Los componentes del sistema nervioso y sus funciones

En el lenguaje cotidiano el cerebro es una masa gris dentro de la cabeza que contiene el conjunto de estructuras del sistema nervioso que ejerce el control sobre el cuerpo, procesa la información recibida por los sentidos y los nervios (por ejemplo del sistema nervioso periférico), da una respuesta y abarca la mente o psique, los pensamientos y los sentimientos/emociones.

El constituyente principal del sistema nervioso es la neurona. Es una célula especializada en la recepción, conducción y producción de señales eléctricas y químicas (los impulsos nerviosos) mediante la liberación de neurotransmisores en los espacios entre las conexiones con otras neuronas (sinápsis).

Además de la neurona, existen diferentes células de apoyo: Los astrocitos que funcionan como sostén, aislante eléctrico y químico, almacén de nutrientes y como cicatrizantes de lesiones. Los oligodendrocitos que producen las vainas de mielina en las neuronas periféricas (lo que acelera la conducción de impulsos nerviosos). Las microglias que ingieren los elementos extraños y previenen o combaten infecciones (son el sistema inmune). Y, los ependimocitos que revisten las cavidades dentro del cerebro y producen el líquido de su interior y de la médula espinal.

Los nervios (neuronas conectadas) periféricos (repartidos por el cuerpo) se subdividen en dos grupos con funciones diferentes: El primero es el sistema nervioso somático, que conduce la información de los receptores sensitivos (de los sentidos) al sistema nervioso central (el cerebro) y su respuesta voluntaria de vuelta a las neuronas motoras (los músculos). El segundo es el sistema nervioso autónomo (denominado autónomo por ser involuntario), que conduce la información sensitiva de los órganos (las vísceras) al cerebro y los controla junto a su musculatura lisa por el sistema nervioso simpático, parasimpático y entérico. Éstos ejercen una función casi contraria, pero también complementaria, y participan en el control de la pupila, las glándulas salivares, el corazón, los vasos sanguíneos, la traquea y los bronquios, el esófago y el estómago, el hígado, el páncreas, los riñones, la vejiga, los esfínteres y el sistema intestinal. Es decir, controlan el ritmo cardíaco y respiratorio, presión arterial, digestión, excreción, sudoración, salivación y excitación sexual.  

Los nervios se unen en la columna vertebral y constituyen la médula espinal que lleva toda la información y las respuestas al y del cerebro.

Llegando a la cabeza, la médula forma el tronco del encéfalo (encéfalo significa cerebro) que puede dividirse en bulbo raquídeo, puente y mesencéfalo. Abarca dos vías de nervios: las vías ascendentes (suben) en la llamada Cinta de Reil, que incluye los nervios sensitivos gustativos, los del tacto (discriminativo – diferenciar objetos y grosero – notar cuando algo nos toca), el dolor, la sensibilidad de las articulaciones, los músculos y tendones, y la sensibilidad auditiva (que llega desde el oído), y los distribuye al resto del cerebro; y las vías descendentes (bajan) que llevan la respuesta motora a los músculos. Además, es el origen de diez pares de nervios craneales que inervan la cabeza.

Unido al tronco encefálico se encuentra el cerebelo, que con el bulbo raquídeo y el puente (sin el mesencéfalo) forma el romboencéfalo. El cerebelo interviene en la integración de las vías ascendentes sensitivas y las vías descendentes motoras, la coordinación y sintonización de movimientos (los hace precisos), controla el equilibrio postural del cuerpo (el equilibrio por los músculos), y participa en la atención, el aprendizaje y el lenguaje. Distribuidos por el bulbo raquídeo y el puente se encuentran diversos núcleos que, supeditados al cerebelo, colaboran en el equilibrio postural: El núcleo rojo (movimientos flexores), el vestibular lateral (movimientos extensores), el olivar inferior (movimientos finos como la escritura) y los núcleos del puente (graban esquemas de movimientos aprendidos para hacerlos automáticos).

Detrás y por encima del tronco encefálico (en especial del mesencéfalo) están los tubérculos cuadrigéminos, que son cuatro relieves relacionados con la sensibilidad visual, auditiva y táctil.

