Análisis: cómo funciona el cerebro

Una familia a menudo le resulta más fácil aceptar los problemas cognitivos de los pacientes de Alzheimer que sus problemas de conducta, que pueden hacer que el paciente parece deliberadamente no coopera, rencoroso, o simplemente significar llanura. Pero ambos tipos de problemas son consecuencias de la enfermedad. Una mirada cercana en el cerebro revela cómo la memoria, la capacidad intelectual, las emociones y la conducta están conectados y cómo se desconectan en la enfermedad de Alzheimer.

Una visión macro del cerebro

El neurocientífico Paul MacLean acuñó el término "cerebro triuno" para describir lo que él ve como los tres niveles independientes pero interconectadas del cerebro humano: tronco del encéfalo (y cerebelo), el sistema límbico y la corteza cerebral. Una extensa red de dos vías de nervios conecta estos tres niveles del cerebro. La comunicación continua entre la corteza cerebral y el sistema límbico une indisolublemente el pensamiento y las emociones (ver Figura 2). Cada uno influye en el otro, y tanto toda acción voluntaria directa. Esta interacción de la memoria y la emoción, el pensamiento y la acción es la base de la personalidad única de cada individuo.

El tronco cerebral y cerebelo

Operar en el primer nivel, estas dos estructuras primitivas controlan la supervivencia básica. El tronco cerebral supervisa las funciones vitales tales como el ritmo cardíaco y la temperatura corporal, y el cerebelo orquesta movimiento.

El sistema límbico

Ubicado en el interior del cerebro es el sistema límbico, el segundo nivel de MacLean "cerebro triuno." Este complejo en forma de horquilla de centros nerviosos se encuentra en todos los mamíferos. El sistema límbico vincula emociones y la conducta, como numerosos experimentos científicos y observaciones de las personas con daño cerebral han demostrado. Estimular una zona del sistema límbico produce sentimientos de ira y la agresión, al tiempo que estimula otra área solicitará sentimientos de placer y relajación. El sistema límbico es la interfaz entre nuestros impulsos animales y las restricciones de la civilización, entre los impulsos irracionales y decisiones prácticas, entre las emociones crudas y comportamiento racional.

El sistema límbico tiene otra función importante: es central para la memoria y el aprendizaje. Aunque recuerdos no se almacenan en una única ubicación, estructuras discretas dentro del sistema límbico orquestan formación de la memoria. Además, estas estructuras procesar diferentes tipos de memoria. El hipocampo, por ejemplo, está activa en la conversión de la información en la memoria a largo plazo y en la recuperación de la memoria. El uso repetido de las redes nerviosas especializadas en el hipocampo aumenta la memoria de almacenamiento, por lo que esta estructura está involucrada en el aprendizaje tanto de las experiencias comunes y el estudio deliberado.

Daños en el hipocampo o de sus conexiones nerviosas puede causar amnesia (incapacidad para aprender y luego recordar la nueva información). Las personas con amnesia son incapaces de formar nuevos recuerdos a largo plazo, y se olvidan de la información poco después de que oyen o ven. Por ejemplo, los investigadores han encontrado que los pacientes con amnesia pueden seguir haciendo cosas como jugar a las damas, así como antes (porque era una habilidad que se adquiere con los años a través de la práctica), pero no pueden recordar el nombre de su oponente.

Pero no todas las experiencias en la vida de una persona están indeleblemente grabados en la memoria, ni es necesario retener cada bit de información que uno encuentra. Aquí es donde las emociones entran en el proceso de la memoria. Algunos neurocientíficos creen que el hipocampo ayuda a seleccionar la que se almacenan los recuerdos, quizás asociando una "emoción marcador" a algunos eventos u otra información por lo que son más propensos a ser retirados del mercado.

La amígdala, que se encuentra al lado del hipocampo, se ocupa de una magnitud diferente de la memoria emocional: entra en juego en situaciones que despiertan sentimientos como el miedo, la ira, la compasión o indignación. Los investigadores han descubierto que los recuerdos que tienen un componente emocional son más propensos a ser retenido. Pero los daños a la amígdala puede abolir un recuerdo cargado de emoción.

La corteza cerebral

El tercer nivel del cerebro es la corteza cerebral, comúnmente llamada la "materia gris." Los hemisferios cerebrales contienen dos regiones especializadas, una dedicada al movimiento voluntario y otro para el procesamiento de la información sensorial. Pero la mayor parte de la materia gris es la corteza de asociación, que se hace cada vez más grande como los animales se mueven en la escala evolutiva. La corteza de asociación es la región del pensamiento consciente: es donde se almacena la memoria y las habilidades del lenguaje, procesar información, y llevar a cabo el pensamiento creativo.

