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Funciones mentales: neurobiología.
Gutiérrez-Soriano, J.R., Zamora-López, B., Fouilloux, C., Petra, I.
Departamento de Psiquiatría y Salud Mental, Facultad de Medicina, UNAM.
1. Preámbulo
Años de investigación y el avance de la tecnología nos acercan cada vez más al entendimiento de la capacidad para percibir nuestro entorno, analizarlo, asociarlo a nuestras experiencias previas, depositar un valor afectivo, generar “imágenes virtuales” para plantear posibles respuestas (ya sean motoras o verbales), hacer juicios sobre ellas, activarlas, coordinarlas y evaluar el resultado obtenido. Además, conocemos más acerca de los procesos por medio de los cuales nos percibimos a nosotros mismos y a los demás; por ejemplo, el hecho de que en nuestro cerebro hay regiones encargadas de aspectos morales, filosóficos y hasta religiosos. Esto nos lleva a considerar que el punto fundamental al hablar sobre las funciones mentales en el primer año de la carrera de medicina hoy en día ya no es el de desmitificar si la mente y el cerebro están separados (pensamiento heredado de René Descartes, 1596 - 1650) o desentrañar los debates de las visiones dualista, monista, del materialismo eliminativo o del materialismo vital. En este momento en que la biología de la mente cuenta cada vez con más información para explicar las funciones mentales abordaremos el tema desde esta perspectiva. Desde la visión humanista y sistémica, el Dr. Ramón de la Fuente señalaba que “al lado de la adquisición de conocimientos y habilidades técnicas, el estudiante de medicina necesita adquirir conceptos y educar su sensibilidad para aprender a percibir la humanidad de los enfermos” 1. En el cerebro humano, gran parte del funcionamiento cognitivo es “no lineal” 2 ; lo cual quiere decir que su presencia “no es debida a la suma de sus partes” y, por lo tanto, es difícil de establecer con toda claridad y de forma completa los procesos subyacentes de los que se origina, así como su desenlace. Los avances dentro del campo de la investigación cognitiva a^ son amplios, algunos de ellos contradictorios y otros con sistemas propios de clasificación acerca del funcionamiento mental. Esto representa un reto al escribir sobre este tema, ya que cuando se analiza la información disponible a (^) La visión actual de las ciencias cognitivas se encuentra en la transdisciplinariedad. En ella convergen diversas áreas del conocimiento, como son: filosofía, antropología, psicología, inteligencia artificial, ingenierías, lingüística, educación y las neurociencias.
se encuentra una clara falta de consenso para establecer ¿qué funciones corresponden a la actividad de las estructuras superiores del cerebro y cuáles a las inferiores? o ¿qué funciones son básicas (elementales) y cuáles de ellas complejas?, así como para diferenciar las funciones desde los distintos campos del estudio de la cognición. Pareciera que muchos autores prefieren no indagar más en torno al asunto y escriben sobre las funciones mentales superiores, incluyendo por igual al ciclo sueño-vigilia, la atención, la memoria y el aprendizaje, las gnosias y las praxias, así como la toma de decisiones. Pero eso no debe desilusionar a los alumnos, representa un campo del conocimiento amplísimo y apasionante.
2. Objetivos
2.1. Objetivo para la asignatura de Introducción a la Salud Mental El alumno conocerá las principales funciones mentales y, en general, las estructuras neuroanatómicas, las conexiones neuronales y los sistemas bioquímicos estudiados en su génesis, con el fin de entender la cognición y la conducta humana desde una visión biológica. 2.2. Objetivo a futuro El alumno contará con una base de conocimientos introductorios, con los cuales podrá asociar las patologías que presentan los seres humanos dentro del campo de la neurología cognitiva y la psiquiatría, las cuales estudiará en los años posteriores de su formación.