La última parte del tronco encefálico que tiene una importancia especial es la formación reticular, un conjunto de núcleos y circuitos de neuronas que se prolongan a la médula espinal y hacia el diencéfalo y telencéfalo, y que excitan o inhiben a las demás mediante neurotransmisores. Sus núcleos y subsistemas se clasifican según el tipo de neurotransmisor que producen y controlan:

– El sistema dopaminérgico en la sustancia negra (mesencéfalo): Genera y distribuye la dopamina. Participa en el control motor y es el circuito de la recompensa (satisfacción, alegría, bienestar y/o felicidad), por lo que influye en las emociones, el estado de ánimo, la motivación, la memoria, la atención y la activación sexual. Drogas como la cocaína, la nicotina, las anfetaminas, MDMA, neurolépticos y antidepresivos (IMAO) se dirigen a él. Enfermedades relacionadas son las adicciones y el Parkinson, también se observan niveles bajos de dopamina en Alzheimer, esquizofrenia y depresiones.

– El sistema noradrenérgico en el locus cerúleo (parte posterior del puente y mesencéfalo): Deriva noradrenalina de la dopamina (también se puede generar noradrenalina como hormona en la glándula suprarrenal del riñon). Participa en la atención o la alerta (mediante la amígdala) y en las respuestas al estrés, pudiendo aumentar el ritmo cardíaco y decidir sobre la conducta de lucha o huida. También influye en menor medida en el placer y la sexualidad, los estados de ánimo y la motivación. Drogas que influyen en él son el MDMA, las benzodiazepinas y los antidepresivos (IMAO). Entre las enfermedades relacionadas se encuentran las depresiones y la hiperactividad, con niveles bajos de noradrenalina en el cerebro, e insuficiencia cardíaca, con niveles altos en sangre.

– El sistema serotoninérgico en los núcleos del rafe (también parte posterior del puente y mesencéfalo): Sintetiza serotonina (otra fuente se encuentra en el intestino). Tiene una gran variedad de funciones, a veces incluso contraria. En la sangre, afecta a la contracción y relajación del corazón y la vasoconstricción de capilares (Ullmer, Schmuck, Kalkman y Lübbert, 2005), la coagulación de la sangre (Prchal, Lichtman, Williams, Beutler, Kaushansky, Kipps y Seligsohn, 2006), el control neuronal del sistema gastro-intestinal y participa en el funcionamiento del ojo (Costagliola, Parmeggiani, Semeraro y Sebastiani, 2008). En el cerebro, afecta positiva o negativamente a los estados de ánimo, las emociones, la percepción de dolor, la agresividad o impulsividad (puede disminuirla actuando sobre el control emocional de la corteza cerebral), el ritmo de sueño-vigilia (los núcleos se activan cuando se está despierto (Monti y Jantos, 2008) – la hormona inductora del sueño melatonina se deriva de serotonina (Cardinali, 2008)), la regulación de la temperatura corporal, el apetito (se genera más serotonina cuando aumentan los niveles de insulina por comidas ricas en proteínas e hidratos de carbono – produce más satisfacción (Wurtman y Wurtman, 1995)) y la inhibición sexual tras una eyaculación. Drogas que interactúan con él son, por ejemplo, el MDMA y los antidepresivos (IMAO). Enfermedades y trastornos relacionados con la serotonina son alucinaciones por sobredosis, y depresiones, miedo, pánico, fobias y problemas alimenticios por niveles bajos.

El diencéfalo se encuentra entre el mesencéfalo del tronco encefálico y el telencéfalo. Comprende el tálamo y sus partes, el hipotálamo, la hipófisis y el tercer ventrículo (una cavidad llena de líquido que se comunica con los otros ventrículos por el acueducto de Silvio y el agujero de Monro).

El tálamo recibe aferencias del tronco encefálico, el cerebelo y de los sentidos, filtra la información en sus diversos núcleos según su importancia y los transmite a las áreas específicas de la corteza cerebral, y por tanto a la conciencia. Juega un papel fundamental en el arousal (la activación o excitación psicológica y corporal), el nivel de conciencia, los estados de sueño-vigilia y la personalidad (conecta las emociones con la conciencia). Igualmente, funciona como un canal para los ganglios basales y el cerebelo, influyendo así en el control motor (el movimiento). Por último, forma parte del circuito de Papez de la memoria.