Una vista micro del cerebro

De cerca, el cerebro es una red de interconexión de células llamadas neuronas. ¿Cómo estas células se comunican y qué sucede cuando estas células mueren constituir la base de nuestra comprensión de la enfermedad cerebral.

¿Cómo se comunican las células del cerebro

La neurona es la unidad básica del cerebro para procesar la información. El cerebro humano contiene un increíble número de neuronas - alrededor de 100 millones de dólares, más o menos 10 mil millones. La neurona es una célula única en la actividad y la apariencia. Se genera tanto las señales eléctricas y químicas, por lo que es capaz de comunicarse rápidamente con las neuronas distantes. En vez de la forma compacta típica de otras células en el cuerpo, la neurona es como un árbol de roble con las ramas gigantes extendió. Cada neurona tiene un cuerpo que contiene un núcleo, una fibra larga llamada axón, y muchas fibras de ramificación más cortos llamados dendritas.

La neurona es tanto un receptor y un transmisor. Cuando una neurona recibe una señal, que genera un impulso eléctrico. Este impulso viaja a través de la neurona y por el axón a su extremo (el axón terminal). La señal se transmite a otras neuronas. Visto al microscopio, las neuronas se ven como un denso bosque de árboles cuyas ramas están tan estrechamente entrelazados que parecen tocar. Pero cuando los detalles se resaltan con una tinción de plata, está claro que cada célula se separa de sus vecinos por pequeños huecos llamadas sinapsis. Debido a que la señal eléctrica no puede llenar este espacio, se requiere algún otro mecanismo para una neurona para comunicarse con sus vecinos. Aquí es donde la señal química de la neurona entra en juego

Almacenados en el terminal del axón son mensajeros químicos llamados neurotransmisores. El impulso eléctrico se abre poros diminutos en el axón terminal, lo que permite un suministro de neurotransmisores para inundar en la sinapsis (véase la Figura 3). El producto químico se adhiere a los receptores en la neurona vecina. Lo que sucede después depende de si el neurotransmisor tiene un efecto excitante o inhibidor sobre la neurona.

Un neurotransmisor excitatorio pasa el mensaje mediante la creación de un impulso eléctrico en la célula que lo recibe, y el proceso de la señalización eléctrica-a-química se repite. Pero si un impulso fuera de transmitirse a todas las neuronas en el cerebro, el resultado sería el caos, al igual que una subida de tensión puede causar un cortocircuito, las neuronas disparan a la vez podría causar un ataque epiléptico prolongado. Para protegerse contra esto ocurra, los neurotransmisores inhibitorios suprimen la comunicación con las neuronas vecinas.

De los mensajeros químicos más de 20 descubiertos hasta el momento, unos cuantos se conocen bien. Varios de ellos están implicados en la memoria, incluyendo la acetilcolina, la serotonina y la dopamina. Muchos de estos neurotransmisores tienen funciones adicionales, por ejemplo, la serotonina ayuda a regular el sueño y la percepción sensorial, mientras que la dopamina ayuda a regular el movimiento.

Como los procesos biológicos van, la velocidad del pensamiento es rápida (aunque lento en comparación con un ordenador). Los impulsos eléctricos en algunas neuronas alcanzan velocidades de cerca de 200 kilómetros por hora, y la transmisión de célula a célula toma alrededor de una milésima de segundo. Además, una célula nerviosa puede tener más de 1.000 sinapsis y, con un solo impulso, puede transmitir simultáneamente a todos sus vecinos.

Cuando las células nerviosas mueren

El enorme número de neuronas y sinapsis en un cerebro normal proporciona una capacidad aparentemente infinita para el procesamiento de la información, así como un margen de seguridad en caso de que algunos son destruidos. Pero en la enfermedad de Alzheimer, la destrucción de las neuronas elimina esta red de seguridad, especialmente en las áreas involucradas en la memoria y la cognición - la corteza de asociación, el sistema límbico, y sus redes nerviosas que conectan. Aunque la investigación sugiere que un día puede ser posible para persuadir a las nuevas neuronas a crecer (ver "la regeneración de las células nerviosas"), en este punto tal hazaña es imposible.

