recuerdos y, en algunos animales como nosotros, generar una mente consciente.

El máximo refinamiento: predecir el futuro

A medida que el tiempo y la evolución han ido modificando y ajustando el funcionamiento de esta máquina de control, han aparecido muchas otras funciones accesorias que colaboran en la producción de un movimiento eficaz para la supervivencia. Es probable que la función más importante para entender en qué se ha convertido nuestro sistema nervioso sea la predicción del futuro. Sí, hablo en serio: predecir el futuro es una de las razones de que exista tu mente. No es que me haya desviado hacia el terreno absurdo de las pseudociencias, no. Estoy hablando de algo que haces de manera cotidiana. Resulta que, en el camino de la evolución, los cambios del sistema que de alguna manera aumentaban la capacidad de planificar y anticipar hechos inmediatos han tendido a conservarse, de manera que el encéfalo actual es un especialista en predecir sucesos. Si un pedrusco se dirige hacia la cabeza de un animal, pueden pasar dos cosas: 1) que ese animal se quede mirando cómo el pedrusco choca con su cabeza, lo cual no parece muy ventajoso; o 2) que ese animal "deduzca" —consciente o inconscientemente— que si se aparta del camino de la piedra, podrá vivir para contarlo. Los animales provistos de un sistema nervioso del segundo tipo sobrevivirán y sus sistemas nerviosos se irán refinando cada vez más para anticiparse a lo que se avecina. Se especializarán en planificar y prever el futuro inmediato. ¿Cómo logramos esto? Para predecir el futuro nuestro encéfalo utiliza la información que capta por los sentidos para crear una representación virtual del mundo. Esa representación interna se compara con la información que hay almacenada en la memoria, y de esta manera se pueden tomar decisiones que resulten útiles, como por ejemplo planificar acciones o anticiparse al movimiento de un pedrusco y apartar la cabeza a tiempo. Nuestro encéfalo crea, por tanto, una representación interna del mundo que sirve para generar un comportamiento coherente y predictivo. Muchos neurocientíficos consideran que es precisamente esta representación o imagen interna la que da lugar a la mente y al "yo".

La anticipación que borra las cosquillas

Los movimientos que realizamos utilizan de manera rutinaria esa representación interna para anticiparse y así situar el cuerpo en la posición más adecuada. Antes de que un tenista dé un raquetazo, muchos de sus músculos ya se están contrayendo para producir el comportamiento deseado en función de la trayectoria

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y la velocidad de la pelota. Es lo mismo que harás tú si ahora te lanzan una pelota para que la agarres: tu sistema nervioso se pondrá en marcha y dará la orden de mover músculos sobre la base de sus predicciones. No deja de ser afortunado, o al menos relajado para la mente, el hecho de que muchos de los movimientos que realizamos de forma cotidiana estén controlados de manera semiautomática gracias al trabajo de aprendizaje que lleva a cabo el cerebelo. Al bajar unas escaleras, al bailar, al beber un vaso, al golpear una pelota o al rascarte la barriga, tu mente consciente ignora gran parte de los cálculos de precisión y anticipación que se realizan en los cuartos del cerebelo y otras regiones del SNC. Esta anticipación da lugar a cosas curiosas, como el hecho de que no puedas hacerte cosquillas a ti misma (a no ser que tu sistema nervioso tenga algún error). Al mover la mano para rascarte, tu encéfalo ya sabe, antes de que la toques, qué zona vas a estimular. La representación interna que crea tu mente hace una predicción de esa sensación de tacto y, según parece, modifica la intensidad con que percibes esa sensación. ¡No hay forma de sorprenderse uno mismo con sus propios movimientos!

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Los sentidos: un refinado conjunto de sistemas de detección

Busca un espejo y mírate la cara, Julia. Esa protuberancia que está en la parte superior de tu cuerpo, la cabeza, está salpicada de un refinado conjunto de sensores cuya misión es detectar aspectos útiles del mundo externo. Tu sistema nervioso ha evolucionado como una máquina para controlar el movimiento y producir un comportamiento, y para ello necesita alimentarse de información: tomar datos del entorno. Eso lo consigue gracias a varios tipos de sistemas de detección que traemos incorporados de serie. A ambos lados de tu cara puedes ver unas superficies especializadas en captar vibraciones del aire. En la zona frontal tienes también dos aparatos que pueden detectar luz (que estás usando para leer esta frase y para interpretar la imagen del espejo). En la zona central hay un saliente con dos orificios, cuya misión es captar sustancias químicas suspendidas en el aire. Si abres el orificio central que está debajo, encontrarás otro detector de sustancias químicas, la lengua. Y esto es sólo una muestra de todo el equipamiento. El despliegue de sensores no está nada mal: tenemos detectores de radiación electromagnética (ojos), de presión y vibración (piel), de ondas de choque del aire (oídos), de sustancias químicas (nariz y boca), de temperatura y daño en los tejidos (piel y otras regiones), de estiramiento y tensión de los músculos, acelerómetros para el equilibrio (oído interno), etcétera, todo ello para poder movernos con comodidad y eficacia por el mundo. Tu encéfalo utiliza cada una de esas vías de información, o la combinación de varias, para construir una sensación concreta, que puede actuar en tu comportamiento de manera inconsciente o bien producir una percepción consciente (figura 8). Exploremos brevemente en qué consiste cada uno de esos detectores.

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Figura 8. Los receptores sensoriales.

Radiación electromagnética

Nuestro mundo está bañado por radiación electromagnética, un tipo de energía que es transportada por unas partículas llamadas fotones. Está por todas partes. Si enciendes un aparato de radio, es probable que detectes más de una emisora, es decir, emisiones de esa energía con una frecuencia concreta. Tu móvil funciona también mediante la emisión y recepción de energía de ese tipo, y así otros aparatos (en realidad, cualquier aparato eléctrico emite algún tipo de radiación). Pero esas fuentes de radiación artificiales son una pequeña excepción comparadas con la intensa radiación que emiten sin cesar las estrellas. El Sol, la estrella que nos da la vida, es una intensísima fuente de radiación electromagnética de muchos tipos —de muchas frecuencias distintas—, energía que además es gratis. Los cuerpos que hay en la Tierra absorben y emiten esa radiación. No es de extrañar que la evolución haya pertrechado a la mayoría de los animales con algún sistema para detectar la energía electromagnética que emiten los objetos. En los seres humanos, ese sistema se llama sistema visual, y sus detectores, los ojos, pueden captar una parte de la radiación reflejada por los objetos: a esa parte la llamamos, precisamente, "luz visible". El plan es perfecto, o casi. Se utiliza una fuente de energía gratis y virtualmente inagotable para detectar cómo son los objetos que nos rodean. La radiación es captada por la retina (una parte del ojo) y enviada al encéfalo para generar una imagen en 3D del entorno. El problema es que la fuente de energía no está ahí siempre, ya que todos los días hay unas horas de noche en que se corta la luz (al menos en nuestra latitud). Bueno, la luz natural, ya que hemos inventado la manera de emitir luz visible también de manera artificial, con lámparas y bombillas de todo tipo. El sistema visual es, por tanto, un detector de la radiación llamada "visible", que sirve para construir imágenes en 3D del mundo. En este y en todos los demás sistemas sensoriales, la información que se capta del exterior es transformada —o, para decirlo con más precisión, transducida—en potenciales de acción, esas señales eléctricas que viajan por las neuronas. En la retina se transducen los fotones en señales eléctricas, trabajo que es realizado por unas células llamadas conos y bastones. Esas células receptoras contactan con neuronas de la retina cuyos axones envían potenciales de acción hacia el encéfalo, donde serán procesados para producir la percepción visual. Una parte importante de esa información visual es analizada en la zona posterior de los hemisferios, en el lóbulo occipital. Por eso, cuando alguien se da un golpe en la nuca, puede "ver las estrellas", ya que esa es una manera de activar de forma mecánica (y anómala) las neuronas que crean la imagen. La radiación electromagnética puede tener distintas frecuencias (las ondas de luz pueden estar más o menos "apretadas"). En la retina tenemos conos de tres

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tipos, y cada uno de ellos se activa ante un rango concreto de frecuencias. De esta manera, al combinar la actividad inducida por los distintos conos, el encéfalo construye los colores. Aunque tan sólo tenemos tres tipos de conos, ¡la combinación de su actividad puede originar millones de colores! Esto ocurre durante el día o cuando la intensidad de la luz es lo bastante alta como para activar los conos. Pero por la noche, con una radiación de menos intensidad, los conos no se activan. En esas condiciones podemos ver debido a que tenemos otro tipo de receptores, los bastones, que son extremadamente sensibles y funcionan muy bien con poca luz. El único inconveniente es que todos los bastones son del mismo tipo y responden de manera similar a todo un rango de luz. Por esta razón no es posible distinguir entre distintas frecuencias y, por tanto, no pueden crearse colores. Esta es la explicación de que de noche o con poca luz todo lo veamos en blanco y negro. El objetivo de los sistemas de detección no es captarlo todo sino ser útiles. Delante de ti, Julia, hay muchos tipos de radiación electromagnética, tanto naturales como artificiales, pero por fortuna no los detectamos todos. Durante el desarrollo evolutivo nuestros receptores se han especializado en detectar un pedazo concreto de toda la radiación que hay ahí afuera, un pedazo o fracción suficiente para que el encéfalo construya una imagen del mundo con la que nos arreglamos bastante bien. Como pronto verás, no todos los animales detectan la misma radiación ni la utilizan para los mismos fines. En nuestro mundo de aparatos electrónicos, los detectores de la retina utilizan un rango de frecuencias distinto al de la mayoría de esos cacharros. Los aparatos de radio, los móviles o los mandos a distancia usan, para funcionar, frecuencias que no vemos. ¡Menos mal!

Ondas del aire

El aire que nos rodea está formado por partículas de gas, y cuando se perturba —al hacer presión— se producen ondas que viajan por él, de manera similar a las ondas que se producen cuando pisas un charco de agua. Tampoco es de extrañar, entonces, que muchos animales dispongamos en nuestro repertorio sensorial de sistemas para captar las perturbaciones del aire, ya que pueden servir para detectar otros animales, para comunicarnos o para otras funciones. Captamos e interpretamos esas perturbaciones con el sistema auditivo; y a no ser, querida Julia, que tengas algún problema de sordera, este es el principal sentido que usas para la comunicación hablada, además de para otras cosas como escuchar música o detectar un coche o un león que se aproxima por detrás. Las células receptoras que se encargan de convertir la energía de las ondas de aire en señales eléctricas se encuentran en el llamado órgano de Corti del oído interno. ¿A qué energía me refiero? Se trata de energía mecánica: las ondas del aire que penetran por tu oído hacen vibrar unos huesecillos que, a su vez, provocan el movimiento de un líquido (perilinfa y endolinfa). La vibración del líquido mueve la membrana (membrana basilar) sobre la que se asienta el órgano de Corti, donde se hallan las células receptoras. ¿Cómo hacen las células receptoras para convertir las vibraciones mecánicas en señales eléctricas? Esas células tienen unas minúsculas prolongaciones llamadas cilios —por eso también se llaman células ciliadas—, que son movidos y "bailan" al son de las vibraciones de la alargada membrana basilar. Eso produce cambios eléctricos en las células, que son transmitidos a las neuronas con las que contactan. De manera similar a lo que te expliqué con la visión, los potenciales de acción que se generan en las neuronas viajan por sus prolongaciones hacia el encéfalo, pero en este caso la información sigue una ruta distinta y es dirigida

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hacia los lóbulos temporales, que son los que se encuentran a ambos lados del cerebro, un poco por encima de las orejas. Nuestro sistema de detección de ondas del aire puede diferenciar entre muchas frecuencias distintas, que nosotros percibimos como un rango de tonos que va de los agudos (como el chillido de un niño) a los graves (el mugido de una vaca). La detección de las distintas frecuencias está relacionada con la zona de la membrana basilar donde están las células ciliadas. Esa membrana es una estructura alargada de unos 3,5 cm, y el hecho de que sea alargada es importante: los tonos agudos y los graves hacen vibrar extremos distintos, por lo que activan células ciliadas distintas (además, las células no son todas iguales, sino que sus propiedades varían también a lo largo de la membrana, con lo cual todavía se afina más en la detección del sonido). Tu encéfalo asocia la activación de células concretas con unos determinados tonos, y así diferenciamos las frecuencias y construimos los sonidos.

Sustancias químicas

Si pensamos en un sistema detector que todo animal debe tener, ese es el sistema de detección de sustancias químicas. Toda la materia que conocemos está formada por átomos y moléculas, por lo que es de indudable utilidad poder detectar muchas de las sustancias que flotan en el aire y, por supuesto, las que forman parte de lo que vamos a comer. Como esas sustancias pueden pasar al interior de tu cuerpo por dos vías, la detección química se encuentra en ambas, por lo que tenemos receptores olfativos en la nariz y receptores gustativos en la boca. Cada uno de esos sistemas tiene sus peculiaridades, aunque, por ejemplo en la percepción del gusto de los alimentos, la sensación que crea tu encéfalo tiene en cuenta la información de ambos tipos de receptores. Esta es la razón de que muchas de las cosas que comes y bebes sepan distinto cuando tienes un catarro, ya que uno de los sistemas sensoriales no está funcionando como es debido. Los receptores de sustancias químicas del olfato se encuentran en la parte superior de la cavidad nasal. Allí hay varios millones de neuronas cuyas dendritas (recuerda: las prolongaciones que reciben información) están en contacto directo con el exterior (en realidad, protegidas por una capa de moco). Las sustancias químicas que flotan en el aire que aspiras pueden quedar atrapadas en el moco y entrar en contacto con esas dendritas. Cuando esto ocurre, la neurona activada produce —cómo no— potenciales de acción que viajarán hacia el interior del encéfalo, hasta una región llamada bulbo olfatorio, donde comienza a analizarse la información. No todas las neuronas receptoras son iguales, tienes una variedad impresionante: se calcula que hay unos 350 tipos distintos de esas neuronas (para comparar, recuerda que en la retina tienes únicamente tres tipos de conos). La sensación resultante se debe a la activación de uno o varios de esos tipos neuronales. Como una misma sustancia química puede unirse a varios tipos de receptores y, además, cada tipo de receptor puede detectar más de una sustancia, la cantidad de combinaciones posibles —es decir, de olores— es inmensa. El mundo de los sabores detectados en la boca es también muy amplio, pero en este caso a partir de la combinación de tan sólo cinco tipos de receptores o células gustativas. Las sustancias químicas interaccionan con las células gustativas, las cuales, a su vez, contactan con neuronas que generan potenciales de acción al ser activadas. Distribuidas por la lengua, el paladar y otras regiones cercanas, tienes miles de células especializadas en detectar sustancias saladas, dulces, con glutamato (un aminoácido que forma parte de las proteínas), amargas y ácidas. El sabor inducido por el glutamato se llama umami: se trata de una modalidad descubierta hace relativamente poco, que se incorpora a las otras cuatro ya

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conocidas. La activación de cualquiera de los tres primeros tipos de receptores produce una sensación placentera, ya que los alimentos nutritivos y en buenas condiciones suelen tener alguna de esas sustancias. Por el contrario, la activación de los receptores de sustancias amargas y ácidas produce, en principio, rechazo, ya que es una característica común de muchas sustancias tóxicas o alimentos en descomposición. Como puedes ver, el desarrollo evolutivo ha dado lugar a receptores de gusto para atraerte hacia aquello que se supone que es bueno para tu supervivencia y alejarte de las sustancias que pueden resultar peligrosas. Sin embargo, los seres humanos no nos hemos conformado con esta simple división, y gracias a uno de los frutos más sabrosos de nuestro desarrollo cultural, la gastronomía, hemos aprendido a sacar partido de sustancias con sabores amargos y ácidos que no suponen ningún peligro para la salud y sí un aporte más a la gama de sabores.

El propio cuerpo

Para que el sistema nervioso guíe de forma correcta el funcionamiento de tu organismo, además de detectar algunas características físicas del enromo como las que acabamos de ver, también necesita conocer el estado y los cambios que se producen en o sobre el propio cuerpo. El sistema nervioso es capaz de mantenerse informado sobre la posición en el espacio del cuerpo, el contacto de la piel con los objetos y muchos otros parámetros mediante detectores distribuidos por todo tu organismo. La percepción que tienes de tu propio cuerpo se logra esencialmente gracias al trabajo combinado de dos sistemas sensitivos. Uno de ellos se llama sistema somatosensorial —que significa precisamente eso: sistema sensorial del cuerpo o soma—, cuya red de detección está formada por prolongaciones del sistema nervioso periférico que tapizan la piel y alcanzan también al interior de músculos y articulaciones. El otro sistema importante para conocer y orientar el cuerpo es el del equilibrio, llamado sistema vestibular, que recibe información de una serie de órganos situados en el oído interno (la región central se llama vestíbulo, que en latín, vestibulum, hace referencia al portal de entrada). El sistema somatosensorial es en realidad un conjunto de varios aparatos de detección que originan el tacto, el dolor, la sensación térmica y la percepción de la posición del cuerpo en el espacio (este último sentido se llama propiocepción, es decir, percepción de uno mismo, palabra formada a partir del latín proprius, que significa propio, de uno mismo). Los aparatos de detección del sistema somatosensorial no constan de órganos complejos, sino que están formados simplemente por prolongaciones de las neuronas sensitivas que se adentran en la piel y otros tejidos. Estas terminaciones sensoriales pueden funcionar así, desnudas y sin ningún otro sistema de apoyo, o pueden estar relacionadas con algún otro tipo de célula o algún recubrimiento específico que aumente su eficacia. En cualquier caso, son siempre estructuras sencillas y de pequeño tamaño. Pero la sencillez no tiene nada que ver con la importancia de su función, ni mucho menos. La red de detectores somatosensoriales obtiene información muy valiosa y precisa sobre el grado de estiramiento de los músculos, la tensión que producen, el grado de flexión de las articulaciones, la temperatura de la piel, la interacción de la piel con los objetos y la existencia de daño en algún tejido. Por su parte, los detectores vestibulares detectan la gravedad y la aceleración, algo muy útil para saber dónde tienes la cabeza. Las variaciones en los parámetros detectados producen, como probablemente ya imaginas, potenciales de acción en las terminales nerviosas, que viajan hacia la médula espinal y de ahí hacia la corteza cerebral. En el caso de que los estímulos

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se inicien en la cabeza, la ruta ya no necesita pasar por la médula espinal, claro está, sino que entra al encéfalo sin más intermediarios. Estos dispositivos sensoriales funcionan de manera continua y producen sensaciones de las que somos plenamente conscientes, como el tacto y la temperatura, pero también envían mucha información de gran importancia de la que normalmente no somos conscientes: por ejemplo, la propiocepción se logra a partir de información que proviene de las articulaciones y de la tensión y estiramiento musculares, información muy importante para el organismo pero que se mantiene con discreción en segundo plano. La percepción que tenemos de nuestro propio cuerpo no se origina como la simple suma de los datos recabados por todos estos sistemas sensoriales, sino que hay una intensa interacción y cruce de información entre ellos. Por ejemplo, la propiocepción se nutre también de la información sobre el equilibrio, el tacto o incluso la vista. Sabemos dónde tenemos la mano sobre todo por el trabajo de los receptores de músculos y articulaciones, pero también podemos tener pistas de su situación si la mano roza de forma inadvertida un objeto cuando caminamos o sencillamente porque la estamos viendo. Además, estos sistemas de percepción corporal no son simples accesorios del sistema nervioso, sino que en cada uno de nosotros su funcionamiento coordinado es esencial para la construcción de la propia individualidad, de ese "yo" que emerge de la mente consciente. El sistema nervioso ha evolucionado para gestionar la relación entre el entorno de uno mismo —lo cual incluye al propio cuerpo— y la generación de un comportamiento. Para algunos científicos y filósofos, la emergencia de la mente consciente depende de manera crítica del flujo de información sensorial, y sobre todo de la relacionada con el propio cuerpo: se puede perder la audición o la visión y aun así mantener intacta la sensación del "yo", sensación que se desmorona con facilidad si el sistema nervioso se ve desprovisto de la información corporal. No deja de resultar curioso que sentidos esenciales que usamos de manera intensa y continua, como la propiocepción, terminan por pasar desapercibidos debido precisamente a ese uso continuo y cotidiano. Poca gente conoce siquiera su existencia. ¿Habías oído hablar antes de la propiocepción?

Viendo con el aire y otras combinaciones sensoriales

Para comprender nuestra relación con el mundo que nos rodea v el papel de los sentidos es importante tener claro que la información que cada especie extrae del mundo no depende sólo de la magnitud física usada, sino de cómo la usa su sistema nervioso. Veamos un ejemplo. ¿Te has fijado alguna vez en el vuelo de un murciélago? No lo hacen nada mal, ¿verdad? Muchos de los rápidos y ágiles giros que ejecutan en sus incursiones aéreas van destinados a cazar pequeños insectos con los que se alimentan, todo un alarde de precisión nocturna, yeso que muchos de ellos apenas usan los ojos. Pero el hecho de que tengan un sistema visual rudimentario no quiere decir que no tengan una imagen del mundo, como suele pensarse: para construir una imagen tridimensional del entorno no es indispensable tener un sistema visual, ni mucho menos. Nosotros, los humanos, tendemos a asociar la imagen con la visión, ya que nuestras imágenes se construyen con la luz que detecta el sistema visual, pero no hay nada que impida formar una imagen a partir de otra magnitud física, como por ejemplo la presión de las ondas de aire. Los murciélagos construyen una representación de su entorno a partir de esas ondas, un método similar al que se usa para obtener imágenes mediante ecografía, aunque es muy probable que la calidad de imagen de esos pequeños mamíferos

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voladores supere con mucho a las ecografías. Por nuestra parte, el sistema nervioso humano construye sonidos con ese mismo tipo de información. Fuera del sistema nervioso hay diversas magnitudes físicas y sustancias químicas. Las distintas especies usan esa información de maneras muy variadas para crear así su universo sensorial: todo depende de sus necesidades vitales y su desarrollo evolutivo. Cada método tiene sus ventajas e inconvenientes. Nosotros sacamos partido de esa fuente inagotable de radiación que es el Sol para generar imágenes. Los murciélagos se han especializado en la caza nocturna y, al no tener radiación solar, han desarrollado un sistema de imagen con base en las ondas del aire. Esto tiene la clara desventaja de que las ondas no son gratis —al contrario de lo que sucede con la radiación solar—, ya que los murciélagos tienen que producir sus propias ondas de aire mediante la emisión de ultrasonidos: algo así como si nosotros tuviéramos que llevar todo el tiempo un foco emisor de luz. El eco de los "sonidos" emitidos es la fuente de información que usan para generar sus imágenes, y por esta razón a esa manera de ver se le llama ecolocación (orientación mediante el eco). Pero el método de las ondas sonoras tiene también ventajas: funciona muy bien de noche, es inmune a los objetos transparentes (un murciélago, a no ser que sea un suicida, nunca se estampará contra un cristal perfectamente limpio, ya que su sistema detecta ese objeto sin problemas) y es probable que pueda detectar texturas a distancia, ya que las ondas de aire se reflejan de manera distinta según sea la textura (algo así como tener un tacto que puede actuar de forma remota). No está nada mal. El sónar en detección submarina y el ecógrafo en medicina son sensores artificiales desarrollados por la tecnología humana que aprovechan muchas de esas ventajas. Cada especie animal utiliza a su manera el mundo físico que le rodea. Es normal que muchos animales utilicen la radiación solar para orientarse, ya que es un sistema rápido, preciso y eficaz. Pero, como acabas de ver, en el caso de la orientación espacial hay más alternativas, que surgen cuando falta la energía del Sol. La ecolocación es usada también por delfines y ballenas. Y hay otros animales, como algunas aves, las ratas topo o las langostas (el crustáceo, no el insecto), que utilizan el campo magnético terrestre para crear una imagen de su mundo.

Una pequeña ventana

Los órganos de los sentidos no lo captan todo. Tus ojos, Julia, no detectan todo el rango de radiación electromagnética, tus oídos no captan todas las frecuencias de ondas del aire, tus receptores químicos no identifican todas las sustancias químicas. Ni mucho menos. Cada uno de nuestros órganos sensoriales detecta una pequeña ventana, un rango dentro de cada magnitud física. Además, estas ventanas son diferentes en las distintas especies. Esto nos lleva a dos conclusiones importantes: el mundo que percibimos es una recreación concreta, limitada, de todo lo que hay ahí afuera y, además, esa recreación es distinta en las distintas especies. En el siguiente capítulo te hablaré más sobre esto, pero antes veamos algunos detalles sobre los rangos de señales que captan nuestros sistemas de detección. Los distintos tipos de radiación electromagnética se diferencian por la frecuencia de la onda. Puedes imaginarlo como un acordeón: si está estirado, las ondas tienen sus picos bastante separados y la frecuencia es baja; si lo encoges, las ondas se aprietan, la separación entre los picos disminuye y la frecuencia es más alta. La separación, llamada longitud de onda, entre los picos de las ondas electromagnéticas que detecta tu retina es muy pequeña, del orden de nanómetros (nm). En general, los seres humanos detectamos ondas que tienen entre 700 nm (baja frecuencia) y 400 nm (alta frecuencia). Ya te conté que a este rango lo

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llamamos, cómo no, "radiación visible", ya que es la que podemos detectar. Las ondas de unos 700 nm las percibimos como color rojo; si son ondas más lentas ya no las podemos ver, por eso el supuesto color (que no vemos) creado a partir de ondas de frecuencia inmediatamente mayor de 700 nm lo llamamos infrarrojo. Si nos vamos al otro lado del rango visible, tenemos el límite de ondas de unos 400 nm, con las que el sistema nervioso crea el color violeta. Las ondas de longitud menor no las podemos captar, y por eso el color (que tampoco vemos) que sigue al violeta lo llamamos ultravioleta. Tu mundo visual se crea a partir de esa franja entre 400 y 700 nm. Hay animales que detectan franjas distintas. Las abejas, por ejemplo, tienen un rango de entre 300 y 600 nm, de manera que no pueden ver lo que para nosotros es rojo intenso, pero sí pueden detectar el ultravioleta (de hecho, si se fotografían algunas flores con un filtro que capte el ultravioleta, pueden verse patrones que nosotros no vemos pero que están ahí, ya que han evolucionado para atraer a determinados insectos). Igual que ocurre con la luz, las ondas del aire pueden ordenarse también según su frecuencia (y su amplitud, parámetro que estoy pasando por alto en esta explicación). Nuestros oídos detectan un rango muy amplio de frecuencias sonoras, nada menos que desde 20 Hz (hercios o ciclos por segundo) hasta 20.000 Hz. Las frecuencias más bajas se corresponden en nuestra percepción con sonidos graves, como el rumor de un barco lejano, y las más altas crean sonidos agudos, como ese desagradable chirrido que hacen a veces las tizas en la pizarra. Las vibraciones del aire que están fuera de ese rango son inaudibles para los humanos. Los murciélagos, como hemos visto, producen sonidos para crear una imagen a partir del eco. Esos berridos tienen frecuencias por encima de los 20 000 Hz, una feliz circunstancia ya que si fueran de menor frecuencia nuestras noches serían bastante más ruidosas (el hecho de que usen frecuencias tan altas no se debe a que los murciélagos sean condescendientes con nuestro sueño, sino a que esas frecuencias les permiten, entre otras cosas, una mayor agudeza "visual"). En los sentidos del gusto y el olfato el abanico de posibilidades no se corresponde con ningún rango, sino que es más bien una lista, una serie de moléculas, muy variadas, que pueden estimular de manera eficaz los receptores sensoriales. En este caso, cada especie animal tiene su lista particular, adaptada a aquellas sustancias que conviene que le resulten atrayentes o repelentes. Los alimentos no saben bien o mal per se, todo depende de la sensación que le convenga crear al sistema nervioso. Hay circunstancias evolutivas que han resultado felices, como el hecho de que el gusto de muchos insectos por el olor de las flores coincida bastante bien con el nuestro, aunque también hay especies, como algunas moscas, cuyas preferencias están muy alejadas de las nuestras. En este capítulo has visto cómo tu sistema nervioso posee varios tipos de detectores para captar información sobre el mundo físico en que vives. Con los datos recabados se construyen las percepciones sensoriales, todo un mundo virtual dentro de tu cabeza. ¡Vamos a verlo!

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La máquina de realidad virtual

"Los humanos nos hemos puesto de acuerdo en una especie de alucinación colectiva estándar y vemos más o menos lo mismo". Son palabras del neurocientífico Rodolfo Llinás a propósito de la naturaleza inventada de todo lo que percibimos, una percepción que de alguna manera consensuamos entre todos para ponernos más o menos de acuerdo en la "rojez" del rojo, la "amarillez" del amarillo y el resto de percepciones personales. Si ahora miras a tu alrededor, Julia, verás objetos de distintos colores, escucharás sonidos de tonos variados, sentirás

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el tacto de los objetos que están pegados a tu cuerpo, notarás el olor de la atmósfera en que te encuentras...: todo ello es una creación de tu encéfalo, una recreación virtual de la parte del mundo con la que estás interaccionando. No tenemos manera de conocer cómo perciben el mundo los demás, aunque hay razones para suponer que, en gran medida, el tipo de alucinación es similar. Tu mundo mental es alimentado por la estimulación de los detectores que vimos en el capítulo anterior, junto con la información que es recuperada de la memoria. Cada vez que una parte del mundo físico que tienes delante activa tus receptores sensoriales, se genera una serie de potenciales de acción que viajan por las prolongaciones de neuronas específicas camino de tu corteza cerebral. Por el camino habrá más o menos sinapsis que, con toda probabilidad, modificarán las secuencias de las señales eléctricas. Las señales que circulan por tu encéfalo son potenciales de acción, todos iguales desde el punto de vista biofísico. Los potenciales individuales generados por la estimulación de la retina son idénticos a los que viajan por tus neuronas receptoras del tacto e idénticos a los que parten de tu oído interno. Lo que varía es la secuencia de señales, las palabras y frases que se construyen con esas descargas eléctricas y, sobre todo, la ruta que siguen de conexiones neuronales. Tu encéfalo interpreta que una señal corresponde a una imagen visual y no a un sonido porque ha seguido una ruta concreta, una vía nerviosa entre el sistema detector y la corteza cerebral. Los potenciales de acción que llegan a la corteza auditiva generan sonidos porque esa es la función de esa región de tu encéfalo, no porque sean unos potenciales con alguna característica particular para el sonido. Una de las misiones principales de tu encéfalo es, por tanto, generar una imagen interna del mundo que hay afuera y también del propio cuerpo. Una recreación limitada y particular para cada especie (e incluso para cada individuo) por varias razones que ya te adelanté en el capítulo anterior. Por una parte, cada especie utiliza una serie concreta de detectores del mundo físico: no todos los animales captan la misma información ni la usan para los mismos fines. Nosotros generamos una representación espacial del entorno a partir de la luz, las ratas topo lo hacen en parte a partir del campo magnético terrestre, información que nosotros no usamos (que se sepa). Pero, además, cada uno de los detectores recoge información sólo dentro de un rango o una lista limitada de posibilidades. Es decir, tenemos unos pocos receptores de información adaptados a nuestras necesidades vitales que captan tan sólo una parte de su especialidad sensorial. La imagen que construye tu encéfalo puede ser similar a la de tus amigos, pero es probable que sea bastante diferente de la que generan otras especies animales.

Un escenario de pruebas

Realizar una recreación interna del mundo no es imprescindible para la supervivencia. Entonces, ¿cómo ha evolucionado esta función tan compleja (y costosa energéticamente) de nuestro sistema nervioso? Las ventajas de un sistema así están relacionadas con la capacidad de predicción de que te hablé en el capítulo 2: en vez de comportarnos como una simple máquina robotizada que responde de una manera previsible ante los estímulos —los movimientos reflejos son un comportamiento de este tipo—, el encéfalo se ha convertido en una especie de campo de pruebas con capacidad para calcular los efectos inmediatos de nuestras acciones y sopesar si conviene o no realizarlas. Aunque este sistema de predicción no requiere de la generación de una mente consciente para su funcionamiento (los cálculos que hace un tenista para darle a la pelota son en su mayoría inconscientes), sí necesita proveerse de mucha información sobre el entorno y de la capacidad de combinarla con la memoria para hacer simulaciones

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con ella. Muchos neurocientíficos consideran que la mente consciente ha surgido a partir de la evolución de esta máquina de simulación. Ensalada mental

Aunque en el capítulo anterior describí por separado los distintos sentidos, en la construcción de la mente consciente la información que proviene de todo el abanico sensorial se combina para originar una percepción única y compacta. Existe un diálogo, un cruce de información constante entre los distintos sentidos, por lo que a veces es difícil establecer límites. La percepción del cuerpo en el espacio —la propiocepción— se nutre sobre todo de información que proviene de músculos y articulaciones, pero también de los receptores de equilibrio y, por ejemplo, del tacto (si te encuentras en una habitación a oscuras, el roce de tu mano contra la pared, además de indicarte que hay una pared, sirve también para saber dónde tienes la mano). El olfato y el gusto se combinan de manera íntima para generar la percepción que tienes del sabor de los alimentos. Si falta uno de ellos —por ejemplo, el olfato durante un catarro—, cambia de manera importante el sabor de lo que comes y bebes. Incluso la vista interacciona con el sistema auditivo para generar los sonidos. Un ejemplo de ello es el efecto McGurk, que muestra cómo, cuando miramos a alguien mientras habla, la percepción de sus palabras depende no sólo de los sonidos que emite por la boca sino también de la posición de los labios (prueba a buscar en Internet algún vídeo en el que aparezca este efecto: es simple y sorprendente). Aunque parezca mentira, una misma palabra suena distinta cuando se escucha mirando a la cara de una persona que cuando se mira para otra parte. De manera inconsciente, todos sabemos leer en los labios. A pesar de esta compleja mezcla, cada sentido mantiene una cierta independencia y, en la mayoría de la gente, los sentidos se complementan entre sí sin generar interferencias: las ondas del aire producen sonidos; las moléculas, olores y sabores, etc. Pero en algunas personas se produce una percepción cruzada llamada sinestesia, de tal modo que la activación de un tipo de receptor sensorial evoca una percepción que no se corresponde con ese receptor o cuyo estímulo no existe realmente. Hay, por ejemplo, personas que ven las letras del abecedario de colores (un color concreto para cada letra) o que perciben algunos sonidos asociados a ciertas imágenes y colores. Según Vilayanur Ramachandran, neurocientífico de la Universidad de California, todos somos en cierta medida sinestésicos, ya que la combinación de varios sentidos es algo que hacemos de forma habitual, aunque no seamos conscientes. Ramachandran lo demuestra con una sencilla y llamativa prueba, que es la siguiente. A ver, Julia, de las dos figuras que aparecen más abajo (figura 9), ¿cuál dirías tú que es Buba y cuál Kiki?

Figura 9. Buba y Kiki.

No sé cuál habrás escogido, pero el 98% de las personas asocian la figura de la izquierda con Kiki y la de la derecha con Buba. Según parece, establecemos de manera automática una relación metafórica entre el sonido agudo del nombre de Kiki y los bruscos trazos de esa figura. De manera similar, relacionamos las suaves curvas de Buba con el suave sonido de su nombre.

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Con o sin sinestesia, tu percepción sensorial es una ensalada variada y colorida que sirve para alimentar la imagen que se crea en tu encéfalo de todo lo que te rodea. Pero, además de la percepción consciente, una parte del flujo de información sensorial se usa para guiar tu comportamiento de manera inconsciente, algo que podríamos llamar "sentidos ocultos".

No sé cómo lo hago El paciente TN (en las publicaciones médicas se llama a los pacientes por sus iniciales para mantener su intimidad) es completamente ciego, no ve absolutamente nada ya que, aunque tiene los ojos y la retina en buen estado, tiene dañada la corteza visual, una región del cerebro esencial para la formación de imágenes. Sin embargo, si se le dice que camine y se mueva dejándose llevar por su "intuición" por un pasillo en el que se han puesto varios objetos que es preciso esquivar para poder avanzar, TN sortea los obstáculos sin problemas. No tiene "poderes ocultos", claro está, pero sí información sensorial de la que no es consciente.