3. Introducción a la salud mental en comunicación con asignaturas vecinas
Como parte de la educación médica actual, se deben crear puentes entre los temas que se imparten en una u otra asignatura de los programas académicos del primer año de la Carrera de Médico Cirujano; lo cual implica tener en mente que habrá conocimientos aprendidos en el bachillerato, pero existirán algunos otros que no sean parte de la experiencia previa del alumno, por lo que éste no contará con el bagaje necesario para el entendimiento de las unidades. Recientes cambios del programa de la asignatura Introducción a la Salud Mental han conseguido empatar los conocimientos sobre el sistema nervioso con las otras asignaturas del primer año de la carrera de Médico Cirujano de la UNAM. Lo que facilita al alumno y al docente poder tratar el tema de “Funciones mentales: neurobiología”. Por tal motivo, haremos un recordatorio utilizando puentes para unir las asignaturas de Embriología, Biología Celular e Histología Médica y Anatomía a traves de los conectores “en comunicación con…”
diferenciación celular —tanto en la gestación, el nacimiento y hasta el término de la adolescencia— es tan frágil que los cambios genéticos, los factores biológicos y ambientales dañinos y los factores de protección pueden generar cambios permanentes en la vida de las personas 3. Neurogénesis y gliogénesisc Esta explicación resumida es necesaria para comprender que el origen del sistema nervioso central comparte una relación con el origen de órganos como la piel, la cual bajo estrés puede sufrir de procesos inflamatorios como se observa en las neurodermatitis. 3.2. En comunicación con la biología celular e histología médica 3.2.1. La neurona Es la unidad anatomo-funcional del sistema nervioso central y es, quizá, la célula con mayor especialización en el cuerpo. La corteza cerebral está compuesta precisamente por una serie de neuronas dispuestas en láminas, dentro de las que destacan las células piramidales. Estas últimas hacen conexiones con las neuronas de las estructuras más profundas, así como entre ellas y hacia otras regiones del sistema nervioso central. c (^) Elaboración propia
Neurona piramidald Las regiones cerebrales más profundas con referencia a la corteza cerebral son más primitivas en el contexto evolutivo, así, el cerebro se ha dividido en: el arquiencéfalo (estructuras del tallo cerebral o cerebro reptiliano, en donde se asientan las actividades como la agresividad, la territorialidad y la sujeción al dominio del más fuerte), el paleoencéfalo (el sistema límbico y las estructuras paralímbicas, conocido como el cerebro mamífero o el cerebro de las emociones) y la neocorteza (con una actividad avanzada en algunos homínidos y una vasta complejidad anatomo-funcional en los seres humanos). Las neuronas establecen conexiones entre ellas a través de las sinapsis. La sinapsis clásica es la axo-dendrítica, la cual está compuesta por el axón de la neurona presináptica y hace contacto con las dendritas de la neurona postsináptica 4. Organelos de la neuronae d (^) Laurens R. Krol, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons e (^) LadyofHats, Public domain, via Wikimedia Commons
3.3. En comunicación con biología molecular Ahora describiremos el papel de los sistemas de neurotransmisión en los procesos de la cognición, las emociones y la conducta. 3.3.1. Los neurotransmisores Los neurotransmisores son moléculas que se encargan de llevar las señales de una neurona a otra, ellos están depositados en las vesículas sinápticas y cada uno tiene funciones específicas. Debemos tener en mente que existen diversos sistemas para la síntesis de neurotransmisores, no obstante, el fin de este texto no es el de describirla y se invita al lector interesado a revisarla en los libros especializados 7. Las moléculas neurotransmisoras deben cumplir con una serie de características para ser consideradas como tales. Características básicas de los neurotransmisores^8 La sustancia se encuentra en las terminales sinápticas. Las enzimas para su síntesis se hallan en los terminales presinápticos. El transmisor se libera cuando el impulso nervioso llega a la terminal. El transmisor se libera en cantidades suficientes para producir cambios en los potenciales posinápticos. La administración experimental del neurotransmisor produce cambios en los potenciales posinápticos. El bloqueo de dicha sustancia impide que el impulso presináptico modifique la actividad posináptica. 3.3.1.1. Clasificación de neurotransmisores En la siguiente tabla, se describe el papel principal que desempeñan algunos de los más importantes neurotransmisores en el sistema nervioso central. Clasificación de los neurotransmisores 9 Neurotransmisor Localización Función Patologías relacionadas Acetilcolina Placa neuromuscular y glándulas, a lo largo del sistema nervioso central (SNC). Excitatoria o inhibitoria. Relacionada con la memoria y el aprendizaje. Su disminución está asociada al mecanismo fisiopatológico que altera el aprendizaje y la memoria. Continùa en la siguiente página...
