Desde un punto de vista funcional, el cerebro aparece como un conjunto de regiones cerebrales que, en muchos casos, están asociadas a una función específica. Sin embargo, es bastante más que eso. En realidad, tras los muros rugosos del cerebro se oculta una densa red de células nerviosas, conocidas con el nombre de neuronas, encargada de transmitir los impulsos eléctricos con la información que hace posible la cognición y el comportamiento.
Si se las observa con un microscopio, las neuronas muestran un aspecto singular con varias formas distintas, muy diferente al de otras células del organismo humano. Uno de sus rasgos más significativos son las numerosas ramificaciones que se extienden de su cuerpo redondeado o soma -lugar donde se alojan el núcleo, el citoplasma y los organelos- y que enlazan con las otras neuronas.
Las ramificaciones más gruesas y cortas, que reciben el nombre de dendritas, son las encargadas de recibir los impulsos nerviosos, mientras que largas y delgadas, llamadas axones, actúan como transmisores de los impulsos desde el soma hacia otras células nerviosas.
En realidad, las neuronas no están unidas unas con otras, entre ellas, hay espacios diminutos, cuya anchura oscila entre los 10 y los 20 nanómetros, conocidos con el nombre de espacio sináptico. Y, es precisamente en ellos donde tiene lugar la comunicación interneuronal o sinapsis. Con el objetivo de salvar la sinapsis, el botón sináptico situado en el extremo del axón de la neurona emisora (neurona presináptica) libera unas sustancias químicas llamadas neurotransmisores que cruzan el espacio sináptico hasta alcanzar unos receptores ubicados en el extremo de la dendrita de la neurona receptora (neurona postsináptica). Este proceso da como resultado la activación de la neurona receptora, que se encarga de transmitir el impulso nervioso recibido.
En la sinapsis se encuentra la base de la actividad cerebral, con redes de neuronas que transmiten y computan los impulsos eléctricos para generar respuestas. Las neuronas intervienen en todas nuestras funciones vitales, nos ayudan a percibir el mundo, hacen posible el funcionamiento de nuestros órganos y guían nuestros movimientos. Ahora bien, algunas de ellas intervienen en procesos más complejos, vinculados con el aprendizaje, la empatía e incluso con el deleite de la observación. Se trata de un tipo de células nerviosas qué han sido identificada recientemente y cuyo comportamiento ha impulsado un cambio radical en nuestra manera de entender el cerebro: las neuronas espejo.
UN SISTEMA NEURONAL ESPEJO
El descubrimiento de las neuronas espejo tuvo lugar de una manera un tanto fortuita en 1996, cuando el neurólogo italiano Giacomo Rizzolatti y su equipo llevaban a cabo una serie de investigaciones sobre la relación entre el sistema motor y las funciones cognitivas.
El objetivo principal de Rizzolatti y sus brillantes colaboradores - Giuseppe di Pellegrino, Luciano Fadiga, Leonardo Fogassi Vittorio Gallese - consistía en investigar la función de las neuronas que codifican acción y no movimiento. Para ello eligieron la técnica de registro neuronal llamada electrofisiología. Los investigadores habían implantado unos finísimos electrodos en el cerebro de los animales capaces de registrar la actividad de una única neurona, situada sobre la corteza motora F4-F5. Era, pues, un método con un elevado grado de especificidad. Cuando el animal cogía o emprendía la acción de agarrar un cacahuate situado a su alcance, una de las neuronas motoras emitía un impulso eléctrico que no se producía cuando el animal realizaba algún movimiento, como mover sus extremidades.
El experimento parecía demostrar la existencia de unas neuronas específicas para codificar la acción (en concreto, la acción de agarrar un objeto). Para confirmarlo, los científicos plantearon otro experimento en el que los monos tenían que agarrar un objeto con dos instrumentos diferentes, en un caso, se les permitía utilizar unas pinzas normales, de manera que tenían que cerrar la mano para obtenerlo; en el otro, se les obligaba a usar unas especiales qué hacía necesario abrir la mano para cogerlo.
