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Cómo distingue el cerebro…?

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¿Cómo distingue el cerebro lo que es importante de lo que no lo es?

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Aprendemos a distinguir lo que es importante de lo banal. Pero, ¿cómo es el mecanismo que lo lleva a cabo?


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Un equipo de científicos del Biozentrum de la Universidad de Basilea (Suiza) concluye en su último estudio publicado en la revista Neuron que el aprendizaje en cuanto a la relevancia de las imágenes que vemos cada día modifica nuestras redes neuronales del cerebro, aprendiendo a distinguir lo que es importante de lo banal.

Así, la forma en la que percibimos nuestro entorno, sobrecargado de estímulos habitualmente, se ve influenciada por filtros de relevancia e irrelevancia que clasifican y procesan todos los estímulos; por ello, lo que hemos visto y aprendido con anterioridad ayuda a nuestro cerebro a actuar de forma más efectiva y más rápidamente.

El ejemplo más representativo se encuentra a la hora de conducir con la diferencia de reacción entre los conductores experimentados y los principiantes. Los primeros cuentan con experiencia evaluando las diferentes situaciones de tráfico. Los principiantes necesitan más tiempo para procesar la información y clasificarla. La forma de optimizar estas reacciones es tan simple como el aprendizaje.

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Los investigadores realizaron un experimento con ratones, examinando la corteza visual cerebral de los roedores (la zona responsable de la transformación y la percepción de los estímulos visuales) mientras estos corrían en un entorno de realidad virtual con varias imágenes y una de ellas asociada a una recompensa. Tras una semana, los ratones aprendieron a filtrar entre todas las imágenes y su actividad cerebral también se transformó. El aprendizaje motivó que muchas más neuronas reaccionaran a estímulos importantes (la recompensa).

“De un día para otro, la respuesta de las neuronas a las imágenes se hizo cada vez más distinguible y confiable. Pero, sorprendentemente, la expectativa de un estímulo, incluso antes de que aparezca, y la anticipación de una recompensa también alteran la actividad de las células cerebrales específicas. Esto significa que, de un momento a otro, nuestro cerebro puede procesar el mismo estímulo de manera muy diferente”, explica Adil Khan, coautor del estudio.

El trabajo también ha evidenciado que no solo es la corteza visual la que procesa las imágenes sino que también otras regiones del cerebro se activan e influyen a la hora de clasificar la información visual: “Esto significa que nuestro conocimiento previamente aprendido, nuestras expectativas, y el contexto en que estamos pueden tener un gran impacto en nuestra percepción visual del entorno”, aclara Sonia Hofer, líder del estudio.

Así funcionan el placer y el dolor en el cerebro

Los trastornos como la ansiedad, la depresión o la adicción a las drogas podrían tener su origen en el delicado vínculo que une las experiencias dolorosas con las positivas. Así, los circuitos cerebrales que gestionan los sucesos tanto de uno como de otro lado pueden anularse entre sí, estando las experiencias positivas y negativas conectadas.

Su desequilibrio es el que provocaría este tipo de trastornos. Es una de las conclusiones del último estudio llevado a cabo por un equipo de neurocientíficos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y que recoge la revista Nature.

Para arrojar luz sobre este asunto, los expertos analizaron en directo a través de la avanzada técnica de neuroimagen llamada optogenética (que permite activar o desactivar una zona del cerebro con luz), el cerebro de ratones que experimentaban placer o dolor (mediante golosinas o descargas eléctricas).

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Los resultados revelaron que los circuitos que controlan ambas experiencias están conectados y que además son capaces de anularse unos a otros. Esto es, los sucesos negativos o dolorosos no solo se presentan como algo negativo ante nuestro cerebro sino que debilitan la capacidad del lado opuesto: a nuestro cerebro le cuesta más procesar sensaciones positivas tras una experiencia negativa y viceversa.

Este trabajo desvela que tanto la amígdala basolateral (asociada al dolor y al miedo) como el núcleo accumbens (asociado a los sentimientos de placer y recompensa) están interconectados y compenetrados como si fueran un péndulo.