Clasificación de los neurotransmisores (continuación) Neurotransmisor Localización Función Patologías relacionadas Aminas Serotonina Especialmente de los núcleos del rafé dorsal del tallo cerebral, se dirige a varias regiones del SNC. Principalmente inhibitoria. Asociada con el sueño, el hambre y la temperatura. Relacionada con el estado de ánimo y las emociones. Tiene un papel muy importante en la fisiopatología de la depresión. Dopamina En las proyecciones que provienen de los núcleos del mesencéfalo y el tallo cerebral, viajando a diferentes regiones del SNC. Principalmente inhibitoria. Relacionada con las emociones y el estado de ánimo. Genera sensaciones de placer. Regulación del control motor. Involucrada en la fisiopatología de la esquizofrenia. En las adicciones se relaciona con el placer. En la depresión está asociadas con la disminución de la sensación de placer. Norepinefrina Proveniente de las neuronas del locus coeruleus ubicado en el tallo cerebral y se dirige a diversas áreas del SNC y a la división simpática del sistema nervioso autónomo (SNA). Excitatoria o inhibitoria. Regula efectores simpáticos. Asociada a las respuestas emocionales y al estado de alerta. Sus acciones son complejas y se relaciona con la depresión, ansiedad, inatención, etcétera. Aminoácidos Glutamato A lo largo de todo el encéfalo. El neurotransmisor excitatorio más abundante (75%) en el SNC. Su actividad irregular se asocia con la depresión, la esquizofrenia y la toxicidad neuronal. GABA A lo largo de todo el encéfalo. El neurotransmisor inhibitorio más abundante del encéfalo. Su disminución se ha asociado a patologías como el trastorno bipolar y la ansiedad, así como a la epilepsia. Otros neurotransmisores que no aparecen en la tabla pero que pueden ser de interés para el lector son: Histamina, Epinefrina, Glicina, Óxido nítrico, Péptido intestinal vasoactivo, Colecistoquinina, Sustancia P, Encefalinas y Endorfinas.