Es evidente que los monos podían obtener el objeto con dos movimientos distintos. Si la neurona que se estaba registrando fuera sensible al movimiento de abrir la mano, no tendría que responder cuando el mono utilizar el segundo instrumento que lo obligaba a cerrarla. Sin embargo, no fue así, sorprendentemente, está neurona respondió en las 2 condiciones (abrir y cerrar la mano) porque con ambos movimientos el mono conseguía el mismo objetivo, es decir, coger el objeto. Con este estudio confirmaron en consecuencia, que existen neuronas cerebrales que codifican la acción.
El azar hizo que, en el transcurso de las investigaciones -cuando se registraba la actividad neuronal de uno de los animales-, un investigador cogió el objeto del experimento, un cacahuate. La sorpresa fue mayúscula cuando se percataron de que las neuronas motoras del mono habían disparado de la misma forma que lo habían hecho cuando era el propio animal el que realizaba la acción. Tras esta observación casual, el equipo procuró verificar, mediante la implantación de electrodos superficiales para registrar la actividad muscular, que la emisión de la señal eléctrica se efectuase realmente sin que el animal moviese ningún miembro superior. Tras meses de experimentación, los investigadores pudieron comprobar que las neuronas se seguían disparando cada vez que el mono observaba la acción de agarrar algún objeto de su interés. Dieron de esta forma, con un patrón de disparo de las neuronas que, de entrada, no estaban buscando y que los condujo al hallazgo de las neuronas espejo, llamadas así porque este conjunto de células parecía reflejar las acciones de otro en el cerebro del observador.
REGIONES MULTIFUNCIONALES
En la época en la que el equipo de Rizzolatti realizó sus experimentos, centenares de estudios de neurofisiología habían conseguido delimitar de manera muy definida las regiones importantes en la preparación, inicio y generación de un movimiento y de una acción. Sin embargo, a la luz de lo sucedido, cabría preguntarse por la validez de tales divisiones, ¿cómo podía interpretarse que este tipo de neuronas emplazadas en el área motora fueran sensibles a la visión e interpretación de una acción? como la mayoría de comportamientos complejos, las neuronas espejo representan un elemento motor y no motor del cerebro al mismo tiempo y, aunque la base neurobiológica inicial de las neuronas espejo fue descrita sobre el área motora, posteriormente se le añadieron diversas regiones. Se imponía, pues, un cambio conceptual de la visión funcional del cerebro para aceptar la idea de que las áreas del cerebro no son tan específicas. Por el contrario, existen neuronas con diferentes propiedades en una misma zona. En consecuencia, podemos afirmar que una misma región del cerebro puede participar en proceso relativamente diferentes. Esta evidencia en sí supuso una revolución teórica y práctica en el campo de las Neurociencias cognitivas.
A modo de ejemplo, cabe señalar que lóbulo parietal aparece como una región clave dentro del dominio motor. Se le atribuyen principalmente funciones como la orientación espacial, el cálculo o la atención. Sin embargo, ahora se sabe que esta región participa también en funciones más complejas que tienen que ver con la interacción social o el altruismo.
En un experimento cuyo objetivo consiste en evaluar el papel funcional y, sobre todo, causal de la región parietal asociada al movimiento -aunque no a la acción- de la mano, los miembros del equipo de investigadores dirigidos por el japonés Akira Murata inactivaron de forma irreversible la parte anterior del surco intraparietal del cerebro de un mono entrenado para sujetar distintos objetos. Esto provocó que los patrones del movimiento fino de los dedos del animal se alterarán en la mano situada en el lado opuesto al hemisferio en el que se realizó la intervención debido a la falta de capacidad para ajustar la posición de los dedos de acuerdo con las características del objeto. El estudio demostró que el surco intraparietal desempeña un papel crucial en la orientación visual de los movimientos dirigidos a un objetivo en las manos. Ahora bien, el experimento se limitó a estudiar el papel de la región parietal para desarrollar un movimiento y ejecutarlo dentro del espacio concreto, sin determinar si intervienen la comprensión de una acción.