Todos recibimos más información de la que percibimos: está ahí, guiándonos de forma continua y silenciosa. Tenemos, por ejemplo, receptores de tensión en los tendones musculares, sensores del nivel de oxígeno en la sangre y células en la retina cuyas prolongaciones hacia el SNC siguen una ruta distinta a la que produce la visión consciente; una vía accesoria que origina la llamada "visión ciega" (en inglés, blindsight, por si quieres buscar algún video en Internet), que es la que permite a TN salvar los obstáculos. Sin llegar a hacerse consciente, esa información visual influye en la toma de decisiones para generar movimientos. No se trata de nada extraordinario, estas vías sensoriales funcionan de manera habitual en todos nosotros, y sólo se ponen de manifiesto cuando fallan las vías conscientes. Sea consciente o no su resultado, el SN tiene un afán especial por buscar coherencia y dar sentido a la información que recibe del exterior. En la mayoría de los casos, la recreación interna tiene una relación clara con el mundo exterior. Sin embargo, hay ocasiones en que la ausencia de información o la llegada de señales contradictorias hace que el SN, en ese afán por interpretar el mundo, construya una percepción del toda ilusoria. En el siguiente capítulo te contaré algunos detalles sobre estas capacidades imaginativas de tu mente, algo muy útil ya que origina percepciones continuas en el tiempo y el espacio, a pesar de que muchas veces la información de entrada llega a saltos o fragmentada.

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Todo es una ilusión

¿Existen los colores? ¿Y los sabores? ¿Los sonidos? Existen, desde luego, pero como una construcción de tu encéfalo. Ahí afuera lo que hay es radiación electromagnética, moléculas, ondas de aire, etcétera. Como acabamos de ver, tu mundo es una recreación virtual que se hace en parte tomando esa información, y digo "en parte" porque lo que tú percibes se genera a partir de los datos frescos que entran por los sentidos, junto con información que está almacenada en la memoria y —ahora viene lo interesante— una buena dosis de imaginación por parte del encéfalo. La percepción no es el reflejo pasivo de lo que entra por los sentidos, como la impresión que hace la luz en una placa fotográfica o en un sensor digital. No. Es una construcción activa en la que también son importantes las "pinceladas" que tus neuronas se sacan de la manga (eso sí, con buena intención). Veamos algunas de ellas.

Un agujero en la retina

Comencemos con un ejemplo del sistema visual, el sistema más estudiado y mejor conocido. Mira a tu alrededor, Julia, gira la cabeza y observa el mundo que te rodea. Si no tienes ningún problema visual, la imagen que se forma es nítida y

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continua, los bordes de los objetos son precisos y también sus colores. No hay espacios sin rellenar, como si faltaran piezas en un puzzle. No, tu puzzle mental está siempre bien terminado y ajustado. Sin embargo, la imagen que recibes por tus retinas es imposible que sea así de completa ya que la retina tiene una zona sin receptores sensoriales. Es como tener una cámara de fotos digital con un sensor al que le falta un trozo. A esa zona de la retina se le llama punto ciego, un nombre bastante adecuado. La región del punto ciego carece de receptores sensoriales porque está ocupada por una gran cantidad de axones que forman en ese punto un manojo llamado nervio óptico. Son axones que parten de neuronas de la retina en camino hacia el encéfalo. ¿Por qué no ves el punto ciego? En principio, en tu campo visual deberían aparecer dos manchones, uno por cada ojo, pero eso no ocurre. ¿De dónde saca tu encéfalo la información de esa parte de tu mundo visual? Bueno, digamos que... ¡se la inventa! Eso sí, no se inventa cualquier cosa sino que tiene en cuenta las imágenes próximas: algo así como rellenar una parte de un folio sin pintar difuminando los colores de alrededor. Puedes comprobar que tienes realmente un punto ciego mediante esta sencilla experiencia: pinta a ambos lados de un folio un punto y una cruz respectivamente, por ejemplo el punto a la izquierda y la cruz a la derecha. Coloca el folio delante de la cara, un poco separado de ella. Cierra el ojo derecho y mira con el izquierdo la cruz. Puedes ver también el punto pero, si varías la distancia a la que colocas el papel, en algún momento el punto desaparece (mientras sigues mirando a la cruz). Esto se debe a que coincide con la zona del punto ciego de tu retina, que es rellenada de blanco a falta de más información. Esta creatividad del sistema visual no se limita al punto ciego sino que ocurre en todo momento en muchos otros aspectos de la formación de imágenes, creando figuras completas donde sólo hay trozos (figura 10), o modificando los colores que percibes según los tonos que tengan a su alrededor (de forma independiente de la longitud de onda). Si volvemos al ejemplo de arriba, en el que te pedía que miraras a tu alrededor, además de formar una imagen que es continua en el espacio, tu sistema también crea la ilusión de que la imagen que percibes es continua en el tiempo, cuando en realidad no es así, ya que hay momentos en que la llegada de

Figura 10. El sistema visual está especializado en inventar lo que no ve.

información se interrumpe, por ejemplo al parpadear, o durante el tiempo en que tus ojos realizan unos movimientos rápidos para adaptarse al giro de la cabeza: se trata de unos saltos bruscos llamados sacadas que no percibes de manera consciente, a pesar de que durante esos breves instantes el mundo pasa a toda velocidad delante de tus ojos. Tu encéfalo elimina esa información para que el resultado sea una imagen estable y continua.

Buscando sentido al mundo, aunque no lo tenga

En la percepción de los demás sentidos se produce el mismo fenómeno de reconstrucción. En el sistema auditivo los sonidos que percibes no se corresponden siempre de manera fiel con la frecuencia que ha sido captada por el oído, gracias a la mano maestra de tus neuronas, que le dan su toque personal. Una manera de comprobar esto es el ya citado efecto McGurk. Los sabores de los alimentos están

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también en parte determinados por tus expectativas y prejuicios, además de por los átomos o moléculas captadas: un vaso de agua teñida de amarillo es probable que origine un sabor distinto que sin teñir (¿quizá con un toque a limón?). Incluso la percepción táctil más común es una construcción que puede cambiar gracias a la inventiva cerebral, algo que puedes comprobar con el experimento de la canica que comento más adelante. ¿Cuál es la razón de esta afición del SNC por rellenar huecos, inventar contornos de objetos o modificar sonidos? El sistema ha evolucionado, Julia, para mostrarte un mundo que tenga sentido, que sea coherente y, además, lo hace de manera activa y con una fuerte tendencia a la predicción. En el mundo de ahí afuera no hay borrones negros volando ni objetos sin sentido formados por piezas rotas. Si ves una parte de una silla puedes imaginar con facilidad el resto. Si a través de una ventana ves el tronco de un árbol, lo normal es que en la parte de arriba haya un montón de ramas. No es normal que existan medias sillas ni trozos de troncos suspendidos del aire. El sistema nervioso ha alcanzado una eficiencia impresionante, de manera que construye un universo sensorial coherente aunque la información sensorial de entrada sea parcial. Esta es una característica muy útil, una capacidad extraordinaria de tu máquina mental, pero al mismo tiempo indica el alto grado de invención y creación que hay en todo lo que percibes. En el día a día no somos conscientes de todo esto (¡de eso se trata!), pero hay veces en que tu encéfalo se pasa de listo con la predicción y su búsqueda de coherencia y el resultado es una percepción poco fiel a la realidad externa. Eso se llama ilusión sensorial, y las más conocidas son las ilusiones ópticas.

Ilusiones ópticas

Si observas la figura 11 puedes ver dos típicas ilusiones ópticas. ¿Son del mismo tamaño los círculos centrales? Aunque no lo parezca, sí. ¿Son paralelas las líneas? Aunque no lo parezca, sí. Es evidente que tu sistema nervioso está haciendo una reconstrucción que se aparta de la realidad: es el precio que hay que pagar por disponer de una máquina con una imaginación desbordante. Las ilusiones ópticas suelen presentarse como ejemplos de funcionamiento erróneo del encéfalo. Esto no es exactamente así. El sistema está funcionando de manera normal, haciendo su reconstrucción particular de lo que detecta la retina y aportando su granito de predicción e imaginación. Lo que ocurre es

Figura 11. ¿Qué círculo central es más grande? ¿Son paralelas las líneas?

que las ilusiones ópticas surgen a partir de estímulos específicos que fuerzan la faceta inventiva del sistema y que, de hecho, la ponen de manifiesto. Se trata de situaciones límite o ambiguas en donde tu encéfalo, al tratar como siempre de dar sentido y coherencia a lo que capta, se pasa de listo. Por ello son ejemplos excelentes para comprender cómo es el funcionamiento normal del encéfalo: estímulos que sacan a relucir las tripas del sistema visual.

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Canicas que se multiplican y otras ilusiones

¿Tienes una canica a mano? (También puede valer otro objeto similar, pequeño y esférico). Cruza los dedos Índice y medio y apoya las dos yemas sobre la canica, haciendo una ligera presión. Ahora juega con la canica, muévela hacia los lados, en círculo, etc., manteniéndola siempre entre las yemas de los dos dedos cruzados. ¿Cuántas canicas percibes? Si tu sistema nervioso funciona bien (es decir, mal; bueno, tampoco; en fin, ya sabes a qué me refiero), dos. Se trata de una ilusión táctil que se forma debido a una pequeña jugarreta que le hacemos a tu corteza somatosensorial, la que recibe datos sobre la sensación de tacto en todo tu cuerpo. Como veremos en el capítulo siguiente, en algunas regiones las neuronas están organizadas en mapas. En tu corteza somatosensorial las neuronas que reciben información del dedo índice se encuentran al lado de las del dedo medio, y estas últimas al lado de las del dedo anular, y así con toda la mano. Si te fijas con detalle, en esta ilusión la canica está estimulando dos regiones de los dedos índice y medio que no están

Figura 12. Cómo hacer que una canica se convierta en dos.

contiguas, ni en los dedos ni en el mapa de la corteza, por lo que tu encéfalo asume que hay dos canicas, ya que en principio es imposible tener una única canica estimulando ambas regiones al mismo tiempo... ¡a no ser que se crucen los dedos! Algo que, según puede verse, no está previsto en el funcionamiento del sistema, ya que no es normal que los animales toquen las cosas con los dedos cruzados. Al igual que ocurre con las ilusiones visuales, tu encéfalo busca una explicación coherente para lo que está sucediendo y la solución es inventarse una canica de más. Debe quedarte claro, Julia, que esto no es un mal funcionamiento del sistema, sino un ejemplo de su dinámica habitual, donde se han forzado un poco las cosas para llevar a tu encéfalo a generar algo que no existe en la realidad. La invención del mundo es la estrategia cotidiana de tu mente. En este capítulo y en el anterior has comprobado cómo tu percepción sensorial es una creación del encéfalo. La mayor parte del tiempo la relación entre el exterior y tu mente es fluida y los trucos que utiliza para generar la imagen virtual del mundo pasan desapercibidos, pero en algunos casos, como acabas de ver, tu sistema nervioso se encuentra en un compromiso, y el resultado deja al

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descubierto su capacidad de inventiva, mostrándote que, en definitiva, todo es una ilusión. La información que maneja tu sistema nervioso está constituida por grupos de potenciales de acción que viajan de unas neuronas a otras, junto con los cambios químicos que originan en las neuronas que los reciben. Las neuronas que captan los estímulos sensoriales generan potenciales de acción que viajan en dirección a la corteza cerebral, pero éstos no llegan de forma directa pues por el camino hay más neuronas interpuestas para formar de esa manera una especie de cadena que alcanza la corteza. La señal de potenciales de acción que alcanza la corteza -si es que lo hace- no suele ser la misma que la de partida, ya que por medio hay sinapsis donde se puede producir una transformación del mensaje. Estas autopistas que comunican el mundo exterior con tu mente tienen una organización anatómica muy refinada, lo cual resulta muy útil, como verás a continuación.

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Cartografía encefálica¿Y ahora? ¿Siente algo? ¿En dónde? ¿Y ahora?, y así durante horas. Estas preguntas se las hacía el neurocirujano Wilder Penfield (1891-1976) a sus pacientes del Instituto Neurológico de Montreal, a los que había retirado una parte del cráneo para dejar al descubierto el cerebro, mientras les aplicaba con un pequeño electrodo una ligera descarga eléctrica sobre la corteza somatosensorial. Algunas veces Penfield estimulaba neuronas que procesaban el tacto de la pantorrilla, y el paciente decía que sentía como si le tocaran en esa parte. Otras veces las neuronas estimuladas correspondían al tacto del antebrazo, a los labios, al dedo gordo de la mano... De esa manera Penfield se dio cuenta de que las neuronas de la corteza somatosensorial se organizan formando un mapa de todo el cuerpo. Con el tiempo, las investigaciones en otras regiones han mostrado que tu encéfalo, Julia, está lleno de mapas. Mapas "topográficos" con una representación en miniatura de la superficie del cuerpo, mapas que representan la retina o las distintas frecuencias auditivas... mapas que reflejan la clara organización de algunas rutas sensoriales como la somatosensorial, visual y auditiva, y también de la ruta que conecta la corteza cerebral con los músculos. Pero, ¿a qué me refiero con esto de los mapas? Es muy sencillo, basta observar cómo es la disposición anatómica de las neuronas: ¡son extremadamente organizadas! Como ya sabes, la información que parte de tus receptores sensoriales viaja en forma de potenciales de acción hacia el encéfalo, donde es analizada y procesada. Por ejemplo, las neuronas que tapizan con sus ramificaciones la superficie de tu dedo índice están conectadas, a través de otras neuronas intermedias, con un grupo de neuronas de la corteza cerebral. Al lado de estas últimas hay, como hemos visto, otro grupo de neuronas que reciben información del dedo medio, a continuación el grupo que representa el dedo anular, y así con el resto del cuerpo. Es decir, las neuronas de la corteza somatosensorial mantienen un orden que refleja la superficie del cuerpo, por eso se habla de mapa somatosensorial (o representación somatotópica). De hecho, esta organización se mantiene a lo largo de la cadena de neuronas que conecta la superficie del cuerpo con el cerebro, por lo que hay otros mapas similares en regiones intermedias del encéfalo. Por su parte, las regiones de la corteza cerebral

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que generan órdenes para el movimiento de los músculos (llamada corteza motora) tienen también sus neuronas organizadas formando un mapa somatotópico. En el oído interno las neuronas que captan información del órgano de Corti —que está organizado según distintas frecuencias auditivas— envían su información a neuronas de la corteza auditiva, que también se encuentran organizadas de manera consecutiva según los distintos tonos que procesan, por lo que existe también un mapa de tonos (o representación tonotópica) que recorre el rango audible desde los sonidos agudos a los graves. Y algo similar ocurre con la retina: la cadena de neuronas mantiene su organización desde el ojo en su viaje hacia el encéfalo y da lugar en la corteza a un mapa retinotópico (en realidad hay varios mapas visuales paralelos, pero podemos pasar por alto este detalle).

Homúnculos en el cerebro

Si Wilder Penfield, en sus estudios de estimulación eléctrica, hubiera podido pintar con un rotulador sobre el cerebro de sus pacientes la parte del cuerpo que representa cada grupo de neuronas, habría terminado pintando una especie de monigote algo deforme, con una mano, un pie, medio tronco, media cara... hasta completar toda la superficie sensorial (la otra mitad del cuerpo se encontraría en el otro hemisferio cerebral, ya que cada región sensorial del cerebro recibe información de un lado del cuerpo). De hecho, dibujó ese monigote en un papel junto a una representación del cerebro, y lo llamó homúnculo. No es que tengamos una personita en esa zona de la corteza, sino que las neuronas están dispuestas de tal manera que representan con una disposición ordenada el cuerpo humano, y de ahí ese nombre. Además de descubrir la existencia de un homúnculo somatosensorial, Penfield también comprobó que tenemos un mapa motor, un homúnculo motor, en la zona de la corteza cerebral que envía órdenes a los músculos. En este caso, la estimulación eléctrica no generaba en los pacientes una sensación de tacto, sino que inducía la contracción de los músculos correspondientes —movían los dedos, los labios, la cadera, etc.— e incluso la sensación de realizar algún movimiento, algo que ocurría al estimular la llamada corteza premotora, una región relacionada con la preparación y la intencionalidad de los movimientos. Tamaño y función La figura 13 representa el homúnculo somatosensorial. Esta figura, que aquí se muestra sobre la superficie de la corteza, no sólo indica qué parte del cuerpo se encarga de procesar cada región cerebral sino que también

Figura 13. El homúnculo somatosensorial.

nos da información sobre el tamaño relativo de esas regiones. La deformidad del homúnculo indica, por un lado, que la disposición de las neuronas de la corteza no refleja de forma exacta las relaciones anatómicas y, por otra parte, representa el número de neuronas que dedica el cerebro a cada zona del cuerpo. Algunas partes, como la mano o la cara, son desproporcionadamente

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grandes, lo cual muestra que en la corteza cerebral las regiones dedicadas a procesar información sobre la mano y la cara son de especial relevancia. Las manos son muy importantes para el tacto, tienen una gran densidad de receptores sensoriales y, por tanto, gran cantidad de neuronas dedicadas a gestionar esa información, de ahí que ocupen más espacio en el cerebro. El tamaño de las otras partes del homúnculo sigue esta misma lógica: a mayor relevancia sensorial, mayor número de receptores, mayor número de neuronas y mayor área en la corteza..., y al revés. Esta distribución de funciones que queda reflejada en los mapas no es fija sino que disfruta de cierta plasticidad: puede cambiar sutilmente a lo largo de la vida. Si la activación sensorial de una zona del cuerpo es muy intensa, puede pasar a ocupar más espacio (más neuronas) en detrimento de otra zona vecina del homúnculo. Un ejemplo extremo —y traumático— de esta modificación del homúnculo se observa en personas que han sufrido la amputación de algún miembro. Lo que ocurre en ese caso es que, debido a los mecanismos de plasticidad neuronal, las neuronas que se han quedado sin "su parte" corporal, son "invadidas" por las neuronas de las regiones vecinas y pasan a procesar información de éstas. Una de las primeras personas en darse cuenta de esta remodelación fue Vilayanur Ramachandran, quien al estudiar las sensaciones de tacto de un chico que había perdido su brazo izquierdo comprobó algo muy llamativo: Tom ya no tenía mano izquierda, pero si se le tocaba en determinadas zonas de su cara podía sentir, además de la cara, la sensación de tacto en los dedos de esa "mano fantasma". Y algo similar ocurría al tocarle en el hombro, justo por encima del miembro amputado: Tom notaba el hombro, pero también los dedos de la mano. El miembro fantasma permanece porque, aunque ya no hay mano, el mapa cortical todavía está ahí y sigue activándose. Esas sensaciones fantasma pueden producirse si las neuronas cerebrales de la mano, que han quedado "huérfanas", son estimuladas por las neuronas vecinas del mapa cortical, es decir, las que procesan información de la cara y del hombro.

El código espacial

Aparte de revelar una parte de la arquitectura del sistema nervioso, ¿para qué sirve esta disposición tan ordenada de las neuronas? Experiencias como la que te acabo de contar de Tom, o ilusiones como la que se produce al tocar una canica con los dedos cruzados (figura 12, en el capítulo anterior), indican que existe un código espacial, es decir, una manera de dar significado a una señal simplemente por su localización en el mapa. Ya te recalqué, Julia, que los potenciales de acción son, desde el punto de vista biofísico, todos iguales. Los potenciales de una señal de tacto de tu dedo índice son iguales a los que son originados en tu codo. Las "palabras" y "frases" formadas por las cadenas de potenciales pueden ser muy variadas pero, en cualquier caso, ¿cómo se indica al encéfalo de qué lugar proviene cada señal? Pues situándola en un mapa: si las neuronas que envían la frase "tacto intenso" inducen actividad en la región del codo del homúnculo somatosensorial, la frase se convierte de forma automática en: "tacto intenso en el codo" debido a que son esas neuronas concretas de la corteza, y no otras, las que se han activado. Como ves, es una manera sencilla de codificar el espacio y otros parámetros, como la secuencia de frecuencias auditivas. Otra explicación, que no excluye la anterior, de la existencia de estos mapas es la optimización de las conexiones entre las neuronas. Lo ideal es que los axones (las prolongaciones por las que viajan los potenciales de acción) sean lo más cortos posibles, ya que así se ahorra espacio, energía y tiempo: la señal llega más rápido a su destino. Las neuronas encefálicas dialogan continuamente entre sí y esos

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diálogos son más intensos —o tienen más posibilidades de producirse— entre neuronas que codifican mensajes similares o relacionados entre ellos de alguna manera. Existe entonces la posibilidad de que en el desarrollo del sistema nervioso los mapas encefálicos surjan automáticamente como la solución más eficiente para un problema de tendido de cables.

Los mapas "topográficos" son sólo el principio

Algunos neurocientíficos —como, por ejemplo, Antonio Damasio— proponen que los mapas neuronales existen a todos los niveles de procesamiento de la información encefálica y que, de hecho, son esenciales para la emergencia de la mente consciente. Según esta hipótesis, en el encéfalo la información se organizaría en multitud de módulos que tendrían como sustrato los distintos mapas. Los mapas "topográficos" que acabamos de ver serían una primera etapa en el procesamiento de la información sensorial. El resto del procesamiento tendría su base también en "mapas", pero que no estarían organizados según sus relaciones espaciales sino que se trataría de mapas puramente funcionales, algo así como matrices o redes de neuronas relacionadas entre sí por algún tipo de función. Sin embargo, para otros científicos este modelo no es satisfactorio ya que, argumentan, la existencia de un mapa lleva consigo la necesidad de otra estructura que "lea" el mapa, con lo cual podemos entrar en un problema de regresión que no tenga fin, similar al problema que se plantea con la tortuga que sostiene al mundo en la interpretación que hacen algunas culturas del universo. (En algunas cosmogonías asiáticas, esas narraciones míticas del universo, el mundo está apoyado sobre cuatro elefantes que, a su vez, descansan sobre una tortuga... ¿Y la tortuga? Bueno, podríamos suponer que está apoyada sobre otra tortuga que, por su parte, descansa sobre otra tortuga que, a su vez, se apoya en otra tortuga que..., y así en una regresión infinita y sin solución). Sin embargo, en un encéfalo que represente el mundo con base en mapas de actividad neuronal, no es imprescindible la participación de otra estructura nerviosa que se encargue de "leer" esa información, sino que la interacción entre todos esos mapas funcionales y circuitos, coordinados de manera conjunta puede ser suficientes para la emergencia de una mente consciente y auto-interpretadora del mundo. O al menos esa es la idea.

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La memoria

Eres tus recuerdos. Cada va que te despiertas por la mañana sucede algo que, no por cotidiano, deja de ser impresionante: la mente consciente, tu "yo", reaparece como surgido de la nada tras unas horas de inconsciencia (quizá con alguna aparición fugaz durante los sueños). Si vuelves a ser tú, Julia, día tras día, con tu mente consciente particular, es porque tu encéfalo almacena una enorme cantidad de información que puede ser usada para conformar tu "yo" cada vez que reaparece. La memoria no es sólo útil para planificar, generar predicciones de movimiento o para recordar un número de teléfono, una cara, un lugar o los detalles de la caída del Imperio romano. La memoria es el sustrato de tu propia existencia como una mente consciente individual que se perpetúa en el tiempo. Esto no quiere decir que la memoria sea la consciencia, ni mucho menos, sino que es un requisito necesario para su emergencia. Además, el surgimiento de una mente está ligado de forma estrecha a la capacidad de predicción, una habilidad que necesita memoria para funcionar. Los acontecimientos que tienen una carga emocional intensa suelen almacenarse y recordarse con mayor facilidad, pero además, esos sucesos son los que pueden resultar más útiles para hacer predicciones eficaces. Almacenar información útil y poder recuperarla cuando se precise: en eso consiste la memoria. Indico lo de "útil" porque nuestra memoria no almacena toda la información que entra por los sentidos. La cantidad de datos que fluyen sin cesar por las vías sensoriales es enorme, por lo que el SN ha aprendido también a pasar por alto o incluso olvidar de manera activa el exceso de información: olvidar es también importante y necesario. El desarrollo evolutivo ha perfilado un sistema nervioso con unas excelentes dotes para filtrar esos datos y tratar de quedarse con los que pueden ser más útiles o relevantes. Sólo una parte de los estímulos sensoriales se hace consciente, y de estos últimos sólo una fracción se afianza en la memoria. ¿Cómo sabe el encéfalo que algo es importante, útil, relevante y que merece la pena ser almacenado en la memoria? Bueno, no lo sabe, simplemente sigue unas pautas básicas, como almacenar aquello que se repite y tiene una constancia, o quedarse con las circunstancias relacionadas con una situación emotivamente intensa.

Recuerdos y recuerdos A ver, Julia, toma un lápiz y apunta estos números que te voy a dar: 3, 1,8, 0, 9, 5, 0, 2. A continuación, lo que haces es coger un lápiz y escribir esos números en un papel. En este simple acto has utilizado nada menos que cuatro tipos distintos de memoria (aunque recuerda que en ciencia esto de las clasificaciones es siempre un artificio, algo necesario pero muy variable: los tipos de memoria pueden organizarse de varias maneras y la clasificación que sigue es una de ellas). En los instantes que transcurren desde que alguien te dice esos números y tú los apuntas,

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retienes los dígitos en la memoria de trabajo. Si unos segundos después te preguntan esos números, lo más probable es que seas incapaz de repetirlos sin recurrir al papel. Este tipo de memoria a corto plazo, ya que dura muy poco tiempo, es muy útil para multitud de tareas que realizas a lo largo de] día, no sólo para retener de manera fugaz algo en la mente (¡que se lo digan a un camarero!) sino también para trabajar con ello y hacer operaciones lógicas o de algún otro tipo (por ejemplo, si te piden que sumes 2 al último número de la lista), para lo cual también puede ser necesario recurrir a información guardada en algún tipo de memoria más duradera o a largo plazo. Cuando te dicen los números y los mantienes en tu memoria de trabajo, coges el lápiz para apuntarlos. No te supone ningún problema, sabes lo que significa la palabra “lápiz” gracias a tu memoria semántica, que se encarga de mantener el significado de las cosas, algo así como tu diccionario mental de la lengua y otros símbolos y conceptos. Pero no sólo entiendes el significado de “lápiz” sino que recuerdas dónde guardas ese objeto, igual que recuerdas dónde está el armario de tu habitación, la primera vez que viste en directo a tu grupo de música favorito, la cena de ayer, tu última fiesta de cumpleaños y el sitio en donde compraste la ropa que llevas puesta. La sucesión de acontecimientos de tu vida, junto con las emociones asociadas a ellos, constituyen la llamada memoria autobiográfica. Como te puedes imaginar, este tipo de memoria es fundamental para dar forma a tu “yo” consciente, a tu identidad. Todos estos tipos de memoria que te acabo de citar (y otros, como la memoria espacial) forman parte de lo que también se puede agrupar como memoria explícita: recuerdos —de la memoria de trabajo, semánticos o autobiográficos— de los que eres plenamente consciente. Pero tienes también una memoria a largo plazo que está ahí agazapada, que utilizas de manera constante pero con mucho menos control consciente: es la memoria motora, que has usado para realizar sin ningún esfuerzo los movimientos de dedos y mano para escribir. La escritura es algo que se aprende y se almacéna en el entramado neuronal: al comienzo los movimientos se realizan con lentitud y cierta dificultad, pero tu sistema nervioso toma nota y poco a poco va mejorando. Un aprendizaje similar es el que usas al aprender a andar en bici, atarte los zapatos o darle la vuelta con elegancia a una tortilla. Como puedes comprobar, el encéfalo utiliza distintos formatos para almacenar tus recuerdos pero, en cualquier caso, ¿cómo se la arreglan las células de tu encéfalo para almacenar esa información ¿Dónde guardan las neuronas tus recuerdos? Según parece, las sinapsis químicas tienen mucho que ver.

Estrechando lazos

La mayoría de tus neuronas se comunican entre sí de manera eficaz a través de sinapsis químicas (de las que te hablé al comienzo del libro y cuyo funcionamiento se describe con cierto detalle en el capítulo 22). En cada interacción sináptica participan dos neuronas y una pasa información a la otra. Cada vez que se genera un potencial de acción en la primera, esta libera un neurotransmisor que afecta de alguna manera a la otra célula tras unirse a unos receptores. El efecto puede ser, esencialmente, una excitación o una inhibición de la célula receptora pero, eso sí, siempre el mismo en cada sinapsis. Una sinapsis que produce excitación no se transforma en una sinapsis que produce inhibición: el efecto específico de cada una se mantiene en el tiempo. Pero hay algo que puede modificarse en cada sinapsis a lo largo del tiempo, y aquí está lo que nos importa en estos momentos: la intensidad del efecto. La excitación producida en una sinapsis específica sobre la neurona receptora puede aumentar de intensidad. Del mismo modo, en una sinapsis que produzca

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inhibición, la intensidad de ese efecto también puede aumentarse. En ambos casos se trata de reforzar una relación previa, y el resultado es que el mensaje —excitación o inhibición— se transfiere con mayor potencia. También puede ocurrir lo contrario, de forma que la relación sináptica entre dos células se debilite. Todos estos cambios de intensidad en las relaciones sinápticas pueden hacerse estables y permanecer en el tiempo. Los neurocientíficos han descubierto que este es el mecanismo molecular (o uno de los mecanismos) mediante el cual se afianza la memoria. Según esta hipótesis, un recuerdo consistiría en la activación más o menos simultánea de un grupo específico de neuronas, para lo cual se modifica la función de una serie de sinapsis. Los científicos llaman potenciación a largo plazo (o LTP, por sus siglas en inglés) a los cambios que intensifican los efectos sinápticos, y depresión a largo plazo (o LTD) a las modificaciones que debilitan las conexiones sinápticas. La esencia de esta idea puede entenderse con facilidad con el siguiente ejemplo gráfico. Imagínate un panel luminoso formado por muchas bombillas. Vamos a suponer que cada bombilla es una neurona. Un concepto

Figura 14. Un lápiz representado por bombillas-neurona.

concreto se representaría por el encendido de un grupo específico de bombillas-neurona. Por ejemplo, el concepto “lápiz” podría estar representado por el encendido de los elementos del panel de la figura 14, y el concepto “palmera” podría estar representado en la memoria por la activación de las bombillas-neurona de la figura 15. Todas las neuronas del panel —y muchas otras que no podemos ver en un esquema tan simple— están conectadas entre sí por sinapsis, pero las sinapsis específicas que unen entre sí a las neuronas que se encienden para representar la idea de “lápiz” están reforzadas, ya que se potenciaron cuando se formó la memoria de “lápiz”. De esa manera se facilita que se encienda de forma simultánea ese grupo de bombillas-neurona. Por su parte, las bombillas-neurona que representan "palmera" también tienen reforzadas las

Figura 15. Una palmera representada por bombillas-neurona.

sinapsis que las conectan entre sí. De ese modo, cada vez que la mente busca el concepto “palmera”, esas bombillas-neurona tienden a encenderse a la vez. En resumen: el reforzamiento de unas determinadas sinapsis, junto con el debilitamiento de otras, forma familias de neuronas que tienden a “encenderse” a la vez. Ese encendido simultáneo, esa constelación de sinapsis, como la llama el

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neurocientífico Alberto Ferrús, conformaría en nuestra mente una imagen concreta. Este es un ejemplo muy simplificado de cómo puede funcionar la memoria según las ideas actuales de la neurociencia. No lo tomes como algo literal: de hecho, en el verdadero “panel luminoso” de tu cerebro, el “encendido” de las distintas unidades es más difuso y está formado por miles de neuronas. Importa más el resultado de la activación conjunta que la actividad concreta de cada neurona (esta codificación difusa permite, entre otras cosas, que la muerte o el daño de alguna neurona no cambie gran cosa el resultado ya que éste depende del conjunto). Nuestro ejemplo del panel sirve para que veas cómo la potenciación de un grupo de sinapsis puede formar una familia de neuronas. El encéfalo está formado por decenas de miles de neuronas y todavía no se sabe cómo se almacena la imagen mental de “lápiz”, “palmera” o cualquier otra cosa, pero se cree que la clave puede estar en el “encendido” simultáneo de muchas células. Según esto, los mecanismos que favorecen la sincronización de grupos de neuronas son muy importantes, algo que veremos de nuevo en el capítulo 14. Según el modelo que acabo de mostrar, y teniendo en cuenta que la información no se encuentra en sinapsis o neuronas concretas sino en su funcionamiento conjunto, la modificación de la intensidad de conexión en un grupo de sinapsis, o la muerte de gran cantidad de neuronas, producirá la pérdida de la información retenida. Este mecanismo explica los problemas de memoria de las personas que sufren una degeneración neuronal importante, como ocurre en la enfermedad de Alzheimer. Aun así, no existe una correlación simple entre número de sinapsis y capacidades cognitivas. De hecho, los estudios muestran que un niño de cinco años tiene bastantes más sinapsis que un adulto de 30, ya que durante el desarrollo infantil y la adolescencia se produce una importante eliminación de sinapsis innecesarias, una especie de “poda” neuronal que da lugar a un refinamiento de las conexiones. (Un ejemplo clásico de esto es lo que ocurre durante el desarrollo de la corteza visual: al comienzo las neuronas cerebrales reciben conexiones provenientes de ambos ojos, pero en poco tiempo se eliminan multitud de conexiones y se forman dos grupos de células, de forma que en cada uno domina la información que proviene de un solo ojo. Este proceso es muy plástico y si, por ejemplo, se impide la visión por uno de los ojos durante esas etapas críticas, las células de la corteza visual formarán un único grupo donde todas terminarán recibiendo conexiones preferentemente del ojo activo). Las modificaciones en la potencia de las conexiones que están implicadas en la memoria se producen sobre las sinapsis que sobreviven a esas “podas” iniciales, y también sobre las nuevas sinapsis que se generan a posteriori debido a los procesos de plasticidad.

Encantado de conocerle

Ya tenemos una idea del mecanismo sináptico de la memoria, pero... ¿dónde están esas sinapsis? ¿Qué neuronas son las encargadas de la memoria? Estas son preguntas más complicadas. Las neuronas que participan en la memoria explícita a largo plazo no parecen estar situadas en una localización específica. Los resultados experimentales indican que se encuentran distribuidas por distintas regiones de la corteza cerebral. Por su parte, se ha comprobado también que las neuronas del cerebelo tienen un papel esencial en el almacenamiento de la memoria motora. Pero en materia de recuerdos lo que se conoce con más profundidad es el papel de un región del cerebro llamada hipocampo. Se ha comprobado que el hipocampo es de gran importancia para el asentamiento de la memoria en gran parte gracias a un señor llamado Henry Molaison (1926-2008).

