Investigación Cerebral

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La investigación cerebral 
I. López Barneo 
Los objetivos de la investigación cerebral 
El cerebro es un órgano muy particular 
que a lo largo de la historia ha atraído 
la atención de pensadores e investigadores y que 
en las sociedades modernas desarrolladas cap-
ta también de forma creciente el interés del gran 
público. El estudio y conocimiento del sistema 
nervioso se puede abordar desde perspectivas 
distintas que se relacionan con niveles de or-
ganización de complejidad creciente. 
a) En primer lugar, el cerebro es un sistema 
físico-químico enormemente sofisticado en el 
que diferentes tipos de macromoléculas (recep-
tores, canales iónicos, enzimas, etc.) operan ba-
jo mecanismos de control genético que 
impresionan por su precisión y sutileza. La cla-
rificación de la maquinaria molecualar del ce-
rebro que persigue la investigación en 
Neurociencia permitirá resolver problemas mé-
dicos de enorme importancia como son el en-
vejecimiento y degeneración de las neuronas o 
el desarrollo de fármacos que actuando sobre 
dianas específicas permitan una terapia cada 
vez más eficaz y selectiva de las enfermedades 
neuropsiquiátricas. 
b) En segundo lugar, el cerebro es un siste-
ma de procesado de información que asombra 
por su complejidad pero que a la vez es extraor-
dinariamente flexible y posee capacidades 
adaptativas y de predicción que superan con 
mucho las de los computadores más modernos. 
El procesado de la información se lleva a cabo 
por billones de elementos individuales (las neu-
ronas) conectados entre sí a modo de redes cu-
ya lógica organizativa todavía desconocemos. 
La investigación en este campo es seguro que 
producirá cambios conceptuales revoluciona-
rios con un impacto tremendo en las ciencias 
y tecnologías de la información y la comuni-
cación. 
c) Por último, el cerebro de los mamíferos su-
periores, y sobre todo el humano, representa 
la obra suprema de la evolución biológica y 
acumula de forma optimizada millones de años 
de adaptación al medio y selección de las es-
pecies. El cerebro ha desarrollado a tal extre-
mo sus capacidades funcionales que se ha 
convertido en el lugar de la mente. Con el de-
sarrollo reciente de la neurociencia cognitiva se 
ha iniciado un camino que, sin pecar excesi-
vamente de osados, nos permite vislumbrar un 
futuro en el que seamos capaces de compren-
der los estados de la conciencia, así como la 
conducta y los rasgos de la personalidad. 
En este artículo se muestra un panorama ge-
neral, con un formato que intenta ser fácilmente 
inteligible y didáctico, de los avances más im-
portantes en la investigación cerebral, las fron-
teras actuales del conocimiento y cuáles parecen 
ser las perspectivas futuras de desarrollo de la 
Neurociencia. La dificultad inherente a los es-
tudios sobre el sistema nervioso ha sido cau-
sante de que el desarrollo espectacular de las 
últimas décadas haya venido precedido de un 
período de varios siglos de gestación. 
De Hipócrates a la doctrina de la neurona 
De una forma u otra, en todas las culturas que 
precedieron al conocimiento científico moder-
no se asoció el cerebro a la actividad mental. 
Un buen ejemplo lo muestra una cita de Hipó-
crates, de hace unos dos mil quinientos años, 
donde comenta que «...del cerebro y no de otro 
lugar vienen las alegrías, los placeres, el abati-
Palabras clave: Neurona. Neurobiología. Cerebro y mente 
Fecha de recepción: Agosto 1995 
miento y los lamentos. Con el mismo órgano 
adquirimos el juicio y el saber, la vista y el 
oído...». A pesar de este juicio acertado sobre 
el papel funcional del cerebro, su estructura y 
organización han permanecido prácticamente 
desconocidos hasta finales del siglo pasado, ya 
que durante más de veinte siglos perduró una 
visión del sistema nervioso basada en especu-
laciones de índole diversa. Por ejemplo, durante 
el Renacimiento, que se caracterizó por un re-
novado interés hacia el conocimiento del hom-
bre y las actividades terrenales, despertaban 
atención especial las alucinaciones en estados 
mentales patológicos que se creía eran fuente 
de inspiración innovadora. No en vano la obra 
fundamental de Erasmo se tituló «El elogio de 
la locura». Este ambiente intelectual está pic-
tóricamente ilustrado de forma magistral por 
El Bosco en «Extracción de la piedra de la lo-
cura» {la glándula pineal calcificada). Precisa-
mente en el siglo XVII Descartes, en su «Tratado 
del hombre», localiza en la glándula pineal el 
centro integrador por excelencia del sistema 
nervioso donde radicaría el alma. 