“Nuestro trabajo muestra que hay una interacción entre la valencia positiva y negativa [de las sensaciones] y creemos que por eso es relevante para el estudio psiquiátrico. El estrés crónico y la ansiedad grave pueden conducir a la depresión, que puede estar relacionada con la supresión de los circuitos de recompensa debido a que los circuitos del dolor o el miedo están hiperactivos”, explica Kay Tye, líder del estudio.

¿Podremos aprender a reconectar este cableado cerebral para curar estos trastornos?

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El cerebro humano es el centro del sistema nervioso, es un órgano muy complejo y realiza complejas e importantes funciones. Encerrado en el cráneo, tiene la misma estructura general que los cerebros de otros mamíferos, pero es más de tres veces mayor que el cerebro de otros mamíferos con un tamaño corporal equivalente. La mayor parte la constituye la corteza cerebral, una capa de tejido neuronal plegado que cubre la superficie del prosencéfalo. Especialmente amplios son los lóbulos frontales, que están asociados con funciones ejecutivas, tales como el autocontrol, la planificación, el razonamiento y el pensamiento abstracto. La parte del cerebro asociada a la visión está también muy agrandada en los seres humanos.

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El cerebro al desnudo

Las redes del cerebro


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Estudiando el cerebro con técnicas de Resonancia Magnética por difusión, científicos estadounidenses han obtenido una imagen más clara de lo habitual de nuestro órgano pensante que revela que las grandes rutas cerebrales forman una estructura de redes ordenadas en tres dimensiones. El resultado permitirá leer las “coordenadas” el cerebro como quien interpreta un mapa. Las conclusiones se han publicado en la revista ‘Science’.
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Los caminos del cableado cerebral


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El cerebro cuenta con dos tipos de tejido: la materia gris, formada por células nerviosas con funciones específicas, y la materia blanca, formada por fibras o cables que se conectan entre sí. La trayectoria de esta maraña “cableado” nervioso resultaba hasta ahora difícil de analizar. Sin embargo, Van Weeden y sus colegas de la Escuela Médica de la Universidad de Harvard han demostrado que se organizan geométricamente de un modo sorprendentemente simple. En concreto, en los primates las fibras se cruzan de forma ordenada formando redes rectangulares, con fibras en paralelo y fibras perpendiculares.
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Mallas rectangulares


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Las fibras nerviosas se cruzan de forma ordenada formando redes rectangulares, con fibras en paralelo y fibras perpendiculares. De este modo dibujan un sistema natural de coordenadas que permitiría leer el cerebro como quien interpreta un mapa. Los nuevos datos ayudarán a construir un atlas de conexiones cerebrales para entender cómo trabaja nuestro órgano pensante.
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Simpleza aparente


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La aparente simpleza de la geometría que da forma al cerebro de los primates es la que ha permitido su evolución y desarrollo, según concluyen a partir de las nuevas imágenes Van Weeden y sus colegas de la Escuela Médica de la Universidad de Harvard en el último número de la revista Science.

Estructura

El cerebro humano de un adulto pesa en promedio alrededor de 1,5 kg, con un tamaño (volumen) de alrededor de 1130 Centímetro cúbico en mujeres y 1260 Centímetro cúbico en hombres, aunque puede haber individuos con variaciones importantes.

Los hombres con igual altura y superficie corporal que las mujeres tienen en promedio cerebros 100 gramos más pesados, aunque estas diferencias no se relacionan de ninguna forma con el número de neuronas de materia gris o con las medidas generales del sistema cognitivo.

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Disección de la cabeza de un hombre adulto, mostrando la corteza cerebral y la sustancia blanca subyacente.



Los neandertales tenían un cerebro más grande en la edad adulta que los humanos actuales. El cerebro es muy blando, presentando una consistencia similar a la gelatina blanda o a un tofu consistente.

A pesar de ser conocida como «materia gris», la corteza es de un color beige rosado y de color ligeramente blanquecino en el interior. A la edad de 20 años, un hombre tiene alrededor de 176 000 km de axones mielinizados en su cerebro y una mujer cerca de 149 000 km.

Características generales

Los hemisferios cerebrales forman la mayor parte del cerebro humano y se encuentran por encima de otras estructuras cerebrales. Están cubiertos de una capa cortical con una topografía sinuosa. Por debajo del telencéfalo se encuentra el tronco encefálico, semejante a un tallo en el que está unido el telencéfalo.