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Henry Molaison esperaba sentado en la consulta, el médico entraba y ambos se presentaban: —Buenos días, señor Molaison, soy el doctor Tal. —Encantado de conocerle, doctor -respondía Henry. Charlaban unos instantes y el doctor Tal salía del despacho para volver a entrar poco después. Henry se comportaba como si nunca hubiera visto al doctor Tal: —Buenos días, señor Molaison, me llamo Gregory Tal y soy su doctor. —Encantado de conocerle, doctor— repetía Henry, y así un día tras otro ... Henry Molaison —que en vida era conocido como el paciente HM era incapaz de formar nuevos recuerdos. Por eso, cada instante de su vida era una novedad, un descubrimiento continuo que caía de forma irremisible en saco roto. Lo interesante de su caso es que se conocía con precisión la causa de su problema de memoria: cuando tenía 27 años le había sido extirpado el hipocampo en ambos hemisferios cerebrales (el objeto de la operación había sido aliviar sus ataques epilépticos), lo cual le produjo una amnesia anterógrada que le duró el resto de su vida. Sus recuerdos se habían estancado a los 27 años. Recordaba su vida hasta esa fecha como cualquier otra persona, pero después de la operación perdió la capacidad de almacenar nuevas experiencias. Su caso ha sido de gran ayuda para determinar el papel que tiene el hipocampo en el asentamiento de la memoria... y también el que no tiene. Henry recordaba bien su vida anterior, por lo que esa información no podía hallarse en el hipocampo (probablemente estaba distribuida por la corteza cerebral), y también podía aprender nuevas tareas motoras (memoria motora que parece almacenarse en el cerebelo), pero no podía formar más memoria autobiográfica. Las investigaciones con HM y otras posteriores indican que las neuronas del hipocampo no son las encargadas de retener a largo plazo la memoria, pero son esenciales para gestionar su almacenamiento. Sin hipocampo, uno se queda estancado en el tiempo fugaz de la memoria a cono plazo. El hipocampo es, por tanto, un lugar de transición, un purgatorio de los recuerdos donde éstos permanecen almacenados por un tiempo antes de trasladarse a su lugar definitivo. A veces sucede que hay recuerdos que están en ese proceso de asentamiento que, debido a algún trauma temporal que afecta a las neuronas del hipocampo, no se afianzan y se pierden para siempre. Este hecho puede explicar que, tras un fuerte golpe o algún otro trauma que afecte al metabolismo encefálico —como una borrachera—, se olviden por completo no sólo los acontecimientos en que se produjo el daño sino también los inmediatamente anteriores, cuyos recuerdos se encontraban en esa delicada transición por las oficinas del hipocampo.

¿Estás segura?

Aunque la memoria es esencial para la capacidad de predicción de encéfalo y para la construcción del “yo” consciente, no deja de resultar paradójico que sea una propiedad traicionera, poco de fiar. En la memoria humana la información no se graba como en un disco duro, sino que su soporte lo constituyen células vivas con una incesante actividad metabólica. Las sinapsis que establecer nuestra memoria a largo plazo pueden mantener cierta estabilidad a lo largo del tiempo, pero no de manera absoluta: la función modifica sutilmente cada sinapsis hasta el punto de que recordar un hecho modifica el propio recuerdo, o al menos eso señalan algunas investigaciones. Según esto, la mejor manera de mantener un memoria sin perturbaciones es no accediendo a ella. Como nuestra mente consciente es una construcción del encéfalo sobre la base de sus miles de millones de neuronas, a veces no es tan fácil diferenciar una memoria fiel a los hechos de otra que ha sido modificada o incluso inventada. Hay,

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además, muchos factores que pueden influir en cómo se almacena la información, de tal manera que dos personas que presencian un mismo hecho pueden guardar (y recordar) escenas distintas según, por ejemplo, s estado de ánimo o incluso el idioma que hablan. La neurociencia muestra que las ruedas de reconocimiento que se usan en las comisarías y las declaraciones de testigos en los juicios son métodos muy poco fiables para conocer la realidad. Vivimos en una realidad virtual perpetua y ello afecta también al almacenamiento de la información. Los años desaparecidos

Y ahora volvamos al comienzo de todo, a tus primeros años de vida. Trata de “hacer memoria” y dime, Julia, ¿cuál es tu recuerdo más temprano? ¿Cuál es la imagen más antigua que recuerdas de tu vida? Prueba a hacerles la misma pregunta a tus amigos y pronto descubrirás algo llamativo: nadie recuerda nada de sus primeros años de vida. La memoria autobiográfica de la mayoría de las personas arranca a partir de los 2-3 años o incluso más adelante. No conservamos recuerdos de nuestros primeros pasos en este mundo, un fenómeno que se llama amnesia infantil. Si te encuentras con alguien que asegura recordar hechos de esa época, lo más probable es que se trate de una memoria inventada, creada de manera involuntaria a partir de fotografías o relatos que le han contado sus familiares. En realidad, no puede existir memoria de esos primeros años por una razón muy sencilla: en esas etapas de la vida, aunque tu encéfalo posee ya básicamente todas las neuronas que serán utilizadas en los años siguientes, todavía no están definidas las conexiones principales entre ellas. El armazón neuronal indispensable para el afianzamiento de la memoria es todavía demasiado inestable, ya que está en pleno proceso de desarrollo y ajuste. Tu memoria a largo plazo comenzará a funcionar a partir del momento en que tenga un punto sólido sobre el que apoyarse, es decir, una red de neuronas con una cierta estabilidad. Además de la estabilidad neuronal, se ha señalado que la amnesia infantil puede estar relacionada también con la ausencia de lenguaje, ya que la edad de los primeros recuerdos tiende a coincidir con la edad en que las personas comenzamos a articular un lenguaje coherente y estructurado. Según esta hipótesis, el desarrollo del lenguaje es importante —e incluso indispensable— para organizar nuestros pensamientos. De esta manera, en la memoria perdurarán tan sólo las vivencias que hayan sido “pensadas” a través del lenguaje. La memoria es lo único que tiene cada uno de nosotros para mantener lo que se ha llamado yo autobiográfico. Nadie duda de lo importante que es mantener un número estable de neuronas, cuanto más grande mejor. Sin embargo, las neuronas del SNC tienen una característica que parece menospreciar la importancia de su número: son células que no se reproducen. Este “defecto”, pues suele tomarse como algo negativo, no lo es. Como veremos a continuación, es un “defecto” esencial para la estabilidad de la memoria y de tu mente.

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Estable pero en continuo cambioSe ha calculado que cada segundo muere una neurona de tu encéfalo. Desde que has empezado a leer este capítulo, tienes cuatro neuronas menos. ¡Unas 86 000 neuronas menos cada día! Pero ni te preocupes, no pasa nada... Si calculas todas las neuronas que pierde una persona a lo largo de su vida manteniendo este ritme sale una cifra alta, desde luego, pero supone una pequeña fracción de esos 86 000 millones de neuronas con las que iniciamos el viaje. Este sencillo cálculo sirve para que te hagas una idea de la inmensa cantidad de neuronas que transportas dentro del cráneo Sin embargo, resulta evidente que perder neuronas no es bueno como muestran con claridad las enfermedades donde existe degeneración neuronal. El alzhéimer, la enfermedad de Parkinson y otras enfermedades neurodegenerativas reflejan lo importante que es conservar en buen estado el mayor número de neuronas. Te estarás preguntando entonces: ¿qué puede tener de bueno que las neuronas del SNC no se dividan y multipliquen? Es muy llamativo que unas células tan importantes para la vida no tengan esa capacidad. Ni siquiera pueden regenerar correctamente sus proyecciones tras una lesión (por el contrario, las células del SNP sí pueden regenerar de manera eficaz sus prolongaciones). ¿Qué puede tener de bueno? La respuesta es muy sencilla: estabilidad.

La arquitectura de la mente

Tu identidad, tu memoria, tu "yo", dependen de la estructura de conexiones entre miles de millones de neuronas y de la intensidad con que se activa cada sinapsis. La organización global de conexiones nerviosas es similar en todos los humanos, pero los detalles no. Si fuera similar, no existiría la identidad individual: si se intercambiara la estructura única y específica denominada "encéfalo de Julia" por otra, dejarías de ser tú. La identidad que surge de cada encéfalo se mantiene en el

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tiempo debido a dos características del SNC: las neuronas con que se nace duran toda la vida y, además, el diagrama de conexiones, la arquitectura de la mente, es bastante estable. Si las neuronas se dividieran y recambiaran con la facilidad que se da en otros tejidos, sería muy difícil mantener la exuberante complejidad de ramificaciones y contactos sinápticos que tanto ha costado construir y afianzar. Pero hay que precisar. El conjunto de neuronas con que nacemos se mantiene bastante íntegro hasta el final de la vida, pero hay también cierto recambio ya que, además de las neuronas que poco a poco van muriendo, en algunas zonas del encéfalo nacen neuronas nuevas. A esto se le llama neurogénesis. Pero, ¡ojo!, esas neuronas nuevas se producen a partir de las células troncales (también llamadas células madre) que hay en el encéfalo, no como resultado de la división de una neurona ya existente. Recuerda: las neuronas del SNC no se dividen para dar lugar a más células sino que existe una pequeña generación a partir de células troncales. Respecto a la estabilidad entre las conexiones, está claro que es importante para que se mantenga la memoria, pero con una plasticidad que permita el cambio y la adaptación a lo largo del tiempo.

¡Neuronas frescas!

La reparación del encéfalo ha interesado siempre a los científicos y médicos, y mucho más a sus pacientes, sobre todo en el caso una gran pérdida debido a algún tipo de accidente o una enfermedad neurodegenerativa. De ahí que se estudie con mucho interés la capacidad de neurogénesis. Una célula troncal es algo así como un folio en blanco sobre el que se puede pintar cualquier tipo de célula. Las células de los distintos tejidos no son iguales, sino que están especializadas en su estructura y función. Las células troncales son células sin especializar (sin diferenciar, que dicen los científicos), de tal manera que se pueden transformar en cualquier tipo de célula del organismo. En el cuerpo humano tienen mucho trabajo durante el desarrollo inicial, pero también existen en el individuo adulto, pues son muy útiles para generar material de recambio. ¿Que se necesitan varios millones de glóbulos rojos? ¡No hay problema! Las células troncales de la médula ósea se ponen a trabajar y... ¡listo! Ya hay un montón de nuevos glóbulos preparados para funcionar. ¿Y qué ocurre con las células del sistema nervioso? ¿Pueden producirse neuronas nuevas en un sistema adulto? Hasta hace poco no había respuesta a estas preguntas pero, como te decía, se han descubierto regiones en el encéfalo que contienen células troncales que pueden originar neuronas y también células gliales. Lo que sucede es sorprendente: las jóvenes neuronas migran, se desplazan educadamente a través del tejido encefálico para ocupar su puesto en algún circuito nervioso. Pero este reemplazo neuronal no parece que sea un hecho generalizado. Se ha comprobado que hay un trasiego continuo de neuronas recién nacidas que se desplazan hacia la corteza olfativa (una zona del cerebro que se encarga de procesar las señales del olfato), y también que existe neurogénesis en el hipocampo (que, como hemos visto, es importante para el asentamiento de la memoria) y alguna otra zona del encéfalo. Hay investigaciones que indican también la existencia de un aumento de esta regeneración neuronal tras algún tipo de daño, como la falta de oxígeno, pero son trabajos con animales de laboratorio que de momento no han sido comprobados en seres humanos. Sea como sea, parece que no hay duda de que nuestro encéfalo tiene una pequeña capacidad para reponer algunos tipos de neuronas. Ahora mismo, Julia, tienes una procesión de neuronas recién nacidas atravesando tu cerebro, desplazándose desde una zona próxima a los ventrículos cerebrales en dirección a

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tu corteza olfativa. Los detalles de este y otros tipos de neurogénesis son todavía poco conocidos, algo que despierta la insaciable curiosidad de los científicos. Seguro que pronto leerás noticias frescas sobre estas jóvenes neuronas.

Plasticidad neuronal

El edificio encefálico construido por tus neuronas no es rígido, se modifica de forma sutil con su funcionamiento. Los neurocientíficos llaman plasticidad a esta capacidad de cambio y adaptación pero, ¿en qué consiste exactamente? Ya conoces las piezas básicas del juego de construcción neuronal: axones, dendritas y sinapsis. Cualquiera de esas partes puede modificarse y variar —aumentando o disminuyendo— las conexiones que establece cada neurona individual, con lo que se modifican también sus propiedades funcionales. Cada neurona emite un único axón, pero en su extremo (o a lo largo de su longitud) puede ramificarse de manera activa a lo largo de su vida, como un árbol al que le crecen sus ramas, como si fuera un pulpo en busca de sus presas. En este caso las presas son las dendritas de otras neuronas, donde la exuberancia de sus ramificaciones también puede variar según la actividad. Este baile de ramificaciones permite que, aunque el número de neuronas se mantenga estable, las sinapsis y la potencia de éstas varíe para adaptarse a los cambios del sistema, manteniendo, eso sí, una arquitectura global que sostenga la persistencia de la mente individual. Algunas neuronas son tan exquisitamente refinadas que no les basta con tener un árbol de dendritas para recibir sus conexiones, sino que de sus dendritas surgen pequeños apéndices que funcionan como lugares especializados para formar sinapsis. Esas espinas dendríticas pueden retraerse o salir hacia afuera en busca de un axón según la actividad en que esté inmersa la neurona.

Figura 16. Ejemplo de plasticidad neuronal donde se observa (flechas) el establecimiento de dos nuevas sinapsis, la desaparición de otra y el crecimiento de una dendrita.

De los billones de sinapsis de tu sistema nervioso, algunas se mantienen más o menos fijas pero, como ves, hay otras que cambian con bastante facilidad. Los neurocientíficos han observado que esta plasticidad se mantiene a lo largo de toda la vida y —esto es una buena noticia— que puede ser inducida de distintas maneras con el objetivo de mejorar las capacidades de personas con todo tipo de problemas neurológicos (figura 16).

Aprendiendo a ver con los oídos

Una persona ciega se pone unos auriculares que generan unos sonidos bastante confusos. Esos sonidos se obtienen a partir de la imagen tridimensional que captan dos pequeñas cámaras ajustadas a sus gafas negras. El constante zumbido emitido por los auriculares varía cuando la persona mueve la cabeza y “mira” hacia otra parte. ¿Cuál es el objetivo de esa extraña experiencia? Ver. Ver a través de los oídos. Generar una imagen mental del mundo exterior mediante la activación de la

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ruta auditiva (¿recuerdas a los murciélagos?). Este y otros proyectos similares pretenden utilizar la plasticidad neuronal para modificar el funcionamiento encefálico y de esa manera suplir algún déficit. Con el sistema de visión a través de los oídos, la idea es que los circuitos nerviosos que reciben esa señal se acostumbren poco a poco a la nueva entrada sensorial y que, al aprovechar las conexiones nerviosas que existen entre distintas regiones sensoriales, el encéfalo construya algún tipo de representación tridimensional del mundo. Es algo así como forzar una sinestesia (percepción combinada de varios sentidos) entre el sistema auditivo y el sistema visual. De hecho, las personas ciegas que lo han probado pueden “percibir” objetos grandes como las paredes y columnas de una habitación. Según indican otros experimentos realizados con personas ciegas que se orientan mediante el eco —producido por chasquidos sonoros emitidos por ellos mismos—, en esas formas de “visión” a través del sistema auditivo se activan de manera preferente las áreas visuales del cerebro. Estos prometedores experimentos muestran hasta qué extremo puede modificarse nuestra máquina de la mente. En el siglo pasado, el neurocientífico Paul Bach-y-Rita (1934-2006) mostró la gran plasticidad del encéfalo humano mediante otra experiencia muy llamativa en la que se introdujo un sentido por una vía muy distinta a la habitual: se trataba de generar el sentido del equilibro en una paciente... ¡a través de la lengua! La paciente carecía del sentido del equilibrio y eso le causaba muchos problemas, empezando por la dificultad para mantenerse en pie. En la superficie de la lengua se le colocó un grupo de electrodos que producían pequeñas descargas eléctricas, que ella decía sentir como si fueran “burbujas de champán”. Lo ingenioso del asunto es que los electrodos se conectaron con acelerómetros —como los que llevan muchos teléfonos y consolas portátiles— que detectaban los movimientos de la cabeza. Los distintos movimientos se transformaban en descargas eléctricas en distintas zonas de la lengua: de esa forma el SNC de la paciente aprendió a relacionar ambas cosas, y así construyó un nuevo sentido del equilibrio a partir de lo que sentía en la lengua. Cuando se trata de modificar el sistema nervioso no hay nada como la imaginación para agrandar sus límites. Pero, además de las experiencias orientadas a solucionar enfermedades o daños importantes, la plasticidad puede explotarse también en cualquier encéfalo, por ejemplo para ralentizar los déficits que se producen de manera natural con el envejecimiento o para potenciar algunas capacidades como la memoria. Son bastante populares algunos programas para videoconsolas y demás aparatos electrónicos que aseguran mejorar todo tipo de capacidades cognitivas. Sin embargo, los estudios científicos que se han realizado para comprobar si en realidad es así indican que no se producen tales mejorías, salvo las que se deben al simple entrenamiento y repetición de una tarea. Pero esto no quiere decir que no puedan hacerse programas que realmente funcionen, como ha demostrado el neurocientífico Michael Merzenich, fundador de las compañías Posit Science y Scientific Learning, que ofrecen software desarrollado a partir de experiencias con personas mayores y niños con dificultades de aprendizaje.

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El cerebro partidoJulia, ¿eres diestra o zurda? Te lo pregunto porque la tendencia a preferir una mano sobre la otra a la hora de escribir es un signo más de una interesante asimetría cerebral. No es casualidad que la mayoría de la gente utilice la mano derecha para escribir. La razón de ello debe buscarse en dos hechos: el sistema nervioso es bilateral (tiene dos lados) y las dos partes no son iguales. Parece que por el mismo precio tenemos, en realidad, dos encéfalos, que se entienden bastante bien la mayor parte del tiempo (mejor que sea así, ya que están condenados a vivir y tomar decisiones juntos). Pero vayamos por partes, nunca mejor dicho. Eres un animal de simetría bilateral: desde el punto de vista anatómico tienes dos lados que son en esencia iguales, o mejor: un lado es la imagen especular del otro. Si doblas un papel como un acordeón y recortas una figura de medio cuerpo humano siguiendo una línea de división vertical, al estirar el papel aparecen varias figuras... con el cuerpo entero: eso es simetría bilateral (figura 17)

Figura 17. Una manera sencilla de descubrir en qué consiste la simetría bilateral.

Pero no todas las partes del cuerpo son bilaterales, sobre todo los órganos internos. Piensa, por ejemplo, en el hígado, el corazón, el páncreas... Ni siquiera los dos pulmones son simétricos. Pero aun así nos consideramos animales bilaterales (otros animales, como las medusas y las estrellas de mar, tienen simetría radial). Y el sistema nervioso, ¿qué simetría tiene? Bueno, a simple vista el SNC parece tener una clara simetría bilateral. Si se observa la región dorsal de la médula espinal, puede verse que en toda su longitud hay un surco que la divide en dos partes. En el encéfalo la división se hace muy clara, debido a una profunda cisura que divide al cerebro en dos hemisferios. La superficie de los hemisferios cerebrales muestra muchos otros surcos de menor calibre que le dan un aspecto de laberinto. Aquí la simetría desaparece: a vista de pájaro puede verse que la disposición de esos surcos secundarios —y de las circunvoluciones que quedan entre ellos— no es igual en ambos hemisferios (y varían ligeramente de una persona a otra). Se trata de un detalle puramente anatómico, pero ahora sabemos que las funciones que albergan ambos hemisferios tampoco son del todo iguales.

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Pero, quizá estés pensando ... ¿por qué habrían de ser iguales? Esto nos lleva a otro aspecto importante. Resulta que cada hemisferio cerebral se encarga de un lado del cuerpo y también, en algunos casos, de un lado de tu universo sensorial. Este simple hecho exige que muchas funciones cerebrales estén duplicadas y que ambos hemisferios tiendan a ser similares. Hay, además, una característica muy llamativa: cada hemisferio cerebral procesa información del lado opuesto del cuerpo. Esto quiere decir que el tacto de la mano derecha es procesado por el hemisferio izquierdo, el análisis del campo visual izquierdo es trabajo del hemisferio derecho, y las órdenes para mover la pierna derecha son ejecutadas por el hemisferio izquierdo. Con o sin este cruzamiento de las vías nerviosas, lo que parece claro es que debe existir una cierta simetría en la estructura y la función de ambos hemisferios, al menos en lo relacionado con el procesamiento inicial de la información sensorial y con el envío de órdenes de movimiento a los músculos. Sin embargo, al estudiar las funciones más complejas y abstractas del cerebro no se observa esa simetría bilateral. En la mayoría de las personas existe una cierta especialización, de tal manera que cada hemisferio realiza con preferencia una serie de tareas. La mente consciente es el resultado de la unión de dos cerebros (dos medio-cerebros en realidad), cada uno con una "personalidad" ligeramente distinta.

Eres dos

A pesar de la profunda cisura que separa tus dos hemisferios cerebrales, éstos mantienen un diálogo fluido y constante: ahí dentro, alejados de la superficie, hay unos 200 millones de axones que cruzan el cerebro de un lado a otro y forman entre todos el mayor tracto del sistema nervioso, una super-autopista de comunicación entre dos mundos llamada cuerpo calloso. Es importante para el sistema que ambos hemisferios se entiendan y compartan información, de manera que el resultado sea una mente compacta y coherente. En el siglo XIX nada hacía sospechar que los dos hemisferios fueran distintos, salvo por el hecho de que a cada uno le tocaba una parte distinta del cuerpo. Sin embargo, Paul Broca (1824-1880), un gran neuroanatomista del que volveré a hablar más adelante, descubrió una zona del cerebro —que hoy llamamos área de Broca— relacionada con el lenguaje, con la particularidad de que en la mayoría de personas se encontraba sólo en el hemisferio izquierdo. Broca estudiaba los cerebros en personas muertas, por lo que el estudio de los detalles funcionales no era posible, excepto por las pruebas que había hecho a esas personas (pacientes con problemas en el habla) cuando estaban vivas. En su época no existían todavía técnicas para investigar el funcionamiento por separado de los dos hemisferios —como las actuales técnicas de imagen—, hasta que en el siglo XX se comenzó a seccionar el cuerpo calloso a personas vivas (figura 18). Entre los pioneros en realizar esta operación se hallaban los neurocientíficos Roger Sperry (1913-1994) y Michael Cazzaniga (1939). Esa sección del cuerpo calloso no se le hacía (ni se le hace) a cualquiera, claro está,

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Figura 18. Operación en la que se secciona el cuerpo calloso.

sino a pacientes que sufrían continuos ataques epilépticos. Al seccionar el cuerpo calloso se impedía que el foco epiléptico se extendiera al otro hemisferio, por lo que disminuía la gravedad del ataque (imagina el avance de un ataque epiléptico como una onda que se propaga y afecta cada vez a más neuronas). Era una operación muy seria, pues se trataba de seccionar nada menos que 200 millones de conexiones nerviosas, y el resultado podía ser desastroso. Sin embargo, la cosa funcionó incluso mejor de lo esperado: el foco epiléptico se contenía y el paciente parecía que no perdía ninguna facultad mental ni sufría males mayores... al menos en apariencia (de hecho, hay personas que nacen sin el cuerpo calloso y hacen una vida normal, debido probablemente a que el encéfalo potencia a lo largo del desarrollo otras conexiones cerebrales). A pesar de la supuesta normalidad, al realizar unas sencillas pruebas de atención, Sperry, Gazzaniga y sus colegas descubrieron que los dos hemisferios, ahora en gran medida incomunicados, se encargaban de aspectos distintos del procesamiento mental. A Paul Broca le habría encantado conocer la interesantísima información que se obtuvo a partir de esos estudios, ya que una de las primeras cosas que se pudo comprobar fue la relación entre el lenguaje y el hemisferio izquierdo. En la mayoría de casos, si a un paciente al que se ha realizado una callosotomía (que así se llama a operación) se le muestran dos imágenes, una en el campo visual zquierdo y otra en el campo visual derecho, podrá explicar con coherencia qué ve en la parte derecha —procesada por el cerebro izquierdo, donde se encuentra el área de Broca y otras regiones relacionadas con el lenguaje y el habla—, pero será incapaz de contar de manera coherente qué ve en la parte izquierda de su campo visual. Sin embargo, si a continuación se le pide que dibuje con su mano izquierda lo que aparece a la izquierda, podrá representar sin problemas esa imagen que es incapaz de describir con el habla. Estas experiencias en pacientes con el cerebro dividido sirvieron para estudiar la especialización de funciones que hace a cada hemisferio distinto y complementario del otro. De esta manera se han ido perfilando las funciones más características de cada hemisferio cerebral. No se trata de una separación radical, como si el encéfalo estuviese formado por módulos independientes. Lo que se observa es un cierto dominio de un hemisferio sobre el otro en algunas tareas. En general, en la mayoría de la gente el hemisferio izquierdo se ha especializado en todo tipo de tareas rutinarias que impliquen clasificación y análisis preciso y secuencial, una búsqueda de orden que dé significado a los eventos, y aquí se incluye el lenguaje, el procesamiento matemático o la ejecución de movimientos precisos y ajustados de manera voluntaria. Por su lado, el hemisferio derecho tiende a ser menos analítico v más emocional, y atiende con más énfasis a las características perceptivas de los estímulos (por ejemplo, espaciales), por lo que suele relacionarse con capacidades artísticas como la percepción musical o el dibujo. Los científicos no tienen una explicación definitiva para el hecho de que existan diferencias en el trabajo de los hemisferios cerebrales. Desde el punto de vista evolutivo, una posibilidad es la necesidad de incorporar nuevas funciones sin perder las ya existentes: si el espacio disponible es limitado, como ocurre dentro de nuestro cráneo, una de las soluciones pudo ser dividir las funciones, lo cual generó la especialización actual. Sin embargo, algunos científicos consideran que la división del trabajo de los hemisferios cerebrales no es exclusiva de los humanos, ni mucho menos, sino que es una característica que ha estado presente en los vertebrados desde sus inicios, hace unos 500 millones de años. Según esta

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hipótesis, el hemisferio izquierdo estaría especializado en regular las conductas más rutinarias, mientras el derecho se especializaría en gestionar situaciones novedosas o inesperadas.

Sobre manos y besos

Ahora se entiende lo de la mano derecha: cuando una persona, sea de la cultura que sea, se enfrenta a la tarea de realizar algo con precisión con una de sus manos, como por ejemplo escribir, la tendencia general es usar la mano derecha, que es la que se controla desde el hemisferio preciso y cuadriculado, el izquierdo. Esto es, como acabo de decir, una tendencia general y no una división absoluta. No todos los seres humanos tienen la misma lateralización cerebral, algo que puede estar relacionado con el hecho de que un 10% de personas prefiere usar la mano izquierda para escribir: en este caso, el cerebro derecho parece ser el dominante para realizar tareas de precisión. Poco a poco se han descubierto otras tendencias en nuestro comportamiento que de alguna manera parecen reflejar esta asimetría cerebral. El 65% de los recién nacidos prefieren descansar con su cabeza girada hacia la derecha, el mismo porcentaje de gente que gira su cabeza hacia la derecha al besarse en la boca. En los estudios realizados con bebés se comprobó que la preferencia en el giro de la cabeza coincide, en la mayoría de los casos, con la preferencia en el uso de la mano, de tal manera que los bebés que giran su cabeza hacia la derecha usan también, en su mayoría, la mano derecha.

Cruce de vías

Ahora ya tienes alguna idea de las diferencias existentes entre los dos hemisferios cerebrales y sus consecuencias, pero hay algo que queda por aclarar: ¿cómo se explica el cruzamiento de las vías ner- viosas? La mitad izquierda del cerebro recibe información senso- rial y controla el movimiento de tu mundo derecho, y lo mismo sucede con el hemisferio derecho y tu parte izquierda. ¿Es necesa- rio este cruce de cables? No parece que sea imprescindible para el funcionamiento del sistema nervioso, ya que hay animales que no están

Figura 19. La información visual del lado derecho es procesada por la corteza cerebral del hemisferio izquierdo.

organizados así, pero puede que sea útil para optimizar su función. Una de las explicaciones que se dan está relacionada con el procesamiento de la visión (figura 19). Si miras al frente, todo lo que queda a la derecha de tu campo visual incide en la parte izquierda de cada una de tus retinas ya que éstas tienen forma semiesférica, por la misma razón por la que, si hay una bombilla a tu derecha, iluminará la pared interior izquierda de tu taza de café. La información de esas dos medio-retinas izquierdas se procesa junta, ya que reciben datos de la misma zona

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del campo visual, análisis que tiene lugar en el hemisferio izquierdo: para ello la información que proviene del ojo derecho debe cruzar de lado. Lo mismo ocurre con el campo visual izquierdo, que se procesa en el hemisferio derecho. Ahora suponte que quieres diseñar un sistema rápido y eficaz: si tu sistema visual detecta una mosca en el campo visual derecho (procesado por el hemisferio izquierdo) y decides mover con rapidez la mano (derecha) para espantarla, ¿en qué hemisferio pondrías las neuronas para enviar la orden de movimiento? Parece que lo más eficaz es situar esas neuronas motoras lo más cerca posible de las neuronas sensoriales, es decir, en el hemisferio izquierdo. Esta disposición obliga a que los axones de esas células motoras crucen de lado para activar los músculos adecuados. Un razonamiento similar se puede aplicar al movimiento de las extremidades inferiores y, ya puestos, a todo el homúnculo. Esto no es más que una hipótesis que parece bastante coherente, aunque puede no ser la única causa del desarrollo evolutivo de la conformación cruzada. Pero por algún lado hay que empezar. ¿Se te ocurre alguna otra explicación? Si es así, ¡no dudes en compartirla con otros neurocientíficos!

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¡Acción!Ha llegado el momento de mover los músculos. Recuerda, Julia, que, desde una perspectiva evolutiva, la razón de ser de tu sistema nervioso es generar un movimiento, un comportamiento que sea útil para tu supervivencia. Como ya te comenté, los animales hemos desarrollado este sistema para movernos con eficacia, lo cual no impide que ahora los seres humanos usemos la complejidad de nuestro encéfalo para otras cosas, como apreciar la belleza de un atardecer o inventar Internet. Son las ventajas de tener una máquina de realidad virtual que puede predecir el futuro. Pero fíjate ahora en el movimiento y en la manera que tiene tu sistema nervioso de contraer los músculos. En tu cuerpo tienes varios tipos de músculos pero en este capítulo voy a referirme únicamente a los músculos esqueléticos: son los músculos que puedes controlar de manera voluntaria para moverte, hablar y hacer todo tipo de gestos. Hay otros músculos que no puedes contraer a voluntad, como el del corazón —que lleva su propio ritmo— o la llamada musculatura lisa, que actúa en varios órganos internos, por ejemplo para producir los movimientos intestinales. Los músculos esqueléticos se llaman así porque la mayoría unen sus extremos a huesos para así poder moverlos al tirar de ellos, como si se tratara de las cuerdas de una marioneta.

Contracción

Los músculos sólo pueden contraerse, no pueden estirarse de manera activa. Esto es algo que debes tener claro. Las alargadas células musculares tienen en su interior largas fibras (varios tipos de proteínas) que forman, al entrelazarse unas con otras, una especie de columnas. Cuando aumenta la concentración de calcio en el líquido celular (citoplasma), las columnas disminuyen de longitud debido al deslizamiento de unas proteínas sobre otras. Este es, muy simplificado, el mecanismo que tienen los músculos para contraerse. ¿Y la relajación? ¿Cómo hacen los músculos para estirarse? No lo hacen, al menos de manera activa: un músculo se estira por la simple razón de que hay algo que tira de él. Fíjate en el bíceps, ese músculo del brazo que tanto gusta enseñar a los que se creen forzudos: si contraes el bíceps, lo que consigues es que el antebrazo se acerque al brazo, ya que un extremo del bíceps está unido al radio, un hueso del antebrazo. ¿Cómo haces ahora si quieres relajar el bíceps? No puedes hacerlo de manera directa: debes esperar a que algo mueva el antebrazo en el otro sentido para separarlo del brazo, por ejemplo mediante la contracción de otro músculo que se llama tríceps, que se halla en la cara opuesta de tu brazo. La existencia de pares de músculos que se complementan al generar movimientos opuestos, algo muy común en los músculos que están unidos a tu esqueleto, es muy útil ya que esas estructuras no tienen ningún mecanismo interno para estirarse que complemente al que usan para contraerse.

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Pero esta manera de funcionar no es ningún inconveniente sino todo lo contrario, ya que facilita mucho las cosas al sistema nervioso: para producir los movimientos sólo tiene que generar órdenes de contracción. Esta simplicidad explica que todas las sinapsis que unen el sistema nervioso con los músculos esqueléticos sean iguales, del mismo tipo. Imagina el movimiento de una marioneta: para controlarla tiras de unos hilos que están unidos a las distintas partes... y sólo tiras de ellos, no es necesario empujar, ya que el movimiento contrario lo hace la fuerza de la gravedad. En nuestro caso, si no nos basta con la gravedad, usamos un músculo complementario que hace el movimiento opuesto.

Una sinapsis muy especial

Los músculos se contraen debido a órdenes dadas por el SNC. Las ejecutoras de esas órdenes son neuronas situadas a lo largo de la médula espinal o en el encéfalo, cuyos axones se prolongan hasta contactar con los distintos músculos. Imagínalo como si se tratara de una marioneta refinadísima: tu cuerpo está recorrido por miles y miles de axones que parten del eje central, se ramifican y alcanzan todas las células musculares. Al comienzo de su trayecto, los axones se organizan en grupos o haces que llamamos nervios (también hay nervios formados por axones que viajan en sentido contrario y llevan información sensorial en dirección al SNC e incluso nervios mixtos con los dos tipos de axones). A esas neuronas que activan los músculos las llamamos motoneuronas. Un nombre apropiado, ¿no te parece? Pues bien, cuando una moto neurona genera un potencial de acción, las células musculares con que contacta su axón se contraen. Esta es la manera de mover la marioneta de tu cuerpo: pulsando las motoneuronas. Las sinapsis químicas que se establecen entre el axón de la motoneurona y la célula muscular son especiales, algo así como si fueran un poco tontas, ya que sólo producen un tipo de respuesta, siempre el mismo: contracción (en el resto de tu sistema nervioso, las sinapsis químicas se caracterizan precisamente porque pueden inducir en las células receptoras toda una gama de respuestas excitadoras o inhibidoras, algo que te detallo en el capítulo 22). Cuando un potencial de acción alcanza el final del axón de una motoneurona, se libera el neurotransmisor acetilcolina, y en la célula muscular se genera también un potencial de acción. La activación de esta sinapsis neuro-muscular es uno de los pocos casos en que podemos estar seguros de que el resultado de la activación sináptica será la generación de un potencial de acción en la célula receptora. Es una transmisión sináptica simplona, rigurosa y poco imaginativa, pero nos conviene que sea así. Toda la vida llevas comprobándolo, Julia: cada vez que quieres contraer un músculo... se contrae. No hay medias tintas. Si decides espantar una mosca con la mano, tu mano se moverá de manera fiel, no se quedará quieta o se pondrá a rascarte el cogote. Los músculos responden a nuestras órdenes porque las sinapsis neuro-musculares son eficaces y simples. La imaginación muscular no existe, al menos en un sistema sano. Me queda un pequeño detalle para completar el mecanismo básico que contrae tus músculos. Acabo de decir que la activación de las sinapsis genera potenciales de acción en las células de los músculos. Bien, pero ¿cómo hace el potencial de acción para que la célula se contraiga? Muy fácil: induce un aumento de calcio en el citoplasma de la célula. Como te dije hace un rato, el calcio es el que permite la contracción de las columnas de proteínas existentes en las células musculares. Así que, cada vez que se "pulsa" una motoneurona, la secuencia de acontecimientos es la siguiente: potencial de acción en motoneurona — sinapsis — potencial de acción en músculo — calcio y... ¡contracción!

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Con este sistema cada potencial de acción que llega al músculo induce una breve contracción, como un pestañeo. Para mantener un músculo contraído durante más tiempo es necesario que la motoneurona que lo mueve genere muchos potenciales de acción, uno tras otro, de forma que llegue al músculo una ráfaga de señales eléctricas. Esto lo hacemos habitualmente, y permite que los músculos mantengan la tensión durante el tiempo que dura cada ráfaga. Y ahora te estarás preguntando: sí, sí, muy bien, pero ¿quién "pulsa" la motoneurona?