Detrás del tálamo se encuentra la glándula pineal, conectada a la retina por los núcleos del tálamo e hipotálamo. Produce la hormona inductora del sueño melatonina (también sintetizada en otros tejidos) como respuesta a la disminución de la luminosidad percibida. Asimismo, tiene un efecto anticancerígeno y neuroprotector e induce la pubertad.

El hipotálamo se encuentra debajo del tálamo y está conectado al tálamo, el tronco del encéfalo, la formación reticular y el sistema límbico. Entre sus funciones se encuentran el origen el control del sistema nervioso autónomo, el mantenimiento de la temperatura corporal, la expresión fisiológica de las emociones, el control de conductas innatas como la defensa (huida) o la derrota (rendirse, ser sumiso), la regulación del hambre y la saciedad (por la colecistoquinina y el neuropéptido Y), del ritmo circadiano (ciclos de sueño y vigilia) y del sistema endocrino por hormonas liberadoras que inducen la liberación de otras hormonas en las diferentes glándulas del cuerpo (como la hipófisis) o por la liberación directa de vasopresina (ADH – actúa sobre los riñones y controla el balance del agua del cuerpo) y oxitocina, relacionada con la agresividad (Pedersen, 2004) y la envidia (Shamay-Tsoory, 2009), la confianza (Damasio, 2005), generosidad, conducta sexual (se libera tras un orgasmo), pater/maternal como el cuidado del neonato y el desarrollo del apego (Walter, 2003), el parto y la lactancia – una droga que aumenta sus niveles es el MDMA; Según Gordon, Vander y Bennett (2013) niveles bajos están relacionados con la enfermedad del autismo.

La hipófisis es una glándula endocrina que libera hormonas con la llegada de hormonas liberadoras del hipotálamo o por retroalimentación de las propias hormonas segregadas. Entre las principales se encuentran: La somatotropina (hormona del crecimiento), prolactina (estimula la producción de leche y de la hormona progesterona), la tirotropina (estimula la producción de hormonas en los tiroides), la corticotropina (estimula la producción de hormonas en las glándulas suprarrenales) y las gonadotropinas (estimulan la producción de hormonas en las gónadas).

– El sistema de péptidos opiáceos se encuentra en el hipotálamo y la hipófisis: Sintetiza endorfinas y otros opioides que son analgésicos (disminuyen el dolor) y que producen satisfacción, alegría, bienestar y/o felicidad. Drogas que actúan sobre ellos son la heroína, la morfina, el opio y setas alucinógenas. Actividades que inducen su liberación son el deporte prolongado, relajación profunda, acupuntura, comidas picantes, excitación, dolor, amor y actividades sexuales. Por último, niveles altos se asocian a addiciones, mientras que niveles bajos están relacionados con el trastorno de despersonalización (Nuller, Morozova, Kushnir y Hamper, 2001).

El telencéfalo es la parte más voluminosa del cerebro y va desde el diencéfalo a la superficie grisácea que se puede observar a simple vista. Se compone de diversos elementos que efectúan los procesos cognitivos superiores, el control último sobre la información recibida y almacenada, y las respuestas voluntarias:

Los ganglios basales (también llamados núcleos subcorticales por estar debajo de la corteza cerebral) se encuentran delante y por los lados del diencéfalo. Son cúmulos de neuronas que comparten las mismas redes funcionales y que se conectan a casi toda la corteza cerebral, el tálamo y el tronco encefálico. La información cortical entra por el cuerpo estriado, pasa por la sustancia negra y el globo pálido, entra en el tálamo, y vuelve finalmente a la corteza. Hipotéticamente, por la teoría del Gating, se postula que, en este circuito neuronal, los ganglios basales actúan en la selección, filtración y el control de esquemas motores (movimientos) activados e intencionados de manera excitatoria, mientras que inhiben esquemas desactivados y no intencionados. Ésto explica cómo la disminución de la sustancia negra impide o dificulta el control o inicio del movimiento en la enfermedades de Parkinson y Huntington. Asimismo, ignorando que algunas funciones aún se desconozcan, y considerando que los ganglios están conectados a la mayoría del cerebro, este planteamiento puede emplearse para explicar trastornos de la personalidad como los tics (esquemas de movimientos repetidos), la hiperactividad (fallos en el filtro que mantienen conductas redundantes y no inhiben conductas nuevas) y el obsesivo-compulsivo (no inhibición de los pensamientos repetitivos), o las diferencias individuales en el rasgo de personalidad introversión/extraversión (los introvertidos filtran mejor la información mientras que los extravertidos necesitan más estimulación).