No obstante, un estudio del equipo de Giacomo Rizzolatti, publicado en la revista “Science”, demostró qué, las neuronas parietales participan en la organización de la acción. Cuando los monos realizaban actos motores de diferentes tipos y cuando observaba actos similares realizados por un experimentador, la mayoría de las neuronas del surco intraparietal que codifican un acto específico (como agarrar) revelaron activaciones diferentes para las distintas acciones (por ejemplo, para comer o para colocar). Además, muchas neuronas motoras también disparaban durante la observación de actos realizados por otros. Los 2 aspectos más relevantes de este estudio fueron la inclusión de una nueva región encargada de comprender la acción del otro y la constatación de que las neuronas disparaban antes del comienzo de las acciones. por tanto, estas neuronas no solo codifican el acto motor observado, sino que también permiten que el observador comprenda las intenciones del actor.
LAS NEURONAS ESPEJO EN LOS HUMANOS
Después del gran descubrimiento de las neuronas espejo en la corteza premotora de los monos, el paso lógico fue investigar si esas neuronas existían también en los humanos. Un nuevo reto se abría ante los neurocientíficos, pues para estudiar el cerebro humano solo se pueden usar técnicas invasivas de registro de actividad cerebral -como los métodos electrofisiológicos o los implantes de electrodos- que permiten registrar directamente neuronas, por motivos puramente clínicos. Los investigadores deben utilizar técnicas como la neuroimagen, que únicamente permiten obtener indicios indirectos de la existencia de las neuronas espejo, puesto que se limitan a detectar la actividad grupal de células nerviosas.
Varios estudios han puesto en evidencia que la realización por parte de humanos de tareas similares a las llevadas a cabo por monos activa áreas distintas. Los estudios de imágenes cerebrales revelan que la observación de acción en humanos activa el giro frontal inferior, la parte inferior del giro precentral, la parte rostral del lóbulo parietal inferior, además de las áreas visuales temporales, occipitales y parietales. Las regiones de las neuronas espejo frontales y parietales están organizadas somatotópicamente, lo que significa que existe correspondencia entre cada una de las regiones neuronales y la parte del cuerpo a la que cada una de ellas afecta. La activación de la pars opercularis del giro frontal inferior reflejan la observación de las acciones de la mano y la boca distal, mientras que la activación de la corteza premotora refleja los movimientos proximales del brazo y el cuello. Ahora bien, algunas investigaciones han permitido constatar que las neuronas espejo no solo se activan con la realización de acciones o como la observación de las mismas acciones por parte de otros. también lo hacen cuando se observa el contexto de la acción o cuando se perciben conductas que ponen de manifiesto la intención de realizarla.
Las neuronas espejo de los humanos, a diferencia de la de los monos, disparan incluso mientras se observan movimientos intransitivos, es decir, carentes de sentido. La observación de acciones transitivas cuando el disparo de los nodos frontales y temporales de la corteza, mientras que la de las acciones intransitivas da como resultado solamente el disparo del nodo frontal. Algunos metaanálisis -es decir, trabajos que analizan decenas o cientos de investigaciones con el mismo objeto de estudio, para detectar sus puntos en común- han permitido identificar los principales centros de actividad neuronal para acciones de agarrar objetos: el lóbulo parietal inferior y el área premotora. Cabe señalar que la mayoría de los estudios a partir de imágenes por resonancia magnética funcional de los citados metaanálisis son el resultado de la activación de estas áreas durante la observación de una única acción. Sin embargo, el patrón de activación no fue diferente cuando se probó la ejecución de la acción. Activaciones adicionales relacionadas con la observación o realización de una acción fueron localizadas en el córtex cingulado y en áreas somatosensoriales, es decir, que corresponden a los cambios en la superficie o el interior del cuerpo. Finalmente, un estudio qué documentaba los registros de una única célula nerviosa en humanos detecto neuronas con propiedades similares a las de las espejo sobre la corteza motora suplementaria y el hipocampo.
Continuará...