Alzheimer deja dos tipos extraños de depósitos en estas áreas. Dentro de las neuronas de un paciente de Alzheimer son los ovillos neurofibrilares, fibras de proteínas similares a pelos retorcidos muy juntos como hilo. Situada fuera de las neuronas, cerca de las sinapsis, son las placas neuríticas, compuestos por un núcleo de proteína llamada beta-amiloide (también llamada beta o Aß), rodeada de escombros de las neuronas que degeneran (ver Figura 4). Estas dos características - ovillos neurofibrilares y placas neuríticas - son las firmas microscópicas distintivas de la enfermedad de Alzheimer.

Estas placas y ovillos, descrito por primera vez por Alois Alzheimer en 1907, han sido el foco principal de la investigación durante décadas, y por una buena razón: el peor es el deterioro mental, más amiloide y los ovillos se encuentran en el tejido cerebral. La opinión predominante entre los neurólogos Solía ​​ser que estos depósitos hizo que los cambios mentales en la enfermedad de Alzheimer.

Sin embargo, los enredos y placas no son exclusivos de esta enfermedad. Algunos se encuentran en otros trastornos de demencia, y algunos se encuentran dispersos alrededor en los cerebros de las personas de mediana edad y ancianos sanos. Los estudios ahora indican que la demencia en pacientes de Alzheimer se debe a la contracción y la muerte de las neuronas y pérdida sináptica, y no de los enredos y los propios placas. ¿Qué causa este daño es incierto. De acuerdo con la hipótesis principal, pequeños fragmentos de proteína amiloide soluble puede ser el factor tóxico, provocando una cascada de eventos bioquímicos que hace que las células se encojan y mueren.

Con los avances en la tecnología que les permite contar con las neuronas, los neurólogos pudieron determinar esta causa probable para la demencia mediante el examen de tejido cerebral de 10 personas con la función normal del cerebro que murió después de 60 años de edad. Todas las muestras contenidas aproximadamente el mismo número de neuronas en un área de la corteza de asociación ricamente suministrado con los nervios de la región sensorial. Por primera vez, los científicos tenían un estándar para definir el número de neuronas eran "normal" en el cerebro humano. Además, este hallazgo indica que la pérdida de neuronas no era un producto del envejecimiento normal.

A continuación, los investigadores compararon las muestras normales con tejido cerebral de 10 personas con enfermedad de Alzheimer y descubierto, en promedio, una reducción del 41% en el número de neuronas. Y la demencia ya había estado presente, se encontraron los menos neuronas. También hubo una correlación con los ovillos neurofibrilares: personas con la mayor pérdida de neuronas tenían más enredos, alrededor del 95% de los cuales estaban dentro de las neuronas restantes. Sin embargo, la pérdida de neuronas fue dramáticamente mayor que el número de ovillos.

Los investigadores ofrecieron "limpieza" como una posible explicación de esta discrepancia: moléculas que limpiar las células muertas en el cuerpo finalmente retiraron los enredos. Cuando se consideraron las placas neuríticas, los investigadores no encontraron una relación, ya sea con la pérdida de neuronas o duración de la enfermedad, lo que refuerza la opinión de que la disfunción neuronal y la muerte causa la demencia. Aunque placas y ovillos todavía se consideran las características de diagnóstico de la enfermedad de Alzheimer, la pérdida sináptica y la muerte de neuronas se correlacionan mejor con la demencia.

Los expertos también creen que la disminución de los niveles del neurotransmisor acetilcolina, una sustancia química que tiende un puente sobre las sinapsis entre las neuronas que afectan la memoria, también contribuyen a la pérdida de la memoria de la enfermedad de Alzheimer. En la corteza y el hipocampo, donde se necesita este neurotransmisor para la memoria y el aprendizaje, las neuronas productoras de acetilcolina (llamadas neuronas colinérgicas) normalmente son abundantes. Pero de los varios tipos de neuronas que puede degenerar en la enfermedad de Alzheimer, las neuronas colinérgicas están especialmente afectados-dura. Como la producción de acetilcolina cae en la corteza y el hipocampo, la demencia empeora progresivamente. En el momento en que alguien muere con la enfermedad de Alzheimer, la corteza puede haber perdido el 90% de su acetilcolina.

Otras anomalías de neurotransmisores también pueden estar presentes. Los niveles reducidos de serotonina y noradrenalina se han encontrado en algunas personas con enfermedad de Alzheimer. Los desequilibrios entre estos y otros neurotransmisores podrían explicar por qué algunos pacientes experimentan alteraciones sensoriales, depresión, problemas de sueño, comportamiento agresivo, y cambios de humor.