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Dibujo del cerebro humano, mostrando varias estructuras importantes.

En la parte trasera del cerebro, debajo del telencéfalo y detrás del tronco encefálico, está el cerebelo, una estructura con una superficie surcada horizontalmente que le hace parecer diferente de cualquier otra área del cerebro. Las mismas estructuras están presentes en otros mamíferos, aunque el cerebelo no es tan grande en relación al resto del cerebro.

Por regla general, cuanto menor sea el telencéfalo, menos rugosa es la corteza. La corteza de una rata o un ratón es casi completamente lisa. La corteza de un delfín o una ballena, en cambio, es más sinuosa que la corteza de un ser humano.

El rasgo dominante del cerebro humano es corticalización. La corteza cerebral en los seres humanos es tan grande que eclipsa cualquier otra parte del cerebro. Unas pocas estructuras subcorticales muestran alteraciones que reflejan esta tendencia.

El cerebelo, por ejemplo, tiene una zona media conectada principalmente a las áreas motoras subcorticales, y una zona lateral conectada principalmente a la corteza. En los humanos la zona lateral ocupa una fracción mucho más grande del cerebelo que en la mayoría de las otras especies de mamíferos.

La corticalización se refleja en la función así como la estructura. En una rata, la extirpación quirúrgica de toda la corteza cerebral deja un animal que todavía es capaz de caminar e interactuar con el medio ambiente. En un ser humano, daños comparables en la corteza cerebral producen un estado de coma permanente.

La cantidad de corteza de asociación, en relación con las otras dos categorías, aumenta dramáticamente a medida que se pasa de mamíferos simples, tales como la rata y el gato, hasta los más complejos, como el chimpancé y el humano.

La corteza cerebral es esencialmente una capa de tejido neuronal, plegada de tal manera que permite a una gran superficie caber dentro de los confines del cráneo. Cada hemisferio cerebral, de hecho, tiene una superficie total de alrededor de 1200 cm² . Los anatomistas llaman a cada pliegue cortical un surco, y a la zona lisa entre los pliegues una circunvolución.

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Circunvoluciones y surcos mayores en la superficie lateral de la corteza.



La mayoría de los cerebros humanos muestran un patrón similar de plegado, pero hay bastantes variaciones en la forma y el lugar de los pliegues que hacen a cada cerebro único. Sin embargo, el patrón es lo suficientemente consistente para que cada pliegue principal reciba un nombre, por ejemplo, la “circunvolución frontal superior”, el “surco poscentral”, o el “surco transóptico”.

Las características del plegado profundo en el cerebro como la interhemisférica, la cisura lateral, y la corteza insular están presentes en casi todos los sujetos normales.

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Los huesos del cráneo humano.

Cuatro lóbulos

Exteriormente, la corteza cerebral es casi simétrica, con hemisferios izquierdo y derecho. Los anatomistas convencionalmente dividen cada hemisferio en cuatro «lóbulos», el lóbulo frontal, el lóbulo parietal, el lóbulo occipital y el lóbulo temporal.

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Visión lateral de los lóbulos cerebrales.

Desarrollo

El proceso de desarrollo se lleva a cabo a lo largo de 5 fases:

1) Inducción de la placa neural.

2) Proliferación de las células nerviosas.

3) Migración y agrupamiento.

4) Crecimiento de axones, formación de sinapsis y mielinización.

5) Muerte neuronal y nueva disposición sináptica.

Durante las 3 primeras semanas de gestación, el ectodermo del embrión humano forma una franja engrosada llamada placa neural. La placa neural luego se pliega y se cierra para formar el tubo neural.

Este tubo se flexiona a medida que crece, formando los hemisferios cerebrales en forma de media luna en la cabeza, el cerebelo y el puente troncoencefálico hacia la parte posterior.

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Cerebro del embrión humano a las 4,5 semanas, mostrando el interior del prosencéfalo.

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Interior del cerebro a las 5 semanas.

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Cerebro visto a la mitad a los 3 meses.

El cuerpo calloso, un haz de nervios que conecta los dos hemisferios cerebrales, con los ventrículos laterales justo por debajo.


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