Neuromatemáticas: El Lenguaje Electrónico Del Cerebro — José María Almira Picazo / Neuromathematics: The Electronic Language of the Brain by José María Almira Picazo (spanish book edition)

Este es un interesante breve libro sobre la importancia del cerebro en la búsqueda del conocimiento del ser humano.
El cerebro es, sin duda, el sistema más complejo al que podemos enfrentarnos. También es probablemente aquel cuyo conocimiento supone el reto más importante que podamos afrontar. Somos nuestro cerebro. En tiempos remotos esto no estaba claro y numerosas teorías colocaban el centro de nuestro ser, el alma, la conciencia, el pensamiento, en otras partes del cuerpo.
Aristóteles, padre de la lógica, pensaba que el cerebro no participa para nada en nuestro “pensamiento”. Se convenció de ello tras realizar algunos experimentos con animales, comprobando que este órgano es por sí mismo insensible (realizó cortes sin que observara respuesta dolorosa por parte de los animales sometidos a dicha experiencia). Como consecuencia de esto, propuso que el corazón es el órgano de las sensaciones. Posteriormente, Hipócrates, en sus estudios sobre la epilepsia (enfermedad a la que se adjudicaba un carácter sagrado), se basó en las observaciones anatómicas de Acmeón y sus discípulos, que habían establecido la existencia de nervios que, con continuidad, parten del cerebro y alcanzan todas las partes del cuerpo, para concluir que este mal, que provoca convulsiones en diferentes partes del cuerpo, tiene en realidad su origen en un mal funcionamiento del cerebro. Además, afirmó que los ojos, manos, pies, lengua y oídos se comportan de acuerdo a ciertas instrucciones que reciben del cerebro, y que este es el centro de nuestro entendimiento. Sin embargo, hubo que esperar a Claudio Galeno para que se aportaran suficientes pruebas de que, en efecto, el cerebro y la médula espinal (es decir, lo que actualmente denominamos sistema nervioso central) tienen un papel fundamental en nuestra conducta.
Por la actividad eléctrica, que se produce con amplitud de microvoltios, se recoge mediante el uso de electrodos repartidos homogéneamente en la cabeza, dando lugar a los llamados electroencefalogramas (EEG). Es decir, un EEG está formado por un conjunto relativamente pequeño de señales eléctricas, medidas en microvoltios, que han sido grabadas por diferentes sensores que se colocan en el exterior del cuero cabelludo. Se pueden grabar electroencefalogramas con sensores que tengan contacto directo con la piel o incluso con el encéfalo, tanto a nivel superficial como profundo. Sin embargo, en este texto nos hemos centrado exclusivamente en el caso en el que la grabación se realiza desde el cuero cabelludo. El número de electrodos utilizados puede variar, desde la decena hasta el orden de trescientos.
Los primeros EEG humanos fueron grabados en Jena, Alemania, por H. Berger en la década de 1920.
Se sabe, gracias a numerosos estudios fisiológicos basados en técnicas de neuroimagen, que tanto el procesado como la percepción sensorial de los estímulos externos se producen simultáneamente en varias regiones del córtex. Los potenciales evocados por estímulos sensoriales son generados por actividad sincronizada de las células piramidales que se encuentran orientadas perpendicularmente al cráneo, en dichas áreas del córtex. Resulta razonable, también por motivos fisiológicos relacionados con la denominada conducción de volumen, asumir que estos potenciales evocados reflejan la activación de ciertos potenciales eléctricos, espacialmente localizados, que se activan brevemente y de forma sincronizada en las distintas áreas estimuladas por la llegada de entradas sensoriales.

Los médicos y neuropsicólogos pueden influir de forma cada vez más selectiva en la actividad de las neuronas mediante estímulos eléctricos y magnéticos. Estos métodos han abierto la esperanza de hallar nuevos procedimientos terapéuticos contra el dolor, la depresión, la fibromialgia o el alzheimer, entre otros trastornos. En efecto, se pueden estimular eléctricamente pequeñas redes de neuronas para controlar su actividad y su metaplasticidad, lo cual se ha probado muy útil en numerosos tratamientos clínicos.
La estimulación eléctrica transcraneal se basa en alterar el potencial de membrana de las neuronas mediante una débil corriente eléctrica suministrada por uno o varios electrodos colocados en el cuero cabelludo del sujeto, aplicando campos eléctricos de pocos voltios por centímetro cuadrado. Este procedimiento es no invasivo y produce un leve picor en la zona de aplicación. Funciona disminuyendo el potencial de membrana de las neuronas afectadas cuando aplicamos corriente anódica o, a la inversa, aumentando su potencial de membrana, cuando aplicamos corriente catódica. Este tipo de estimulación transcraneal puede realizarse tanto con corriente continua (ETCC), como con corriente alterna (ETCA), como con ruido aleatorio (tRNS).
En el pasado los trastornos mentales se definían en ausencia de lesiones orgánicas. Aquellos trastornos asociados a lesiones cerebrales pasaban automáticamente a considerarse trastornos neurológicos. Como habitualmente en los siglos XIX y XX no se encontraba daño estructural, se diagnosticaba a los pacientes siguiendo criterios clínicos, encapsulados en forma de categorías diagnósticas compuestas por una descripción de síntomas y signos.