Corteza prefrontalg 3.4.1.2. Áreas del control motor en la corteza frontal En la región precentral (por delante del Surco Central y por detrás del Surco Precentral) se localizan las áreas motoras primaria y secundaria, asociadas tanto a la voluntad de iniciar la actividad motriz, como a coordinarla, y contiene programas específicos para llevar a cabo la actividad motriz de una manera adecuada. Estas regiones se asocian con estructuras internas que cumplen funciones motrices y de jerarquización de la información (ganglios basales, cerebelo y tálamo), así como con otras estructuras corticales. 3.4.1.3. Área de Broca (motora del lenguaje) Ubicada en la circunvolución frontal inferior, en el hemisferio dominante, se asocia directamente al control motor para emitir y articular el habla. La lesión en esta zona produce Afasia de Broca 10. Área de Brocah g (^) Pancrat, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons h (^) Fatemeh Geranmayeh, Sonia L. E. Brownsett, Richard J. S. Wise, CC BY 3. https://creativecommons.org/licenses/by/3.0, via Wikimedia Commons
3.4.2. Estructuras del telencéfalo: Lóbulo parietal. “La corteza parietal juega un papel importante en la integración de información de diferentes sentidos para construir una imagen coherente del mundo. Integra información de las vías visuales ventrales (que procesan lo que son las cosas) y las vías dorsales visuales (que procesan donde están las cosas). Esto nos permite coordinar nuestros movimientos en respuesta a los objetos de nuestro entorno. Contiene una serie de mapas de referencia distintos del cuerpo, el espacio cercano y el espacio lejano, que se actualizan constantemente a medida que nos movemos e interactuamos con el mundo. La corteza parietal procesa la conciencia atencional del medio ambiente, está implicada en la manipulación de objetos y en la representación de números” 12. Lóbulo parietali 3.4.3. Estructuras del telencéfalo: Lóbulo temporal. 3.4.3.1. Área auditiva primaria Es un área fundamental en la comprensión del lenguaje, que se le conoce con el epónimo de Área de Wernicke. La lesión de esta región cerebral produce una falla en la comprensión del lenguaje conocida como Afasia sensitiva (o de Wernicke), por lo cual, al solicitar a una persona con esta alteración que repita una frase (por ejemplo, “yo no voy si tú no llegas temprano”), ésta no podrá realizarlo pues no entenderá lo que se le dice 13. i (^) Gray, vectorized by Mysid, colourd by was_a_bee., Public domain, via Wikimedia Commons
Sistema límbicok El sistema límbico está formado por las siguientes estructuras (de forma completa o algunas regiones de ellas): tálamo, hipotálamo, hipocampo, amígdala cerebral, cuerpo calloso, septo y mesencéfalo. Debemos tener presente que existe un camino de vías emocionales de entrada (inputs) que serán recibidas, evaluadas, jerarquizadas y procesadas; mientras que, por medio de vías de salida (outputs) se generarán: respuestas corporales (desde el hipotálamo), como cuando “sentimos mariposas en el estómago” o “se nos pone la piel de gallina”; experiencias emocionales (corteza cingulada), como los sentimientos de amor, felicidad, ira, etcétera; y el recuerdo de la experiencia emocional (hipocampo), por medio del cual se puede rememorar lo previamente sentido, como cuando la persona amada viene a nuestra mente o cuando recordamos aquello que nos generó enojo y entonces, volvemos a experimentar esta emoción. k (^) Blausen.com staff (2014). "Medical gallery of Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436., CC BY 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by/3.0, via Wikimedia Commons
Circuito de Papezl 3.4.3.2.1. Hipocampo El hipocampo es una estructura que forma parte de la corteza cerebral (lóbulo temporal). Está compuesto por cuerpos celulares y es una región de gran crecimiento neuronal. Su función principal es la memoria episódica y autobiográfica, la cuales serán revisadas más adelante en el apartado “Aprendizaje y memoria”. Así como la memoria espacial relacionada con la orientación espacial. Hipocampom l (^) Govaf, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons m (^) Henry Vandyke Carter, Public domain, via Wikimedia Commons