Control central y periférico

Si te disfrazas de hormiga atómica, es posible que culmines tu atuendo poniéndote en la cabeza una especie de diadema de la que salen dos antenas. La diadema recorre tu cabeza de lado a lado, más o menos por encima de una región del cerebro llamada corteza motora. En esa región hay unas neuronas muy interesantes: sus axones se prolongan hacia abajo —suponiendo que estés de pie—, atraviesan el resto del encéfalo y siguen a lo largo de la médula espinal hasta contactar mediante sinapsis con las motoneuronas. También las hay con axones más cortos, todo depende de a qué altura se sitúen las motoneuronas con que contactan. Cuando decides mover un músculo, se activan muchas neuronas en tu encéfalo, algunas relacionadas con la memoria, otras con la información sensorial que recibes y otras con el plan de movimiento que estás tramando: el conjunto de toda esa actividad se canaliza hacia la corteza motora, donde se genera en última instancia la orden de activar este o aquel músculo. Esa orden consiste, cómo no, en potenciales de acción que viajan a través de los axones descendentes encargados de "pulsar" las motoneuronas (figura 20).

Figura 20. El control voluntario de los músculos se realiza por neuronas de la corteza motora, las cuales activan motoneuronas que, a su vez, dan las órdenes de contracción a las fibras musculares.

Si el músculo que quieres mover está en la pierna, deberán activarse en la corteza motora las neuronas que "pulsan" ciertas motoneuronas situadas en la parte inferior de la médula espinal. Si quieres hacer una mueca con la cara, se activarán otras neuronas distintas en la corteza, con axones más cortos, ya que las motoneuronas con que contactan se encuentran en el propio encéfalo. De esta

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manera tu corteza motora toca sin cesar el piano del movimiento, cuyas teclas se hallan dispuestas a lo largo de la médula y parte del encéfalo. La razón de que una persona pueda perder cierta capacidad de movimiento tras una lesión medular es que se lesionan los axones que descienden desde la corteza hacia la médula espinal. Cuanto más arriba se produzca la lesión, más moroneuronas dejarán de recibir señales procedentes del cerebro y más capacidad de movimiento se perderá. Algunos movimientos ocurren sin la participación del cerebro, ya que se gestionan directamente en otras partes del encéfalo o en la médula espinal: me refiero a los reflejos. Como no participa la corteza cerebral, son movimientos involuntarios, desencadenados por algún estímulo sensorial que activa de forma directa las motoneuronas sin pedir permiso a tu corteza motora. Seguro que alguna vez te has quedado dormida sentada (en un autobús, mirando la tele o en una conferencia aburrida) y has dado la típica cabezada: en el momento en que la cabeza cae a plomo hacia un lado, se produce de manera automática un movimiento en sentido contrario que te hace dar un pequeño respingo. Ese movimiento brusco de la cabeza se debe a una contracción involuntaria que se activa de manera refleja. También puedes experimentar un movimiento reflejo en la pierna si alguien —por ejemplo, tu médico de cabecera en una consulta rutinaria— golpea con suavidad por debajo le tu rodilla. En este caso, la patadita que das se produce por un reflejo similar al de la cabezada. Estos reflejos pueden resultar muy útiles para avisarte, por ejemplo, de que te estás quedando dormida en una posición vertical peligrosa o comprometida. En ausencia de gravedad no es posible dar cabezadas cuando uno se queda dormido, ya que la cabeza no cae para ningún lado. Esto es un problema para los astronautas que deben realizar largas jornadas de trabajo en el espacio, ya que si se quedan dormidos no van a ser avisados por el respingo que induce la caída de la cabeza hacia un lado. Este es un buen ejemplo de cómo nuestra fisiología está adaptada a las condiciones físicas de la superficie de la Tierra, como no podía ser de otra manera.

Breve esquema del funcionamiento del sistema nervioso

Creo que, antes de pasar a los siguientes capítulos, este es un buen momento para recapitular. Podría resumir la esencia de lo que te he contado hasta ahora de la siguiente manera:

En tu cabeza, y distribuidos por el resto del organismo, hay multitud de receptores sensoriales que captan una parte del mundo en que vives. La información detectada es convertida en potenciales de acción, que viajan en su mayoría hacia el encéfalo. Tu mente consciente es el resultado de la actividad encefálica, que toma como referencia lo almacenado en la memoria y es alimentada sin cesar por la información sensorial. El resultado es una imagen virtual del mundo, tu "yo", que resulta muy útil para tomar decisiones e incluso para predecir el resultado de la aplicación de esas decisiones. Cuando has decidido realizar algo, debes mover los músculos adecuados mediante la activación de sus motoneuronas correspondientes, una orden que parte de tu corteza motora. El procesamiento de la información que ocurre en el interior del encéfalo para generar tu mente consciente y las órdenes de movimiento es extraordinariamente complejo, y en muchos aspectos poco conocido, pero podemos echarle un vistazo de paso que te cuento algunas cosas sobre una de tus habilidades más fascinantes: el lenguaje.

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La maravilla del lenguajeSi lo piensas bien, todo el proceso resulta impresionante. Empieza con un pensamiento que tu mente consciente quiere transmitir a alguien. La actividad química y eléctrica que genera esas ideas se canaliza para que active las neuronas

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que mueven los músculos del habla: regulas la tensión de las cuerdas vocales, expulsas aire, mueves la lengua y la boca... y tus pensamientos se convienen en una secuencia de vibraciones de! aire. La persona a quien va dirigido tu mensaje está provista de un sistema que detecta y descodifica esas ondas. Tras viajar una pequeña distancia por el aire —o a veces una gran distancia, si hay una ayuda técnica por medio—, las vibraciones que has producido interaccionan con e! oído de tu receptor, que tiene la capacidad de convertirlas de nuevo en señales eléctricas. Esas señales viajan en forma de potenciales de acción desde e! oído interno hacia el cerebro, en donde provocarán una percepción sonora: una serie de palabras (figura 21). El pensarniento que se había generado en tu mente ha sido compartido con otra mente consciente. Fascinante.

Figura 21. El lenguaje, un sistema fascinante de transmisión del pensamiento.

Acabo de describir de forma breve el proceso de transmisión de información por medio del lenguaje hablado, uno más de los distintos medios que utilizamos los seres humanos. También usamos de manera cotidiana la transmisión a través del lenguaje escrito. Por su parte, las personas sordas usan un lenguaje de signos donde las vibraciones del aire y su captación por el sistema auditivo son sustituidas por movimientos —principalmente de manos— y su detección por el sistema visual. No conocemos ningún otro ser vivo que tenga una capacidad tan refinada para transmitir información. Muchos animales se comunican entre sí por distintos medios y con mecanismos variados, pero ninguno alcanza, ni de lejos, la riqueza de nuestro lenguaje. Independientemente de otras características diferenciadoras, como la capacidad para la planificación o la creatividad, el lenguaje es nuestra capacidad estrella: para muchos científicos es lo que nos hace humanos.

Las cosas, las palabras y el "yo"

La importancia del lenguaje va más allá de su papel como sistema de comunicación entre mentes: influye de manera profunda en la construcción de la propia mente y es probable que forme parte de la esencia misma del "yo". Prueba el siguiente ejercicio: ¿eres capaz de pensar en algo sin recurrir a la lengua? ¿Puedes recordar algo de tu memoria autobiográfica que no esté sustentado en palabras? Hay imágenes, reacciones e impulsos que se sostienen por sí mismos, pero la mayor parte de tu actividad mental consciente cabalga a lomos del lenguaje. Como te dije, los primeros meses y hasta años de vida no dejan rastro en nuestra memoria, y esa época es asimismo la época en que todavía no hablamos. Se ha sugerido que la ausencia de recuerdos de esa primera etapa de la vida está relacionada con la incapacidad para verbalizar nuestras experiencias, ya que no hay un lenguaje que permita codificar, empaquetar y guardar esos momentos de la vida. Por tanto, según esta idea, el lenguaje es una de las propiedades de nuestro encéfalo sobre las que se asienta el "yo".

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Las lenguas y la mente

Si el lenguaje es tan importante para definir la mente y el "yo", ¿quiere esto decir que las personas que hablan idiomas distintos tienen también mentes diferentes? Esta pregunta ha llamado la atención de antropólogos, lingüistas y psicólogos desde hace tiempo. Pudiera ser que, a pesar de hablar distintas lenguas, la mente que se forma en todas las personas sea en cierta medida similar respecto a su funcionamiento Y a su manera de representar el mundo. Las personas de distintas partes del planeta tenemos formas de vida muv diferentes, cada una con sus costumbres y tradiciones que, sin duda, influyen en la forma de ser de los pueblos. ¿Pero qué ocurre con el funcionamiento básico del encéfalo y la mente? ¿Vemos todos el mismo color rojo o percibimos igual los distintos tonos musicales? Parece que no: nuestros encéfalos construyen realidades distintas, y el idioma que hablamos puede determinar esas realidades en lo más íntimo de nuestro ser. No sé si ocurre también con el color rojo pero, desde luego, el azul lo percibimos distinto que los rusos. Y cuando digo "percibimos distinto" me refiero a que nuestra mente nos muestra una realidad sutilmente distinta de la de los hablantes en ruso. En ese idioma tienen distintos nombres para definir tonos muy similares de azul, de tal manera que diferencian los azules más claros (con la palabra goluboy) de los azules un poco más oscuros (con la palabra siniy). Lo interesante es que la necesidad de fijarse en esas ligeras variaciones hace que en realidad vean distintos tonos donde nos otros vemos un único color, tal como han mostrado experimento realizados por la psicóloga Lera Boroditsky. Esta investigadora ha descubierto más aspectos fascinantes de la relación entre la mente y la lengua, por ejemplo, el curioso caso de los pormpuraaw. Los pormpuraaw son una comunidad aborigen del norte de Australia con una llamativa capacidad de orientación. En la vida cotidiana, al desplazarse por su tierra o en el interior de las casas, les resulta muy sencillo conocer la situación de los puntos cardinales. De forma consciente o inconsciente, están siempre pendientes de la orientación espacial, y la razón parece que está en la lengua. Resulta que no indican la posición de las cosas de manera relativa al cuerpo, como hacemos nosotros ("pásame ese boli que tienes a tu derecha"), sino que utilizan las referencias absolutas de los puntos cardinales ("pásame ese boli que está al suroeste"). Este sistema les obliga a estar pendientes de su localización espacial, algo que desde nuestro punto de vista puede resultar algo tedioso. Imagina uno de esos libros antiguos de normas de etiqueta: "En la mesa los comensales sentados en el lado sur deben tener el cuchillo hacia el este y el tenedor hacia el oeste, disposición que se invertirá en los sentados en la parte norte de la misma..." Sin embargo esta particularidad lingüística hace que los pormouraaw se orienten muy bien y tiene, además, otras consecuencias inesperadas, pues influye incluso en su manera de entender el paso del tiempo. Si te pido que ordenes una secuencia de fotos según un orden temporal (por ejemplo, varias fotos tuyas desde que eras un bebé hasta hoy, pasando por momentos intermedios), lo más probable es que las coloques de izquierda (la foto más antigua) a derecha (la más actual). Lo hacemos así porque es nuestra manera de escribir, y se ha comprobado que otras culturas que escriben de manera distinta usan otras disposiciones al hacer esa tarea. Y los pormpuraaw, ¿cómo colocan las fotos? Es la misma pregunta que se hizo hace unos años Lera Boroditsky, y al hacer la prueba con varios pormpuraaw lo que observó resultó en principio caótico: unos las ponían de izquierda a derecha, otros en diagonal, otros en vertical... ¡En cualquier dirección! ¿En cualquiera...? La colocación de las fotos dependía de cómo estuvieran ellos entados en torno a la mesa, ya que había una constante: casi siempre las situaban de este (la foto más

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antigua) a oeste (la más actual). Es evidente que, respecto a una persona, esta disposición varía según en qué parte se siente de una mesa para hacer esa tarea. Lo que parece indicar este experimento es que para los pormpuraaw el paso del tiempo sigue un recorrido que es el que hace día a día el Sol en su aparente viaje a través de la esfera celeste. No deja de resultar sorprendente cómo una simple particularidad lingüística puede influir en aspectos tan variados como la orientación espacial o la idea de paso del tiempo. Hay muchos otros estudios que han buscado todo tipo de interacciones entre la lengua y el desarrollo de la mente. Se ha puesto gran interés, por ejemplo, en conocer cómo modula el bilingüismo la actividad mental. Los resultados de algunos estudios subrayan los beneficios del incremento de las habilidades lingüísticas: el aprendizaje de una segunda lengua mejora varias capacidades cognitivas, como la velocidad de reacción y la memoria de trabajo, y además esos efectos son más intensos cuanto antes se realice el aprendizaje. Así que, ya sabes, ¡un motivo más para aprender idiomas y cuidarlos!

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Lenguaje y procesamiento encefálicoPrueba a hacer lo siguiente: comienza a leer este capítulo en voz alta. Lo que está ocurriendo ahora mismo —si me estás haciendo caso— es la esencia del sistema nervioso (generar movimiento sobre la base de información sensorial) aplicada a una de sus funciones más complejas: el lenguaje. El sistema capta algún tipo de información del exterior mediante uno de sus sistemas sensoriales (palabras a través del sistema visual), a continuación compara los datos recibidos con la información almacenada en la memoria y, como paso final, genera una salida motora que consiste en la articulación de esas palabras mediante tu aparato fonador (en este caso concreto, además, hay un curioso bucle ya que las palabras producidas vuelven de nuevo a ser captadas por el sistema auditivo —siempre que no seas una persona sorda—, que se encarga de certificar la calidad de la emisión). Aunque para producir este acto se activan multitud de regiones encefálicas que, en conjunto, generan y guían tu voluntad consciente de leer en voz alta, podemos echar un vistazo a la ruta básica que sigue la información desde que entra por la retina hasta que sale en forma de palabras. ¡Un viaje de ida y vuelta a través de tu cabeza! Ahora que tienes clara la importancia funcional de la comunicación por medio de palabras, vamos a usar el lenguaje como un ejemplo que nos permita observar de manera global el funcionamiento básico de tu sistema nervioso y, de paso, descubriremos un poco más de cartografía encefálica.

Primera etapa: el viaje de la información desde la retina hasta tu consciencia

Los receptores sensoriales de tu retina captan la imagen del texto que lees medianre la absorción de fotones, las partículas portadoras de la luz. Las células de la retina transforman esa luz en potenciales de acción que viajan por sus

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prolongaciones hacia el interior del encéfalo. No es una autopista de un único carril: las señales viajan por varios canales que se bifurcan y llevan copias de esos datos a varias regiones encefálicas. Parte de los datos viajan, por ejemplo, hacia la zona que controla el movimiento de la cabeza y los ojos, que deben moverse con precisión para enfocar la vista en las palabras adecuadas a medida que vas leyendo. Otra parte de los datos, quizás la más importante, se dirige hacia la zona de la corteza cerebral (la llamada corteza visual) donde esa información se incorporará a tu percepción consciente. Antes de alcanzar la corteza cerebral, las señales deben ser procesadas por el tálamo, la principal puerta de entrada de información sensorial. El tálamo es un potente filtro que decide qué datos siguen su curso camino de la corteza y qué datos se bloquean. Este filtro es necesario, ya que por la retina (y el resto de órganos de los sentidos) entra mucha más información que la que puede ser analizada. Es importante separar el grano de la paja. Finalmente, los datos que pasan el filtro llegan, mediante prolongaciones de células del tálamo que alcanzan el cerebro, a la corteza visual, situada en el lóbulo occipital (en la zona posterior de la cabeza, justo encima de la nuca). Ahí es donde la imagen del texto comienza su procesamiento definitivo para hacerse consciente (figura 22). Ya ves —nunca mejor dicho—, no deja de ser llamativo que la imagen captada por la región frontal de tu cabeza se envíe para su procesamiento al extremo opuesto, donde en realidad se crea la imagen que percibes.

Figura 22. Etapas del procesamiento encefálico que se realiza al leer un texto en voz alta. Segunda etapa: tu mente consciente interpreta las palabras

Todavía no sabemos cómo emerge la consciencia a partir de la actividad encefálica, pero sí conocemos el papel que representan algunas regiones en aspectos concretos de tu mente consciente. En el caso que nos ocupa, la imagen del texto que ha analizado la corteza visual debe ser interpretada. Es decir, debes reconocer la estructura de la oración y el significado de sus palabras para que el mensaje que portan llegue a tu consciencia. A partir de estudios de pacientes afásicos —que tienen alguna dificultad para hablar o comprender el lenguaje— y de imágenes de resonancia magnética funcional, se ha comprobado que hay una región en el hemisferio izquierdo cuya función principal es la interpretación del lenguaje. Se llama área de Wernicke y está situada un poco por delante de la corteza visual, aproximadamente en la región donde se juntan los lóbulos parietal, temporal y occipital. Por tanto, la información, cuando llega a la parte posterior de tu cabeza, es enviada a continuación de nuevo hacia adelante mediante las prolongaciones neuronales apropiadas. En todo momento tu sistema nervioso está manejando datos provenientes de fuentes diversas. Sin embargo, tu consciencia es única. Para ello es necesario que toda la información se combine, algo que, hasta donde sabemos, ocurre en varias zonas de tu cerebro llamadas áreas de asociación. Los datos que entran por tus órganos sensoriales son procesados primero en regiones concretas de la corteza

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cerebral, pero a continuación esa información sensorial es combinada en el área de asociación parieto-temporo-occipital. No es casualidad que sea ahí donde está situada el área de Wernicke, cuyas neuronas reciben información del lenguaje a través de la visión —o del oído o incluso del tacto en las personas que leen en Braille— y deben acceder también a la memoria semántica. Esa es, por tanto, la región principal donde "comprendemos" lo que leemos. Las lesiones en esa zona producen una incapacidad para comprender el lenguaje llamada afasia de Wernicke. Curiosamente, las personas que la padecen pueden ser muy parlanchinas a pesar de la falta de comprensión, lo que da lugar a un habla desestructurada e incoherente. Una persona con afasia de Wernicke tiene dificultades para decir algo tan sencillo como: "Lléveme al aeropuerto, debo tomar un avión", y en su lugar dirá algo así como: "Tengo ... , tomar, para ir, fuel... fiumm". Como no sé leer japonés, si observo un texto escrito en sus caracteres, percibo la imagen que ha formado mi corteza visual, pero cuando esa información alcanza el área de Wernicke... ahí se queda: soy incapaz de extraer su significado. Sin embargo, las neuronas del área de Wernicke de una persona que sepa leer esos caracteres pueden descifrar el mensaje sin dificultad.

Tercera etapa: el mensaje es enviado a los músculos que generan el habla

La información del texto que lees puede viajar ahora a otros lugares, por ejemplo a las regiones relacionadas con el afianzamiento de la memoria (como el hipocampo). Pero en este breve viaje que estamos haciendo, nuestro objetivo es la producción del habla, así que ahora lo que necesitamos es mover músculos. La corteza prefrontal de tu cerebro es una región clave para tomar las decisiones que van a generar el comportamiento. En el hemisferio izquierdo de esa corteza hay una región que ya conoces, el área de Broca, que tiene como misión principal activar las neuronas que mueven los músculos del habla. De esta manera, desde el área de Wernicke, la señal nerviosa debe viajar hacia adelante para alcanzar el área de Broca, lo que se consigue con las correspondientes prolongaciones neuronales que conectan ambas regiones. Las neuronas del área de Broca generan la secuencia de señales que producirán el habla a través de los músculos de la fonación, pero no contactan de forma directa con los músculos, pues lo que hacen es enviar los resultados de su trabajo a la corteza motora primaria (o M1). Las neuronas de M1 son las encargadas de activar de manera ordenada y coherente las motoneuronas, de pulsar las teclas del movimiento. Así que, en esta etapa final, la señal transita de manera consecutiva del área de Wernicke al área de Broca, y de ahí a M1 para al final llegar a las motoneuronas, que son las verdaderas encargadas de inducir la contracción muscular. Si una persona sufre una lesión en el área de Broca, suele comprender el lenguaje bastante bien, ya que ese trabajo lo hace principalmente el área de Wernicke, pero tiene muchas dificultades para expresarse (sufre una afasia de Broca) debido a la disminución del control sobre los músculos encargados del habla. Esta secuencia de procesos es una simplificación de la exuberante actividad nerviosa que fluye en cada momento por tu encéfalo, pero puede servir para que te hagas una idea de algunos de los procesos que ocurren dentro de tu cabeza entre la entrada de un estímulo sensorial y la producción de un comportamiento. Los distintos sistemas sensoriales activan caminos particulares a través de la inmensa red de conexiones neuronales. En las áreas de asociación se produce una integración entre los distintos sistemas sensoriales, y también entre éstos y la

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información almacenada en la memoria, para a continuación canalizar el flujo de datos hacia la corteza prefrontal, la región encargada de la toma de decisiones. Independientemente de la entrada sensorial y del procesamien« intermedio de la información, la salida para generar un comportamiento es siempre la misma: hay que activar las neuronas de M1 para que éstas, a su vez, activen las motoneuronas adecuadas. Espero que no te hayas perdido entre tantas neuronas, Julia. Si es así, puedes revisar la figura 22, que resume en tres imágenes el proceso que acabo de describir.

El lenguaje de signos

¿Y qué ocurre con las personas sordas? No percibir las palabras a ravés del sistema auditivo impide (o dificulta, ya que también se lee en los labios) el lenguaje hablado, pero no influye en la utilización del lenguaje escrito. Las palabras de la escritura deben tener, por tanto, una correspondencia con las palabras del lenguaje de signos, y aquí surge una interesante cuestión: ¿qué regiones encefálicas usa una persona sorda para producir su lenguaje de signos? ¿Seguirá la información la misma ruta nerviosa que acabo de describir? Parece probable que el área de Wernicke funcione más o nenas igual cuando, por ejemplo, una persona sorda lee un texto escrito. Pero, a la hora de transmitir ese texto mediante signos, ¿envía la información al área de Broca o existe una ruta distinta? Recuerda que el área de Broca esta especializada en coordinar los movimientos que realizan los músculos de la fonación, pero en ese caso se trata de mover músculos de mano, antebrazo, brazo... un conjunto distinto que está controlado por motoneuronas distintas y por neuronas distintas de M1. Sin embargo, las investigaciones han mostrado que el lenguaje de signos se procesa de una manera muy similar al lenguaje hablado: tiene lugar de manera preferente en el hemisferio izquierdo y utiliza las áreas de Wernicke y Broca para la comprensión y ejecución de los signos. Esta similitud se muestra también en los déficits, de tal forma que una persona sorda con el área de Wernicke dañada tendrá dificultades de comprensión y ejecución del lenguaje de signos similar a la que se da en la afasia de Wernicke, y lo mismo ocurre con el área de Broca. ¿Qué sucede con la percepción global de! mundo? ¿Desarrollan las personas sordas una mente distinta por el hecho de usar un lenguaje de signos? Si las distintas lenguas habladas lo hacen, lo más probable es que utilizar una serie de sistemas de comunicación distintos dé lugar también a una mente consciente con una percepción particular del mundo. Además, existen diversas lenguas de signos, por lo que es probable que personas sordas de distintos países generen también mentes con un cierto aroma local.

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El misterio del sueñoNecesitas dormir para seguir viva. Lo haces todos los días o casi todos y, sin embargo, los científicos no tienen todavía una explicación clara de para qué sirve. Durante las fases del sueño profundo dejas de existir de forma consciente como "Julia". A lo largo de la noche desapareces durante períodos más o menos duraderos para volver a surgir de manera fugaz durante esos extraños episodios de las ensoñaciones. Más tarde suena el despertador o te sorprende el agradable canto de un pájaro y "Julia" regresa de nuevo al mundo consciente para quedarse durante unas horas, antes de esfumarse de nuevo al caer la noche o durante la siesta. Nuestra mente consciente va y viene a lo largo de los días, surge y se disipa de nuevo con una facilidad asombrosa. Durante gran parte de la historia de la humanidad el sueño ha sido un completo misterio. Todavía hoy esconde muchos secretos, pero también hemos desvelado aspectos de su función de gran importancia para comprender los mecanismos de la mente. Las mediciones que se han hecho de la actividad eléctrica del encéfalo en las distintas fases del ciclo vigilia-sueño aportan pruebas muy poderosas de que la mente consciente depende de manera inseparable de la actividad neuronal: los patrones de potenciales de acción que generan tus neuronas, esas frases que construyen con descargas eléctricas, varían de manera drástica entre el sueño profundo y la vigilia. Si se conoce la actividad de determinados grupos de neuronas del encéfalo de una persona, es posible saber en qué momento del ciclo vigilia-sueño se encuentra, es decir, es posible saber si su encéfalo está generando un "yo". Por otra parte, el hecho de que cada mañana cuando te despiertas vuelves a ser la misma "Julia" de la noche anterior, y de que te reconozcas como tal, se debe a que la estructura de tu encéfalo apenas ha cambiado. Las complejas redes neuronales, las sinapsis que establecen entre sí y las características funcionales de esas conexiones, que son el sustrato de tu memoria, apenas se han modificado, por lo que sigues siendo la misma persona de un día para otro. Desde luego, toda esa arquitectura funcional va modificándose poco a poco a lo largo de la vida, lo que permite entre otras cosas que aprendas nuevos conceptos y habilidades, pero la transición es tan suave que entre un día y otro no notas esas sutiles modificaciones de tu "yo".

¿Qué hacen tus neuronas cuando duermes?

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En un primer momento, los estudiosos de la mente se dejaron arrastrar por la idea intuitiva de que el sueño era un estado de disminución de la actividad nerviosa, una especie de agotamiento paulatino del metabolismo celular que llevaba poco a poco a ese estado de inconsciencia. Pero resulta que no es así: durante el sueño, aunque hay una disminución metabólica global, las neuronas generan una intensa actividad eléctrica. Lo que ocurre es que esa actividad es, en conjunto y de manera sustancial, distinta de la que tienen cuando estás despierta o experimentando ensoñaciones. Tras estudiar las ondas del electroencefalograma (o EEG, sistema para medir la electricidad global del cerebro) que se suceden en una noche, los neurocientíficos han definido varias fases en el sueño, según sea la profundidad de éste. Para simplificar las cosas voy a referirme aquí tan sólo a dos de ellas, la más profunda (que se llama precisamente sueño profundo) y la que se acerca más a la vigilia (que se denomina sueño REM). En condiciones normales tu encéfalo oscila sin descanso entre ambos extremos, de tal manera que en una noche navegas por ambas fases varias veces. A los pocos minutos de quedarte dormida, tu sueño se va haciendo más y más intenso, de tal forma que en menos de media hora alcanzas el sueño profundo por primera vez en la noche. Es bastante sencillo determinar esa fase en un EEG (figura 23), ya que lo que se observa son unas ondas de gran amplitud y baja frecuencia (por esta razón se llama también sueño de ondas lentas): la señal del EEG sube y baja en un baile continuo, como si dibujara la llegada de las olas a la costa, con un ritmo constante de unas pocas ondas por segundo. Esas ondas lentas pueden tener varias frecuencias de oscilación, pero las más características del sueño profundo son las que forman el llamado ritmo delta, que oscila con una frecuencia de 1 a 4 Hz (recuerda que Hz se refiere a ciclos por segundo). Esta fase dura aproximadamente de 30 a 60 minutos (varía a lo largo de la noche y entre personas de distinta edad), y durante ella tu "yo" no existe. ¿Cómo se generan las ondas del EEG? Para responder a la pregunta, los neurocientíficos tuvieron que realizar registros de neuronas individuales en el interior del encéfalo (ya que el EEG muestra una actividad eléctrica que es la suma de millones de neuronas). Los registros de la actividad eléctrica individual de las neuronas revelaron algo asombroso: durante el sueño profundo las neuronas de tu cerebro no están calladas, sino que la inmensa mayoría tiene una actividad eléctrica muy intensa y bastante llamativa, ya que lo que

Figura 23. Ejemplos de las ondas más relevantes del electroencefalograma (EEG).

hacen es generar ráfagas de potenciales de acción, una detrás de otra, separadas entre sí por períodos de silencio. Emiten secuencias de señales con una frecuencia constante de..., en efecto, 1 a 4 Hz. Pero es que, además, al registrar la actividad de varias neuronas de manera simultánea pudo comprobarse que generan esa secuencia de manera sincronizada, ¡prácticamente todas al mismo tiempo! Por eso,

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al sumarse la electricidad producida por el conjunto de neuronas, se dibujan en el EEG unas ondas rítmicas de gran amplitud. Es decir, el ritmo delta que caracteriza al sueño profundo se debe a la actividad rítmica y sincronizada de millones de neuronas. Pero esa fiesta no dura mucho, y al cabo de un tiempo la actividad eléctrica de las neuronas deja de ser rítmica y sus potenciales de acción se desincronizan, de manera que cada célula se pone a generar señales con una secuencia particular. Es algo similar a lo que ocurre cuando estás despierta y, de hecho, el EEG adopta ahora un aspecto muy similar al de la vigilia, sin grandes oscilaciones de baja frecuencia. Sin embargo, no estás despierta todavía, lo que ocurre es que has entrado en esa fase llamada sueño REM o, también, sueño paradójico (lo de paradójico hace referencia al hecho de que el EEG es básicamente idéntico al de la vigilia, aunque los detalles de la actividad eléctrica individual de las neuronas son distintos en ambos casos). En esta fase ocurre un montón de cosas interesantes, al menos desde el punto de vista de una exploración superficial "a nivel de usuario": tus músculos se paralizan, es muy probable que tengas ensoñaciones, y tus ojos se mueven como si siguieras con atención algún tipo de animada escena (de ese movimiento rápido de los ojos, en inglés rapid eye movement, viene el nombre de REM). Todos los procesos que ocurren durante esa fase están relacionados; fíjate a continuación lo bien que encajan las piezas. El EEG del sueño paradójico es muy similar al de la vigilia, hasta el punto de que durante esa fase tu "yo" vuelve a aparecer debido a dicha actividad. Pero aunque se trata de un "yo" consciente —se trata de "Julia"—, es una consciencia separada del mundo exterior, un "yo" que crea su propia realidad, una "realidad" inventada y extraña a la que llamamos sueños o ensoñaciones. Tu encéfalo construye una mente que viaja por mundos imposibles y que permanece consciente, hasta el punto de que algunas de esas ensoñaciones pueden almacenarse en la memoria y recordarse al despertar. Los ojos se mueven, quizá como si siguieran esas escenas en la vida real, aunque no son más que invenciones. De manera similar a lo que ocurre cuando estás despierta, las órdenes que parten de M1 viajan hacia los músculos de tu cuerpo. Pero... ¡cuidado!, esas órdenes motoras que van hacia tus músculos son para producir movimientos en un mundo que no existe. Por tanto, lo más conveniente para tu organismo es que no realices esos movimientos; en caso contrario durante las ensoñaciones veríamos que mueves los brazos para luchar contra un dragón, o que agitas las piernas para correr hacia un tren de chocolate que se te escapa. No, es mejor tener los músculos quietecitos, y para ello tu sistema nervioso induce durante esa fase del sueño la parálisis de los músculos del tronco y las extremidades (no de todos: algunos, como los responsables de la respiración, siguen funcionando con tranquilidad). Es posible que alguna vez, al comienzo de la noche, cuando estás medio despierta medio dormida, tengas microsueños que te hagan dar pequeñas patadas: es una indicación de que todavía no se ha activado la parálisis de esos músculos y por eso actúas lo que estás soñando. Por la misma razón, al final de la noche también se puede experimentar todo lo contrario: una sensación de parálisis durante los primeros segundos tras el despertar. En este caso lo que ocurre es que la orden de parálisis se ha pasado de frenada y no se ha desactivado a tiempo. Poco después de tu primera fase de sueño REM de la noche, la actividad eléctrica de millones de neuronas encefálicas vuelve a sincronizarse para arrastrarte de nuevo a las oscilaciones delta del sueño profundo. Este ciclo se repite varias veces pero, a medida que avanza la noche, la "bajada" al sueño profundo es menos intensa y más corta y, por el contrario, los períodos que pasas en sueño REM se van haciendo más y más largos. Durante esas fases REM que van

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in crescendo, puedes tener breves instantes de despertar, que normalmente no recuerdas a la mañana siguiente. Las oscilaciones entre el sueño profundo y el sueño REM se producen de una manera bastante ordenada en las personas jóvenes, pero a medida que avanza la edad el ciclo puede sufrir pequeñas variaciones y hacerse más desorganizado, sin una alternancia tan clara y secuencial entre ambos estados. Al final de la noche, las zambullidas en el sueño profundo son escasas y tiende a dominar el sueño REM junto con fases de sueño menos profundas, lo cual termina por desembocar en el despertar.

¿Cuál es la función de todo esto?