El estudio sistemático de la estructura y fun-
ción del sistema nervioso 110 se inició hasta bien 
entrado el siglo XIX. En este período pionero 
destacan los científicos de la escuela neurofi-
siológica a l emana (HELMHOLTZ, Dli B()IS, REY-
MOND y otros), que demostraron la naturaleza 
eléctrica de la conducción nerviosa y, sobre to-
do, SANTIAGO RAMÓN Y CAJAL, ve rdade ro ini-
ciador de la neurobiología moderna. El mérito 
de CAJAL radica no sólo en su labor excepcio-
nal desarrollada en un medio totalmente adver-
so, sino que por su originalidad y profundidad 
el trabajo que desarrolló tuvo una enorme tras-
cendencia en la biomedicina, comparable a la 
de NEWTON en la física o la de D.VRWIN en la 
biología general. C.UAL demostró que las neu-
ronas, aunque con formas totalmente capricho-
sas V abigarradas, son entidades diferenciadas, 
formadas por citoplasma y membrana celular, 
y que contactan con otras neuronas en sitios 
específicos (denominados «sinapsis» por SHE-
RRINGTON). El t r aba jo de C.UAL estableció la 
llamada «doctrina de la neurona» sobre la que 
se sustenta nuestra visión actual del sistema ner-
vioso. Las neuronas, unidades elementales bá-
sicas del sistema nervioso, tienen un polo afe-
rente (que recibe información de otras neuronas) 
constituido por las dendritas. La información 
que recibe una célula nerviosa se integra en el 
soma, o cuerpo celular, de donde emerge una 
prolongación eferente (que transmite la infor-
mación a otras células) denominada axón o ci-
lindro eje. La interconexión de millones de 
neuronas da lugar a las redes neuronales, don-
de se realiza el procesado de la información del 
que emergen la conducta y los estados psí-
quicos. 
De CAJAL a la neurobiología moderna 
Si bien el trabajo de CAJAL y de los neuroana-
tómicos del siglo XIX dieron el impulso inicial 
a la investigación sistemática del sistema ner-
vioso, éste también reveló la extraordinaria 
complejidad y magnitud del problema a estu-
diar. Las neuronas son las células con morfo-
logía más variada y sofisticada y que expresan 
mavor proporción de genoma. El cerebro es, 
con enorme diferencia, el órgano más comple-
jo de la biosfera. Algunas cifras, que parecen 
astronómicas, pueden servir de ilustración. Se 
ha estimado que existen en el órgano unos cien 
mil millones (10!!) de neuronas (¡más que es-
trellas en la Vía Láctea!) y entre cada una de 
ellas se establecen unas 10° sinapsis. La mul-
tiplicidad de conexiones y posibilidad de for-
mación de redes son, por lo tanto, 
prácticamente ilimitadas. Solamente en la cor-
teza cerebral se ha estimado que existen unos 
10'° contactos sinápticos; cantidad muy supe-
rior a todas las conexiones telefónicas en nues-
tro planeta. Aunque frente a esta abrumadora 
complejidad nuestra comprensión de los fenó-
menos neurobiológicos es todavía muy frag-
mentaria, lo llevado a cabo en las últimas 
décadas permite vislumbrar un futuro alenta-
dor. Se describen a continuación algunos de los 
avances que, a mi juicio, son más representati-
vos de lo que podríamos denominar neurobio-
logía moderna. 
