Documento Compilado por Psp. Nilda Estela Karsst

Características anatómicas y funcionales del sustrato de la cogniciónEduardo Alfredo Sciotto.

El cerebro humano constituye la herramienta más desarrollada que existe sobre el planeta.Es la que ha definido la conquista y el dominio del hombre; la que a través de miles de años (apenas instantes en el reloj de la evolución biológica) se ha perfeccionado a sí misma y transformado a la especie humana de homo erectus en homo sapiens. No existe máquina alguna capaz de imitar su capacidad y plasticidad. Magnífica y perfecta, permite al ser humano trascender a sí mismo y a su tiempo.... No se pretende desarrollar aquí un extenso tratado científico dado que el objetivo es el de aportar una información general sobre el tema. Simplemente considero oportuno hacer mención a aspectos generales de la estructura orgánica en la que radican la inteligencia, la memoria, el afecto y los por qué de la conducta humana. Se introducirá el tema con una reseña anatómica del sistema nervioso central, para luego abocarnos a los aspectos neurofuncionales del aprendizaje y de la memoria.

El cerebro humano o telencéfalo es la estructura distal del sistema nervioso central.El desarrollo de esta estructura es mayor cuanto más se avanza en la escala zoológica; es así que en los primates superiores y en el hombre el telencéfalo muestra los mayores niveles de especialización funcional.Mide aproximadamente 17 cm. de longitud, 14 cm de ancho y 13 cm. de alto; y pesa alrededor de 1200 gramos.

Está formado por dos hemisferios conocidos como hemisferio cerebral derecho y hemisferio cerebral izquierdo, cuyo tamaño es lo suficientemente grande como para cubrir al tronco encefálico. Ambos hemisferios están separados por un surco llamado cisura ínterhemisférica. En el fondo de esta cisura puede observarse una extensa banda de fibras blanquecinas que corren transversalmente conectando puntos simétricos de ambos hemisferios. Es el cuerpo calloso.

Las fibras del cuerpo calloso se interdigitan con las que van y vienen de la corteza cerebral, desde las estructuras subcorticales y hacia ellas. Doscientos millones de puntos simétricos entre ambos hemisferios cerebrales son interconectados a través de este verdadero puente biológico.

Las lesiones de cuerpo calloso, generalmente congénitas en los niños, se manifiestan con trastornos en el dominio del espacio y en la interpretación y producción del código lingüístico. Por debajo del cuerpo calloso se extiende el tercer ventrículo, y a sus lados los núcleos grises del diencéfalo.

La cubierta externa del telencéfalo es la corteza cerebral. Estimaciones recientes consideran que la corteza cerebral contiene

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alrededor de 2,6 x 109 neuronas. (2.600.000.000 - dos mil seiscientos millones de células nerviosas)

Esta corteza está dispuesta en una serie de crestas y hendiduras, llamadas respectivamente circunvoluciones y surcos, debido a que la superficie cortical es mayor que la superficie interna del cráneo que la contiene.Unos dos tercios de la corteza cerebral están insertos en los surcos.

Un gran surco central que se extiende en sentido superoinferior divide al cerebro en dos sectores:

...un precerebro o cerebro anterior axiopráxico, ejecutor, motor;

...y un retrocerebro o cerebro posterior gnóstico, analizador.

Ese surco central se denomina cisura de Rolando. Perpendicular a la cisura de Rolando, la cisura de Silvio separa al cerebro en dos áreas: una superior o suprasilviana, y una inferior.

 

 

La superficie del cerebro está dividida arbitrariamente en cuatro lóbulos, que adoptan el nombre de los huesos de la bóveda craneana debajo de los que se encuentran.Esta división es exclusivamente anatómica y no tiene una correlación exacta con las funciones del mismo.El área situada por delante de la cisura de Rolando y por encima y por delante de la cisura de Silvio corresponde al lóbulo frontal. El área retrorrolándica, por detrás de la cisura central, y por encima de la cisura de Silvio  toma el nombre de lóbulo parietal.Por debajo de la cisura de Silvio hallaremos el lóbulo temporal; mientras que el polo posterior del cerebro corresponde al lóbulo occipital.