No lo sabemos. Puede parecerte extraño, Julia, pero a pesar de la gran cantidad de experimentos que se han realizado para tratar de definir la función del sueño, todavía no hay una respuesta definitiva. Todos necesitamos dormir ya que, si no lo hacemos, al día siguiente nos sentiremos cansados, con pocas ganas de trabajar y escasa capacidad de concentración. Incluso se ha comprobado que algunos animales, como las ratas de laboratorio, mueren antes por falta de sueño que por falta de comida. La demanda que genera nuestro cuerpo para llevarnos de manera irremisible hacia el sueño parece indicar que sus funciones son importantes para la vida. Pero, ¿qué funciones? Antes de nada, conviene saber que no todos los animales duermen o, al menos, no todos lo hacen como nosotros. Se han observado tantos comportamientos distintos que, de hecho, es difícil definir en qué consiste eso de "dormir". En general, se define como un estado de inmovilidad fácilmente reversible en el que hay una respuesta muy baja a los estímulos sensoriales y que, además, cuando se impide o se retrasa la consecución de ese estado, aumenta la necesidad que se tiene de él. Como ves, esta definición es bastante amplia y da para muchos tipos de sueño. Algunos insectos no llegan a cumplir estos requisitos y lo que muestran es una simple inactividad, como las abejas o los escorpiones, mientras que otros parece que tienen un verdadero sueño, como la mosca de la fruta. De manera similar, muchos peces, anfibios y reptiles tienen estados de quietud similares al sueño, pero no llegan a considerarse como tal, aunque algunos investigadores han encontrado pruebas de sueño en algunas especies. Por su parte, en los pájaros se han observado fases similares al sueño profundo y al sueño REM. Pero en este asunto del sueño los animales más estudiados han sido los mamíferos, de los que formamos parte. Y ni siquiera dentro del grupo de los mamíferos es fácil observar un patrón común. Por ejemplo, el sueño REM existe en todos los mamíferos terrestres que se han estudiado, pero las cosas cambian en el mar, ya que esa fase del sueño parece que no existe en los cetáceos (ballenas, delfines, cachalotes, etcétera). Los cetáceos, además, tienen otra característica muy llamativa, y es que ¡duermen con una mitad del cerebro mientras se mantienen despiertos con la otra! En efecto, se observa que las ondas lentas del sueño profundo nunca se producen en los dos hemisferios a la vez, como ocurre con nosotros, sino que alternan: cuando un hemisferio está dormido, el otro tiene la actividad característica de la vigilia. De esa manera pueden nadar de manera activa a pesar de tener medio cerebro en fase de sueño. Resulta también muy llamativo el hecho de que algunos animales que hibernan, como la ardilla ártica, necesitan de vez en cuando "despertarse" de ese estado de sopor y espabilarse un poco para a continuación ponerse a dormir durante un rato. Esta es otra muestra de la gran necesidad que tenemos muchos animales de pasar de manera periódica por esa fase de la actividad neuronal. Para las ardillas supone

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un importante gasto energético, ya que deben salir del estado de hipotermia característico de la hibernación para activar su metabolismo y así poder dormir. Para terminar con estos ejemplos de modalidades de sueño, aquí va uno realmente interesante, que combina el sueño "partido" de los cetáceos con un sueño similar al nuestro. Me refiero a los otáridos, grupo de animales que incluye, por ejemplo, al oso marino y al león marino. Cuando están en tierra, esos animales tienen un sueño como el nuestro, con períodos de sueño REM que alternan con períodos de sueño profundo, en el cual se producen ondas lentas sincronizadas en ambos hemisferios cerebrales. Pero, ¿qué pasa cuando están en el agua? Pues que el tipo de sueño cambia y tienden a mostrar una asimetría similar a la de los delfines, con medio cerebro despierto y el otro dormido. Por alguna razón, en el medio acuático les resulta más eficaz mantener siempre despierta una parte del cerebro, quizá para estar alerta frente a posibles enemigos. El hecho de que exista tanta variedad a la hora de dormir hace todavía más difícil definir con claridad la función del sueño. Es probable que dentro de una misma especie puedan convivir varias funciones, y también es probable que esas funciones varíen entre los distintos grupos animales. Pero —centrándonos un poco—, ¿qué funciones se han propuesto para el sueño? Algunos estudios apuntan a que durante el sueño se produce una especie de bricolaje neuronal, un mantenimiento general del sistema para mantener las células sanas con sus componentes moleculares en buenas condiciones. Durante el sueño de ondas lentas se reduce la tasa metabólica del encéfalo, por lo que se reduce la oxidación (negativa para los tejidos). También aumenta la síntesis de proteínas y se facilita la síntesis de moléculas que son importantes para la protección y reparación celular. Además, hay experimentos que indican que el sueño permite o facilita la neurogénesis, que puede ser importante para el mantenimiento de algunos circuitos encefálicos. Por otra parte, algunos estudios defienden que la principal función del sueño está relacionada con la conservación de energía. Esto explicaría por qué los pequeños mamíferos tienden a dormir más horas que los grandes, ya que así minimizan la pérdida de calor por la superficie del cuerpo, dado que el pequeño tamaño hace más difícil mantener e! calor interno. Otra explicación es que los grandes herbívoros (vaca, caballo, jirafa, elefante, etc.) duermen poco (menos de cinco horas al día) y dedican más tiempo a comer, ya que su dieta es pobre en calorías. Además, durante el sueño se produce una disminución en la excitabilidad neuronal que puede resultar vital. En los seres humanos, la actividad nerviosa a lo largo de! día produce pequeñas modificaciones en las sinapsis que, entre otras cosas, hacen que poco a poco, desde la mañana hasta la noche, vaya aumentando la excitabilidad de las neuronas. Si no se frena de alguna manera la activación de las sinapsis excitadoras, el sistema puede desestabilizarse. El sueño podría ser un mecanismo para bajar el nivel global de actividad y restaurar el equilibrio entre neuronas excitadoras e inhibidoras. Todo ello combinado con la posibilidad de que algunas sinapsis mantengan los cambios recientes para contribuir a la formación de memoria. Para complicar algo más las cosas, la existencia del sueño REM plantea un problema adicional, ya que parece ser más prescindible que el sueño profundo. El hecho de que los mamíferos terrestres tengan largos períodos de sueño REM nada más nacer, y que la duración de esa fase decaiga con el tiempo, parece indicar que está relacionado con el desarrollo de las estructuras encefálicas, y que potencia de alguna manera el establecimiento de conexiones neuronales. Otra hipótesis muy atractiva es la que relaciona el sueño REM con el despertar: este sueño paradójico, en el que el sistema parece estar más despierto que dormido, podría ser una

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manera de preparar las estructuras encefálicas (y resto del organismo) para el momento del despertar: así se accede a la vigilia en un estado de alerta que puede resultar ventajoso, sobre todo si uno se despierta en la selva por los alaridos de algún enemigo. Pero la hipótesis más conocida —y debatida— para explicar la función del sueño es la de su relación con la memoria. Según esta hipótesis, tanto el sueño profundo como el sueño REM favorecen el asentamiento en la memoria de las experiencias que se han tenido durante el día, al tiempo que sirven para eliminar todo lo considerado irrelevante. En multitud de experimentos realizados en seres humanos se ha observado que la privación del sueño tiene efectos negativos en el aprendizaje de tareas visuales, secuencias motoras y otras capacidades cognitivas. Se ha comprobado que las oscilaciones de baja frecuencia características del sueño profundo (como el ritmo delta) son de mayor intensidad precisamente en las regiones cerebrales relacionadas con las tareas recién aprendidas, por lo que esas oscilaciones podrían favorecer la consolidación de las sinapsis que dan lugar a la memoria. En algunos experimentos se ha conseguido facilitar la memoria mediante la aplicación de estimulación eléctrica que simula los ritmos de baja frecuencia cerebrales, una estimulación transcraneal inocua para las personas. Como puedes comprobar, hay hipótesis para todos los gustos. Los neurocientíficos no se ponen de acuerdo ni siquiera respecto a los experimentos que confirman el papel del sueño en la memoria. Como suele pasar en estos casos, es probable que la función no sea única y que dependa de cada especie animal.

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Marcando el ritmoAhora, Julia, vamos a bailar. El director agita su batuta para marcar el paso de la composición musical a todos los miembros de la orquesta y así la ejecución de la pieza resulta armoniosa. Con el ritmo de la batuta se consigue sincronizar los distintos instrumentos y el resultado es una sucesión de acordes que resultan agradables al oído. La música causa placer porque nuestro encéfalo es un experto en detectar armonía y, de hecho, muchas de sus funciones están organizadas por ritmos internos que sincronizan la actividad eléctrica de grupos de neuronas.

El EEG es un detector de sincronización

Un potencial de acción o un potencial sináptico —el efecto sináptico que una neurona produce sobre otra, que explicaré brevemente en el capítulo 22— es un cambio eléctrico de cierta importancia para una neurona, pero si tratamos de medirlo desde el exterior del cráneo resulta insignificante... a no ser que miles de neuronas generen cambios eléctricos de manera sincronizada. Eso ya es otra cosa. La actividad eléctrica neuronal produce perturbaciones en el tejido circundante. Si esa actividad es producida de manera simultánea por miles de neuronas, los cambios eléctricos que difunden a los tejidos vecinos se suman hasta el punto de

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que pueden originar ondas medibles en la superficie de la piel. Las ondas que se observan en un EEG se obtienen colocando unos sensores en la superficie de la cabeza, por lo que las ondas deben atravesar el hueso del cráneo y el cuero cabelludo para ser medidas. Se trata, por tanto, de señales de gran amplitud que reflejan algún tipo de actividad sincronizada. Por el contrario, las señales producidas por neuronas de manera individual o por grupos pequeños de neuronas no originan ondas en el EEG, ya que la perturbación eléctrica conjunta es de tan poca amplitud que se disipa por los tejidos antes de alcanzar la superficie de la piel. (El electrocardiograma o ECG es otro ejemplo de actividad eléctrica que puede ser medida con facilidad en la superficie de la piel: en este caso, las descargas de las fibras musculares del corazón están sincronizadas en extremo y, por esa razón, la típica señal del ECG está formada por señales de amplitud considerable). Al observar un EEG pueden verse ondas aisladas, pero lo más común es que se repitan de manera rítmica y formen oscilaciones. De manera similar a la batuta del director, es precisamente el ritmo lo que favorece la sincronización. Tu cerebro, Julia, está lleno de ritmos.

Acordes de todo tipo

El ritmo delta del que te hablé en el capítulo anterior está formado por ondas de gran amplitud. De hecho, son las señales de mayor amplitud que se detectan en el EEG de una persona sana. Esto indica que durante la fase delta del sueño existe una sincronización masiva de neuronas, agrupadas bajo un ritmo de 1-4 Hz. En esas condiciones, cada célula de tu cerebro deja de lado su función específica (codificar una sensación, mover un músculo, representar una imagen, etc.) y su actividad eléctrica se une al ritmo común. No es de extrañar que, bajo esas condiciones, una pierda la consciencia y se sumerja en un profundo sueño: ¡tus neuronas han abandonado su función específica y se han puesto a bailar! Al pasar del sueño profundo al despertar, ese ritmo global que contagia a todo el encéfalo desaparece: las neuronas se desincronizan y cada una se pone a realizar su trabajo concreto. Esta es la razón de que el EEG de una persona despierta no muestre ondas de gran amplitud, ya que su actividad eléctrica global está poco sincronizada. Aun así, los neurocientíficos han descubierto que las minúsculas ondas del EEG en estado de vigilia oscilan también con ritmos característicos, que suelen estar entre los 10 y los 150 Hz. Esos ritmos deben provenir de algún tipo de actividad neuronal, como en efecto se ha comprobado: en momentos de atención, lo más común es que algunas neuronas del cerebro —las que deban activarse en ese preciso momento— lo hagan embebidas en un ritmo que ronda los 40 Hz: es el llamado ritmo gamma. Por tanto, cuando estás despierta tus neuronas también bailan, pero en este caso los grupos que forman son mucho más pequeños, y por eso la amplitud de las ondas eléctricas del EEG es minúscula. Entre estos dos extremos, entre el sueño profundo y el despabilamiento de la vigilia, hay varios pasos intermedios que muestran asimismo unos ritmos y unos niveles de sincronización propios. Piensa, por ejemplo, en esos momentos en que no sabes muy bien si estás despierta o dormida, cuando estás cómodamente instalada en el sofá y en la tele hay una película aburrida: las neuronas de tu encéfalo no saben si seguir trabajando con los ritmos típicos de la vigilia o si ponerse a bailar todas juntas al ritmo de la oscilación delta. El EEG de esos momentos de transición muestra unas ondas de amplitud media, entre las que destaca un ritmo de 9 a 15 Hz, que aparecen y desaparecen con suavidad: crecen y decrecen como si fueran intentos de entrar en el sueño profundo. Se llaman ondas

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en huso debido a la forma que tienen, creciente y decreciente, como un huso (ve la figura 23 en la página 53). Además de estos ritmos que marcan el paso de las neuronas del cerebro, se han observado oscilaciones en otras regiones encefálicas. Es muy conocido, por ejemplo, el ritmo de 10 Hz que despliegan las neuronas de la oliva inferior, un núcleo de células que se encuentra en el tronco del encéfalo que está implicado en el control de los movimientos. Podemos imaginarlo como un director de orquesta especializado en marcar el paso de las células que controlan tus músculos.

Relojes internos

El descubrimiento de que muchas funciones del encéfalo están relacionadas con algún tipo de oscilación rítmica ha llevado a los neurocientíficos a plantear la existencia de relojes biológicos, que estarían encargados de marcar el paso o los distintos pasos de la actividad mental. El ritmo gamma de 40 Hz se ha relacionado con la emergencia de la mente consciente, ya que se hace más relevante (aumenta el número de neuronas que lo poseen) durante los momentos de atención. Según una de las hipótesis que se maneja, este ritmo serviría para sincronizar en cada momento las distintas neuronas implicadas en una operación cognitiva concreta, de tal manera que la sincronización funcione como un mecanismo de cohesión. Al hablar de la memoria en un capítulo anterior, utilicé el ejemplo de un panel luminoso, donde las bombillas representan neuronas. El "encendido" simultáneo de un grupo de neuronas sería la manera de traer a la mente un concepto determinado, por ejemplo "bicicleta". Según lo que te cuento ahora, ese encendido simultáneo se consigue cuando todas las neuronas implicadas oscilan con una frecuencia concreta de unos 40 Hz. Al parecer, la función de cohesión de ese ritmo no se limita a la memoria, sino que se extiende a todas las neuronas que participan en la construcción de la percepción consciente. En cada instante, el ritmo gamma lo posee un porcentaje pequeño de neuronas distribuidas por gran parte del encéfalo. Según esta idea, la película de nuestra vida mental sería una sucesión de fotogramas que pasan a 40 Hz. Cada fotograma estaría formado por grupos de neuronas que, al activarse de manera simultánea, hacen emerger una percepción concreta.

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El problema mente-cuerpoEn 2003 el estadounidense Terry Wallis se despertó tras haber pasado 19 años "desaparecido" en un estado de consciencia mínima en que quedó sumido tras un accidente. Por su mente no había pasado el tiempo, y al recuperar la consciencia creía que estaba todavía en 1984. Su compatriota Gary Dockery (1954-1997), tras más de 7 años en estado vegetativo, se despertó un día y pasó las primeras horas hablando sin parar, pero su consciencia volvió a desvanecerse al día siguiente. En casos como estos, o cuando nos hallamos en el sueño profundo, ¿a dónde se va nuestro "yo"? A estas alturas del libro, es probable que se te haya aclarado algo una de las cuestiones más importantes para cualquier persona que se pare a reflexionar un poco sobre la mente humana, sobre ese misterioso e intangible "yo" que todos tenemos o, casi mejor que a todos "nos sale": ¿De dónde procede? ¿Cómo se genera? ¿Cuál es su relación con el cuerpo? Si piensas un poco sobre lo dicho en los capítulos anteriores, lo más probable es que llegues a la misma conclusión que la mayoría de los neurocientíficos actuales: el "yo" es el producto de la actividad metabólica y eléctrica del encéfalo y el resto de estructuras del sistema nervioso. Al perder la consciencia, el "yo" no se va a ninguna parte: simplemente deja de ser generado por la actividad neuronal. Se desvanece. La enorme cantidad de información que hemos acumulado en los últimos 100 años sobre el sistema nervios conduce a esa conclusión de manera natural. El resultado del conocimiento científico deposita con suavidad sus productos como las olas del mar depositan objetos en la playa: no es necesario recurrir a contorsiones mentales ni ideas absurdas sin fundamento. Sin embargo, esto que a ti ya mí nos parece evidente, no ha sio siempre así, e incluso hoy, a pesar de toda la información científica que tenemos, hay mucha gente que opta por una expliación mística para la mente.

Almas inmortales

Durante gran parte de la historia de la humanidad, la mente ha sido un completo misterio. La mayoría de las religiones y muchas corrientes filosóficas trazaron una separación clara entre el cuerpo y la mente (o alma, o "yo"). Según esas ideas, el cuerpo es algo físico y tangible, pero la mente tiene una existencia independiente que incluso puede sobrevivir al cuerpo. Esas no son ideas científicas, elaboradas a partir de razonamientos lógicos comprobados de forma experimental. Son creencias elaboradas a partir de la desorientación, el desconocimiento, el miedo y la necesidad que todos tenemos de dar sentido a nuestra existencia. Que existieran esas creencias hace cientos de años es comprensible, al fin y al cabo la neurociencia es una disciplina muy reciente. Hace 200 años apenas se conocía la estructura del sistema nervioso y cualquier idea sobre su funcionamiento era pura especulación. Ni siquiera se tenía muy claro si la mente se relacionaba con el corazón o con lo que hay dentro del cráneo, y cuando se comenzó a tener claro que debía estar relacionada con el encéfalo, se dio más importancia a los espacios "vacíos" (los ventrículos del encéfalo) que al propio

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tejido nervioso, probablemente porque los ventrículos, que se creía estaban llenos de aire, cuadraban mejor con el carácter etéreo de la mente.

Problema, ¿qué problema?

A la supuesta separación entre la mente y el resto del cuerpo se la denomina dualismo, algo que plantea un problema que ha traído de cabeza (nunca mejor dicho) a muchos filósofos y pensadores: si son dos cosas distintas, ¿cómo se relacionan? ¿De qué manera se introduce el alma inmortal en el cuerpo humano? ¿Cómo hace la mente para controlar la actividad del encéfalo? Sin embargo, hoy en día no existe ningún problema para la mayoría de los neurocientíficos. Bueno, sí, hay muchos problemas pero son de otro tipo. En realidad no tiene sentido plantearse siquiera el "problema", ya que la mente y el cuerpo, en concreto el sistema nervioso, son la misma cosa. La mente consciente, el "yo", es una propiedad que surge a partir del funcionamiento eléctrico y químico del encéfalo. Las pruebas son abundantes, y muchas las hemos visto a lo largo de este libro, pruebas que repasaré a continuación. El verdadero problema de la neurociencia actual consiste en explicar cómo surge la mente a partir de la actividad encefálica, tarea que no resulta nada fácil. Recuerda, Julia, que estamos hablando de la estructura más compleja que conocemos y que el resultado de su actividad da lugar a cosas tan extrañas como la poesía o el enamoramiento.

El encéfalo y la mente son la misma cosa

No es posible separar la mente de la estructura que la crea. Hay muchos ejemplos que muestran esa relación o, mejor, esa identidad entre estructura y función. Pensemos en la memoria autobiográfica: acompaña a nuestro "yo" a lo largo de casi toda la vida. No tenemos memoria de los primeros años, ya que las conexiones neuronales durante ese tiempo están todavía perfilándose, cambiando a un ritmo que luego se vuelve más pausado. La relativa solidez de esas conexiones durante la etapa adulta sostiene los recuerdos, a vez que mantiene una cierta plasticidad que nos permite seguir aprendiendo. A lo largo del tiempo las neuronas van muriendo poco a poco, una pérdida que pueden acelerar algunas enfermedades de la vejez como el alzhéimer, Con las neuronas también se van los recuerdos y el "yo" se diluye poco a poco. Pero no hace falta recurrir a una enfermedad como el alzhéimer para buscar un ejemplo de pérdida del "yo" que se relacione de manera nítida con el tejido encefálico. Todos experimentamos una desaparición del "yo" cada vez que nos quedamos profundamente dormidos. En este caso, lo que se modifica no es el número de neuronas o las conexiones anatómicas entre ellas, lo que ocurre es un cambio en la función. El hecho de que la actividad neuronal pase de un ritmo de 40 Hz a uno de 1-4 Hz, que afecta a gran parte del encéfalo debido a una sincronización masiva, hace que perdamos la consciencia. Estos ejemplos muestran que tanto la estructura global como el funcionamiento global del encéfalo están relacionados con la mente. Por otra parte, también es posible relacionar algunas zonas concretas del encéfalo con funciones o percepciones particulares. Antes del uso de las modernas técnicas de imagen, los neurocientíficos identificaban funciones específicas en el encéfalo a partir de lesiones traumáticas o de eliminación quirúrgica de tejido. Por ejemplo, en capítulos anteriores hemos visto que en el lóbulo frontal del cerebro hay una zona relacionada con el habla (el área de Broca, descubierta a partir de pacientes con lesiones en esa región) o que el hipocampo está ligado con claridad al

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almacenamiento de los recuerdos a largo plazo (relación anatómico-funcional que se puso de manifiesto tras la operación que sufrió Henry Molaison, el famoso paciente HM). Hoy en día existen mapas encefálicos que asignan con más o menos precisión distintas funciones a la complicada anatomía neuronal, lo cual elimina algunas dudas que pudieran quedar sobre la identidad entre el encéfalo físico y los distintos aspectos de nuestra mente consciente o las distintas capacidades cognitivas, llegándose incluso a identificar regiones cerebrales implicadas en la creación de percepciones de tipo místico. Arreglando la mente

Si nuestra mente es el producto de una máquina que llevamos dentro del cráneo, entonces puede ser modificada mediante cirugía o fármacos. Uno de los grandes logros de esta aproximación materialista al estudio de la mente es el desarrollo de fármacos o procedimientos que curen o mejoren los males. No deja de ser sorprendente el hecho de que la ingesta de una sustancia química pueda modificar de forma notable el estado mental y las capacidades cognitivas de una persona, como veremos en el capítulo 17. Este hecho es también una demostración más de la relación existente entre la parte física y la percepción subjetiva del "yo".

Sueño, coma, estado vegetativo y estado de mínima consciencia

Durante el sueño profundo el "yo" desaparece de manera temporal pero puede volver a emerger con rapidez y facilidad, por ejemplo si suena el despertador. Estos cambios tan rápidos en los niveles d consciencia son normales en un encéfalo sano y todos los experimentamos a lo largo de una jornada de 24 horas. Por el contrario, si el encéfalo sufre un traumatismo importante, puede perderse la consciencia durante semanas o incluso años. Para que aparezca el "yo", y una persona tenga consciencia de su existencia, se necesitan dos cosas: por un lado, que la persona esté despierta (es decir, que se encuentre en estado de vigilia) y, por otro, que la persona se entere de que está despierta (es decir, que la vigilia vaya acompañada de autoconsciencia). Estas dos condiciones no se dan siempre. Durante el sueño profundo y la anestesia general, los niveles de vigilia y consciencia son bajos. Durante las ensoñaciones del sueño REM, la vigilia sigue bajo mínimos, pero el nivel de consciencia es algo mayor. A partir de cualquiera de esos estados del sueño puede darse una transición rápida a la vigilia consciente. Sin embargo, tras una lesión grave puede entrarse en coma, un estado en que la vigilia y la consciencia están en sus valores mínimos (no existen) y que dura como mucho de dos a cinco semanas. Si la persona sobrevive al coma, en muchos casos se produce una recuperación rápida de los niveles normales de actividad, pero en otros puede pasarse a un estado intermedio cuya duración es muy variable. Me refiero al estado vegetativo y al estado de mínima consciencia. En el estado vegetativo se da una circunstancia paradójica: la persona se encuentra en vigilia (cumple una de las dos condiciones que te comenté del "yo"), la actividad de sus neuronas indica que está despierta (el EEG indica ese estado) y, además, puede abrir los ojos tras un estímulo o también de manera espontánea. Sin embargo, no existe consciencia (falta la segunda condición), el paciente no se da cuenta de lo que ocurre y los movimientos que realiza son reflejos. Si se produce una pequeña recuperación, el paciente puede pasar al llamado estado de mínima consciencia, donde ya existen respuestas emocionales que indican que la persona se da cuenta en cierta medida de su entorno. En cualquier caso, no son

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categorías que se puedan definir con claridad, ya que la mente no sabe de eso. Lo que tampoco es posible conocer con seguridad es la duración de cualquiera de esos estados. Pueden llevar a una recuperación al cabo de meses o años... o convertirse en permanentes. ¿Qué pasa en el encéfalo de una persona en estado vegetativo para que muestre vigilia pero no consciencia? No se sabe con certeza, pero la hipótesis actual es que se trata de un problema de conexiones. Las neuronas funcionan bien de manera individual, lo cual origina un EEG similar al de la vigilia, pero no se conectan entre sí de manera coordinada, no se sincronizan bien, y por esa razón no emerge la consciencia. Es algo similar a querer convocar una manifestación por teléfonos móviles un día en que las operadoras no funcionan: cada teléfono individual funciona de maravilla, pero no es posible ponerse de acuerdo para acudir a un lugar y manifestarse: no hay coordinación por falta de comunicación.

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Mente animal¿Has convivido alguna vez con un perro o un gato, Julia? Son animales realmente inteligentes, cada uno a su manera. Pero, ¿qué queremos decir cuando nos

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referimos a ellos como "inteligentes"? ¿Son robots muy especializados? ¿Poseen memoria autobiográfica? ¿Son seres con una mente como la nuestra o es de otra naturaleza? Y si su mente no es como la nuestra, ¿cómo es? Cualquiera de estas preguntas es muy complicada de responder. De hecho, si adoptáramos una filosofía rigurosa no podríamos contestar a estas preguntas, ni siquiera las referentes a otros seres humanos, ya que la única mente que cada uno de nosotros conoce con certeza es la suya propia. Asumimos que las otras persona tienen una mente consciente que surge de manera similar a la nuestra y que interpreta el mundo de manera similar. (Esto te puede parecer una bobada, por ser demasiado evidente, pero no lo es tanto: es un tema importante de estudio en filosofía y en las ciencia cognitivas que se llama "teoría de la mente"). Cualquier descripción que hagamos de la mente de otros animales —incluidos otro: seres humanos— es una inferencia que tiene más o menos probabilidades de acercarse a la realidad, todo depende del nivel de conocimiento al que lleguemos. En el caso de los otros seres humanos disponemos de una herramienta muy poderosa de comunicación: el lenguaje. A través del lenguaje una persona puede dar a conocer a otras personas muchos aspectos de su mente consciente. Con los animales no podemos hacer ni remotamente algo similar. Las distintas especies animales tampoco se comunican entre sí, hasta donde sabemos, mediante algo tan sofisticado como el lenguaje humano. Debido a esto, las explicaciones que se han propuesto sobre la mente y la consciencia de los animales son simples conjeturas. Muchas de ellas serán correctas y otras no. Es un terreno resbaladizo, que no se ha hecho mucho más firme tras más de 2000 años de filosofía y varios siglos de ciencia.

Del reflejo a la autoconsciencia

En el reino animal hay sistemas nerviosos para todos los gustos, desde redes celulares muy simples que funcionan sólo de manera refleja hasta sistemas como el que usas para leer este libro, que te permite tener consciencia de tu propia existencia. Desde este punto de vista, el comportamiento de los animales pertrechados con los sistemas más sencillos consiste en una sucesión de reflejos, de respuestas estereotipadas a la interacción con el medio. Las conexiones sinápticas pueden modificarse en función de los estímulos y generar aprendizaje, pero es un aprendizaje inconsciente. Son estructuras vivas que pueden responder a estímulos y moverse, una especie de robots biológicos, pero con la misma probabilidad de poseer autoconsciencia que una lechuga. Entre esos sistemas con una organización básica y los más complejos hay todo un continuum, un enorme abanico de combinaciones neuronales en el cual en algún punto (o en alguna región) debe emerger la mente autoconsciente, la percepción consciente de que uno existe. Los especialistas en el estudio de la consciencia humana diferencian varios niveles de complejidad y funcionamiento que originarían distintos estados de manera sucesiva a medida que se aumenta el grado de complejidad. Una clasificación es, por ejemplo, ésta: vigilia, mente, proto-yo, yo-central y yo-autobiográfico. Según esta clasificación, el yo-autobiográfico sería equivalente a la mente autoconsciente. Como ya te comenté en la introducción, en este libro, para simplificar, me refiero al "yo", a la "mente", a la "mente consciente" y a la "mente autoconsciente" como si fueran sinónimos, diferentes de los sistemas nerviosos que carecen de autoconsciencia.

El club de los autoconscientes

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A los neurocientíficos —y a muchas otras personas— les interesa mucho conocer si hay otros animales distintos del ser humano que posean un "yo" consciente de su existencia. Aunque es un tema de estudio complicado, con un poco de paciencia e ingenio es posible sacar algunas conclusiones.

Al psicólogo norteamericano Gordon Gallup se le ocurrió un test muy sencillo que se ha usado para comprobar si un animal tiene autoconsciencia: el test del espejo. Lo que hizo fue introducir un espejo en un recinto con varios chimpancés. Después de 10 días en que los animales "congeniaron" con el espejo, los chimpancés fueron anestesiados, momento que se aprovechó para pintarles con un rotulador rojo dos puntos, uno en la cara y otro en una oreja. Luego se dejó que despertaran y se les volvió a poner el espejo. ¿Qué hicieron los chimpancés al ver esos puntos rojos que antes no estaban? ¿Les llamó la atención o pasaron de ellos? Los chimpancés mostraron interés en las marcas, ya que las tocaban de manera repetida, pero, además, y esto es lo más revelador, no tocaban los puntos de la imagen reflejada en el espejo, ¡sino en su propia cabeza! Esto parece indicar que eran conscientes de que lo que veían en el espejo era su propia imagen y que, por tanto, son animales que poseen un "yo" autoconsciente. Cuando Gallup realizó la misma prueba a tres especies distintas de macacos, el resultado fue negativo: ninguno de esos animales dio muestras de identificarse con la imagen del espejo. La autoconsciencia, al menos la reflejada mediante el test del espejo, no es una propiedad muy común. Hasta el momento, sólo un puñado de especies han pasado con éxito la prueba: algunos primates como el gorila y el chimpancé, delfines, orcas, elefantes y urracas. Esto muestra que la emergencia de una mente consciente no es una propiedad exclusiva del ser humano, y que puede surgir en otros animales con encéfalos de cierta complejidad. Pero al mismo tiempo indica que la inteligencia —o lo que solemos considerar como tal— no es suficiente para que aparezca la mente consciente, ya que ninguno de nuestros espabilados compañeros domésticos, como perros y gatos, pasa el test del espejo. Aun así, hay que tener en cuenta que el hecho de no pasar este test no indica de manera definitiva que un animal no posea autoconsciencia. La utilidad del test es cuestionable, por ejemplo, en aquellas especies que dan poca importancia a los estímulos visuales.

¿Dónde está la diferencia?

Aparte de la existencia o no de autoconsciencia, las distintas especies animales muestran capacidades cognitivas muy distintas, incluso entre parientes próximos, como humanos, gorilas y babuinos, las diferencias son evidentes. Al comparar las características anatómicas de los encéfalos de distintas especies, se observan diferencias de muchos tipos en e! tamaño, la densidad de neuronas, el grado de plegamiento de la corteza, etcétera. Existe una correlación entre e! tamaño del animal y el tamaño de su encéfalo, de tal manera que los animales más grandes tienen encéfalos mayores. Los seres humanos tenemos un encéfalo con un tamaño que es un poco superior al que nos correspondería según esta correlación, pero la inteligencia y el resto de capacidades cognitivas no parecen depender del tamaño. Las ballenas y los elefantes tienen encéfalos mayores que los nuestros y algunos cálculos les asignaban un número mayor de neuronas. Sin embargo, los estudios más recientes indican que, a pesar de su tamaño, los encéfalos de esos animales contienen menos neuronas. Para que un encéfalo origine una mente consciente tan compleja como la nuestra parece que es más importante el número total de neuronas y la arquitectura del sistema que el tamaño. Se ha observado que en el encéfalo humano las neuronas

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están más empaquetadas que en otros animales con encéfalos de tamaño similar. Es probable que muchas de las redes que se establecen entre nuestras células sean también cualitativamente distintas y permitan un nivel de procesamiento de la información lo suficientemente elaborado como para que emerja una mente como la nuestra, capaz de producir un sistema de comunicación como el lenguaje. Mediante el lenguaje los seres humanos logramos un nivel muy destacado de interacción social y de intercambio de información cultural, lo cual repercute en la construcción de un "yo" personal e intransferible.

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Moléculas que cambian el "yo"Los seres humanos han probado a lo largo de su existencia todo tipo de plantas y animales. El hambre es el hambre. De vez en cuando, y por pura casualidad, en una comida se colaba una sustancia química que causaba un cambio en el estado mental de un ser humano, sorprendido y desorientado por tan extraño acontecimiento Si sobrevivía al mal (o buen) trago, y era lo suficientemente sagaz para relacionar la comida con el cambio experimentado, podía contar a los demás que había descubierto una nueva manera de cambiar el "yo", una droga que altera la función normal del encéfalo. Otras veces la droga descubierta no modificaba el nivel de consciencia, sino que producía algún otro efecto en el funcionamiento normal del sistema nervioso, como paralizar los músculos, una propiedad que algunos pueblos de la Amazonia descubrieron en el curare, un veneno que se extrae de varios tipos de plantas. Al ser humano le gusta experimentar con su mente y siente atracción por cualquier sustancia que modifique de alguna manera el estado normal de vigilia, algo que no deja de resultar llamativo, pues se abandona en mayor o menor medida el tan preciado "yo" autoconsciente. El uso de drogas que alteran la actividad cerebral es una práctica común en la historia de los pueblos. Se trata de sustancias usadas de forma tradicional como pasaporte para todo tipo de rituales y festejos, pero en la actualidad también como herramientas terapéuticas para tratar enfermedades neurológicas psiquiátricas. Hay una gran variedad de sustancias químicas que pueden interaccionar con la actividad neuronal y modificarla. Esto ocurre, por ejemplo, con los antidepresivos, que buscan un cambio controlado del sistema nervioso. Sin embargo, muchas otras sustancias no se usan por indicación médica o se toman de forma inadvertida, sino que las personas se intoxican de manera voluntaria con sustancias que producen cambios en su mente que por alguna razón es resultan atractivos. Entre las más conocidas están el alcohol, la nicotina (presente en el tabaco), el THC

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(tetrahidrocannabinol, un componente de la marihuana), la cocaína (que se obtiene de la planta de coca), la heroína (que se extrae a partir de una amapola), el MDMA (metilendioximetanfetamina, también llamado éxtasis), etc. El problema con las sustancias que afectan al sistema nervioso es que se modifica la propia máquina de tomar decisiones y de guiar el comportamiento, modificaciones que en algunos casos se hacen permanentes. Esto puede conducir en muchos casos a un círculo vicioso donde la persona no toma más decisiones que la de seguir anulando su toma de decisiones, de manera que el sistema nervioso termina siendo esclavo de una sustancia química poco útil para la supervivencia. La clave de todo está en las sinapsis químicas y en el hecho de que entre una neurona y otra existe un pequeño espacio rellenado por líquido extracelular, como cualquier otro espacio entre células. El estado de tu mente depende de la actividad neuronal, pero esa actividad depende a su vez de las sustancias químicas (neurotransmisores) que se liberan en los billones de sinapsis de tu encéfalo. La conclusión es bastante chocante e interesante: tu estado mental depende de una sopa química. El líquido extracelular que hay entre tus neuronas es un brebaje preparado con extremo cuidado por tus células, un caldo refinadísimo muy sensible a cualquier cambio de composición, por minúsculo que sea. En la mayoría de tejidos de tu cuerpo las sustancias que circulan en la sangre pueden pasar con facilidad al líquido extracelular. De hecho, esa es una de las principales funciones de la sangre: distribuir sustancias nutritivas, enzimas y otras moléculas por todo el cuerpo. Pero el SNC es distinto: a su interior no puede pasar cualquier cosa. La composición de la sopa química encefálica debe ser mimada con sumo cuidado, ya que de ella depende el funcionamiento de las neuronas (el funcionamiento de todas las células del cuerpo depende de su entorno químico, pero el SNC merece especial cuidado dado su importante papel de control y el hecho de que las sinapsis sean extremadamente sensibles a minúsculos cambios moleculares). Esta es la razón de que entre los vasos sanguíneos y las células del SNC exista una barrera de control, la barrera hematoencefálica, que actúa como un filtro que sólo permite el paso de unas sustancias privilegiadas.

Cocina molecular

¿Cuál es tu comida preferida, Julia? ¿Y la bebida? Cada uno de nosotros tiene unas preferencias por texturas y sabores que proporcionan una sensación de placer con el objetivo de que introduzcamos determinados complejos químicos en el interior del cuerpo. A lo largo del tracto digestivo los alimentos se rompen en moléculas de pequeño tamaño para que puedan pasar a la sangre y distribuirse con facilidad por todo el organismo. En una comida introduces en el cuerpo una enorme diversidad de sustancias químicas. Muchas pasarán sin dificultad a la sangre, muchas otras no serán admitidas y seguirán su paseo por el tracto digestivo hasta volver a salir al exterior. El caso es que, después de cada comida, tu sangre se puebla de una colorida fauna molecular que provocará distintos efectos en tu cuerpo. La gran mayoría de esas sustancias no tienen consecuencias en las sinapsis de tu encéfalo, bien porque no se les permite entrar bien porque, aunque pasen la barrera hematoencefálica, no interaccionan de ninguna manera con los componentes químicos y los receptores que hay en las sinapsis. Con las cosas del encéfalo no se juega, y si hay algún átomo o molécula que active algún componente de las sinapsis (un neurotransmisor, por ejemplo), este debe ser controlado y regulado por las propias neuronas o por las células gliales.

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Como te decía, a lo largo de la historia de la humanidad se han descubierto, por casualidad o de manera premeditada y controlada, sustancias químicas ajenas a la dieta habitual que pueden colarse en el interior del encéfalo, difundir por el líquido extracelular y modificar el funcionamiento normal de las sinapsis. Esta pequeña invasión molecular provocará un cambio en el estado mental o alguna otra modificación más sutil que puede no ser percibida de manera consciente. El líquido extracelular que circula libre entre las sinapsis químicas permite este acceso más o menos directo entre el mundo exterior y la mente. Pero, ¿de qué manera pueden las drogas alterar la actividad de una sinapsis? Tienen varias vías. Repasemos el funcionamiento de una sinapsis química, pero con algunos detalles más que nos interesan en este momento.

