Los procesos cognitivos están asociados básicamente a cómo nosotros pensamos, cómo ejecutamos funciones; todo lo que es la parte cognitiva está relacionada a la función ejecutiva, cómo nos relacionamos como con el medio ambiente, como recibimos y procesamos la información. Son procesos complejos que el ser humano es capaz de llevar a cabo, e involucran varias zonas del sistema nervioso, tanto a nivel central como periférico; ya que el entorno es captado en la periferia y se toma y procesa centralmente.
Cuando se comenzó a estudiar los fenómenos cognitivos, se empezó a buscar dónde se generaban estos procesos, y rápidamente se llegó al cerebro, el cual se separó en varios lóbulos, según en la ubicación en la cual estaban. Esta fue la primera subcategorización de lo que es el cerebro. La primera persona en estudiar esto fue Santiago Ramón y Cajal (Nobel), que usó tinción de plata, con la que lograba teñir solamente neuronas. Caracterizó en ellas un cuerpo, y sus prolongaciones, las dendritas y más largos, los axones.
Entonces, primero asoció que el Sistema Nervioso estaba formado por neuronas, luego vio que estas neuronas se encontraban comunicadas unas con otras, y el punto donde se conectaban estas neuronas se le llamó sinapsis; se caracterizó la presencia de una neurona presináptica y postsináptica. Al ver más allá de esto, vio que habían poblaciones de neuronas conectadas con otras poblaciones de neuronas y comenzó a hablar de la especificidad de las conexiones.
De alguna manera logró caracterizar que toda la red era dinámica, es decir, todas se encontraban interactuando; “polarización dinámica” se conectaban.
Para tener una información general a nivel celular, primero debo sensar mi entorno, y generar una respuesta. En este caso, hay un estímulo y un órgano, que es la piel, que está asociada a neuronas sensoriales; luego vienen las interneuronas, que son de asociación, que traspasan finalmente la información a neuronas motoras para que se genere una respuesta a nivel de contracción muscular.
Luego de la sistematización del cerebro por Ramón y Cajal, se comenzó a estudiar qué partes estaban asociados a los distintos procesos, y de alguna manera se legó a que estaban además relacionadas a las partes del cuerpo. Por ejemplo, en el caso visual, al ver algo, esta información llegará a alguna parte específica del cerebro; a través de esto se llegaron a generar los homúnculos, mapas sensoriales de la corteza que representaban zonas donde llega más información, y podemos observar que de la mano llega más información, por ejemplo, que del tobillo.
Al tocar la cabeza de las personas, de acuerdo a las protuberancias, Ramón y Cajal predecía las zonas más desarrolladas. Por ejemplo una protuberancia en la zona de la audición indicaba una habilidad musical. A pesar que nosotros sabemos que estos trabajos son bastante antiguos, es cierto que hay ciertas zonas del cerebro que guardan relación con algunas cosas.
Respecto a cómo se llegó a conocer el potencial de acción, que se estudió a través de la respuesta eléctrica de las neuronas, viendo que estas “disparaban”. Al analizar que todos los potenciales de acción eran iguales, se generó el concepto de que el potencial de acción al gatillarse llegaba siempre al mismo umbral, y si no se gatillaba, no existía el umbral suficiente para el potencial de acción (ley del todo o nada); es decir, si tenemos la información suficiente para gatillar un potencial de acción, se va a gatillar, y sino se llega al umbral, el potencial no se generará.
Estos estudios dieron a conocer la base eléctrica de los procesos cognitivos. Luego se llegó al tema de que las neuronas poseen un potencial de reposo, lo cual involucra la presencia de canales iónicos; y además la influencia de la diferencia de concentración extra-intracelular, por ejemplo, de potasio y sodio. Con esto se comenzaron a estudiar esquemas de canales iónicos que mantuvieran los desequilibrios.
Cuando se genera un potencial de acción, existen cambios transitorios en la concentración de iones, lo que significaba que había apertura de canales que dejaban pasar ciertas especies, y se generaba un desequilibrio en la membrana, lo que permitía llegar un umbral y así gatillar un potencial de acción. En el caso de las neuronas, este potencial tiene la capacidad de propagarse en una dirección por cambios en las cargas. Ahora, para hablar de la transmisión de una neurona a otra, hay que mencionar a los neurotransmisores, que se encuentran en vesículas del botón sináptico. Así, en la sinapsis, se traspasa información a la neurona postsináptica para generar en ella un potencial de acción.
El estudio de los procesos cognitivos en humanos resulta complicado, debido a que existen variadas limitantes, principalmente, la parte ética. Por esto los estudios son básicamente imagenológicos, no invasivos; para un estudio molecular se deben tomar modelos animales, lo más sencillos posibles.