La electricidad animal y los canales iónicos 
Una de las características más llamativas de las 
neuronas es su capacidad para generar un tipo 
de señal eléctrica denominada potencial de ac-
ción o impulso nervioso. Estos impulsos se pro-
pagan activamente por las fibras nerviosas y se 
transmiten de una célula a otra en las sinapsis, 
utilizándose como mecanismo básicode comu-
nicación. La información que el cerebro reci-
be del mundo exterior por los órganos de los 
sentidos, la que envía a los sistemas motores 
o la que Utiliza para la consecución de los esta-
dos psíquicos, está codificada por la frecuen-
cia de potenciales de acción generados en redes 
neuronales específicas. Como se indicó anterior-
mente, HELMHOLTZ demostró a finales del si-
glo pasado la naturaleza eléctrica del impulso 
nervioso. Sin embargo, no ha sido hasta la úl-
tima década cuando los mecanismos molecu-
lares de la excitabilidad se han desvelado 
completamente. 
La génesis de fenómenos eléctricos es posible 
por la existencia en la membrana neurona! de 
proteínas oligoméricas denominadas «canales 
iónicos». Estos forman en su parte central un 
poro hidrofílico que facilita el paso de iones a 
través de la matriz lipídica de la membrana ce-
lular, altamente hidrofóbica. Por lo tanto, los 
canales iónicos permiten el flujo transmembra-
nario de iones, o corriente eléctrica generado-
ra de los cambios de potencial. En los años 
recientes se han clonado los genes que codifi-
can las proteínas de los canales iónicos e iden-
tificado los dominios estructurales responsables 
de sus propiedades funcionales. La dotación y 
distribución de canales en una neurona deter-
mina sus características eléctricas intrínsecas, 
de las que depende cómo ésta procesa la infor-
mación que recibe. Estas características funcio-
nales son consecuencia de la regulación de la 
expresión genética en neuronas, proceso que, 
en gran medida, depende de factores tróficos 
o neurotrofinas. Entender cómo cada neurona 
adquiere su fenotipo funcional específico es de 
importancia fundamental para comprender la 
lógica organizativa del sistema nervioso. El co-
nocimiento de las relaciones entre la estructu-
ra y la función de los canales iónicos está dando 
como resultado el desarrollo de una farmaco-
logía (basada en agentes bloqueantes o activa-
dores de canales) cada vez más selectiva con 
un enorme potencial en la terapéutica de cua-
dros neurológicos y psiquiátricos. 
Sinapsis y química cerebral 
La transmisión de información entre neuronas 
se lleva a cabo en las sinapsis. En estas estruc-
turas, la actividad eléctrica procedente de la 
neurona emisora libera sustancias químicíis de-
nominadas neurotransmisores que se unen a re-
ceptores en la membrana postsináptica (de la 
célula receptora). En los últimos años se han 
caracterizado los tipos de sinapsis (con sus neu-
rotransmisores y receptores pre y postsinápti-
cos específicos) que participan en redes 
localizadas en diferentes áreas cerebrales. Lo 
más destacable de este tipo de estudios ha sido 
la asociación de redes neuronales específicas a 
patologías neurológicas o psiquiátricas concre-
tas. Dentro de los cuadros neurológicos dos 
ejemplos representativos son la enfermedad de 
Parkinson, con afectación ele la vía dopaminér-
gica nigro-estriada y la enfermedad de Alzhei-
mer, que cursa con destrucción parcial de las 
neuronas eolinérgicas del telencéfalo basal que 
envían sus proyecciones a la corteza cerebral. 
Algunos cuadros psiquiátricos se han asociado 
también a alteraciones funcionales en vías si-
nápticas. Por ejemplo, una de las teorías más 
aceptadas de la depresión se basa en la posible 
disminución en la eficacia de las sinapsis cate-
colaminérgicas. De este modo han aparecido 
gran cantidad de fármacos que modificando la 
actividad de neurotransmisores específicos mo-
dulan sus acciones. Muchos de estos nuevos psi-
cofármacos se han revelado como excelentes 
antipsicóticos o antidepresivos y han sido sin 
duda los verdaderos causantes de la revolución 
terapéutica, e incluso conceptual, de la neuro-
psiquiatría en las últimas décadas. 