El engranaje sináptico

En la comunicación sináptica, una neurona libera al exterior una sustancia química llamada neurotransmisor. El neurotransmisor está guardado en vesículas en el interior del axón. Para ser liberado, las vesículas se acercan a la membrana celular, se funden con ésta y se abren al exterior. Esto ocurre cada vez que un potencial de acción llega al extremo donde está la sinapsis. En las sinapsis químicas las dos células están muy muy próximas pero, aun así, hay un pequeño espacio con líquido extracelular en el cual difunde el neurotransmisor: esta es la sopa química de la que te hablaba antes. La célula que recibe el mensaje tiene en su superficie moléculas receptoras, a las que se acopla de manera específica el neurotransmisor como una llave en su cerradura. Esta unión provoca algún cambio en la célula receptora. Et voila! La comunicación entre las dos neuronas ha tenido lugar. Utilizo "neurotransmisor" en singular para indicar que se trata de un tipo concreto de molécula, ya que hay muchos tipos de neurotransmisores, pero debes tener claro que en cada activación sináptica no se libera una única molécula sino muchas, que se unen a los receptores que hay en la otra célula. Esta unión neurotransmisor-receptor, llave-cerradura, dura muy poco tiempo, milésimas de segundo. A continuación el neurotransmisor se separa y es eliminado. Debe ser eliminado, ya que de lo contrario volvería a actuar una y otra vez y la cosa se nos iría de las manos. ¿Cómo se elimina? Hay varias maneras, que dependen del tipo concreto de sinapsis. En algunos casos vuelve a ser captado por la neurona que lo liberó o por alguna otra neurona vecina a través de unos canales que lo bombean a su interior. Otras es captado por las células gliales que rodean la sinapsis. También existe la posibilidad de que el neurotransmisor sea "desactivado" por moléculas de una enzima específica disueltas en el líquido extracelular. En todos los casos la actuación del neurotransmisor es "visto y no visto": es liberado, se une al receptor, se separa del receptor y se quita de en medio. Una actuación rápida, limpia y sin dejar rastro. Cualquiera de estos pasos puede ser alterado por una droga.

Talones de Aquiles

Si la comunicación entre las neuronas estuviera encapsulada de alguna manera —bueno, en algunos casos es así, pero son los menos—, sería mucho más difícil hincarle el diente, pero resulta que se hace a través del líquido extracelular, a la vista de cualquier otra molécula que pase por allí. Consiste, además, en una comunicación en la que intervienen varios tipos de moléculas (neurotransmisor, receptor, canales de bombeo, enzimas, etc.), de manera que si alguna molécula foránea, como una droga, quisiera sabotear ese diálogo podría hacerlo a través de

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varios de esos talones de Aquiles. De hecho, lo hacen, y por cada tipo de sinapsis hay potencialmente tantas drogas como los talones de que hablo. Es importante que te haga aquí una pequeña aclaración: el término "droga" lo uso como "sustancia que altera el funcionamiento normal del sistema nervioso", y en concreto de la comunicación sináptica. Hay drogas que se usan para mejorar los síntomas de pacientes con párkinson, pues alteran de una manera controlada y deseada algunas sinapsis. Otras se usan para tratar algunos tipos de depresión, o problemas cardíacos (hay sinapsis entre el sistema nervioso y el músculo del corazón), como paralizante muscular, etc. Y también hay drogas que se usan por divertimento o cualquier otra razón, como el alcohol y muchas otras. En el lenguaje popular el término "droga" se usa para hacer referencia tan sólo a este último tipo de sustancias. Sin embargo, aquí lo uso para referirme a todas.

Cómo modificar una sinapsis

Así pues, según te comentaba, hay varias opciones para alterar el funcionamiento de las sinapsis. Una de ellas consiste en modificar la liberación del neurotransmisor para hacer que salgan al espacio sináptico más o menos moléculas. Otra forma de cambiar la función de una sinapsis consiste en actuar sobre las moléculas receptoras del neurotransmisor, y aquí hay varias opciones. Una sustancia puede, por ejemplo, bloquear la unión neurotransmisor-receptor si tiene la propiedad de unirse al receptor y quedarse ahí estorbando, tapando la cerradura: es lo que se llama un fármaco antagonista. Un ejemplo es el propranolol, un fármaco que bloquea los receptores de adrenalina y que se usa para muchas cosas, como el tratamiento de la hipertensión y la ansiedad. También existen sustancias que se unen al receptor pero que no estorban sino que imitan la función del neurotransmisor y, por tano, activan esa sinapsis: a esas moléculas se les llama agonistas. Un ejemplo es la nicotina, que actúa como agonista de los receptores de acetilcolina y origina en pequeñas dosis multitud de efectos, entre ellos una estimulación del SNC (figura 24). Cuando las moléculas del neurotransmisor han hecho su trabajo, deben ser eliminadas del espacio sináptico, y una forma de hacerlo es bombeándolas hacia el interior de la neurona que las liberó o alguna otra célula

Figura 24. Ejemplos de funcionamiento de una sinapsis en situación normal (arriba) y al añadir fármacos antagonistas y agonistas (abajo).

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vecina. Esto se hace a través de unos canales específicos. Algunas drogas, como la cocaína, bloquean esos canales, por lo que el neurotransmisor no es eliminado y continúa haciendo su función con más intensidad y durante más tiempo de normal (en el caso de la cocaína, se modifican las sinapsis que usa un neurotransmisor llamado dopamina). Otro ejemplo de este tipo de sustancias son los antidepresivos más comunes, como el Prozac, que actúan mediante el bloqueo de la recaptación de neurotransmisor serotonina, por lo que aumentan su concentración en las sinapsis.

Algunos neurotransmisores son eliminados mediante su ruptura química: dejan de funcionar porque dejan de existir. Esto es lo que le ocurre a la acetilcolina, el neurotransmisor que liberan la neuronas que activan tus músculos esqueléticos. Cuando contraes un músculo, éste recibe una pequeña ducha de moléculas de acetilcolina, pero el neurotransmisor debe ser eliminado con rapidez de alguna manera para que el músculo no siga contrayéndose de forma incontrolada. En el espacio sináptico hay una molécula (una enzima) que rompe la acetilcolina y así termina el proceso. Hay drogas —como la neostigmina, que se usa para tratar la miastenia gravis, una enfermedad de la que te hablaré más adelante, o el gas sarín, usado como arma química— que inactivan la enzima de tal forma que la acetilcolina no es destruida y actúa durante más tiempo del normal. El hecho de que se use como arma química se debe a que el bloqueo indiscriminado de la enzima produce espasmos que, si afectan a los músculos respiratorios, pueden causar la muerte. La máquina de la mente depende de manera crítica de la composición química que hay en sus billones de espacios sinápticos. Al formar parte del líquido extracelular, el contenido del líquido sináptico puede modificarse con facilidad por cualquier sustancia que atraviese la barrera hematoencefálica. Estas drogas pueden usarse para tratar de reparar algún problema en el funcionamiento del SNC pero también para cambiar la mente consciente. En las conexiones químicas de tu encéfalo participan muchos tipos de neurotransmisores, cada uno en su sinapsis concreta. No se conocen todavía los detalles de todos los tipos de sinapsis (de algunas ni siquiera se conoce el neurotransmisor implicado), pero en algunos casos los neurocientíficos han conseguido descifrar el mecanismo con mucho detalle. Esto permite desarrollar herramientas farmacológicas cuando sea necesario, es decir, medicamentos en caso de que ese tipo de sinapsis esté implicado en alguna enfermedad. En el capítulo siguiente veremos algún ejemplo de cómo la ciencia puede ayudar a curar, o al menos aliviar, los síntomas de enfermedades del SN.

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Cuando la máquina se estropea¿Te gusta el chocolate, Julia? Es probable que sí. Sin embargo, a mi amiga Elena ya no le gusta y eso que antes le encantaba, como a la mayoría de nosotros. Lo que pasó es que en una caída tonta se golpeó la cabeza y, aunque no le sucedió nada importante, las neuronas de su corteza olfativa acusaron el golpe y sufrieron modificaciones que cambiaron su percepción de los olores y sabores. Al fin y al cabo, el mundo que percibimos es una construcción del encéfalo y, si este cambia de forma brusca, también lo hará nuestra realidad. El caso de Elena no es preocupante, y además el sistema olfativo cuenta con una impresionante capacidad de regeneración neuronal, por lo que es posible que pronto genere una nueva gama de percepciones olfativas. Pero en el sistema nervioso pueden ocurrir todo tipo de problemas, algunos inevitables debido al simple avance del tiempo, otros que se tienen desde el nacimiento y muchos otros debidos a traumas causados por algún tipo de accidente. En el fondo, a nuestra máquina de la mente le pasa lo mismo que a cualquier otro aparato complejo. Piensa en un coche: además de los achaques que van surgiendo con la edad debido al desgaste de las piezas, puede sufrir también pequeños problemas, como el pinchazo de una rueda, arrastrar toda la vida errores de fábrica o incluso sufrir daños importantes tras un accidente.

Una pieza concreta

Imagina que tienes un coche que se calienta demasiado al ir con él por la carretera. Si no conoces el origen del fallo, tampoco puedes aplicar una solución específica. En un primer momento, la solución será drástica y general, como parar el coche o rociarlo con agua fría. Cuando descubras la causa de ese aumento de

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temperatura, algunas veces será posible solucionar el error, por ejemplo cambiando una pieza defectuosa, pero otras veces el error puede ser tan complicado que no será posible una reparación definitiva. Tu sistema nervioso es un aparato tan complejo que, por pequeño que sea el fallo, la solución no suele ser sencilla. Aun así, en algunas enfermedades se ha identificado con bastante precisión la "pieza defectuosa", lo cual es esencial para una búsqueda eficaz de posibles soluciones al problema: si no se conoce la naturaleza del problema tampoco se sabe dónde buscar la solución. Voy a contarte dos ejemplos: el de una enfermedad que se llama miastenia gravis y el de la enfermedad de Parkinson.

La llave que mueve los músculos

Como te he contado en el capítulo 10, para mover un músculo de manera voluntaria tu SN debe activar unas neuronas específicas llamadas motoneuronas. A su vez, las motoneuronas liberan acetilcolina —que ejerce de neurotransmisor— sobre las fibras musculares y de esa manera inducen la contracción. Las moléculas de acetilcolina son como llaves que abren la puerta del movimiento, y para ello deben encajar en las cerraduras que tienen los músculos: es decir, deben unirse a receptores específicos (figura 25). Las personas que tienen miastenia gravis se agotan muy pronto, y no pueden activar sus músculos de manera enérgica y continua a no ser que tomen algún tipo de medicación. Lo que ocurre en esa enfermedad es que las cerraduras, los receptores, están dañados, y por tanto la acetilcolina no puede hacer su trabajo con eficacia.

Figura 25. Sinapsis entre una neurona y una fibra muscular, en la cual la neurona libera el neurotransmisor acetilcolina. A la izquierda, la situación normal. A la derecha, en la enfermedad miastenia gravis.

¿Cómo podemos solucionar el problema? Una estrategia es aumentar la cantidad de acetilcolina que hay en la sinapsis, de manera que actúe con más intensidad sobre los receptores que todavía funcionan. Esto se consigue con sustancias como la neostigmina, que aumentan el tiempo de actuación de la acetilcolina al bloquear su degradación. En realidad, esta estrategia no cura la enfermedad, sino que consiste en un "parche" que previene algunos de sus efectos, pero es un ejemplo que muestra muy bien las posibilidades de actuar con bastante precisión en el funcionamiento del SN. (Para curar la enfermedad hay que conocer cómo se produce el daño en los receptores; hoy en día sabemos que se debe a un proceso autoinmune, cuyos mecanismos son de gran complejidad y difíciles de acotar).

Un centro de control dañado

La enfermedad de Parkinson origina también una dificultad para producir movimientos, pero en este caso la "pieza" dañada no está en el músculo sino en el encéfalo. Esta enfermedad es otro ejemplo de cómo la neurociencia puede identificar con gran precisión la estructura dañada y, gracias a ello, tratar de buscar soluciones. Aquí lo que ocurre es que disminuye la cantidad de un

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neurotransmisor (la dopamina) en una región (los ganglios basales) que tiene un papel clave en la generación de movimientos voluntarios. La dopamina escasea porque se muere un grupo muy concreto de neuronas que usa ese neurotransmisor en sus sinapsis. Se trata de una conexión entre neuronas de una región llamada sustancia negra y neuronas de otra región llamada cuerpo estriado; las primeras tienen axones que alcanzan el cuerpo estriado, con los que establecen sinapsis que utilizan el neurotransmisor dopamina. En la enfermedad, por razones que aún no se comprenden bien, se produce la muerte paulatina de las neuronas de la sustancia negra, y con ellas se pierde también el mensaje que deben comunicar en forma de dopamina. Es un mensaje que se halla implicado en la producción del movimiento, y debido a ello los enfermos de párkinson tienen dificultades motoras. Por ahora la enfermedad no puede curarse, ya que todavía no se sabe cómo se produce (es decir, no se sabe cómo impedir que sigan muriéndose neuronas de la sustancia negra), pero gracias al conocimiento que se tiene de la sinapsis implicada, lo que sí se puede hacer es tratar de intervenir en ella para simular de alguna manera el comportamiento normal. Se sabe dónde y cómo actuar para tratar de revertir los síntomas: el objetivo principal es aumentar de alguna manera la cantidad de dopamina en los ganglios basales. ¿Cómo se puede lograr? Hay varias estrategias. En el comportamiento normal, las neuronas de la sustancia negra liberan la dopamina que han fabricado ellas mismas a partir de otra molécula llamada L-dopa. Cuando ha actuado sobre el receptor de las neuronas del cuerpo estriado, el neurotransmisor es eliminado, en este caso mediante su bombeo al interior de la neurona que lo ha liberado o de otras células vecinas. Ahora, Julia, imagina que eres una neurocientífica: ¿se te ocurre alguna manera de aumentar los niveles de dopamina que hay en la sopa química de esas sinapsis? La forma más sencilla sería mediante una pastilla de dopamina (esta es la enorme ventaja de conocer el mecanismo específico que falla en una enfermedad, que se puede apuntar con precisión): el paciente toma dopamina y ésta pasa a la sangre y de ahí a la sopa encefálica. La idea parece buena pero hay un problema: la barrera hematoencefálica impide el paso de la dopamina: por mucha que se tome, no alcanza al líquido encefálico. Debemos cambiar de estrategia. ¿De dónde sacan las neuronas la dopamina? La fabrican a partir de L-dopa. Parece que tenemos solución a la vista: el paciente podría tomar L-dopa ya que esta sustancia sí atraviesa sin dificultad la barrera de protección. Resulta que, al aumentar esta sustancia en el encéfalo, también se produce más dopamina, por lo que puede funcionar. Este es, de hecho, el método más utilizado pare paliar los síntomas del párkinson y funciona relativamente bien; una demostración contundente de la gran capacidad que tiene le ciencia para reparar una máquina tan compleja como el sistema nervioso. Sin embargo, debido precisamente a esa complejidad, la terapia con L-dopa produce también efectos indeseados: el aumento de dopamina se debe a la dosis ingerida de L-dopa y no está controlado al detalle por el SNC. Además, la nueva dopamina se produce de manera indiscriminada en varias regiones del encéfalo y no de forma específica en la zona del cuerpo estriado. Como resultado, los pacientes tienden a producir movimientos espontáneos de manera involuntaria. Pero hay otras maneras de lograr, de manera más o menos directa, un incremento de la dopamina. Por ejemplo, si se disminuye la eliminación de la dopamina una vez que actúa, se consigue que permanezca más tiempo en la sinapsis ejerciendo su efecto. Es la misma estrategia que te comenté antes para la miastenia gravis, aunque en este caso los procesos bioquímicos sean distintos. Otra forma de revertir los síntomas de la enfermedad es mediante la introducción en el organismo de sustancias que se parezcan a la dopamina y simulen su trabajo

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come neurotransmisor, pero que además puedan atravesar la barrera hematoencefálica sin problemas. A estas sustancias se les llama agonistas dopaminérgicos. Como ves, Julia, cuando se conoce con detalle la "pieza" que falla en la complicada arquitectura encefálica, es posible buscar todo tipo de estrategias para tratar de solucionar el problema o, al menos, de minimizar el daño. En la actualidad existen terapias con base en todas estas aproximaciones, y los pacientes de párkinson suelen combinar varias, con lo cual mejora mucho su capacidad de movimiento.

Recambios difíciles de encontrar

Puede darse también la circunstancia de que se conozca bien qué pieza es la que falla, pero que no se tenga un recambio o sustitución fácil. El conocido científico Stephen Hawking apenas puede moverse debido a la pérdida de unas neuronas muy específicas: las motoneuronas. Como te dije hace un rato, en la miastenia gravis el neurotransmisor liberado no hace bien su efecto, pero en la enfermedad que posee Hawking (llamada esclerosis lateral amiotrófica o ELA) ni siquiera hay neurotransmisor, ya que las células que lo producen y liberan de manera controlada, las motoneuronas, se van muriendo poco a poco (figura 26).

Figura 26. En la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) la muerte ce las motoneuronas reduce de manera progresiva la capacidad de movimiento.

Como todavía no se conoce la causa de esa muerte celular, no es posible curar la enfermedad. Pero en este caso tampoco es posible, al menos por ahora, revertir la incapacidad de generar movimiento, como se hace con enfermedades como la miastenia gravis o el párkinson. En estos dos ejemplos, la estrategia principal consiste en aumentar de alguna forma la cantidad de neurotransmisor que es liberado de manera controlada por las neuronas correspondientes. Pero en el caso de la ELA faltan las propias neuronas, ya que se han ido muriendo, y tampoco valdría la introducción de neurotransmisor así sin más, ya que actuaría de manera descontrolada y lo que produciría serían convulsiones. Sin embargo, la ciencia es siempre una ventana hacia el optimismo y, gracias a la investigación con animales de laboratorio, se han encontrado ya varios tratamientos que frenan el avance de la enfermedad, por lo que es probable que pronto se pueda aplicar a los seres humanos una terapia eficaz. Otro ejemplo donde tampoco es fácil encontrar soluciones es el de la esclerosis múltiple. En este caso, las neuronas y sus conexiones se hallan, en principio, en

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buenas condiciones, pero las descargas eléctricas (los potenciales de acción) no viajan a través de los axones con la intensidad necesaria. Su transmisión se hace más lenta, e incluso se bloquea, debido a la pérdida de mielina, sustancia que rodea a muchos axones —no a todos— y favorece la conducción eléctrica. Los axones son como cables eléctricos y la mielina es un aislante que mejora la velocidad a la que discurren los potenciales de acción. En la esclerosis múltiple, las células defensivas del cuerpo humano, que pertenecen al llamado sistema inmune, se confunden de enemigo y atacan la cubierta de mielina del SNC. Las neuronas que se quedan sin cubierta de mielina pierden la capacidad de enviar impulsos eléctricos y, por tanto, no pueden comunicarse de manera eficaz con otras células. El resultado es una pérdida de facultades muy variada según qué axones hayan sido dañados. Es común que estén afectadas con mayor intensidad las neuronas encargadas del movimiento, y por ello es una enfermedad en gran medida paralizante. Aunque, como siempre, hay varias hipótesis, todavía no se conoce la razón de semejante confusión, por lo que tampoco es posible curar la enfermedad. Aun así, se han desarrollado algunos fármacos que pueden frenar su avance y mejorar algunos de sus síntomas.

Cuando el fallo es global

La cosa es mucho más complicada de solucionar si las neuronas que fallan son de distintos tipos y, además, están distribuidas por todo el encéfalo, lo cual implica a distintos circuitos y neurotransmisores. Esto sucede en la enfermedad de Alzheimer, que se produce por una muerte neuronal generalizada que da lugar a una pérdida paulatina de la memoria y, en última instancia, de la propia individualidad. Recuerda que el "yo" autobiográfico se sustenta en la integridad estructural y funcional del encéfalo: si las neuronas se mueren en gran cantidad, el "yo" se diluye poco a poco. En el alzhéimer la muerte celular está relacionada con el desarrollo de ovillos anómalos de proteínas en su interior y de las llamadas placas amiloideas en el exterior, que de alguna manera impiden el funcionamiento normal de las neuronas. Como no se conoce bien la causa que da lugar a esas moléculas defectuosas, no es posible atajar la enfermedad con eficacia. Al contrario de lo que ocurre con los ejemplos anteriores de miastenia gravis y párkinson, donde la enfermedad afecta a unas sinapsis muy concretas, en el caso del alzhéimer las neuronas y sinapsis afectadas no se pueden separar con claridad del resto de la selva neuronal, por lo que hasta el momento no se han podido desarrollar fármacos realmente eficaces. Más complejas, si cabe, son las enfermedades de naturaleza psiquiátrica como la depresión, el desorden bipolar o la esquizofrenia. En estos casos no es que la pieza que falla esté poco localizada, sino que ni siquiera se sabe con certeza qué es lo que falla. Desde luego, hay muchas hipótesis que ayudan a dirigir de alguna manera las investigaciones y a probar con diferentes fármacos. Algunos de estos pueden funcionar bastante bien, como por ejemplo el Prozac y sustancias similares para la depresión, aunque esto no quiere decir que se conozcan bien los mecanismos de la enfermedad. El Prozac contiene fluoxetina, una sustancia que aumenta los niveles del neurotransmisor serotonina en el espacio sináptico (lo consigue al bloquear su recaptación por las neuronas presinápticas). Se ha comprobado que, al aumentar de esta manera los niveles de serotonina, mejoran los síntomas de algunos tipos de depresión. Pero eso no quiere decir que la depresión consista en una disminución de los niveles de serotonina, de igual manera que, como dijo alguien, el hecho de que una aspirina elimine tu dolor de cabeza no quiere decir que el dolor de cabeza se deba a una falta de aspirina.

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Alimentos con sorpresa venenosa

A veces se pueden colar en nuestros alimentos sustancias que modifican o bloquean el funcionamiento del sistema nervioso y que tienen efectos inmediatos muy graves. En la cocina japonesa existe un plato llamado fugu que se ha hecho muy conocido ya que en su preparación se usan peces (suelen ser peces globo o erizo) cuyas vísceras poseen un potente veneno: la tetrodotoxina (estos peces pertenecen al orden de los Tetraodontiformes, de ahí el nombre). El veneno está producido por bacterias que viven en el interior de los peces de manera natural. El plato debe ser preparado por manos expertas que sepan identificar y separar las vísceras venenosas de los tejidos comestibles. La tetrodotoxina es un veneno muy potente con un efecto drástico: impide la generación de potenciales de acción ya que bloquea los canales por los que fluyen iones de sodio (como verás en el capítulo 21, las descargas eléctricas neuronales se generan gracias al flujo de iones Na+ y K+ a través de la membrana celular). Como no atraviesa con facilidad la barrera hematoencefálica (para eso está ahí esa barrera: para proteger al SNC), sus efectos se producen en el sistema nervioso periférico. Una persona intoxicada muestra una gran cantidad de síntomas, entre ellos parálisis muscular, lo cual puede conducir a la muerte si se bloquean los músculos que se encargan de la respiración. Sin necesidad de viajar hasta Japón, en nuestra alimentación cotidiana pueden darse también casos de intoxicaciones que afectan al sistema nervioso cuando los controles sanitarios no son adecuados. Este es el peligro, por ejemplo, de las conocidas mareas rojas, un nombre que se debe a la tonalidad que adquiere el mar debido al crecimiento exponencial de algas microscópicas. Algunas de esas algas contienen sustancias muy tóxicas, como la saxitoxina, que pueden acumularse en moluscos marinos como el mejillón. El efecto de la saxitoxina, también llamada "toxina paralizante", es similar al de la tetrodotoxina: bloquea la generación de potenciales de acción en el sistema nervioso periférico y puede causar la muerte si la intoxicación es grave. En la lista de sustancias muy tóxicas que afectan a las sinapsis neuro-musculares hay un caso curioso: el de la toxina botulínica. Este potentísimo veneno produce parálisis mediante el bloqueo de la liberación de acetilcolina: el neurotransmisor no es liberado por las neuronas y, por tanto, los músculos no se contraen. Lo curioso es que, a pesar de tratarse de una sustancia muy tóxica, se usa en dosis muy bajas en cosmética para eliminar arrugas (una de las marcas comerciales es el conocido Botox). Al inyectar la toxina, los músculos de la zona se relajan y las arrugas desaparecen... durante un tiempo, ya que al cabo de unos meses el efecto se desvanece. Debes tener en cuenta que, en realidad, las sustancias no son tóxicas per se, sino que todo depende de cómo interaccionen con los organismos según su concentración, mecanismo de actuación u otros parámetros. Lo importante es ser consciente de ello y actuar de manera consecuente.

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La evolución del cíborgEs posible, Julia, que si te pregunto si conoces personalmente a algún cíborg (en inglés, cyborg), pienses que estoy de broma y que me refiero a personajes de ficción como Terminator o Robocop. Pero no es ninguna broma, la pregunta va en serio. Al caminar por las calles de una gran ciudad tenemos muchas posibilidades de cruzarnos con distintos tipos y modalidades de ciborgs. ¡Ya están aquí! El término cyborg quiere decir "organismo cibernético" (cybernetic organism) y hace referencia a la interacción entre un organismo biológico y algún tipo de tecnología que pueda integrarse en el primero. Las razones de esta unión entre lo biológico y lo producido por nuestra tecnología pueden ser variadas, desde la guerra (aumento de las capacidades de los soldados) hasta la simple diversión. Pero hay un motivo menos frívolo y muy interesante en el contexto de este libro, que es el desarrollo de aparatos que puedan integrarse con el sistema nervioso para paliar déficits, recuperar funciones perdidas o mejorar la calidad de vida de personas con alguna discapacidad. Te daré algunos ejemplos.

Un metrónomo en el corazón

Es probable que conozcas o hayas visto alguna vez esos aparatos con una barra que oscila y sirven para marcar el ritmo a un pianista. Los metrónomos ayudan a seguir el paso mediante un oscilación rítmica, algo similar a lo que hace un grupo de células situado en tu corazón: su actividad eléctrica tiene una oscilación

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constante, de tal manera que generan potenciales de acción a un ritmo concreto que origina las contracciones de las células musculares del corazón. Se llaman células marcapaso y, si quieres saber a qué ritmo van las tuyas, lo único que tienes que hacer es acercar la mano al corazón o tomarte el pulso. En condiciones de reposo, las células marcapaso generan ese ritmo de manera espontánea, sin esperar a recibir órdenes. Pero si por alguna razón es necesario que el corazón aumente la frecuencia de sus latidos, el sistema nervioso envía una señal desde el tronco del encéfalo al corazón a través de una serie de neuronas que terminan por afectar a las células marcapaso. Es el sistema que se activa, por ejemplo, cuando te pones nerviosa al cruzarte con esa persona de la que estás enamorada: el encéfalo informa al corazón de que aumente su frecuencia, las piernas te tiemblan y la cara se te pone colorada. También existe la versión opuesta, neuronas que contactan con el corazón pero cuyas sinapsis, al activarse, disminuyen la frecuencia de los latidos. Todo sea por conseguir un equilibrio. Pues bien, las células marcapaso pueden fallar, hacer mal su trabajo y generar problemas serios en el funcionamiento de] corazón. ¿Cómo lo solucionamos? Una opción consiste en incorporar un pequeño sistema artificial que mediante pequeñas descargas eléctricas simule el trabajo de esas células: a esos aparatos se les llama simplemente "marcapasos" y hoy en día son una manera eficaz de devolver su ritmo al corazón. Las personas con un marcapasos son cíborgs de primera generación, seres humanos que llevan incorporado dentro de su cuerpo un pequeño ingenio tecnológico que sustituye a una pieza defectuosa de su máquina biológica.

Un equipo de alta fidelidad en la cabeza

Seguro que más de una vez te has fijado en esos gráficos que muestran muchos reproductores de audio, que consisten en barras que crecen y decrecen y que saltan al son de la música. En cada momento, el gráfico que

Figura 27. Cómo convertir una onda en una serie de frecuencias.

se muestra es una descomposición matemática de las distintas frecuencias existentes en la onda sonora que se reproduce: es una manera de ver la onda, descompuesta en sus frecuencias más significativas. Estos gráficos representan el propio sonido, por eso se mueven con extrema fidelidad al son de la música (figura 27). Tu sistema auditivo realiza de manera cotidiana una operación similar, ya que es capaz de descomponer las ondas sonoras que detecta en sus frecuencias principales. Lo hace en una estructura en forma de caracol llamada cóclea en cuyo interior se encuentra el órgano de Corti, del que ya te hablé en el capítulo 3. Las distintas regiones del órgano de Corti se activan tan sólo para un rango de frecuencias determinado. Las neuronas asociadas a cada región son como las distintas barras del gráfico que te mencionaba, y producirán descargas sólo cuando lleguen al oído ondas que se hallen dentro de su rango de frecuencias. La investigación del sistema auditivo ha permitido que algunas personas sordas puedan recuperar la audición al estimular de manera artificial las neuronas situadas a lo largo del órgano de Corti, mediante la introducción en su interior de

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una fila de electrodos. Puedes imaginar cada electrodo de la fila (y cada grupo de neuronas que activa) como si fuera una de esas columnas saltarinas de los reproductores de audio. Por tanto, para que la cosa funcione, los implantes cocleares —que es como se llaman esos aparatos— necesitan, además de los electrodos, un pequeño procesador que haga lo mismo que tu reproductor de audio: descomponer el sonido, captado por un minúsculo micrófono, en distintas "barras", y a continuación activar los electrodos correspondientes con la amplitud justa, que a su vez activarán las neuronas. De esta manera, las personas con un implante coclear son cíborgs que llevan dentro de su cuerpo un equipo de alta fidelidad miniaturizado. Una auténtica maravilla de la neurociencia y la tecnología actual. El cerebro recibe ...

Los implantes cocleares son un ejemplo de cómo la tecnología puede sustituir en cierta manera un órgano sensorial dañado. La percepción con esos aparatos no será igual que la que se obtiene a través de los órganos biológicos, pero desde luego es mejor que carecer por completo de un sentido. Otro de los sistemas sensoriales para los que se buscan sustitutos artificiales es la visión. Al construir una imagen visual del mundo, en primer lugar la información es captada por la retina, a continuación es procesada por el tálamo y de ahí pasa a la corteza cerebral. Aunque las neuronas que en última instancia construyen la percepción visual se encuentran en el cerebro (en la parte visual de la corteza cerebral), todas las demás regiones son igual de importantes para lograr la visión. Una persona puede ser ciega o tener problemas de visión por fallos en cualquiera de esas regiones principales —retina, tálamo, cerebro— y, por tanto, en teoría se pueden fabricar implantes artificiales que traten de sustituir o ayudar a las funciones nerviosas de cualquiera de esas regiones. Si el fallo se encuentra en la retina, la región encargada de captar los fotones de luz, pueden construirse implantes detectores de luz que envíen señales eléctricas a las células sanas del ojo. Esta tecnología está en pleno desarrollo en estos momentos y ya se han probado implantes en pacientes, los cuales logran una visión mínima, como diferenciar zonas de luz y oscuridad, pero que, frente a no ver nada, supone un gran paso. Otra estrategia que se está desarrollando para tratar de generar la percepción visual en una persona ciega consiste en introducir directamente en la corteza cerebral señales eléctricas captadas no por la retina, sino por pequeñas cámaras de vídeo. Las cámaras, situadas a ambos extremos de unas gafas, captan imágenes que son convertidas mediante un pequeño ordenador en descargas eléctricas que simulan potenciales de acción. A continuación, esas pequeñas descargas se aplican en la corteza visual mediante un grupo de microelectrodos. De esta manera, una persona con los ojos dañados podría tener posibilidades de generar imágenes, o al menos de tener una cierta percepción visual. Hay también métodos que se aprovechan de las enormes capacidades de plasticidad del SN, como el que te comenté en el capítulo 8, que consiste en convertir imágenes en sonidos para introducir la información "visual" a través de sistema auditivo. Estos son ejemplos en que la tecnología es usada para enviar señales al interior del encéfalo humano, pero también tenemos cíborgs en los que sucede el proceso contrario: se utilizan las descargas eléctricas del encéfalo para activar algún aparato electrónico.

... y también ordena

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Las personas con movilidad limitada —sea porque no pueden mover algunos músculos, sea porque carecen de algún miembro— pueden interaccionar con ordenadores, brazos robóticos y mucha otras máquinas a través del pensamiento. En este caso también se colocan electrodos en la superficie del cerebro —bien en contacto directo, mediante cirugía intracraneal, bien en el exterior, en el cuero cabelludo—, pero esos electrodos no transmiten señales eléctricas del mundo externo hacia el encéfalo, sino que la información viaja en sentido contrario: transmiten las descargas eléctricas generadas por las neuronas hacia algún aparato que sea capaz de interpretarlas y así realizar alguna función. Se han realizado implantes de electrodos intracraneales en personas tetrapléjicas que, tras un aprendizaje, han podido mover el cursor de un ordenador o un brazo robotizado utilizando nada más que el pensamiento, es decir, mediante la generación en su cerebro de un tipo concreto de señales eléctricas. Para que esto ocurra es necesario un aprendizaje por ambas partes: la persona debe aprender a concentrarse para generar una actividad mental específica y el ordenador que analiza esas señales debe aprender a reconocer de qué tipo es cada orden concreta, a pesar de la variabilidad que existirá de forma inevitable. Esta capacidad de "leer el pensamiento" es, desde luego, muy útil para personas con serios problemas de movilidad, pero también se está desarrollando para aplicarla en muchas otras situaciones, desde la comunicación a distancia y silenciosa —por ejemplo entre personas que lleven sendos cascos detectores y receptores de esas señales— hasta el simple entretenimiento, como algunos juegos que se pueden ver ya en algunos museos de ciencia, en los que es posible mover unas bolas con más o menos velocidad según la relajación que cada uno pueda alcanzar.

Comunicación entre máquinas

Estos son sólo algunos ejemplos de las posibilidades de comunicación e interacción que se han abierto a medida que ha aumentado nuestra comprensión del funcionamiento del sistema nervioso. El hecho de que el sistema biológico que origina nuestra mente utilice la electricidad como vía de comunicación permite que sea posible establecer lazos de unión con nuestros ordenadores y aparatos electrónicos, ya que la forma binaria en que se codifica la información puede traducirse con relativa facilidad. Esto no quiere decir que comprendamos el código —o, mejor dicho, los múltiples códigos— de información que maneja el encéfalo humano, pero sí es posible discernir y caracterizar algunos de sus mensajes básicos. A medida que aumente nuestro conocimiento sobre las computaciones que ocurren dentro del SN, será posible establecer comunicaciones más complejas y eficaces entre el encéfalo y cualquier máquina que se nos ocurra. Las posibilidades están solamente limitadas por tu imaginación.

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El sueño del robotSi tu mente es el producto de una máquina que llevas dentro del cráneo, entonces ¿es posible construir máquinas artificiales que tengan inteligencia e incluso mente? ¿Es la mente una propiedad que surge sólo de las estructuras biológicas o puede existir en otro tipo de máquinas? Son preguntas que, además de resultar sugestivas, generan también un curioso temor difícil de describir. La inteligencia artificial y los robots de aspecto humanoide forman parte de la imaginación de los seres humanos desde que, él mediados del siglo XX, las tecnologías de la información y computación, junto con las obras de ciencia ficción, comenzaron a indicar esa posibilidad de forma seria. Lo que todavía no sabemos es si las máquinas pensantes permanecerán para siempre en la imaginación de los seres vivos, o si algún día se podrán construir sistemas artificiales inteligentes con una mente como la humana dotada de sensibilidad, capacidad de emoción y un "yo". Por muy extraño o incluso repulsivo que esto pueda parecer, y aparte de los dilemas morales que suponga, el simple hecho de plantearse esta cuestión e investigar sobre el tema es un buen ejercicio que sirve para reflexionar, profundizar y conocer mejor nuestro sistema nervioso y nuestra mente.