El sistema límbico se compone de la amígdala, varias partes de otros ganglios basales (núcleo accumbens – parte del circuito de la recompensa, estría terminal y septum) y partes de la corteza (el hipocampo, el lóbulo límbico, la corteza orbitofrontal y el bulbo olfatorio). Además, recibe información de las áreas corticales prefrontales (desde donde se define la personalidad), la corteza auditiva y áreas corticales de asociación sensorial, e interactúa con el sistema endocrino y el sistema nervioso autónomo. Es responsable de las emociones y participa en la memoria, la atención, la conducta sexual, la personalidad y, en general, en la conducta.

El bulbo olfatorio recibe la información del sentido olfatorio y la analiza y conduce a la amígdala, el hipocampo, el septum y la corteza olfatoria primaria, de la que pasa a la corteza orbitofrontal. Participa en las emociones y la memoria, y es una de las pocas zonas cerebrales donde nacen y se desarrollan neuronas nuevas. Problemas de esta parte están relacionados con depresiones en ratas (Morales-Medina, Juarez, Venancio-García, Cabrera, Menard, Yu, Flores y Mechawar, 2013)).

El núcleo basal de Meynert se encuentra entre los nervios olfatorios y ópticos, y contiene una gran cantidad de neuronas colinérgicas que inervan la totalidad de la corteza cerebral. En las enfermedades de Parkinson y Alzheimer se observa una degeneración de este núcleo.

– El sistema colinérgico se encuentra en todo el sistema nervioso: La acetilcolina ejerce una función esencial en la conducción (excitación) o inhibición de los impulsos nerviosos, en la manutención de la atención, el arousal y el sueño REM, en la plasticidad neuronal y en el aprendizaje. En el sistema nervioso periférico influye, además, en la musculatura lisa del sistema cardiovascular (relaja), respiratorio y gastrointestinal, en la musculatura estriada (aumenta la contracción), y participa en el mecanismo de la sudoración. En las enfermedades de Parkinson, Alzheimer, Huntington  se observa una disminución de los niveles de acetilcolina por la degradación de las neuronas del sistema colinérgico. Un estudio reciente de Marina Picciotto (2013) muestra que la interrupción de la cadena de acetilcolina podría causar depresiones.

Antes de continuar con la corteza cerebral conviene describir los dos grandes sistemas de neurotransmisores restantes del cerebro:

– El sistema glutamaérgico también se distribuye por todo el sistema nervioso y consiste del neurotransmisor excitatorio más frecuente: Cada neurona tiene el ácido glutámico en su célula como aminoácido libre o parte de proteínas. Causa impulsos nerviosos (potenciales excitatorios postsinápticos) y es especialmente importante en el aprendizaje a corto plazo y la memoria. Asimismo, tiene un papel fundamental en el metabolismo y puede usarse como aditivo en la comida para estimular la percepción del sabor. Se ha detectado un receptor gustativo de glutamato/proteínas de carne llamado Umami. Sin embargo, su sobredosis es tóxica para las neuronas y las células gliales de su alrededor (pudiendo influir en los infartos), y también se ha observado que una liberación repetida descontrolada participa en la epilepsia.

– El sistema gabaérgico deriva el neurotransmisor GABA desde el glutamato y tiene la función contraria: Inhibe y frena los impulsos nerviosos (potenciales inhibitorios postsinápticos). Destacan concentraciones elevadas en el cerebelo, el tálamo y el hipocampo. Es anticonvulsivo y colabora en el control motor y la percepción del tiempo, en el páncreas inhibe la secreción de la hormona glucagón que participa en el metabolismo del glucógeno (aumenta la glucosa en sangre). Las alteraciones de este circuito influyen en las enfermedades de Parkinson, Alzheimer, Huntington, la demencia senil, esquizofrenia, epilepsia y trastornos de ansiedad.