Obsérvese en el dibujo la localización anatómica de cada una de las estructuras mencionadas.

Es posible identificar cavidades dentro del sistema nervioso central.

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Estas cavidades, que adoptan el nombre de ventrículos, se hallan interconectadas entre sí y contienen un líquido cristalino llamado líquido cefalorraquídeo (LCR) Este LCR se produce fundamentalmente pero no exclusivamente por un proceso de ultrafiltrado del plasma sanguíneo al nivel de los ventrículos laterales, en estructuras especializadas conocidas como plexos coroideos.

En el interior de cada hemisferio cerebral se halla una cavidad que adopta una forma de C invertida si se la describe en sentido antero posterior o fronto occipital: es el ventrículo lateral.La forma en “C” de la porción principal del ventrículo lateral se halla impresa por la presencia del núcleo caudado, una de las masas de sustancia gris del diencéfalo que interviene en la regulación de la conducta atencional del

individuo mediante conexiones directas con el lóbulo frontal.

En íntima relación con el cuerpo del núcleo caudado se halla el tálamo. Otra estructura en forma de “C” relacionada con el ventrículo lateral es el hipocampo, y su continuación rostral el fórnix o trígono cerebral. Las colas de los núcleos caudado e hipocampo se fusionan en una masa gris globular conocida como núcleo amigdalino.

Como se verá más adelante, hipocampo y tálamo participan activamente en los procesos superiores de la mente, especialmente atención y memoria.

Durante la etapa embrionaria y fetal, las neuronas se forman centralmente en el sistema nervioso, desde allí y gracias a distintos mecanismos de desarrollo, especialmente migración, estas células adoptan una disposición en capas celulares. Esta referencia es de suma importancia, puesto que ha sido demostrado que en el mecanismo de producción de ciertas dificultades de aprendizaje que padecen los alumnos, es posible verificar una alteración en la disposición de las neuronas entre sí y respecto del córtex, por lo que se generarían islotes de neuronas disociadas, aisladas, en el interior de la sustancia blanca del cerebro.

Como se dijo, el lóbulo frontal está ubicado por delante de la cisura central o de Rolando, y por encima del comienzo de la cisura de Silvio. Pesa aproximadamente unos 300 gramos y cuenta con alrededor de 11 mil millones de neuronas. A su vez está dividido en sub lobulaciones:el sub lóbulo central, piramidal o sensomotor, el sub lóbulo precentral, extrapiramidal o automático, y el sub lóbulo prefrontal.Es el sector prefrontal del lóbulo frontal del cerebro humano el que encierra en su estructura, al decir de Imbriano, el ¿por qué? y el ¿ para qué ? de nuestra existencia, integrando todas las actividades a las que perfecciona y adecua a la circunstancia vital, agregando las actividades intelectuales, como las expresiones del pensamiento lógico lingüístico y escrito, y del pensamiento abstracto. 

Con exiones entre mesencéfalo, diencéfalo y corteza .

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El diencéfalo es una estructura filogenéticamente más antigua que el telencéfalo. Está enclaustrado entre los dos hemisferios cerebrales.Los elementos más evidentes en el diencéfalo son dos núcleos de sustancia gris denominados tálamos ópticos, separados por la cavidad del tercer ventrículo, aunque a menudo están unidos entre sí por una conexión. Por debajo de la proyección posterior del extremo caudal del tálamo yacen los cuerpos geniculados interno y externo, unidos a otras estructuras denominados tubérculos cuadrigéminos que intervienen en la función visual.