Por ejemplo, Eric Kandel (Nobel), estudió el comportamiento de un gusano marino (aplysia), que presentaba fenómenos cognitivos primitivos. Este animal tiene un sifón que al estimularlo se retrae, ahora, al asociar el estímulo táctil con un pequeño shock eléctrico generamos lo que se llama sensibilización (una respuesta mayor que si hubiera sido sólo un estímulo táctil).
La sensibilización es un tipo de memoria, ya que ha generado cambios a nivel nervioso que permiten este fenómeno, está asociada a la frecuencia del estímulo (cuando es repetido, es más capaz de mantenerse en el tiempo). La ventaja de estudiar este animal fue que particularmente presenta una baja cantidad de neuronas, que además son grandes. Cuando se estimulan ciertos grupos neuronales de la plysia, ésta, por el sifón, dispara una tinta; lo cual permitió esquematizar de alguna forma el circuito de la respuesta, que se ha conservado en mamíferos, pero claramente en estos últimos es bastante más complejo.
En reposo, encontramos la neurona presináptica sensorial y la postsináptica motora en sinapsis, y se pueden dar dos fenómenos; primero, la habituación, es decir, sabemos que al estimular a la plysia, esta contrae su manto, pero si la estimulación es constante se produce este fenómeno y la misma información que estoy enviando ya no genera la misma respuesta, sino una menor. En el caso de la sensibilización, que un fenómeno más bien opuesto, se asocia el shock eléctrico al estímulo táctil y al tocarlo luego genero una respuesta mayor; para generar este efecto se aumenta el número de sinapsis, y por lo tanto hay una mayor liberación de neurotransmisores. Ambos fenómenos se describen como conductas y son tipos de memoria a largo plazo, muy primitivas, pero que también se observan en el humano.
Existe una gran cantidad de neurotransmisores distintos, en el caso de la plysia, particularmente encontramos a la serotonina, con la cual podemos recapitular un suceso con su aplicación exógena.
En el circuito, tenemos la interneurona, y si colocamos una pipeta de vidrio de punta delgada aplicando presión somos capaces de bañar la región con serototina, lo que produce efectos sinápticos. Por lo tanto, dependiendo si hay baño con serotonina podemos observar contracción como respuesta (de corto plazo); pero si esa respuesta produce cambios que necesitan mantenerse en el tiempo, esta memoria de corto plazo se va a transformar a largo plazo, y estos cambios van a involucrar un aumento en el número de sinapsis. En este caso este estímulo, estos cambios generados van a dar origen posteriormente a un aumento en la efectividad sináptica, que se da por aumento en la fuerza de la sinapsis (concepto que se revisará en la tercera parte de la clase). En general, estos cambios que se generan se conocen como neuroplasticidad.
Cuando se estimula con serotonina, en el botón sináptico, se activan los receptores y la cascada de señalización intracelular; se transmite información, por ejemplo, a proteínas como las kinasas que van a fosforilar ciertos sustratos. Este tipo de eventos aumenta la expresión de genes. Respecto a la sensibilización, el aumento de neurotransmisores genera una cascada dentro de la neurona a través de distintas proteínas, como las kinasas, y toda esa información codificada llega al núcleo, el que además es capaz de discriminar cuáles genes activar y cuáles no; los genes activados son importantes en la generación de nuevos terminales sinápticos.
La zona de las amígdalas estaría involucrada en lo que es la memoria implícita, por ejemplo el miedo, memoria emocional. Kandel llegó a estudiar los circuitos involucrados en las vías del temor. En este caso se habla del entrenamiento, estudios parecidos a los de Pavlov, donde se involucra habituación, sensibilización, y otro comportamiento complejo, el condicionamiento clásico.
- Habituación: se le da un sonido a un perro, un timbre, y al no ser un estímulo nocivo, el animal lo escucha sin ponerse alerta. Se le repite reiteradas veces hasta que el animal se habitúa y es capaz de quedarse dormido (la respuesta se vuelve menor).
- Sensibilización: se da el timbre, hay una respuesta, y luego se aplica un shock eléctrico; el animal queda en estado de alerta en espera de otro shock, sin que se le de otro, sino que se le da el timbre (la respuesta se vuelve mayor).
- Condicionamiento clásico: tenemos nuevamente el sonido, el animal genera una respuesta, pero ahora aplico el sonido junto al shock eléctrico, por lo que la respuesta es mucho mayor; ahora, si aplico solamente el sonido, el animal genera una respuesta mayor, ya que espera un shock. Si el estímulo es capaz de generar un pequeño trauma en el animal, la conducta se va a mantener mucho tiempo, volviendo a generar la misma respuesta ante el sonido.
Todos estos procesos involucran cambios a nivel cerebral y a nivel de los circuitos.