La década de 1990 fue conocida como “década del cerebro”. Entonces se formularon nuevos conceptos de funcionamiento del encéfalo, basados en los datos acumulados gracias a la implantación de técnicas de neuroimagen. También se desarrollaron nuevos enfoques metodológicos, tales como técnicas de separación ciega de fuentes para la detección de las fuentes locales de actividad cerebral. Los primeros quince años de este siglo podrían ser categorizados como la “década de los descubrimientos”, pues en este periodo de tiempo se han identificado numerosos circuitos neuronales de funcionamiento normal y anormal del cerebro. Ahora es el momento en que los nuevos métodos de tratamiento, no necesariamente farmacológicos, como la estimulación eléctrica transcraneal, la estimulación magnética transcraneal y otras formas de neuromodulación, se han probado en la práctica clínica. La década de los descubrimientos va a ser seguida, con toda probabilidad, por la “década de la translación” que se centrará en la identificación de neuromarcadores asociados a cada uno de los principales trastornos mentales, para facilitar la detección temprana y la prevención, así como la atención personalizada para cada paciente. Además, pensamos que la detección temprana de enfermedades mentales basada en el uso de neuromarcadores facilitará el desarrollo de intervenciones preventivas.

This is an interesting brief book about the importance of the brain in the search for knowledge of the human being.
The brain is, without doubt, the most complex system we can face. It is also probably one whose knowledge is the most important challenge we can face. We are our brain. In ancient times this was not clear and numerous theories placed the center of our being, the soul, consciousness, thought, in other parts of the body.
Aristotle, father of logic, thought that the brain does not participate at all in our “thought”. He was convinced of this after carrying out some experiments with animals, proving that this organ is itself insensitive (he made cuts without observing a painful response on the part of the animals subjected to this experience). As a consequence of this, he proposed that the heart is the organ of sensations. Subsequently, Hippocrates, in his studies on epilepsy (disease to which was attributed a sacred character), was based on the anatomical observations of Acmeón and his disciples, who had established the existence of nerves that, with continuity, depart from the brain and they reach all the parts of the body, to conclude that this malady, which causes seizures in different parts of the body, actually has its origin in a malfunction of the brain. In addition, he affirmed that the eyes, hands, feet, tongue and ears behave according to certain instructions they receive from the brain, and that this is the center of our understanding. However, we had to wait for Claudio Galeno to provide sufficient evidence that, in effect, the brain and spinal cord (that is, what we now call the central nervous system) have a fundamental role in our behavior.
Due to the electrical activity, which occurs with a microvolt amplitude, it is collected by the use of electrodes distributed homogeneously in the head, giving rise to the so-called electroencephalograms (EEG). That is, an EEG is formed by a relatively small set of electrical signals, measured in microvolts, that have been recorded by different sensors that are placed on the outside of the scalp. Electroencephalograms can be recorded with sensors that have direct contact with the skin or even with the brain, both superficially and deep. However, in this text we have focused exclusively on the case in which the recording is made from the scalp. The number of electrodes used can vary, from the ten to the order of three hundred.
The first human EEG were recorded in Jena, Germany, by H. Berger in the 1920s.
It is known, thanks to numerous physiological studies based on neuroimaging techniques, that both the processing and the sensory perception of external stimuli occur simultaneously in several regions of the cortex. The potentials evoked by sensory stimuli are generated by synchronized activity of the pyramidal cells that are oriented perpendicular to the skull, in said areas of the cortex. It is reasonable, also for physiological reasons related to the so-called volume conduction, to assume that these evoked potentials reflect the activation of certain electric potentials, spatially localized, that are activated briefly and in a synchronized manner in the different areas stimulated by the arrival of sensory inputs.

Physicians and neuropsychologists can increasingly influence the activity of neurons by means of electrical and magnetic stimuli. These methods have opened the hope of finding new therapeutic procedures against pain, depression, fibromyalgia or Alzheimer’s, among other disorders. Indeed, small networks of neurons can be stimulated electrically to control their activity and their metaplasticity, which has proved very useful in numerous clinical treatments.
The transcranial electrical stimulation is based on altering the membrane potential of the neurons by means of a weak electric current supplied by one or more electrodes placed on the scalp of the subject, applying electric fields of few volts per square centimeter. This procedure is non-invasive and produces a slight itch in the area of ​​application. It works by decreasing the membrane potential of the affected neurons when we apply anodic current or, conversely, by increasing its membrane potential, when we apply cathodic current. This type of transcranial stimulation can be done either with direct current (ETCC), with alternating current (ETCA), or with random noise (tRNS).
In the past, mental disorders were defined in the absence of organic lesions. Those disorders associated with brain injuries automatically became considered neurological disorders. As usually in the 19th and 20th centuries there was no structural damage, the patients were diagnosed following clinical criteria, encapsulated in the form of diagnostic categories composed of a description of symptoms and signs.

The 1990s was known as the “decade of the brain”. Then new concepts of brain functioning were formulated, based on the accumulated data thanks to the implantation of neuroimaging techniques. New methodological approaches were also developed, such as blind source separation techniques for the detection of local sources of brain activity. The first fifteen years of this century could be categorized as the “decade of discoveries”, since in this period of time numerous neuronal circuits of normal and abnormal functioning of the brain have been identified. Now is the time when new methods of treatment, not necessarily pharmacological, such as transcranial electrical stimulation, transcranial magnetic stimulation and other forms of neuromodulation, have been proven in clinical practice. The decade of discoveries is going to be followed, in all probability, by the “decade of translation” that will focus on the identification of neuromarkers associated with each of the main mental disorders, to facilitate early detection and prevention, as well as personalized attention for each patient. In addition, we believe that the early detection of mental illness based on the use of neuromarkers will facilitate the development of preventive interventions.

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