Fisiopatología neuronal 
El avance en el conocimiento del sistema ner-
vioso referido en los párrafos anteriores ha te-
nido como resultado no sólo el desarrollo del 
arsenal farmacológico, sino que ha permitido 
abordar el estudio de la fisiopatología cerebral 
desde una visión genético-molecuiar. Por ejem-
plo, se estudian en la actualidad las bases mo-
leculares del envejecimiento y muerte neurona!, 
verdaderas causas de las enfermedades cerebra-
les degenerativas cuyo incremento es cada vez 
mayor conforme aumenta la vida media de la 
población. Otro foco de atención especial lo 
constituye el determinar las razones por las que 
no se dan (o se dan muy rudimentariamente) 
en el sistema nervioso los fenómenos de rege-
neración celular que, de activarse, participa-
rían, como en otros tejidos, en la reparación 
de zonas lesionadas por traumas o accidentes 
vasculares. La neurobiología molecular ha per-
mitido identificar en el hombre y en modelos 
animales los defectos genéticos que determinan 
enfermedades específicas (como, por ejemplo, 
la corea de Huntington o el síndrome del X frá-
gil) o que predisponen la aparición de enfer-
medades de base multietiológica (como la 
enfermedad de Alzheimer). Aunque estamos to-
davía en los albores de la neurogenética mo-
lecular, el avance en este campo de la 
investigación permitirá bien evitarlas median-
te el consejo genético y el diagnóstico prenatal 
o paliarlas con una terapia cada vez más eficaz. 
Funciones cerebrales superiores: 
Relaciones cerebro-mente 
A pesar del enorme avance en el conocimiento 
de las bases celulares y moleculares del siste-
ma nervioso, se sabe todavía muy poco acerca 
de la organización de todo el órgano en su con-
junto. Comprender cómo las redes neuronaíes 
procesan la información de donde emergen la 
percepción sensorial, la conducta y los estados 
psíquicos es, sin duda, uno de los retos de la 
investigación científica del siglo XXI. Se sabe 
desde hace varias décadas que existe una cier-
ta «localización» topográfica de funciones en el 
sistema nervioso de los mamíferos. Por ejem-
plo, los diferentes sentidos se perciben y pro-
cesan en áreas cerebrales distintas (la visión en 
el área occipital o la audición en el lóbulo tem-
poral) y existen regiones como el área parietal 
encargadas de ejecutar movimientos volunta-
rios o como el área de Broca en humanos ne-
cesaria para la organización del lenguaje oral. 
Sin embargo, hasta hace unos años se sabía 
muy poco acerca de cómo se activan secuen-
cialmente las diferentes regiones cerebrales re-
lacionadas con procesos específicos y que 
actuando en conjunto producen las funciones 
cerebrales superiores. No obstante, estamos 
asistiendo a un desarrollo espectacular en este 
campo debido a las técnicas de imagen funcio-
nal (basadas en la resonancia magnética nuclear 
o en la emisión de positrones) que revelan en 
tiempo real y con un alto poder de resolución 
espacial las áreas cerebrales que se activan du-
rante la génesis y ejecución de tareas específi-
cas. Estas técnicas permiten analizar en 
humanos las diferencias sutiles en las áreas ce-
rebrales que participan en el procesado oral o 
escrito del lenguaje, en la diferenciación de la 
semántica de las palabras, o en la lectura e in-
terpretación de una partitura y su ejecución en 
un instrumento musical. Quizás uno de los cam-
bios conceptuales más importantes que se han 
derivado de los estudios indicados se refiere a 
la implicación de grandes zonas cerebrales en 
tareas que se presumían mucho más loca-
lizadas. 