Este proceso de condicionamiento implica la memoria implícita, relacionada con la amígdala, es una cosa inconciente relacionada con las emociones. Las amígdalas son las encargadas a nivel cerebral de generar estos cambios. El sonido llega a través del tálamo a la corteza auditiva y esta le envía la información a la amígdala, en la que existen núcleos, y se genera una respuesta débil o nula. Se involucran varios sistemas como el endocrino, de comportamiento, autónomo, etc.
Después de que de alguna manera el temor al shock eléctrico se ha generado, el sonido en el área auditiva, la información que estoy enviando es mucho mayor y la respuesta se ve aumentada.
En el caso del condicionamiento clásico, si estímulo al animal varias veces por varios días con estímulo auditivo, este se va a habituar, ya que notará que el estímulo sonoro nuevamente no es nocivo; los circuitos comienzas nuevamente a habituarse, a acomodarse, y no hay respuesta frente al temor.
En el ser humano, tenemos distintas zonas para este tipo de procesos, en la memoria explícita está involucrada principalmente la corteza prefrontal, hipocampo (asociado a la ubicación conciente, cómo llegar a algún lugar); para memoria somatosesorial, visual, etc., son concientes, por ejemplo si yo escucho algo puedo asociarlo a algo. Para la memoria implícita, está la amígdala, cuerpo estriado y cerebelo; en este último, por ejemplo, cuando andamos en bicicleta, el movimiento está asociado al cerebelo, ya una vez aprendido el proceso es inconciente.
Pero después que se entreno al mono esta área cambio entonces se llego a la conclusión de que todos estos mapas sensoriales no son estáticos, son dinámicos.
Como se llegó a estudiar estos cambios, nuevamente se volvió a este modelo sencillo donde yo puedo recapitular en un tubo de ensayo todo esto que medimos, entonces si se fijan lo que hizo Kandel aíslo este circuito y lo cultivo fuera de la “vía” (parece que dice vía).



Por ejemplo aquí tengo un cultivo de las mismas neuronas, neurona motora y sensorial que estan en contacto y esta neurona que es la interneurona que de alguna manera liberaba la serotonina también esta presente. Con este modelo que lo podemos considerar casi in Vitro se pueden estudiar este tipo de fenómenos.
Y acá es lo que en algún momento comentábamos de la serotonina de como podemos estudiar este fenómeno sin estimular eléctricamente, sino solamente con los neurotransmisores y básicamente ocurrirían los mismos fenómenos. De esta manera se ha podido estudiar a nivel molecular.
Pregunta sobre la habituación: “el profe nos explico que a nivel de corteza uno puede modular el dolor, ¿Genera una habituación al dolor?”
Respuesta: Claro, esto es exactamente lo mismo, hablemos del pinchazo de una aguja tu obviamente te puedes incluso adaptar al dolor. De alguna manera el mismo estímulo va generando una respuesta que va disminuyendo.
¿Los receptores de dolor se adaptan o a nivel de corteza es la adaptación?
R: es que esto es algo distinto al concepto de lo que estamos estudiando nosotros, ya que en el caso del dolor hay otras cosas que están involucradas.
Felipe: lo que yo sabía era que las vías del dolor nunca se modificaban por que la idea es saber cuando dolía para estar alerta, pero que en ciertas condiciones una puede modular.
Profe: claro, son mecanismos distintos, en el caso del dolor por ejemplo tengo el estimulo y que es lo que estoy haciendo, liberando neurotransmisores, si mantengo el estimulo hay dos cosas que pueden ocurrir:
1.- simplemente que se agote el neurotransmisor, y la respuesta va a bajar al no haber neurotransmisor.
2.- que es a nivel de receptores donde dejan de estar disponibles para el neurotransmisor y “desensibilización” pero del receptor (algo le pasa a la grabación que no se escucha) que es cuando el receptor une al agonista pero llega un momento en que no puede responder, por lo tanto va haber un cambio en la respuesta, que son adaptaciones cortas. A nivel de corteza sería una adaptación larga que tiene relación con el dolor crónico. El dolor crónico y el agudo son muy distinto por eso te digo que esto no es lo que estamos exactamente viendo ahora.
Felipe: ¿el bio feed-back sería una modulación conciente?
Profe: no te entiendo a lo que te refieres con bio feed-back
Felipe: el profesor nos explicaba que era lo que usaban algunos deportistas, nos dio el ejemplo de él, de que él corría harto y cuando llegaba a la casa se le quitaba el dolor de las piernas.
Profe: insisto son cosas distintas, lo que estamos viendo lo de la habituación. Por que en el caso del dolor crónico hay una serie de mecanismos que ocurren a todo nivel, no sólo a nivel de corteza. Por eso el dolor no es aplicable a lo que estamos viendo ahora.
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