El tálamo recibe conexiones desde el cerebelo, órgano que coordina la motricidad; de la vía óptica, de la vía auditiva, de vías somatosensoriales y de la formación reticular del tronco encefálico que gobierna la circadianidad sueño-vigilia y vuelca su energía sobre el tálamo óptico, constituyendo esta integración la base de la capacidad atencional del ser humano.En ciertos cuadros que producen fracaso escolar como el ADD (Atentional Déficit Disorder), se han demostrado alteraciones a nivel del tálamo óptico.

La parte ventral de la pared del tercer ventrículo está constituida por la sustancia gris del hipotálamo, regulador de la actividad hormonal de la hipófisis o glándula pituitaria, la que a su vez maneja mediante diferentes hormonas el sistema glandular interno del individuo.

Con excepción de ciertas áreas del lóbulo temporal, el resto de la corteza recibe fibras provenientes del tálamo.En una acertada comparación David Bowsher afirma que todo el telencéfalo, excepto alguna parte de la corteza del lóbulo temporal, puede ser considerada como la cubierta de un paraguas cuyo eje es el tálamo y los rayos son las proyecciones específicas punto por punto tálamo corticales.De ésto puede deducirse que la verdadera definición de un área cortical funcional no dependerá del plegamiento fortuito de su superficie en surcos y giros, ni de su topografía anatómica; sino de su proyección específica a partir de un núcleo diencefálico particular. Y en relación con la ubicación anterior o posterior de ese punto de la corteza respecto de la Cisura de Rolando.

De todo lo expuesto se deduce que la corteza asociativa puede ser talámico dependiente e independiente, coincidiendo con áreas de asociación frontoparietoccipital y temporal superior; y temporal inferior respectivamente.

El primer acto asociativo que se produce en las áreas de asociación parietoccipital y temporal superior talámico dependiente, es cognoscitivo, es decir , nos dice qué es lo que vemos, sentimos y oímos. En la corteza temporal talámico independiente, los estímulos se asociación a experiencias simultáneas o “archivadas” en esquemas de memoria, por lo que requieren un paso de interpretación previo a la cognición.El hemisferio cerebral izquierdo es el dominante, responsable de la conciencia y de las aptitudes gnosopráxico intelectuales.El hemisferio cerebral derecho, en cambio, es el hemisferio subordinado, responsable del subconsciente.El hemisferio izquierdo dirige la actividad psicolingüística e intelectual del ser humano y asume el comando biopráxico del comportamiento. Es responsable de la integración sensomotora que coordina las complejas actividades práxicas del hombre. El sublóbulo prefrontal izquierdo actúa como un programador, responsable final de la respuesta práxica y del contacto con el medio ambiente mediante la comunicación lingüística verbal y lectoescrita.

El hemisferio derecho es intuitivo y permite ubicarnos en el espacio tetradimensional (espacialidad tridimensional más temporalidad) Aporta al izquierdo recuerdos viso auditivos no verbales relacionados con las tonalidades del color y la altura del sonido, siendo su aptitud gnóstica de comprensión superior a la del hemisferio izquierdo.Podemos categorizar al hemisferio derecho como comprensivo, mientras que el hemisferio izquierdo es ejecutivo.

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El hemisferio derecho es el último en mielinizarse, siendo el sector prefrontal la estructura final del S.N.C. en adquirir la maduración mielínica.

El lóbulo prefrontal recibe aferencias del tálamo óptico, del fórceps del cuerpo calloso que mediatiza conexiones ínter hemisféricas, del centro de la escritura de Exner, de los centros visuales occipitales, del área de integración gnóstica (39 de Brodman), de los lóbulos temporales, y de otras estructuras diencefálicas.A su vez emite eferencias hacia los núcleos de la base, hacia el hipotálamo, a estructuras diencefálicas y al mesencéfalo.

 

Las áreas especializadas del conocimiento

Intentaremos dilucidar de qué manera el sistema nervioso central procesa la información que recibe proveniente del mundo exterior, cómo integra esa información, y cuál es el mecanismo por el cual genera una respuesta.