Inteligencia artificial

El término inteligencia artificial —que vamos a dejar en IA— es complejo y difuso, y puede hacer referencia a conceptos y empresas bastante distintas. En la actualidad hay muchos aparatos que se denominan "inteligentes", desde teléfonos móviles hasta aspiradoras, o incluso mascotas-robot que parecen cobrar vida cada vez que se recargan sus baterías. Pero comportarse de una manera que parezca inteligente no indica que exista detrás una inteligencia como la de los seres humanos, y mucho menos una mente consciente. Hay muchos tipos de sistemas artificiales, al menos en teoría, y los más interesantes para los estudiosos de la mente son aquellos que puedan alcanzar una inteligencia similar o superior a la de los seres humanos y se comporten como si tuvieran una mente. De momento no se ha construido nada remotamente similar, y si alguna vez se consigue, será más trabajo de los filósofos que de los neurocientíficos determinar si existe o no una mente consciente asociada a uno de esos cacharros.

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¿Cómo se construye una mente artificial?

Sea o no posible, los científicos e ingenieros se han puesto manos a la obra porque, como te decía más arriba, los frutos de esas investigaciones repercuten en el conocimiento de la propia mente humana. La razón de que a mediados del siglo pasado se desatara cierto optimismo respecto de las posibilidades de crear máquinas inteligentes se debe al gran éxito de las tecnologías de la información y al desarrollo de ordenadores cada vez más potentes. Un científico muy importante de esa época, John von Neumann, destacó algunas similitudes existentes entre el funcionamiento de los ordenadores y el del encéfalo humano. El modo de funcionamiento binario es una de las principales. Las neuronas se comunican entre sí mediante descargas eléctricas (los potenciales de acción que ya conoces), descargas que fluyen por los axones y originan una señal de tipo binario: todo o nada, un 1 o un 0 (una característica fundamental de los potenciales de acción que exploraremos de nuevo en el siguiente capítulo). Resulta que el flujo de información en los ordenadores está formado por piezas conectadas de manera muy compleja entre sí, los transistores, los cuales generan (y funcionan con) señales que también son de tipo binario. En última instancia, la información que maneja tu ordenador personal tiene su base en secuencias de 0 y 1: es el único lenguaje que entiende. A partir de este parecido básico en el flujo de la información, mucha gente pensó que podría ser muy útil, y hasta fructífero, simular en un sistema informático la actividad de potenciales de acción de un encéfalo humano, e incluir en la simulación al menos las principales redes de conexiones existentes entre las neuronas. De esta manera se han tratado de desarrollar modelos llamados "realistas" del sistema nervioso, que tienen su base en el conocimiento preciso de la actividad eléctrica de neuronas reales. Los defensores de la llamada "IA fuerte" consideran que es posible construir programas informáticos que den lugar a una "mente", de manera independiente del sustrato físico que genere esos programas. (Lo que hacen nuestros ordenadores actuales e manejar símbolos siguiendo un estricto proceso lógico; en principio, pueden construirse sistemas lógicos similares que físicamente no tengan nada que ver con los ordenadores que conocemos, pero que realicen las mismas operaciones). En este caso lo importante es el software, el programa. Hay muchos tipos de modelos realistas del sistema nervioso qu dependen en esencia del grado de precisión que se quiera alcanzar. Si queremos simular la actividad de una neurona, podemos centrarnos nada más que en los potenciales de acción que produce (la secuencia de 1 y 0), pero también podemos ir más allá y tratar de simular la carga eléctrica del soma y su variación a lo largo del tiempo, que es al fin y al cabo la responsable de generar los potenciales de acción. Es decir, podemos simular tan sólo la parte del iceberg que sobresale por encima del agua o bien el iceberg entero. El problema es que, cuanto más detalle queramos dar a la simulación más capacidad de computación será preciso utilizar. En la actualidad, a medida que aumenta la velocidad y capacidad de memoria de los ordenadores, también aumenta la precisión que se logra con este tipo de simulaciones. Hasta el momento se ha conseguido simular la actividad de grupos concretos de circuitos neuronales, pero la tecnología actual está todavía lejos de poder reproducir el funcionamiento de un encéfalo completo, entre otras cosas porque ni siguiera conocemos la estructura y el funcionamiento detallado del sistema vivo. Sin embargo, este tipo de modelos puede servir precisamente para avanzar en el conocimiento del sistema nervioso real, ya que se pueden hacer "experimentos" virtuales y probar distintos tipos de configuraciones para ver si el resultado se

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aproxima o no al real. Mediante este método de trabajo, los sistemas artificiales sirven como banco de pruebas para avanzar en el conocimiento del sistema vivo. Además de estos modelos realistas, en la IA existe también un planteamiento del todo distinto, que consiste en desarrollar sistemas artificiales que se comporten de manera "inteligente" pero sin tener en cuenta la estructura y el funcionamiento preciso del encéfalo humano. En este caso lo que importa es el resultado final de la máquina mediante el desarrollo de circuitos y algoritmos matemáticos que funcionen —que produzcan un "comportamiento" aceptable—, aunque no se parezca en nada a la manera de computar que tiene el sistema nervioso.

¿Qué posibilidades hay de crear una inteligencia artificial?

Los neurocientíficos y filósofos no se ponen de acuerdo en esta cuestión. Hay varias hipótesis. Una de ellas mantiene que la mente autoconsciente es una propiedad emergente inseparable de los sistemas vivos con toda la complejidad que ello requiere, desde los circuitos neuronales hasta el funcionamiento molecular de los miles de componentes distintos que están activos en cada momento en una célula. Para que tu encéfalo funcione de forma correcta se necesitan millones de neuronas, células gliales y otros tipos celulares, todos ellos bañados por un líquido extracelular con una composición química concreta pero a la vez en continuo cambio. Las moléculas e iones del líquido extracelular interaccionan con las membranas celulares e influyen en la composición y el funcionamiento del interior de cada célula, un compartimento todavía más complejo. Ahí dentro hay toda una ciudad compuesta por varios tipos de organelas (como las mitocondrias), todo ello regulado por el núcleo, su ADN, las proteínas y otros tipos de moléculas reguladoras. Si la emergencia de la mente depende del funcionamiento integrado de todos esos componentes, no tiene sentido tratar de hacer una simulación de todo ello: es más fiable el método tradicional de la reproducción biológica. Otra hipótesis es que la emergencia de la mente autoconsciente no requiera de toda esa maquinaria biológica, sino que dependa nada más que del flujo de información en forma de potenciales de acción y del almacenamiento de datos que se produce en el encéfalo. En este caso, en teoría sería posible simular toda esa actividad química y eléctrica, siempre que se consiga comprender cómo se conectan y procesan la información los 86000 millones de neuronas (y otras tantas células gliales) que hay en un encéfalo. Es posible que este sea un nivel de complejidad lo suficientemente grande para que no sea posible realizar una máquina así, al menos hasta dentro de muchas décadas. La hipótesis más optimista, y quizá también la más ingenua considera que, cuando se conozca con más detalle la arquitectura y el funcionamiento de las neuronas (y las células gliales), no se tardará mucho en construir una máquina que simule su actividad básica —los potenciales de acción, la parte que sobresale del iceberg mental—, y que, por tanto, será una máquina de la que surgirá algún tipo de mente. Muchos científicos y filósofos son críticos con la "IA fuerte" y tienen muy claro que la mente no puede surgir de nada que se parezca a un programa de ordenador actual, sino que habrá que buscar otra máquina en donde las formas de interacción entre los procesos lógicos (el software) y la máquina física (el hardware) sean similares a las interacciones íntimas que tienen lugar en nuestra máquina mental. Como apunta el filósofo John Searle, el objetivo consiste más bien en conseguir una replicación del sistema nervioso: no basta con una mera simulación. Una simulación informática del sistema nervioso no puede originar una mente por la misma razón que no es posible hacer funcionar un coche mediante una simulación

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informática de la combustión de gasolina. La diferencia esencial, según Searle, es que los programas informáticos manejan símbolos, pero no crean los significados asociados a ellos. En nuestra mente manejamos símbolos que tienen un significado pero, ¿cómo hace un programa de ordenador para dotar de contenido, de significado, a esos símbolos? En principio, no puede. Lo que parece claro es que para originar (y replicar) la mente es necesaria una interacción y un diálogo dinámico entre el software que maneja los símbolos y el hardware que sustenta el sistema. Eso no existe en los ordenadores actuales, ya que, aunque el hardware puede modificarse según la función, no se trata de cambios estructurales de tanta envergadura como los que se producen en los procesos de plasticidad neuronal. De hecho, en nuestro encéfalo no es posible establecer una separación clara entre software y hardware. Pero incluso en el caso de que fuese posible construir una máquina así, y de que, observada desde el exterior, se comportase igual que un ser humano, con su nivel medio de inteligencia y un aparente "yo", muchos filósofos dudan de que fuera posible discernir la existencia de una mente consciente. Al fin y a! cabo, Julia, la única mente consciente de cuya existencia puedes tener una certeza total es la tuya.

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Una central eléctrica en la cabezaMientras lees estas palabras, en tu encéfalo hay una gran cantidad de células comunicándose entre sí gracias a la combinación de pequeñas descargas eléctricas (los potenciales de acción que viajan por los axones) junto con la liberación de sustancias químicas (los neurotransmisores de las sinapsis). A lo largo de este libro has podido comprobar que esas señales eléctricas y químicas son esenciales para la comunicación entre las neuronas y el procesamiento de la información. Hasta hace pocas décadas se desconocía cómo se generan los potenciales de acción o cómo son los mecanismos de comunicación sináptica, pero hoy en día las ventanas del conocimiento se han abierto de par en par y conocemos ya con bastante precisión cómo se produce la electricidad neuronal y cómo son las interacciones sinápticas. Los detalles son fascinantes y por ello, en la etapa final de esta aventura, vamos a sumergirnos en la relojería neuronal. Si ahora mismo te hicieras un EEG, la señal registrada indicaría una continua oscilación de la carga eléctrica, un baile incesante que refleja el diálogo simultáneo de las neuronas de tu cerebro. A mucha gente ya no le sorprende que la mente utilice electricidad para funcionar; parece que, a pesar de todo, algunos descubrimientos de la ciencia van llegando poco a poco al saber popular. Sin embargo, este es un hallazgo relativamente reciente. La primera vez que se midió la actividad eléctrica en el encéfalo fue en 1875, gracias a un médico inglés llamado Richard Caton (1842-1926), que utilizó un aparato similar a los multímetros actuales para medir corrientes eléctricas en conejos y monos. Caton presentó su descubrimiento en un congreso de la Asociación Médica Británica en agosto de 1875, y en la breve nota que daba cuenta de su descubrimiento escribió: "Las corrientes eléctricas de la sustancia gris parecen estar relacionadas con su función". ¡Iba por buen camino! Curiosamente, aún tuvieron que pasar bastantes años hasta que se realizaron mediciones en seres humanos. La primera persona que realizó un EEG en un ser humano fue Hans Berger (1873-1941), un médico alemán que, aunque hizo sus primeras observaciones en 1924, acuñando el término electroencefalograma, no publicó sus datos hasta 1929. Ya ves, todavía no ha pasado ni un siglo. Pero más sorprendente todavía es la gran cantidad de cosas que hemos aprendido en tan poco tiempo sobre la electricidad y la actividad química del encéfalo. Vamos a ver algunas y profundizar algo más en los conceptos generales que introduje al comienzo del libro, en el capítulo 1.

Cada neurona es una batería

Si observas con detalle las pilas de algún aparato electrónico que tengas por casa, podrás comprobar que tienen una carga de unos pocos voltios. En alguna esquina debe poner la carga exacta: por ejemplo, 1,5 voltios (los voltios se representan por V), 9 V o algún valor similar. Cada una de tus neuronas tiene también una carga, en este caso de unos 70 milivoltios (mV), que es el valor promedio cuando se

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encuentran en reposo. No está nada mal, sobre todo si piensas que dentro de tu cabeza hay unos 86000 millones de pequeñas baterías. Las pilas que hay por tu casa y la batería de tu móvil generan electricidad debido a las reacciones químicas de las sustancias que guardan en su interior. Una vez descargadas, las baterías del móvil pueden recargarse utilizando electricidad del exterior para revertir el proceso, y así quedan listas para producir más electricidad. Tus neuronas también generan corriente eléctrica, también se cargan, se descargan y se vuelven a cargar, y todo ello lo hacen gracias a la acumulación de sustancias químicas y a la energía que obtenemos del exterior (en nuestro caso, esa energía exterior no consiste en enchufamos a la red eléctrica sino en una buena alimentación). ¿Cómo lo consiguen? Las células tienen una membrana externa llamada membrana plasmática, que separa el interior del exterior. Esa membrana es el vestido de las células. Pues bien, en las neuronas —y también en las fibras musculares— las dos caras de esa membrana son equivalentes a los dos polos de una batería: en la cara interna se acumulan cargas negativas y en la externa cargas positivas. Esta distribución de cargas se debe a que hay iones de sodio (Na+) y de potasio (K+) distribuidos de manera desigual a ambos lados de la membrana: hay más Na+ en el exterior que en el interior, y pasa lo contrario con K+: hay más dentro que fuera. Es cierto, los dos iones tiener carga +, pero el cómputo global de esas cargas da como resultado una mayoría de cargas + en el exterior respecto al interior, por le que se considera a este último como polo negativo. Ya tenemos nuestra batería biológica personal. Para conseguir esa carga eléctrica, es decir, esa distribución des igual de iones Na+ y K+ a ambos lados de la membrana —entre e interior y el exterior de la célula—, cada neurona tiene en su membrana unas moléculas que bombean esos iones, de manera que expulsan Na+, acumulándolo en la parte de fuera, e introducen K+ que se concentra en el interior. Esas bombas de Na/K (este es su nombre técnico) funcionan de forma continua, por lo que las neuronas casi nunca están descargadas. Para mantener su incesante actividad, las bombas de Na/K necesitan consumir energía, mucha energía, y a eso se le llama hambre: gran parte de la energía que tomas con los alimentos se destina precisamente a eso, a mantener cargadas tus millones de baterías mentales gracias al bombeo de iones.

Hablando con chorros de sodio

Ya tenemos nuestras neuronas cargadas y bien alimentadas, ahora necesitamos saber cómo hacen para hablar entre ellas, para producir sus señales eléctricas, algo que es muy fácil de comprender si sigues con atención la explicación siguiente. Tener Na+ acumulado a un lado de la membrana es algo similar a tener un montón de agua acumulada en un embalse: si se abre una compuerta, el agua fluye con fuerza debido a la presión de la gran masa de agua (las centrales hidroeléctricas aprovechan esa energía del agua para mover turbinas y generar electricidad). Resulta que las neuronas tienen en su membrana muchas compuertas que, al abrirse de forma brusca, permiten el paso de los iones Na+. Recuerda que el Na+ se encuentra concentrado en el exterior de la membrana, por lo que existe una especie de "presión" para que fluya hacia el interior. Al abrirse de repente las compuertas de Na+ de la membrana, los iones fluyen en masa hacia el interior y crean así una corriente eléctrica. Esa corriente dura poquísimo tiempo, ya que las compuertas vuelven a cerrarse al instante, cuando todavía no ha pasado ni una milésima de segundo.

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Visto y no visto. Es como abrir un grifo de iones Na+ y volverlo a cerrar a toda velocidad. ¡Esa es la manera que tienen las neuronas de hablar! Es una especie de código morse, o mejor, de código binario generado por chorros de iones Na+.

Palabras hechas de electricidad

Un código binario está formado por secuencias de ceros y unos como esta: 011101011010101101... Es una manera sencilla de comunicarse. De hecho, como acabamos de ver, es el sistema que usan los ordenadores... y tu sistema nervioso. En los sistemas que usan este método, una palabra, una instrucción, una señal consiste en una secuencia concreta de ceros y unos. Por ejemplo, en el código binario de tu ordenador —un código artificial inventado por los humanos—, la cifra 18 se representa con la secuencia: 10010. Con ese mismo código sería posible comunicarse, por ejemplo, abriendo y cerrando un grifo de agua a lo largo del tiempo. La secuencia para generar la cifra 18 sería: chorro de agua-cerrado-cerrado-chorro de agua-cerrado. Si las neuronas usaran el mismo tipo de código binario, para representar 18 deberían generar la siguiente lista de señales a lo largo del tiempo: chorro de Na+-nada-nada-chorro de Na+-nada. Sin embargo, todavía no sabemos con detalle qué significan las secuencias de señales de código binario que usa el sistema nervioso. Lo que está claro es que los mensajes que viajan por los axones de las neuronas están formados por una sucesión de descargas eléctricas (chorros de Na+) a lo largo del tiempo.

Hay que mantener las baterías en forma

¿Cuánto tarda en cargarse la batería de tu móvil? Casi seguro que un buen rato. Las neuronas también se cargan una vez que han producido una de sus bruscas descargas de Na+, pero lo hacen muy rápido. ¡A una velocidad de vértigo! Cada vez que se produce un chorro de Na+ en una neurona, se deshace la distribución inicial de cargas + y - a ambos lados de la membrana y la batería neuronal queda descargada. Es importante reorganizar todo con rapidez, acumular iones con carga eléctrica en las proporciones adecuadas para recargar la batería y así mantener la neurona lista para producir nuevas señales eléctricas. En tus neuronas, esta reorganización es rapidísima: aproximadamente una milésima de segundo después de generar una señal eléctrica las neuronas vuelven a estar otra vez listas para enviar nuevas señales. Es decir, se descargan y se cargan en un santiamén.

Esto último se consigue de la siguiente manera. Cuando se produce el chorro de iones Na+, se activa un mecanismo automático que provoca la apertura de compuertas que permite el flujo brusco de otro ion, pero en sentido contrario. Se trata del ion K+, que se acumula en el interior de la célula, por lo que existe una

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Figura 28. Las señales eléctricas (potenciales de acción) se generan por la rápida entrada de sodio (Na+) y salida de potasio (K+) de las neuronas. El movimiento de estos iones origina cambios en la carga eléctrica de la célula.

presión para que salga de ella. Ese chorro hacia fuera de K+ genera una nueva corriente eléctrica. Lo importante es que esa corriente es opuesta a la que había ocurrido antes debido al flujo de Na+: el Na+ entra en la célula y descarga la batería, y el K+ sale de la célula y, al hacerlo, saca cargas + del interior, con lo que se restituye la distribución inicial de cargas a ambos lados de la membrana (figura 28). ¡La batería neuronal está de nuevo cargada! Según el proceso que acabo de describir, una señal eléctrica en una neurona se produce por la entrada a la célula de un chorro de Na+ seguida de la salida de un chorro de K+: esta secuencia es lo que constituye un potencial de acción, esa señal eléctrica que hemos visto repetidas veces a lo largo del libro y que representa cada 1 de su particular código binario. La concentración de Na+ en el exterior de la célula y de K+ en el interior es suficiente para permitir la producción de varios potenciales de acción seguidos (es decir, varios chorros de Na+ y K+) pero, como te puedes imaginar, llegará un momento en que disminuya mucho el depósito exterior de Na+ y el interior de K+ y la neurona pierda su capacidad de producir potenciales de acción. Sin embargo, esto no ocurre casi nunca, ya que las bombas de Na/K de las que te hablé hace un rato están ahí para impedirlo, funcionando sin cesar, transportando esos iones y acumulándolos cada uno en su parte correspondiente de la membrana. Este proceso neuronal de generación de señales eléctricas mediante el flujo de iones se conoce desde hace relativamente poco tiempo, gracias en gran medida a experimentos realizados en axones de calamar. Fue propuesto a mediados del siglo XX por Alan Hodgkin (1914-1998), Andrew Huxley (1917-2012) y Bernard Katz (1911-2003), y confirmado de forma experimental en las décadas de 1970 y 1980. Como puedes ver, formamos parte de la primera o segunda generación de seres humanos que conocen y comprenden cómo se produce la electricidad que da lugar a la mente consciente. (Por cierto, Andrew Huxley era hermanastro del biólogo Julian Huxley y del escritor Aldous Huxley, y todos ellos nietos de Thomas Henry Huxley, que fue un gran científico, amigo de Charles Darwin. De los Huxley de toda la vida, vamos).

Desfiles de potenciales de acción 100

Una neurona en pleno funcionamiento genera sin cesar potenciales de acción. Cada una de esas señales se origina al comienzo del axón y a continuación se propaga a través de éste hasta que llega a su extremo (o extremos, ya que, como sabes, un axón puede dividirse en varias ramas). Podemos imaginar el axón como la larga mecha de un petardo. Una vez encendida la mecha en un extremo, es decir, una vez generado un potencial de acción al inicio del axón, ya no hay manera de parar el fuego. La diferencia de los axones con las mechas es que aquéllos se pueden encender una y otra vez pues no se gastan, gracias al trabajo de recuperación de las bombas de Na/K. De hecho, si pudiéramos observar la actividad eléctrica que hay a lo largo de un axón en una neurona en plena actividad, lo que veríamos en un momento dado sería algo así como varias llamas que viajan una detrás de otra por la mecha: esas llamas son los potenciales de acción. El símil con la mecha de un petardo o un reguero de pólvora para explicar la propagación del potencial de acción a lo largo del axón es muy adecuado por otra razón: en la mecha la combustión se inicia en un punto concreto y avanza debido a que ese proceso químico se repite una y otra vez en toda su longitud. Algo similar ocurre con los axones. Hay canales de Na+ y K+ todo a lo largo de los axones, de manera que el potencial de acción se transmite porque el flujo de esos iones en una región "contagia" la zona adyacente de la membrana. En los axones que conducen la señal con mayor velocidad —los que están recubiertos con mielina—, las zonas con canales iónicos no tapizan toda su longitud sino que se sitúan en puntos concretos algo separados entre sí, de tal forma que los potenciales de acción se regeneran "a saltos", como si brincaran entre un punto y el siguiente. Esto es posible gracias a las propiedades de aislante eléctrico de la capa de mielina. En estos axones mielinizados los potenciales de acción pueden viajar a una velocidad de hasta 120 metros por segundo, es decir, unos 430 kilómetros por hora. ¡Más rápido que un fórmula l! En cualquier caso, el potencial de acción se transmite porque se regenera una y otra vez a lo largo de la célula. Esta regeneración constante da lugar a otra propiedad muy útil: la señal eléctrica no disminuye de amplitud con la distancia, sino que alcanza el extremo del axón tan fuerte y lozana como cuando se originó. Esta "transmisión activa" explica que todos los potenciales de acción que viajan por tu sistema nervioso tengan prácticamente la misma amplitud. En el argot de los neurocientíficos se dice que este potencial es todo-o-nada: o se produce y se transmite íntegro o no se produce, pero no hay medias tintas. Al hablar de comunicación entre neuronas, este detalle es muy importante: los potenciales de acción son iguales en todas ellas, ya que el mecanismo iónico es el mismo y, además, su amplitud no disminuye a medida que viajan por los axones. Lo que es distinto entre unas neuronas y otras son las frases y palabras que producen cada una. Ocurre algo similar con los mensajes escritos con el código binario de los ordenadores: los ceros y unos son indistinguibles entre sí, todos son idénticos. Lo que distingue a un mensaje de otro son las secuencias concretas de ceros y de unos.

En resumen

Las neuronas (y también las fibras musculares) utilizan descargas eléctricas para producir una especie de código binario. Cada uno de esos potenciales de acción se produce debido al flujo brusco y masivo de iones Na+ a través de compuertas especiales que hay en la membrana plasmática de la célula, seguido de un flujo opuesto de iones K+ que permite una carga rápida de la batería. Las llamadas

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bombas de Na/K generan de manera continua e incesante un movimiento opuesto de esos iones para mantener sus concentraciones a ambos lados de la membrana. Una neurona puede producir muchos potenciales de acción seguidos, uno detrás de otro, que viajan como si se tratara de una procesión a lo largo del axón. Ese desfile es su manera de hablar: puedes imaginar cada fila de potenciales de acción como si se tratara de una palabra. Esas palabras llegan al extremo de los axones tan claras y fuertes como cuando se generaron. ¿Qué sucede cuando los potenciales de acción alcanzan el final del axón? Las señales sirven para informar de algo a otra célula, por lo que el extremo de cada axón siempre está próximo (o incluso unido) a otra neurona o una fibra muscular. Como sabes, esa región donde el mensaje de una célula actúa sobre otra se llama sinapsis. Veamos con más detalle cómo funciona.

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Chat neuronalEl lenguaje de las neuronas se escribe en forma de pulsos eléctricos, pero en el sistema nervioso hay además otra característica esencial para incrementar la riqueza de su "idioma" y ampliar las posibilidades de comunicación entre las neuronas: me refiero a las sinapsis. En algunos casos (las llamadas sinapsis eléctricas), las dos neuronas implicadas se tocan físicamente y el mensaje eléctrico pasa con tranquilidad y sin grandes cambios de una célula a otra. Pero lo más común es que las dos neuronas estén un poco separadas y que el mensaje pase de una célula a otra mediante una sustancia química. Estas sinapsis químicas son lugares muy importantes para el funcionamiento del SN, ya que no son meros "puentes" para la circulación de las señales sino que regulan el paso de la información. En cierto sentido actúan como válvulas que permiten el flujo en una única dirección y, además, experimentan modificaciones esenciales para la formación de la memoria.

Una unión con mucha química

Cada extremo de un axón está muy próximo a otra neurona, en la mayoría de los casos a una de esas antenas receptoras llamadas dendritas. Como ya te he contado, Julia, una sinapsis es esa región donde una neurona interacciona con otra (o con una fibra muscular). He dicho "interacciona" —y no, por ejemplo, "contacta"—ya que en la gran mayoría de tus sinapsis las dos neuronas no se tocan físicamente sino que forman sinapsis químicas: entre ellas hay un espacio, llamado espacio sináptico, que está relleno del líquido extracelular existente entre las células. Las sinapsis químicas no son zonas en donde los potenciales de acción

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"saltan" o pasan de alguna manera de una célula a otra para continuar así su viaje. No, ni mucho menos. En muchos libros podrás leer que las sinapsis son "e! lugar donde se transmite el impulso nervioso", pero esa descripción puede inducir a error. Las sinapsis no son meras zonas de transmisión, son zonas donde dos neuronas interaccionan, donde una le dice algo a la otra, y la que recibe e! mensaje actúa en consecuencia y genera una nueva señal, que puede ser parecida a la que ha recibido o completamente distinta. Además, las neuronas que "escuchan" no son todas iguales: en sus dendritas pueden tener distintos tipos de unas moléculas llamadas receptores, de forma que una misma neurona emisora puede ser interpretada de maneras diferentes según los receptores que tengan sus oyentes, aunque el mensaje de la emisora sea el mismo. Como te puedes imaginar, esto hace que el diálogo entre neuronas sea mucho más variado y complejo que esa simple "transmisión del impulso nervioso". Algo parecido ocurre en la comunicación entre los seres humanos. Por ejemplo, una misma palabra, como "dime", puede producir efectos distintos y significar cosas distintas según e! idioma del que la lee. Si escribes "dime" en un cartel y lo muestras por la calle a alguien que hable español, a lo mejor te dice algo. Pero si usas el mismo cartel en EE UU, te estarás refiriendo a una moneda de 10 centavos, así que a lo mejor te echan una moneda. En el SN, una misma secuencia de potenciales de acción puede significar cosas distintas según los receptores de las neuronas que reciben el mensaje.

Y a mí, ¿quién me escucha?

Cada potencial de acción que llega al final de un axón (zona llamada terminal presináptico) produce algún efecto en la célula que se encuentra al otro lado (o terminal postsináptico) al activar los receptores que acabo de citar. Pero, ¿cómo se produce la activación? ¿Es la electricidad, el potencial de acción, el que interacciona con esos receptores? En un principio, los neurocientíficos pensaron que así era, pero en la década de 1920 se pudo demostrar que en realidad la comunicación en la mayoría de las sinapsis es química: al alcanzar e! final del axón, la señal eléctrica no sigue adelante, desaparece pero no en vano, ya que induce la liberación de una sustancia química al exterior de la célula. Esa sustancia que ya conoces, llamada neurotransmisor, es la que activa los receptores de la otra célula. Tal vez pienses que usar un neurotransmisor para que una neurona diga algo a otra es una complicación innecesaria, pero imagina en el enorme abanico de posibilidades que se abre ante una neurona que se encuentra diciendo algo, es decir, generando secuencias de potenciales de acción. El axón de esta neurona puede estar muy ramificado y contactar con muchas otras neuronas, de tipos variados y con receptores variados. Cada vez que se genera un potencial de acción al comienzo de! axón, al llegar a las ramificaciones que hay al otro extremo se divide y transita por todas ellas para alcanzar así varias terminaciones. En cada una de ellas nuestra neurona liberará al exterior una cantidad de neurotransmisor (en principio el mismo tipo en todas sus ramificaciones). Pero como las neuronas con las que interacciona pueden tener receptores distintos, el efecto será también distinto: el mismo mensaje inicial será interpretado de distintas maneras, todo dependerá del idioma que hable la neurona receptora. Si, además, el axón de cada neurona se ramifica para establecer de promedio unas 1000 sinapsis, como quizá recuerdes, puedes hacerte una idea de la enorme cantidad de posibilidades que permite este sistema de comunicación mediante el uso de neurotransmisores y receptores.

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Figura 29. Cada neurona recibe multitud de sinapsis, con neurotransmisores variados. Algunas sinapsis producirán excitación y otras inhibición de la neurona receptora. Aquí se muestran ampliadas la dendrita de una neurona y tres sinapsis.

Se conocen muchos tipos de neurotransmisores, sustancias químicas de naturaleza variada que tienen nombres como acetilcolina, glutamato, noradrenalina, glicina, etc. Como norma general, cada neurona de tu sistema nervioso contiene y libera en los extremos de su axón un único tipo de neurotransmisor. Por tanto, se puede clasificar a las neuronas según la sustancia química que utilicen en sus sinapsis, y de este modo se dice que hay neuronas colinérgicas (liberan acetilcolina), glutamatérgicas (liberan glutamato), noradrenérgicas, glicinérgícas, etcétera.

El efecto depende del receptor

Seguro que ahora ya tienes claro, Julia, que las neuronas transforman pulsos eléctricos en pulsos químicos. Cada potencial de acción induce la liberación de una cantidad concreta de neurotransmisor, el cual interacciona con el receptor de la otra neurona de la sinapsis. Hay muchos tipos de receptores y una neurona puede tener varios tipos a la vez. Te preguntarás, quizá, cuál es el efecto de los neurotransmisores sobre la célula receptora si en las sinapsis no se transmite el pulso eléctrico. Dependerá del tipo de receptor. Básicamente hay dos clases de receptores: los que favorecen que la neurona se excite y tienda a producir nuevos potenciales de acción, y los que hacen el efecto contrario e impiden que la batería de la neurona se descargue y produzca potenciales de acción. Las sinapsis que tienen el primer tipo de receptores se llaman sinapsis excitadoras, y las otras sinapsis inhibidoras. Por tanto, los potenciales de acción podrán inducir una excitación o una inhibición en la neurona con la que interaccionan a través de los neurotransmisores. Estos cambios consisten en pequeñas variaciones eléctricas llamadas potenciales sinápticos, que tienen una amplitud mucho menor que los potenciales de acción y pueden generar cambios eléctricos tanto positivos (potenciales sinápticos excitadores) como negativos (potenciales sinápticos inhibidores). Si se trata de una inhibición, la neurona tenderá a permanecer

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"callada", y sus probabilidades de producir en ese momento algún potencial de acción disminuirán. Por el contrario, si lo que se produce es una excitación, en ese momento aumentarán las probabilidades de que la neurona receptora genere potenciales de acción. Una consecuencia importante de esto es que, como norma general, el efecto de una neurona sobre otra es probabilístico, ya que se suma a los efectos de los otros miles de sinapsis que contactan con la célula receptora, y además puede ser tanto excitador como inhibidor. No es cierto, por tanto, que en las sinapsis los potenciales de acción se transmiten de una neurona a la siguiente, error muy común y que parece tener una alta capacidad de supervivencia, ya que sigue apareciendo de forma constante en libros, revistas y otros medios. Es importante asimismo tener en cuenta que la misma neurona, liberando el mismo neurotransmisor, puede ejercer efectos distintos en las distintas sinapsis que forme, ya que algunas pueden ser excitadoras y otras inhibidoras. Esto muestra con claridad que el efecto está determinado por el receptor y no por el neurotransmisor. En nuestro sistema nervioso hay algunos neurotransmisores que actúan en la gran mayoría de casos sobre una misma clase le receptor, lo cual puede inducir a error. Por ejemplo, se suele decir que el glutamato es un neurotransmisor excitador ya que suele actuar sobre receptores excitadores; sin embargo, esta expresión no es del todo correcta, ya que el neurotransmisor no es ni excitador u inhibidor. Todo depende, recuerda, del receptor con el que interaccione, En las sinapsis químicas el mensaje viaja desde la neurona que emite el neurotransmisor hasta la que tiene los receptores. Aunque hay otras interacciones químicas en las sinapsis que van en sentido contrario, desde el punto de vista de las señales eléctricas no se trata de un diálogo, sino más bien de un monólogo, donde cada neurona, a través de los receptores de sus dendritas, se limita a escuchar lo que otras le dicen para a continuación sacar sus propias conclusiones.

Una cabeza con miles de orejas

Ahora imagina, Julia, que el cuerpo principal de una neurona con sus dendritas es como una cabeza con miles de orejas. Cada oreja representa a cada una de las sinapsis que recibe esa célula, y en cada una de ellas la neurona está "escuchando", con más o menos frecuencia, un mensaje que significa "excitación" o "inhibición" (dependerá del tipo de oreja). ¿Qué hace la neurona? ¿Se excita o se inhibe? O lo que es lo mismo, ¿tiende a generar más potenciales de acción o menos? Pues lo que haga la neurona en cada momento dependerá de la suma de los mensajes que recibe por todas las orejas. Si esa suma inclina la balanza hacia el lado de la excitación, entonces generará al comienzo de su axón nuevos potenciales de acción. Por el contrario, si la balanza se inclina hacia el lado de la inhibición, se quedará "callada" hasta que la cosa cambie.

Computación neuronal al 100%

Lo que acabo de describirte es un tipo de computación. Cada neurona, a partir de los miles de mensajes que recibe por sus sinapsis, genera una respuesta que es el resultado de la suma de toda esa información. Esta computación la están haciendo ahora mismo todas las neuronas que tienes en tu encéfalo para decidir en cada momento si en su axón se produce o no una descarga de la batería. Carece de sentido, por tanto, decir que sólo se usa un x% determinado del SN. Se usan todas las neuronas y cada persona usa las suyas a su manera. Según el tipo de señales que se les envíen, permanecerán "calladas" o generarán distintos códigos de

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potenciales de acción, pero en todo momento estarán realizando su trabajo de computación.

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La caja de herramientasEstamos llegando al final de este viaje a través de la estructura más compleja con que nos hemos tropezado los seres humanos. Durante mucho tiempo el estudio de la mente se consideró inaccesible al conocimiento científico pero, como has podido comprobar, querida Julia, ahora sabemos muchas cosas sobre esta máquina maravillosa. Para revelar todo este conocimiento los científicos han ideado múltiples estrategias y técnicas que han permitido extraer datos muy precisos. Son muchos años de esfuerzo —¡y los que quedan!— que es importante reconocer. Todo lo que te he contado en este libro es el resultado de la aplicación de un extenso abanico de técnicas. Veamos algunas. En una persona viva no es nada fácil observar el encéfalo en funcionamiento, ya que está encerrado y protegido por el cráneo. Además, la gente no está dispuesta a que hagan experimentos con su cabeza y, aunque lo estuviera, los principios éticos que guían nuestra manera de actuar restringen esas actividades. Debido a ello, antes del desarrollo de las modernas técnicas de registro, la mayor parte de los datos sobre la estructura y el funcionamiento del sistema nervioso humano se obtenía a partir de tejido muerto o de otros animales no humanos.