esto, la comprensión de la función de la corteza cingulada posterior puede llegar a considerarse de relevancia clínica 18. Corteza cinguladao 3.4.4. Estructuras diencefálicas 3.4.4.1. Tálamo Es la estructura que ocupa en gran medida el diencéfalo y, junto con la corteza cerebral, desempeña un papel importante en el análisis e integración de las funciones sensitivas (auditiva y visual). Forma parte del sistema somatosensitivo, además de colaborar en la percepción de estímulos mecánicos, térmicos y dolorosos. El control de la actividad motora también es una de las actividades de esta estructura. Su relación con la producción y control de las funciones mentales es enorme, hasta se puede señalar que casi todo el funcionamiento mental superior cuenta con la intervención de esta estructura, como son la atención, la conciencia, la emoción, el lenguaje, la memoria, la función ejecutiva, la planificación de la conducta y los movimientos, el aprendizaje y el pensamiento; así como las funciones básicas del cerebro, es decir, el ciclo de sueño-vigilia y el estado de alerta. Por lo tanto, las lesiones talámicas tienen un impacto desastroso en la vida de quien las sufre. o (^) Brodmann, Mysid. Colured by was_a_bee., Public domain, via Wikimedia Commons
Tálamop 3.4.4.2. Hipotálamo Es la región del cerebro más importante para la coordinación de conductas esenciales, vinculadas al mantenimiento de la especie. Se localiza por debajo del tálamo como su nombre lo indica y, además de estar relacionado con las funciones de supervivencia, cumple un papel esencial en el mecanismo de las emociones, el estado de alertamiento, la memoria y la creación de vínculos en la especie. Si el lector quiere conocer más acerca de este tema, deberá revisar el papel de la oxitocina y la vasopresina. Hipotálamoq p (^) Madhero88, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons q (^) OpenStax College, CC BY 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by/3.0, via Wikimedia Commons
compleja red neuronal articulada de un extremo al otro. De esta manera se establecen innumerables relaciones entre la cognición, la afectividad, la percepción sensorial y la motricidad” 21. Las funciones mentales son el resultado de la actividad de células neurales que conforman el cerebro 21,22, el cual trabaja en tres bloques: a) de activación , bajo el control del tallo cerebral y centroencéfalo; b) de recepción , almacenamiento y comprensión de información, bajo el control de los lóbulos occipital, temporal y parietal; c) de planeación, ejecución y evaluación de la acción , bajo el control del lóbulo frontal 23. Esto se desglosa en la tabla que aparece a continuación. Los bloque funcionales del cerebro 23
4.2. Descripción de las funciones mentales 4.2.1. Atención Es la focalización interna (hacia lo que sucede en el cuerpo) o externa (hacia lo que nos rodea), a través de los órganos de los sentidos, que puede dirigirse hacia uno o varios estímulos. Es considerada una función elemental (un proceso básico y necesario) debido a que de ella dependen otras funciones mentales como el aprendizaje y la memoria, las funciones ejecutivas, así como el desempeño funcional. La atención se genera a través de la interacción de múltiples componentes anatomo-funcionales, tiene carácter multisensorial (depende del canal por el cual se reciba la información: visual, auditiva, táctil, etcétera). Su capacidad es limitada ante el ingreso de diversos estímulos, implica procesos voluntarios (selecciona activamente aquello a lo que atendemos) e involuntarios (procesa información de lo que no somos conscientes) e interactúa con otros procesos cognitivos. Así mismo, el proceso atencional tiene tres fases: inicio o captación de la atención, que puede ser activa (con el esfuerzo de quien atiende) o pasiva (sin esfuerzo de quien atiende); mantenimiento , el cual se produce a los pocos segundos del inicio y es importante que el individuo prolongue el periodo de atención lo necesario para procesar la información sobre lo que está siendo focalizado; y cese (cuando finaliza). Como se señaló previamente, es un proceso coordinado por diferentes estructuras cerebrales. Dentro de éstas, podemos nombrar el lóbulo frontal, la región cingular, el lóbulo parietal posterior del hemisferio derecho, las áreas temporales y, especialmente, el tronco cerebral, en concreto, la formación reticular del tronco cerebral, ya que juega un papel importante como filtro o marcapasos de la atención; además del tálamo, que funciona como punto de control de la matriz atencional. Clínicamente, existen distintas clasificaciones de la atención; para esta revisión, utilizaremos la siguiente tabla. Clasificación de los tipos de atención 24 Alertamiento (Arousal)****. Es la capacidad de estar despierto y mantener la alerta. Atención focalizada****. Capacidad para centrar diferentes niveles de intensidad de atención sobre el estímulo. Atención sostenida****. Capacidad para mantener la atención en el tiempo, depende en buena medida de las características individuales de cada sujeto, así como de las circunstancias ambientales.