Este complejo proceso se cumple gracias a la participación de todo el encéfalo trabajando integralmente y al unísono. Si bien en el siguiente relato, por razones didácticas, se especificarán áreas o zonas especializadas, debe quedar en claro que tales áreas no constituyen funcionalmente estructuras aisladas, sino que participan integradas al resto del encéfalo.

El fenómeno cognitivo se desarrolla en la corteza de asociación y en las áreas asociadas a esta; todas ubicadas por detrás de la cisura de Rolando.

La aferencia informativa requiere como paso previo a la toma de conciencia por parte del sujeto, un área de integración de las diferentes percepciones que la conforman y la existencia de experiencias anteriores expresadas como huellas y registros mnémicos, capaces de responder en forma selectiva. La concordancia de ambos elementos determina finalmente que el individuo tome conciencia de lo percibido, fenómeno que algunos autores denominan de “apercepción”.(Masotti 2002)

Este procedimiento de relación entre la integración de las percepciones y la preexistencia de experiencias expresadas como registros mnémicos equivalentes a conjuntos de parámetros en correspondencia con determinadas organizaciones cito arquitectónicas, adopta la denominación de “Integración Lógica de Parámetros” (ILP). Esta ILP requiere, por lo tanto, de 2 tipos de disponibilidades: la disponibilidad neuronal, sustrato cito arquitectónico sobre el cual asienta la disponibilidad mnemónica, competencias diferenciales inherentes al sustrato neural.

Como se dijo más arriba, estos procesos se suceden a nivel de la corteza de asociación y de otras estructuras relacionadas con la cognición y la memoria como el hipocampo y ciertas áreas diencefálicas.

Al nivel de la corteza cerebral el área de integración gnóstica, gyrus angularis o área 39 de Brodman ubicada en la conjunción entre el lóbulo occipital y el lóbulo parietal, recibe convergencia de las áreas visuales, consolidando mnemónicamente los ideogramas visuales.

Llegan también a ella aferencias de las áreas auditivas primarias ubicadas en el lóbulo temporal. De esta manera se

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integran también a ese nivel engramas audiovisivos de contenido semántico; lo que Bravo Valdivieso denomina “Guestalt fonográfica”Estas áreas auditivas están sub especializadas en sectores diferenciados.El sector anterior de la circunvolución temporal superior, especialmente izquierda, (área 41 de Brodman) es únicamente perceptivo auditivo, pero el área media (42 de Brodman) corresponde a la memoria auditiva por lo que es fundamentalmente discriminativa. Participa de esta integración el área 22 de Brodman que incluye el sector 22B o área de Wernicke, de interpretación auditiva, fundamental para la adquisición del lenguaje.

El área 22 está ubicada en la zona posterior de la circunvolución temporal superior o primera circunvolución temporal.

Es conocida la participación del área de Wernicke en los mecanismos de producción de diversos trastornos en que se afecta la comprensión del lenguaje. En las afasias de comprensión los pacientes han perdido la capacidad de entender el lenguaje hablado por una lesión neurológica ubicada en ese sector. Por otra parte los niños con disfasias comprensivas, es decir, con dificultad severa para entender el lenguaje hablado, presentan alteraciones en el desarrollo de esas áreas.

Los niños disléxicos, es decir aquellos con dificultades de aprendizaje de la lectoescritura suelen presentar anomalìas en el área temporal del lenguaje.

 

La información aportada por el sector cerebral basal témporo-occipital (37 de Brodman), se integra al gyrus marginalis. Esta área denominada nominal o semántica establece la correlación semántica significante - objeto.Toda lesión o disfunción que comprometa el funcionamiento de este sector repercutirá en el aprendizaje a través de una ceguera semántica que le impedirá al individuo establecer la correlación entre el objeto y su símbolo, por lo que se afectará su capacidad de nominación.