La corteza cerebral es la parte más superficial del telencéfalo y consta de unas seis capas de neuronas especializadas que se organizan con grandes pliegues en lóbulos. Aunque a simple vista parezca una masa homogénea, se puede diferenciar diversas zonas funcionales según las aferencias que reciben y las eferencias que transportan sus respuestas. En general, se podría decir que es la sede de la conciencia, los pensamientos, las emociones complejas, la atención, la memoria, la personalidad, la ética, la cultura, el lenguaje, la música y el arte, es decir, todo aquello que nos hace especialmente humanos. Para su análisis funcional es recomendable usar la división en áreas por Korbinian Brodmann.

El lóbulo frontal abarca las zonas responsables del inicio y control del movimiento voluntario y complejo (el área motora primario – 4 de Brodmann y el área motora secundaria – 6 de Brodmann) y de la articulación del lenguaje/habla (área 44, también llamada área de Broca), así como las zonas que permiten el control ejecutivo (parcial o total) de los procesos cognitivos del cerebro y la memoria de trabajo. Es decir, las que permiten la planificación a largo plazo teniendo en cuenta las consecuencias, las decisiones racionales sin influencia emocional, la conciencia, la adaptación inmediata al entorno, el control y la complejización de las emociones y la motivación (los procesos primarios del sistema límbico se hacen más complejos), el comportamiento social (es sede de las normas, la ética y la moral), y facilita la empatía (el ponerse en lugar de otro ser). Son las áreas 8, 9, 10, 11, 12, 45, 46 y 47.  Las áreas 13, 14, 15, 24, 25, 32, 33 rodean al sistema límbico y participan en sus funciones y su transmisión al córtex.

El lóbulo parietal contiene las áreas somatosensorial primaria y de asociación en las áreas 1, 2, 3, 5 y 7 superior, responsables del sentido del tacto (la sensación de las cosas externas al cuerpo y también la del interior del cuerpo). Además, participa en la atención selectiva (cambiar entre estímulos percibidos), el pensamiento espacial y la percepción del lenguaje (áreas 7 inferior, 37 superior, 39 y 40). Por último, también tiene el área responsable del sentido gustativo (43). El surco intraparietal (dentro del lóbulo) es responsable del control del cuerpo (como el movimiento de la mano) respecto a la vista. Igualmente se encuentran las áreas 23, 26, 29, 30 y 31 que participan en el sistema límbico.

El lóbulo occipital procesa la información visual percibida en el área primaria (17) y la secundaria (18 y 19). Las redes de procesamiento se extienden a las áreas 20, 21 y 37 inferior del área temporal.

El lóbulo temporal recibe y procesa la información auditiva en las áreas 41, 42 y 22. Asimismo, se asocia el procesamiento visual con el auditivo en las áreas 20,21 y 37. De especial importancia es el hipocampo, situado en la parte interior (conectado al sistema límbico), que es el centro de la memoria declarativa/explícita (la que se recuerda) y que también reconoce estímulos visuales, auditivos y olfatorios. Está rodeado por las áreas 28 y 34 de la corteza olfatoria, y las áreas 35, 36, 38, 48 y 52 que asocian diversos estímulos de los sentidos y el sistema límbico. El área 38 es uno de los primeros en degradarse en la enfermedad del Alzheimer (Ding, Van Hoesen, Cassell y Poremba, 2009).

Para aclarar, se puede resumir que en la corteza se encuentran, además de las funciones ejecutivas, diferentes áreas responsables del procesamiento primario de la información dada por los sentidos. Conectado a ellos están zonas de asociación, que unen dicha información de manera filtrada con otra, y la conducen a sus respectivos centros de control y de decisión, como el lóbulo frontal. Interesante es el fascículo arqueado, una vía de neuronas que conecta las áreas de procesamiento auditivo del lóbulo temporal con el área de la articulación del habla en el área de Broca. Las lesiones en las diferentes partes cerebrales y/o el desequilibrio de los neurotransmisores son la causa de las enfermedades neurológicas y psicológicas.

