1 Una máquina que escribe poesía



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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 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.

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!

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 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 lenguaje

Si 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 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".




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 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 encefálico

Prueba 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 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 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 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 sueño

Necesitas 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?
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, 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 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 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 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 ritmo

Ahora, 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 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 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-cuerpo

En 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 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 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 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 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
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 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 (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.

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 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).
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 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 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 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 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.


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.

19

La evolución del cíborg

Es 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 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 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
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.

20

El sueño del robot

Si 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.
¿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 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 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.

21

Una central eléctrica en la cabeza

Mientras 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 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.

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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