Los avances en la investigación cerebral de las 
últimas décadas han renovado el interés por la 
psicología cognitiva, en descrédito hasta hace 
poco frente a la psicología conductista. Además 
han dado lugar a cambios muy importantes en 
nuestra visión sobre cómo se generan los esta-
dos psíquicos y al replanteamiento de las rela-
ciones entre el cerebro y la mente. El 
descubrimiento de las propiedades eléctricas in-
trínsecas de las neuronas sugiere que el siste-
ma nervioso tiene una organización mucho más 
cerrada de lo que se pensó. La visión actual 
más aceptada es que la presión evolutiva ha de-
terminado la aparición de un órgano que ais-
ladamente puede conseguir los diferentes 
estados funcionales.Los sentidos permiten «po-
ner en el contexto de la realidad física» estos 
estados funcionales que a su vez se modifican 
y ajustan finamente con el aprendizaje. Median-
te la percepción sensorial el cerebro lleva a ca-
bo una «interpretación» de la realidad sobre la 
base de su información previa (genética o 
aprendida). Como lo demuestran las ilusiones 
ópticas, esta interpretación no es siempre ne-
cesariamente precisa y correcta desde un pun-
to de vista «objetivo», aunque tiene el valor 
adaptativo de permitir la «construcción» de los 
estados conscientes. Nos podríamos preguntar: 
¿se conocen hoy mejor que en tiempos pasa-
dos las bases neurobiológicas de la mente? ¿Sa-
bemos qué es la conciencia? La dualidad 
cerebro-mente ha sido objeto de atención y de-
bate filosófico durante siglos, pero parece que 
nadie duda en la actualidad que la mente es 
sólo y exclusivamente el resultado de la activi-
dad del cerebro. La conciencia es difícil de de-
finir, pero conocemos sus manifestaciones v, 
posiblemente, avanzando en un entendimien-
to parcial se llegue en el futuro a un esquema 
conceptual más preciso. Sabemos que la con-
ciencia es un estado funcional específico, no el 
único, de la mente en el que la situación de vi-
gilia se caracteriza por la estimulación senso-
rial y la atención selectiva. Otros estados 
mentales distintos son, por ejemplo, el sueño 
de ondas lentas o el sueño paradójico. En este 
último estado la actividad de la corteza cere-
bral es probablemente muy similar a la del es-
tado de «consciencia», pero en el que la 
«desconexión» funcional del mundo físico real, 
permite que la atención se centre en la memo-
ria y los recuerdos sin la necesidad de ponerse 
en el contexto de la información sensorial. La 
conciencia y los otros estados mentales son pro-
cesos globales, constructivos y coalescentes. Con 
estos adjetivos queremos indicar que implican 
al cerebro en su conjunto y que se construyen 
activamente gracias a la confluencia de infor-
mación procedente de las diferentes regiones 
cerebrales. Los estados mentales se consiguen 
gracias a la activación de redes neuronales que 
abarcan grandes áreas de la corteza cerebral 
y estructuras subcorticales con patrones y se-
cuencias temporales muy específicas. Los es-
tados conscientes son muy sofisticados en todos 
los cerebros de los mamíferos, aunque la «auto-
conciencia» o la «conciencia del yo» se da con 
toda su plenitud solamente en el hombre. Sin 
embargo, 110 parece que ésta sea un atributo 
exclusivo de la especie humana. Es muy posi-
ble que algún nivel de autoconciencia exista en 
mamíferos superiores, sobre todo aquéllos que 
mantienen un contacto estrecho con el hom-
bre, y es seguro que, en cuanto a las capacida-
des mentales, nos sorprenderíamos si 
pudiésemos conocer las de nuestros anteceso-
res extinguidos. 
Consideraciones finales 
En el último siglo, y sobre todo en las últimas 
décadas, hemos asistido a un avance espectacu-
lar en la comprensión del funcionamiento del 
sistema nervioso. Conocemos con mucho de-
talle los mecanismos básicos subyacentes a la 
función y conexiones de las neuronas y se ha 
avanzado enormemente en el diagnóstico y tra-
tamiento de enfermedades neurológicas y psi-
quiátricas. Parecería que está a punto de 
cumplirse el viejo aforismo «conócete a ti mis-
mo». Sin embargo, los avances aunque de enor-
me importancia 110 han hecho sino exponer la 
complejidad estructural y funcional del sistema 
nervioso, así como lo complicado de su orga-
nización. A mi juicio, el desarrollo de la neuro-
biología molecular conducirá en un plazo breve 
a una revolución conceptual en la físiopatolo-
gía neurona! y en la psicofarmacología. Sin em-
bargo, creo que se producirá un avance más 
lento en la comprensión de la lógica organiza-
tiva de las redes neuronales y en cómo de la 
actividad de éstas emergen los estados psíqui-
cos. Descubrir la «lógica» organizativa del sis-
tema nervioso y comprenderla es, sin duda, uno 
de los retos más apasionantes de nuestra espe-
cie. •< 
J. López Barneo, Departamento de Fisiología 
Médica y Biofísica. Facultad de Medicina. Uni-
versidad de Sevilla. 
Seminario Médico Año 1995. Volumen 47, N.° 2. Págs. 67-71