Referencias:

– La información esencial sobre la anatomía del sistema nervioso ha sido abstraída de apuntes de la Profesora de la Universidad de La Laguna Emilia María Carmona Calero.

– La información esencial sobre los sistemas de neurotransmisores ha sido abstraída de diapositivas de los Profesores de la Universidad de La Laguna María Carmen Damas Hernández, Rosa María Arévalo García y Miguel Ángel Castellano Gil.

– Las imágenes 2D proceden de Wikipedia.

– Las imágenes 3D proceden del programa BodyParts3D de Database Center for Life Science.

– Cardinali, D. (2008). Circadian control by serotonin and melatonin receptors: Clinical relevance. In: Monti JM (Hrsg.): Serotonin and Sleep: Molecular, Functional and Clinical Aspects. Birkhäuser Basel, ISBN 3-7643-8560-X.

– Costagliola, C., Parmeggiani, F., Semeraro, F. & Sebastiani, A. (2008). Selective serotonin reuptake inhibitors: a review of its effects on intraocular pressure. In: Curr Neuropharmacol,6 (4), S. 293–310. doi:10.2174/157015908787386104. PMID 19587851. PMC: 2701282.

– Damasio, A. (2005). „Brain trust“, in: Nature.

– Ding, S., Van Hoesen, G., Cassell, M. & Poremba, A. (2009). «Parcellation of human temporal polar cortex: A combined analysis of multiple cytoarchitectonic, chemoarchitectonic, and pathological markers». The Journal of Comparative Neurology, 514 (6): 595–623. doi:10.1002/cne.22053.PMID 19363802.

– Pedersen, C. (2004). Biological Aspects of Social Bonding and the Roots of Human Violence. Annals of the New York Academy of Sciences. Vol 1036. pp. 106-127. doi:10.1196/annals.1330.006

– Picciotto, M. (2013). http://bbrfoundation.org/discoveries/potential-root-cause-of-depression-discovered-by-narsad-grantee

– Prchal, J., Lichtman, M., Williams, W., Beutler, E., Kaushansky, K., Kipps, T. & Seligsohn, U. (2006). Williams hematology. McGraw-Hill, New York, ISBN 0-07-143591-3.

– Monti, J. & Jantos, H. (2008). The roles of dopamine and serotonin, and of their receptors, in regulating sleep and waking. In: Prog. Brain Res.. 172, S. 625–646. doi:10.1016/S0079-6123(08)00929-1. PMID 18772053.

– Morales-Medina, J., Juarez, I., Venancio-García, E., Cabrera, S., Menard, C., Yu, W., Flores, G. & Mechawar, N. (2013). «Impaired structural hippocampal plasticity is associated with emotional and memory deficits in the olfactory bulbectomized rat.». Neuroscience, 236: 233–243. doi:10.1016/j.neuroscience.2013.01.037. PMID 23357118.

– Nuller, Y., Morozova, M., Kushnir, O. & Hamper, N. (2001). «Effect of naloxone therapy on depersonalization: a pilot study». J. Psychopharmacol. (Oxford), 15 (2): 93–5. doi:10.1177/026988110101500205. PMID 11448093.

– Shamay-Tsoory, S. (2009). Intranasal Administration of Oxytocin Increases Envy and Schadenfreude (Gloating) in Biol. Psychiatry 66  864-870.

– Ullmer, C., Schmuck, K., Kalkman, H. & Lübbert, H. (1995). Expression of serotonin receptor mRNAs in blood vessels. In: FEBS Letters. 370, Nr. 3, S. 215–221. doi:10.1016/0014-5793(95)00828-W, PMID 7656980.

– Walter, H. (2003). Liebe und Lust. Ein intimes Verhältnis und seine neurobiologischen Grundlagen. Hirzel Verlag, Stuttgart, S. 373, ISBN 3-7776-1254-5

– Wurtman, R. & Wurtman, J. (1995). Brain serotonin, carbohydrate-craving, obesity and depression. In: Obesity Research, 3 Suppl 4, S. 477S–480S, PMID 8697046.