Relaciones entre cerebro anterior y cerebro posterior respecto de las funciones cognitivasEl gyrus supramarginalis del hemisferio izquierdo, a nivel del lóbulo parietal (área 40 de Brodman) , en íntima asociación con el área 39, proporciona la imagen de nuestro cuerpo siendo el sustrato de nuestra propia corporalidad; función conocida como somatognosia.El gyrus supramarginalis del hemisferio derecho, por su parte, permite el reconocimiento identificatorio de caras y de personas.

Al área 40 se integran las áreas somestésicas primarias 3, 1 y 2. De ellas la 3a responde a los propioceptores musculares, la 3b y la 1 al tacto superficial y la 2 a los receptores profundos. Además a ella converge la integración con las áreas somestésicas secundarias, o áreas de integración psicomotriz

 

La parte más inferior del área 40 recibe conexiones con las representaciones vestibulares, que aportan información relacionada con el equilibrio y la espacialidad

Del área 39 de Brodman parten dos poderosos brazos: los fascículos arqueados superior y lateral, que transportan el contenido gnososemántico y corpóreo al lóbulo frontal, integrando la temporoespacialidad, la motricidad, el lenguaje, la escritura, el pensamiento y la intelectualidad.

Desde el mesencéfalo, el S.A.R.A. (Sistema Activador Reticular Ascendente) luego de hacer estación en el "radar" talámico, vuelca su energía vital sobre el lóbulo prefrontal, controlando en el individuo la reacción atencional. En la base del lóbulo prefrontal se ubica un "marcapaso" regulador del comportamiento agresivo del individuo.

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El sistema límbico, en consonancia con el lóbulo prefrontal conforman la base del comportamiento afectivo.

Las funciones motoras y sensitivas elementales están representadas simétricamente en cada hemisferio cerebral para el hemicuerpo contralateral (la mitad opuesta del cuerpo). Sin embargo, conocimientos recientes han permitido comprobar que esta simetría no es total. Precisamente, es en las actividades gnósticas, práxicas, del lenguaje, etc.; en que evidencias clínicas y experimentales demuestran esta asimetría funcional.

Considérese, por ejemplo, que el hemisferio izquierdo tiene la representación de los mecanismos de comunicación, actividad gestual y percepción de elementos verbales; en cambio la percepción de datos espaciales, del material no verbal y de la identificación de rostros humanos, es patrimonio del hemisferio derecho.

Las lesiones cerebrales derechas se manifestarán por desconocimiento (agnosia) espacial unilateral y déficit en la discriminación auditiva del material no verbal.

Esta capacidad de organización espacial y de percepción del material no verbal del hemisferio derecho condicionará en las personas que presenten una lesión del mismo trastornos en la lectura, escritura o cálculo, por sus perturbaciones espaciales, sin alteración del código. Milner ha apreciado alteraciones en la capacidad musical de reconocimiento del timbre, sonoridad y memoria melódica en los lesionados derechos; cuadro que se denomina amusia.

En las lesiones izquierdas se ve perturbada la evocación y el aprendizaje del material verbal. Anguelergues agrega que los déficit por lesiones derechas incluyen dificultades para identificar elementos de una misma categoría; por el contrario, las lesiones izquierdas perturban el reconocimiento de las categorías

Memoria y aprendizaje.Ya desde fines del siglo XIX se postulaba que la memoria era una función de la materia orgánica y que estaba relacionada con la herencia. El aprendizaje no es sólo la capacidad de registrar experiencia almacenando memoria; sino la posibilidad de reutilizar esa experiencia para aplicarla a nuevas circunstancia vitales. Para utilizar la memoria intelectualizada participan ambos cerebros y en particular el cerebro izquierdo, siendo fundamental la participación del lóbulo prefrontal para la memoria de aprendizaje. La memoria humana es el producto de un complejo mecanismo de funciones asociadas entre el hipocampo y el lóbulo prefrontal del cerebro humano. Es precisamente el LPF el que programa las experiencias vividas y las utiliza de acuerdo con la circunstancia vital.El rol del hipocampo y de la corteza frontal en los cambios de la memoria han sido estudiados en relación con la edad de los individuos utilizando Tomografía por Emisión de Positrones (PET).