La textura de la mente

Para conocer muchos aspectos de la organización del sistema nervioso no es necesario que las células estén vivas, ya que es posible estudiarlo con detalle y sin problemas éticos en muestras de tejidos humanos obtenidos post mortem. De esta manera, la neuroanatomía (estudio de la estructura) se desarrolló mucho antes que la neurofisiología (estudio de la función), y a finales del siglo XIX ya se conocían gran cantidad de detalles sobre la distribución de las neuronas y sus conexiones. En 1899 se publicó un tratado de neuroanatomía que se ha convertido en uno de los libros más importantes de la neurociencia, cuya vigencia llega hasta nuestros días. Se tituló Textura del sistema nervioso del hombre y de los vertebrados, y su autor fue el español y Premio Nobel Santiago Ramón y Cajal (1852-1934). El método clásico para descifrar la anatomía del sistema nervioso y conocer la forma de las células y las conexiones que establecen entre sí consiste en hacer láminas muy finas de tejido, de unas pocas micras, que son tratadas con algún tipo de colorante o intensificador del contraste, lo cual marca los detalles que

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interesan. Puedes imaginarlo como una especie de revelado fotográfico, donde la película consiste en una finísima hoja de tejido nervioso. Cuando el tejido está preparado, se observa a través de un microscopio. Aunque esta técnica es sencilla, el objeto de estudio no lo es, de manera que hacerse una idea de cómo es la estructura global del sistema en tres dimensiones, a partir de la observación de esas finas láminas, es un trabajo extremadamente laborioso, algo así como reconstruir la estructura celular de un jamón serrano que ha sido cortado en miles y miles de finísimas lonchas.

Uniendo anatomía y función

Como puedes imaginar, a partir de muestras de tejido muerto resulta bastante difícil extraer conclusiones sobre la función, aunque la cosa no es imposible, ni mucho menos (es un trabajo en cierta medida parecido al que realizan los paleontólogos que tratan de reconstruir la forma de vida de animales extinguidos a partir de sus restos fósiles). Lo que se necesita es ingenio, y de eso tenía mucho Caja!. Este neurocientífico propuso, a partir de sus observaciones anatómicas con el microscopio, varias teorías sobre el funcionamiento de las neuronas y de algunos de sus circuitos. Por ejemplo, tras observar la disposición de las dendritas y el axón, sugirió que la información nerviosa (la actividad eléctrica que hoy conocemos) viaja desde las dendritas hacia el axón, y no en sentido contrario. Hoy sabemos que esencialmente es así, aunque cuando Cajal hizo sus observaciones nadie había medido con detalle ese flujo de actividad. Esta es una característica de la ciencia realizada con rigor: permite desarrollar teorías y generar hipótesis sólidas que pueden ser contrastadas con algún tipo de experimento. En el caso de Cajal, varias de sus hipótesis sobre la función del sistema nervioso pudieron verificarse años más tarde, cuando llegaron las técnicas apropiadas.

Por tanto, aunque en el siglo XIX no se habían desarrollado todavía técnicas para observar in vivo y con detalle la función de las células nerviosas, eso no impidió que se conocieran algunos aspectos de su funcionamiento. Además de técnicas como la que empleaba Cajal, los estudiosos del sistema nervioso comenzaron también a utilizar de manera sistemática un método relativamente sencillo, pero eficaz, que permitió relacionar por primera vez, y con rigor, algunas funciones del sistema nervioso con regiones anatómicas concretas. Este método sigue usándose hoy en día: consiste en observar los cambios que sufre una persona tras una lesión que afecte al SNC (por ejemplo, cambios en la percepción, el movimiento, el comportamiento, etc.), y cuando fallece estudiar con detalle el tejido nervioso en busca de la región dañada. De esa manera el médico francés Paul Broca pudo identificar por primera vez una zona del cerebro implicada en la producción del habla: tras estudiar el cerebro de pacientes incapaces de hablar (sufrían afasia), pudo comprobar que tenían lesionada una región de la corteza prefrontal del hemisferio izquierdo. Hoy en día esa zona se denomina área de Broca y, como ya has visto en el capítulo 12, tiene una función importante tanto en la producción de! habla como en la comprensión del lenguaje. Los estudios de Broca sirvieron también para desvelar con claridad que en el SNC hay regiones concretas que se encargan de tareas concretas, en vez de tratarse de una masa con distribución homogénea y difusa en sus funciones. Una de las personas que, de manera involuntaria, contribuyó en su momento de manera importante a la comprensión de las funciones del encéfalo humano fue el norteamericano Phineas Gage (1823-1860), una persona amable y aplicada que trabajaba en la construcción de una línea de ferrocarril. Su inesperada colaboración con la neurociencia se debe a que un día de 1848, mientras se

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encontraba compactando pólvora con una barra de hierro de unos 6 kg de peso, algo más de 3 cm de diámetro y poco más de l m de longitud, la pólvora explotó y lanzó la barra a unos 25 metros de distancia... atravesando antes el cráneo de Phineas. Entró por la parte izquierda de su cara, pasó por detrás de! ojo izquierlo, atravesó y se llevó por delante una parte importante de su lóbulo frontal izquierdo y salió por la parte superior de la cabeza. De manera sorprendente, Phineas sobrevivió al accidente, pero su personalidad cambió de forma muy notable, volviéndose grosero, impaciente, obstinado, caprichoso y, en definitiva, poco sociable. Aunque en apariencia se recuperó bastante bien después del accidente, murió al cabo de 12 años. Este caso sirvió para reforzar la idea de que los estados mentales dependen de la estructura encefálica y están gestionados por regiones específicas de ésta. Phineas Gage perdió parte de su corteza prefrontal y la reestructuración encefálica accidental cambió su forma de ser.

Las neuronas del calamar

Como te decía al principio de este capítulo, para estudiar directamente el funcionamiento del SN, es decir, su actividad cuando el tejido está vivo, los estudios en seres humanos han sido hasta hace poco muy escasos, debido a las evidentes dificultades físicas y restricciones éticas. Por esta razón, resulta que la mayor parte de las cosas que sabemos sobre la función del sistema nervioso se han descubierto en animales distintos al Homo sapiens, un hecho que pocas veces se aclara al hablar del sistema nervioso. Es cierto que algunos métodos, como el EEG, se usan desde hace tiempo en las personas, ya que son del todo inocuos (son técnicas "no invasivas") pero no sirven para conocer en profundidad el funcionamiento de encéfalo: son como películas aéreas, que aportan una buena visiór general pero sin detalles. Para conocer en profundidad el funcionamiento del encéfalo y el resto del SN, y así poder buscar soluciones a muchas enfermedades —como el alzhéimer, párkinson, depresiones, parálisis, etc.—, es necesario acceder de manera física a su interior. En los seres humanos esto se realiza tan sólo en aquellos casos en que hay que hacer una operación para tratar alguna enfermedad (por ejemplo, en operaciones de cirugía en el cerebro para tratar una epilepsia). Si el paciente está de acuerdo, en esas operaciones puede estudiarse la actividad eléctrica de alguna región de la corteza cerebral mediante la colocación de pequeñas sondas en el tejido. Estas experiencias permiten obtener información muy valiosa que se compara con la existente pero, en la práctica, la inmensa mayoría de los datos sobre el funcionamiento preciso del sistema nervioso se han obtenido gracias a la investigación en otros organismos, desde gusanos y babosas de mar hasta ratas y macacos. Es posible que te estés preguntando: "Pero entonces, los detalles que aprendemos al estudiar otros organismos, ¿pueden aplicarse a los seres humanos? ¡Los gusanos y las ratas no piensan como nosotros!" Es una buena pregunta, y la respuesta es sí: la información que obtenemos al explorar otros organismos es muy útil para comprender cómo funciona nuestro sistema nervioso (y otra partes del cuerpo), ya que las propiedades bioquímicas, metabólicas y celulares son en muchos casos idénticas. Como sabrás, los seres vivos somos fruto de la maquinaria evolutiva, de tal forma que todos estamos emparentados y, en consecuencia, muchos aspectos del funcionamiento de órganos y tejidos son compartidos por especies distintas. Esto ha sido una gran ventaja para el rápido desarrollo de la biología y la medicina. No podemos estudiar complejos mecanismos mentales o psicológicos en una babosa de mar, pero sí, como se ha hecho, algunos mecanismos moleculares relacionados con la memoria.

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Te pongo otro ejemplo. El mecanismo de generación de los potenciales de acción debido al movimiento de iones Na+ y K+ no se estudió en neuronas humanas sino en calamares. ¿Por qué en calamares? Por una razón práctica: algunos calamares tienen axones con un diámetro 100 veces mayor que el típico de los mamíferos, de manera que pueden alcanzar hasta 1 mm de grosor o incluso más (el llamado "axón gigante" se ha investigado en especies como Loligo pealei o calamar de Boston). Un diámetro tan grande permite hacer experimentos que de otra manera no serían posibles o requerirían un gran esfuerzo técnico. De manera similar, para la gran mayoría de estudios sobre el sistema nervioso se han buscado organismos que por alguna razón técnica o biológica resultan adecuados para la realización de los experimentos. Los seres humanos participamos sobre todo en investigaciones relacionadas con aspectos cognitivos y psicológicos exclusivos de nuestra especie, pero no es necesario (ni recomendable) abrirle la cabeza a nadie para conocer las propiedades biofísicas, eléctricas y metabólicas de sus neuronas.

Midiendo electricidad biológica

Por tanto, la gran mayoría de los experimentos sobre la función del SN se ha realizado y se realiza habitualmente en animales de laboratorio o en trozos de su tejido nervioso que se mantienen en funcionamiento en una preparación in vitro. Así se ha estudiado, por ejemplo, la electricidad neuronal. Los electricistas que quieren medir la carga de una pila utilizan un aparato llamado polímetro o también multímetro. Al colocar los dos cables que salen del polímetro en los dos polos de la pila puede medirse la carga eléctrica de ésta (lo que se mide en realidad es la llamada diferencia de potencial). Como cada neurona es un pequeña batería que emite descargas eléctricas, los neurocientíficos hacen algo parecido a los electricistas y utilizan unos medidores especiales que tienen también dos extremos con los que se mide la carga eléctrica (figura 30). Al hacer un EEG, se colocan esos dos extremos sobre dos zonas de la cabeza y así puede medirse la carga eléctrica que hay entre esas dos zonas. Pero dentro de la cabeza hay muchos millones de neuronas, cada una con una actividad que va a su ritmo particular, por lo que en un EEG no se observa un voltaje concreto sino una especie de baile alocado de cambios de carga que refleja la actividad conjunta de muchas células. Debido a esto, un EEG ofrece una información que suele ser muy difusa y difícil de interpretar. Las únicas señales que pueden discernirse con claridad en un EEG ocurren cuando hay miles de neuronas que funcionan de manera sincronizada, como muchas baterías que producen descargas al mismo tiempo. Esto sucede, por ejemplo, durante algunas fases dé sueño o al desencadenarse un ataque epiléptico.

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Figura 30. Los neurocientíficos pueden medir con mucha precisión la carga eléctrica de una neurona.

Si queremos conocer la actividad eléctrica de un grupo pequeño de neuronas, o de una única neurona, es necesario acceder al interior del tejido y utilizar un polímetro que tenga unas puntas muy finas. Eso es lo que se hace en los experimentos con animales: se introducen en su sistema nervioso (o en una muestra de tejido que se mantiene in vitro) sondas microscópicas que pueden medir con precisión los cambios eléctricos. Es posible incluso introducir una de esas sondas en el interior de una única neurona, lo cual permite medir su voltaje y estudiar los cambios que se producen ante distintas situaciones experimentales.

No todo es electricidad

Además de las descargas eléctricas que viajan por los axones, en el funcionamiento del sistema nervioso hay muchos otros procesos que pueden medirse hoy en día con bastante detalle. Por ejemplo, las concentraciones de neurotransmisores, hormonas y otras sustancias como el calcio (un importante mensajero celular) varían según la función y pueden medirse mediante microdiálisis, una técnica que consiste en la introducción de sondas que toman pequeñas muestras de líquido. También es posible medir cómo varía a lo largo del tiempo la concentración de una sustancia introduciendo en el tejido dos finas fibras ópticas: una para emitir luz y otra para detectar la luz reflejada por las moléculas. Como resulta que cada molécula absorbe y refleja un rango de luz determinado, es posible conocer qué sustancias hay en el tejido y cómo varía su concentración. Los principios físicos de esta técnica, llamada espectrofotometría, son los mismos que usan los astrónomos, por ejemplo, para conocer la composición de las estrellas. En muchas otras técnicas se combinan los estudios anatómicos de "revelado fotográfico" con la introducción de sustancias que indican dónde hay determinadas moléculas, ya que se unen de forma específica a ellas (lo indican al mostrar un color determinado o incluso con la emisión de su propia luz). De esta forma es posible trazar auténticos mapas funcionales del tejido nervioso. Incluso se han desarrollado microscopios que pueden utilizarse para observar en directo y en 3D cambios en la forma y el funcionamiento de las neuronas.

El experimento

Sin embargo, para investigar el funcionamiento de una estructura no basta con medir su actividad espontánea, sino que es necesario combinar esas técnicas que

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acabamos de ver (y muchas otras) con la modificación controlada de su funcionamiento para así observar cómo se comporta. El SN puede modificarse mediante la simple aplicación de un estímulo sensorial, por ejemplo una imagen determinada o un estímulo táctil en una zona concreta. También pueden generarse de forma directa y precisa señales eléctricas en el interior del SN mediante la introducción de pequeñas sondas que, en vez de medir la actividad, lo que hacen es activar la generación de potenciales de acción. Otra manera muy común de intervenir en el funcionamiento del tejido nervioso consiste en el uso de drogas o sustancias químicas que interaccionan de alguna forma con su actividad, tanto para estudiar sus propiedades básicas como para comprobar el modo de acción y la eficacia de un posible fármaco. Incluso es posible modificar la función de un tipo concreto de neuronas mediante la aplicación de luz (introduciendo una fibra óptica en el tejido o simplemente iluminándolo desde fuera). A esta técnica se le llama optogenética, ya que combina métodos ópticos con las manipulaciones genéticas necesarias para que las células que interesa respondan a los cambios de luz. Un experimento típico para estudiar el funcionamiento del SN consiste en lo siguiente. Por un lado, se escoge una técnica de medición de algún parámetro (actividad eléctrica, concentración de una sustancia, etc.), y por otra se aplica algún método que modifique la actividad del sistema. De esta manera es posible comprobar cómo se modifica la función ante la aplicación de un cambio controlado. Por ejemplo, si queremos saber cómo hace el cerebro para construir la percepción visual, podemos registrar con una sonda la actividad eléctrica de neuronas situadas en la zona del cerebro que sospechamos se encarga de la visión, y al mismo tiempo aplicar estímulos visuales (es decir, poner una imagen concreta delante de los ojos). Así es posible relacionar la imagen que se coloca en un momento concreto con la actividad eléctrica medida en ese mismo momento. Lo que te acabo de describir, Julia, es un tipo de experimento muy común dentro de la innumerable cantidad de posibilidades existentes. Al combinar distintas técnicas y protocolos es posible responder a preguntas muy precisas sobre la forma en que funciona el SN. De hecho, el trabajo más importante y más difícil de un científico consiste en hacer buenas preguntas y diseñar bien los experimentos.

Llegó la imagen electrónica

A pesar de que las similitudes evolutivas permiten estudiar muchos fenómenos biológicos en otros animales, el SN de los seres humanos tiene evidentemente unas características estructurales y funcionales exclusivas de nuestra especie, esenciales para comprender cómo surgen nuestras peculiares capacidades cognitivas. Por ello, los ingenieros y científicos no han parado de buscar técnicas que permitan adentrarse en el funcionamiento de la máquina humana de la mente sin tener que abrir el cráneo para acceder a su interior, es decir, métodos lo menos invasivos posibles. La solución está llegando de la mano de técnicas de imagen como el PET (siglas en inglés de tomografía por emisión de positrones) la resonancia magnética funcional (conocida también por sus siglas en inglés: FMRI). Lo que hacen estas técnicas es representar la actividad de las distintas regiones encefálicas, indicando normalmente con diferentes colores las distintas zonas según su grado de actividad. Estos métodos han permitido observar por primera vez el interior de un encéfalo humano en funcionamiento y conocer los focos de su actividad (con el EEG se detecta asimismo la actividad neuronal, pero sólo de las capas más superficiales del cerebro y sin una localización tridimensional de las zonas implicadas). En la actualidad las técnicas de imagen son muy útiles para la

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práctica clínica. Aun así, todavía son muy limitadas para explorar con detalle los entresijos de la mente. La ventaja de estas técnicas es que aportan una representación tridimensional del funcionamiento encefálico, pero tienen dos limitaciones importantes: por un lado, la resolución espacial (la calidad de la foto, digamos) no es muy buena y las estructuras menores de 1 mm se distinguen con dificultad, por lo que los límites anatómicos de las zonas activadas no se diferencian con nitidez. Por otro lado, las imágenes se obtienen al hacer un promedio tras un cierto tiempo de toma de muestras, y eso origina otra limitación: su resolución temporal es también pequeña. Puede decirse si una zona está más o menos activa que otra, pero no pueden precisarse los cambios en el tiempo. Son imágenes borrosas tanto en el espacio como en el tiempo. Probablemente estas limitaciones irán solucionándose poco a poco; de hecho, ya existen técnicas de imagen que permiten obtener representaciones con buena resolución espacial y temporal, pero por el momento se utilizan en su mayoría en animales de investigación, ya que son técnicas invasivas que requieren un acceso direcro al interior del tejido. Estas son unas pinceladas sobre la gran variedad de métodos que se han usado y se usan hoy en día en neurociencia. Harían falta varios libros más gruesos que el que tienes en las manos para contar algo sobre todos ellos. Lo importante es que con todas estas herramientas hemos comenzado a descubrir cómo se las arreglan las neuronas para producir electricidad, liberar sustancias químicas transmisoras de información y convertirse así en una interesante comunidad de células parlanchinas que poco a poco nos revelan sus secretos.

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Y para finalizar, un cuentoLo que te he contado en este libro, Julia, es un resumen de algunos aspectos del SN investigados por la ciencia tras muchos esfuerzos y utilizando técnicas como las que acabamos de ver. Pero en muchos casos las personas poco informadas pueden tener dificultades para diferenciar las conclusiones científicas de las simples supercherías e invenciones. Una cosa es la imaginación aplicada al

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conocimiento racional y contrastado que poco a poco vamos obteniendo sobre la naturaleza del cosmos que habitamos, que puede expresarse por ejemplo en algunas excelentes obras de ciencia ficción, y otra cosa es la imaginación que desborda más allá de los límites de la ciencia. La imaginación sin límites es uno de los tesoros más grandes que nos brinda la mente, y no debemos renunciar nunca a ella o perderíamos una parte fundamental de lo que nos hace humanos. No es necesario ser un artista, un poeta o un novelista para imaginar mundos imposibles. Los grandes científicos no son esas personas de mente cuadrada y robotizada, estereotipos que aparecen en muchas películas; también necesitan sacar a pasear su mente por todos esos mundos imposibles. Pero una vez que tenemos claro lo anterior, es muy importante saber diferenciar entre lo que encaja dentro del conocimiento científico en cada momento y lo que no encaja. La ciencia funciona porque construye su conocimiento sobre una base contrastada. Hay muchos aspectos —la mayoría— que todavía no conocemos sobre el funcionamiento y las posibilidades del sistema nervioso y la mente humana. Para avanzar y descubrirlos poco a poco, la única herramienta eficaz que conocemos es la científica. Por ello, los científicos no podemos aceptar como válida cualquier cosa que se nos ocurra sobre la mente o el cerebro, por mucha imaginación que tengamos o muy atractiva que nos parezca la idea, sino que es necesario comprobarla y demostrarla de manera rigurosa. En la cultura popular hay muchas historias, cuentos y mitos sobre la mente que jamás han sido demostrados con criterios científicos. Eso no quiere decir que alguno no pueda ser demostrado algún día. Pero ello no justifica ninguna de esas creencias. Puestos a creer, podemos creer cualquier cosa. Mucha gente no tiene las herramientas necesarias para diferenciar qué es ciencia y qué es sólo invención o superchería. Esta es una de las razones de que se escriban libros como éste: mostrar cómo funciona la ciencia, qué cosas descubre y hasta dónde llegan sus límites. En este caso, los límites del sistema nervioso, el encéfalo y la mente. Veamos algunos ejemplos.

Comunicación mental a distancia

Los seres humanos tenemos un sistema admirable para comunicar nuestros pensamientos en tiempo real, un sistema que permite poner en común el producto de la mente de dos o más personas: el lenguaje. Como ya te comenté en un capítulo anterior, este sistema, en combinación con la capacidad del habla y del sistema auditivo, permite que las mentes se comuniquen de forma inalámbrica con una gran precisión, algo que nos diferencia con claridad de los métodos de comunicación utilizados por el resto de animales, al menos de los que conocemos (me refiero a una comunicación en tiempo real, distinta de la que se establece, por ejemplo, al leer un libro). Es preciso recordar aquí que, en el caso de las personas sordas, la comunicación mental equivalente se produce mediante la combinación de gestos y el sistema visual. Sin embargo, por alguna extraña razón, a algunas personas les atrae el hecho de una comunicación similar pero sin que participe el habla y el sistema auditivo, por lo que se han inventado un supuesto método de comunicación al que llaman telepatía. Es una pura invención. Aparte del lenguaje, no conocemos ningún mecanismo por el cual la actividad mental de una persona pueda empaquetarse, dirigirse y afectar de forma específica a otra persona (o de manera inespecífica a miles de ellas, da igual). Debe quedarte claro, Julia, que en estos casos no vale la pregunta: "¿Y si ese mecanismo existe pero todavía no lo hemos descubierto?" Piensa que esa pregunta puede aplicarse a cualquier cosa, a cualquier tontería inventada por la imaginación, por lo que es absurdo darle crédito a no ser que

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exista algún fundamento coherente con base en el conocimiento que tenemos de la naturaleza. Hoy mismo puede aparecer un chalado que afirme que existe un método de comunicación mental entre los seres humanos, los escarabajos peloteros y las palomas mensajeras con plumas en las patas. ¿Y qué? Ahora prueba a inventar tu propio método de comunicación mental, todavía no descubierto por la ciencia.

Trasteando con la cubertería

Algunas personas afirman, y aparentemente demuestran en directo, que son capaces de doblar cucharas con su pensamiento. Si esa capacidad tuviese alguna posibilidad de certeza a través de las innumerables interacciones que la ciencia ha descubierto entre la materia y la energía, si tuviese alguna posibilidad, digo, los científicos estarían encantados e ilusionados con ponerse manos a la obra e investigar sus fundamentos. Al fin y al cabo, el desarrollo de la ciencia se ha encontrado más de una vez con comportamientos de la materia y la energía del todo extraños y ajenos por completo a nuestros conocimientos previos o nuestra intuición: el doble comportamiento de onda y partícula de la luz, el entrelazamiento cuántico mediante el cual dos partículas se mantienen ligadas en el cosmos de manera instantánea e independiente de la distancia, el efecto de la velocidad sobre el paso del tiempo que predice la relatividad de Einstein, etcétera. Sin embargo, y de igual manera que en el apartado anterior, en este caso tampoco conocemos ningún mecanismo por el cual la actividad encefálica pueda ejercer un efecto semejante sobre una cuchara o cualquier otro objeto. Además, jamás nadie ha demostrado que pueda realizar semejante cosa. Nadie. Nunca. Las personas que a veces salen en los medios de comunicación doblando objetos lo único que hacen es poner en práctica un truco con el que consiguen engañar a las mentes más crédulas. Son charlatanes, mentirosos sin escrúpulos (a diferencia de los magos e ilusionistas, que hacen trucos para jugar con nuestra atención, estimular nuestra imaginación y hacernos pasar unos momentos agradables de ilusión y secretos que no logramos descubrir). Te puedo asegurar, Julia, que si alguien demostrase que puede hacer eso sería muy reclamado por los científicos de todo el mundo, ya que estaríamos ante una nueva manera de control de la mente sobre la materia.

Energía, memoria y capacidades de la mente

"¡Aumenta tu energía mental!" Seguro que has visto muchas veces anuncios de productos que, según prometen, hacen todo tipo de maravillas. Utilizan palabras que resultan vacías en ese contexto, como "energía" (¿que cosa es la "energía mental"?) , pero que suenan muy bien. Si la cosa fuera tan fácil, todos nos tomaríamos esas pastillas y listo, pero no conocemos productos que hagan ese tipo le "milagros", y ni siquiera estoy seguro de que, en el caso de que existieran, fueran en realidad útiles y beneficiosos para la sociedad. Modificar la memoria, las capacidades cognitivas o aquello que el encéfalo sea capaz de hacer se consigue como cualquier otra cosa: dándole trabajo al sistema. En el caso del sistema nervioso, las distintas habilidades pueden estimularse de muchas maneras, desde leer libros a jugar con videojuegos. Todas las neuronas de tu sistema nervioso se encuentran trabajando —no sólo el 10%, como alguien se ha inventado—, pero las redes funcionales que establezcan, el número de prolongaciones y contactos sinápticos y la fuerza de esas conexiones van a depender de la actividad que fluya por ellas, y eso depende de ti, de tus inquietudes y curiosidad.

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Las actividades que exigen un esfuerzo intelectual, como la lectura, el desarrollo de problemas lógico-matemáticos, la introspección filosófica, el intercambio y discusión de ideas, el aprendizaje y uso de distintos idiomas, etc., ayudan a mantener, reforzar y generar nuevas conexiones sinápticas, lo cual mejora, sin duda, la capacidad de todo el sistema. A lo largo del desarrollo, las neuronas que no establecen contactos sinápticos con otras células se convienen en una parte inútil de la red neuronal y terminan por degenerar y morir. Las investigaciones indican que en la vida adulta ocurre un fenómeno similar, de forma que mantener las neuronas estimuladas y con una buena red de conexiones es una buena manera de mantener la integridad del sistema y, por tanto, las capacidades cognitivas. Como apunta el psiquiatra Luis Rojas Marcos,"la evidencia científica acumulada en los últimos treinta años demuestra, sin lugar a dudas, que tres componentes de nuestro estilo de vida benefician el funcionamiento de la memoria y disminuyen el riesgo de sufrir deterioro intelectual y caer en la demencia: la intensa actividad intelectual, el ejercicio físico regular, y la participación activa en redes sociales que promueven las relaciones y la colaboración en proyectos puntuales gratificantes". Los médicos recetan fármacos que pueden ayudar a mejorar la concentración y el aprendizaje en personas con algún tipo de trastorno (por ejemplo, se pueden usar sustancias estimulantes que aumenten los niveles de neurotransmisores como la noradrenalina y la dopamina). Pero, fuera de esos productos que se toman bajo control médico, hay a la venta muchos "productos milagro" cuyos anuncios prometen todo tipo de mejoras en las habilidades mentales. Esos productos pueden contener alguna sustancia que realmente sea beneficiosa para la función neuronal, pero cuyo efecto será básicamente nulo a no ser que vaya acompañada de cierto esfuerzo intelectual. De ocurrir alguna mejoría, se deberá en gran medida a esto último, tomes pastillas o no. En los últimos años se han hecho también muy populares algunos videojuegos de "entrenamiento mental" cuyo uso, según prometen, mejora la memoria y otras capacidades cognitivas. No se ha demostrado que sea así. Los estudios realizados indican que no producen ningún tipo de mejoría global, salvo la que se produce por repetición de las pruebas específicas del propio juego. La mejor manera conocida de mantener y estimular la memoria es, como te decía antes, el esfuerzo intelectual. Desde luego, a ese esfuerzo se le pueden añadir estrategias con base en reglas mnemotécnicas, la atención o la repetición pero no pastillas milagrosas, al menos por ahora.

Espíritus del más allá

Entre todas las patrañas, engaños, invenciones y bobadas varias existentes sobre la mente, la que se lleva el puesto de honor es la creencia en espíritus y superhéroes invisibles similares. Lo tienen todo: mentes que perduran después de que el cuerpo (y por tanto las neuronas y el resto de tejido nervioso) ha muerto, transmisión telepática entre esas mentes y las nuestras (las de los vivos), movimiento a distancia de objetos (no sólo cucharas)... ¡Y encima conocen el futuro! Es el cóctel por excelencia de la estupidez, o al menos uno de los más elaborados: adivinación del futuro (nadie sabe cómo), movimiento de objetos (nadie sabe cómo) y comunicación telepática (nadie sabe cómo), a cargo nada menos que de mentes inexistentes. Podría prescindir de este apartado en el libro, ya que se trata de un tema demasiado ridículo. Sin embargo, quiero dejarlo como parte final de este capítulo ya que, de forma curiosa —y lamentable—, hay una cantidad enorme de personas en nuestra sociedad actual que consideran que todo eso, ese compendio de

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irracionalidad, es cierto. No tiene ni pies ni cabeza, pero la credulidad de mucha gente, que se agarra a lo que tiene o a lo que le ofrecen, es todavía más fuerte. Espero que después de haber llegado hasta aquí, y comprendido algunos de los mecanismos de tu sistema nervioso que dan lugar a la emergencia de la mente, todos los ejemplos expuestos en este capítulo te parezcan tan ridículos como a mí. Pero sin estos conocimientos mínimos, es normal que mucha gente se sienta desorientada y no sepa diferenciar entre ciencia y pseudociencia, entre los mecanismos que han sido puestos a prueba mediante la racionalidad científica y aquellos que no son más que invenciones y supercherías.

Epílogo

Los humanos que pintaron la cueva de Altamira eran al nacer esencialmente iguales a cualquier humano de hoy en día. Iguales a ti, Julia. El sistema nervioso de aquellos bebés del Paleolítico se abría al mundo con unas capacidades de creatividad y planificación similares a cualquier bebé actual. El desarrollo mental de cada uno de aquellos seres humanos de la prehistoria dependía de sus habilidades innatas y de los estímulos que pudieran recibir a través del lenguaje, la interacción social y la asimilación de la cultura existente. Igual que hoy. La diferencia es que en los últimos 10 000 años el desarrollo tecnológico y cultural ha sido abrumador. Los jóvenes humanos de hoy en día tienen acceso a una asombrosa cantidad de información. Ahora tenemos teorías que permiten explicar de manera coherente el desarrollo cósmico y la evolución biológica, sabemos qué son las estrellas, cómo se forman y de dónde sale la luz y el calor que

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nos da la vida. Comprendemos con gran detalle muchos procesos de la biología humana y de otras especies vivas, hasta el punto de poder diseñar fármacos y procedimientos para curar enfermedades o modificar las capacidades innatas. No nos limitamos a comer para sobrevivir, sino que combinamos productos y sabores por el simple hecho del placer gastronómico. Y nos comunicamos. Transmitimos información como nunca antes se había hecho. La mayor enciclopedia del planeta está en tu teléfono móvil. Acceder a la información ya no es un problema, otra cosa es digerirla y transformarla en conocimiento. Resulta sorprendente que el mismo encéfalo humano que servía sus funciones vitales hace 10 000 años asimile hoy, con total naturalidad, un mundo cultural completamente distinto. Un mundo que, al fin y al cabo, es el producto de ese mismo encéfalo, esa máquina de la creatividad y el lenguaje de la que emerge algo tan intangible como el "yo". El mundo está ahí afuera, Julia, delante de ti. Tienes a tu disposición toda la cultura y el conocimiento acumulado por los seres humanos. Lo que hagas con él dependerá de ti.

Para leer más

La edición de libros y otros materiales sobre el sistema nervioso, el cerebro y otros aspectos relacionados con la mente es muy abundante, debido al evidente interés

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que la mayoría de las personas siente sobre los mecanismos que rigen la conducta. A continuación señalo algunos títulos que me han parecido de especial interés.

Calvo Roy, Antonio, Cajal, triunfador a toda costa, Alianza, Madrid, 1999.

Escrito por uno de nuestros mejores divulgadores científicos, este libro nos lleva de viaje a través de la vida y la ingente obra de investigación de uno de los padres de la neurociencia.

Churchland, Paul, Materia y conciencia, Gedisa, Barcelona, 1999.

Para entender de forma más completa la máquina de la mente es importante profundizar también en su filosofía. Esta es una obra sencilla escrita por uno de los principales filósofos de la mente.

Damasio, Antonio, Y el cerebro creó al hombre, Destino, Barcelona, 2010.

Damasio es uno de los pocos neurocientíficos que se atreve a plantear con rigor la emergencia de la mente consciente. En este libro nos pone al día de una manera accesible sobre sus teorías de la construcción del "yo".

Doidge, Norman, El cerebro se cambia a sí mismo, Aguilar, Madrid, 2008.

Las capacidades de plasticidad neuronal permiten una remodelación y adaptación del encéfalo a lo largo de toda la vida. En esta obra se muestra, mediante varios casos significativos, hasta dónde puede llegar la reorganización neuronal.

González Álvarez, Julio, Breve historia del cerebro, Crítica, Barcelona, 2010.

Un libro muy bien escrito y ameno que revisa el funcionamiento del sistema nervioso tomando como hilo conductor el desarrollo histórico de los descubrimientos más relevantes.

Linden, David, El cerebro accidental, Paidós, Barcelona, 2010.

Una de las mejores obras de puesta al día general sobre los últimos descubrimientos de la neurociencia y las ciencias cognitivas, escrito por un conocido neurocientífico estadounidense.

Llinás, Rodolfo, El cerebro y el mito del yo, Norma, Bogotá, 2003.

Una obra que profundiza en el sentido evolutivo del sistema nervioso, su relación con la generación de movimiento y el desarrollo de la mente, escrito por uno de los grandes neurocientíficos de nuestra época.

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Ramachandran, Vilayanur, y Sandra Blakeslee, Fantasmas en el cerebro, Debate, Barcelona, 1999.

Cómo hace el sistema nervioso para procesar y construir las percepciones conscientes, explicado por el original Ramachandran.

Rojas Marcos, Luis, Eres tu memoria, Espasa, Barcelona, 2011.

Un recorrido muy humano por los distintos tipos de memoria, su manera de funcionar, errores y estrategias de mejora, escrito por el conocido psiquiatra español afincado en EE UU.

Santamaría, Carlos, y Ascensión Fumero, El psicoanálisis ¡vaya timo!, Laetoli, Pamplona, 2008.

En la actualidad, la psicología es una disciplina que aborda con rigor y eficacia el estudio del comportamiento humano, pero no siempre ha sido así. Este libro nos explica por qué el psicoanálisis no es una metodología científica.

Sacks, Oliver, El hombre que confundió a su mujer con un sombrero, Anagrama, Barcelona, 2004.

Una excelente obra del neurólogo Oliver Sacks, donde relata las conmovedoras historias de algunos de los casos clínicos más llamativos con los que se ha encontrado.

Thagard, Paul, La mente, Katz, Buenos Aires, 2008.

Interesante libro que muestra una visión de las ciencias cognitivas desde el punto de vista de la filosofía y la computación neuronal.

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Índice

1. Una máquina que escribe poesía…………………………………………..2

2. ¿Para qué sirve todo esto?.......................................................................................10

3. Los sentidos: un refinado conjunto de sistemas de detección……………….14

4. La máquina de realidad virtual……………………………………………….21

5. Todo es una ilusión………………………………………………………….24

6. Cartografía encefálica………………………………………………………...28

7. La memoria…………………………………………………………………..31

8. Estable pero en continuo cambio…………………………………………….36

9. El cerebro partido…………………………………………………………….39

10. ¡Acción!.......................................................................................................................... 43

11. La maravilla del lenguaje……………………………………………………..47

12. Lenguaje y procesamiento encefálico………………………………………….49

13. El misterio del sueño…………………………………………………………..52

14. Marcando el ritmo…………………………………………………………......56

15. El problema mente-cuerpo……………………………………………………..58

16. Mente animal……………………………………………………………………61

17. Moléculas que cambian el "yo"…………………………………………………..63

18. Cuando la máquina se estropea…………………………………………………..67

19. La evolución del Cyborg………………………………………………………….72

20. El sueño del robot………………………………………………………………...75

21. Una central eléctrica en la cabeza………………………………………………….78

22. Chat neuronal………………………………………………………………………82

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23. La caja de herramientas………………………………………………………………85

24. Y para finalizar, un cuento…………………………………………………………….90

Epílogo…………………………………………………………………………………….93

Para leer más ……………………………………………………………………………….94

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