El propósito de este estudio fue examinar el correlato neuroanatómico en la función de recuperación de la memoria en adultos mayores y jóvenes.Ambos grupos de individuos, adultos mayores y adultos jóvenes, mostraron un incremento del flujo sanguíneo al hipocampo en asociación con la " recolección" de las palabras estudiadas. ( evocación de información previamente memorizada). Sin embargo este mecanismo parece no ser absoluto y la estrategia de recuperación de recuerdos ser diferente según se trate de jóvenes o mayores.

De todos modos queda demostrado a través de estos estudios que la activación del hipocampo puede reflejar comúnmente el camino para el recuerdo de sucesos pasados.

Otro estudio realizado en los Estados Unidos en relación con la función mnémica se basó en la obtención de imágenes funcionales del cerebro que revelaran los mecanismos puestos en juego en los procesos de memorización y recuperación de la memoria.

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Las imágenes obtenidas revelaron que el aprendizaje y la memoria implican algunas de las mismas regiones de la corteza cerebral que los procesos de información sensorial y control de las respuestas motoras. La forma de percepción y aprendizaje motor que puede ocurrir sin participación de la conciencia son mediados en parte por reducciones y expansiones de representaciones en la corteza sensorial y motora. Las mismas regiones son también empleadas durante el almacenaje consciente y la recuperación de hechos o eventos, pero esos tipos de memoria involucran la participación de otras estructuras — como el hipocampo — y la participación de redes neuronales asociativas que establecen conexiones entre la información almacenada en diferentes áreas sensoriales.En otras palabras, no es posible diferenciar puntualmente áreas de la corteza cerebral que se activen exclusivamente para la función mnémica cuando en la representación no media la conciencia. En cambio, es posible verificar la participación de estructuras asociativas y de almacenamiento de memoria que junto con otras áreas inespecíficas se activan en la memoria de evocación. Se sabe que la encodificación molecular secuencial de la información se produce a nivel del hipocampo.Para comprender mejor la magnitud de este fenómeno, basta recordar que cada complejo neurona - células gliales que la nutren constituye el centro de una red de circuitos integrados con un polo receptor de información que contacta alrededor de 10.000 y 100.000 neuronas entre sí.Toda la información recibida se integra en el axón originando un flujo axónico bioeléctrico que recorre circuitos preestablecidos por experiencias previas asociadas. En estos circuitos participarían las células nerviosas que fueran denominadas por algunos investigadores “neuronas de memoria .Así como la información genética está almacenada en códigos de ADN en el núcleo de la célula; la información de la experiencia se almacenaría y codificaría en códigos de ARN en organelas denominadas ribosomas

1A nivel del hipocampo, y en este especialmente en la zona CA3, el fenómeno de potenciación a largo plazo que implica la afectación de un circuito para uno opocos estímulos mnémicos, es dependiente de la frecuencia de presentación del estimulo. En la potenciación a largo plazo las descargas de alta frecuencia terminan desplazando moléculas de magnesio de sus sitios de membrana, lo que posibilita una aumento de la permeabilidad de esa membrana al calcio con la consiguiente despolarización sostenida de la membrana neuronal.

A partir de toda la información expresada hasta aquí, producto de evidencias científicas reportadas por notables investigadores, podemos aseverar que el aprendizaje es la manifestación de un fenómeno biológico. Las habilidades para usar el lenguaje, leer, escribir y resolver problemas matemáticos, son fenómenos aprendidos como resultado de funciones bioquímicas dentro del sistema nervioso central. (Tarnopol y Tarnopol, 1977). Estas, dadas gracias a las capacidades neuroplásticas del cerebro.Desde el punto de vista neurofuncional, el aprendizaje constituye el establecimiento de conexiones nuevas entre dos trayectos preformados para permitir al estímulo nervioso establecer una nueva vía de conexión, un nuevo trayecto.

Marzo/2012.

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