Nuestro cerebro determina las percepciones, las acciones, los pensamientos y los sentimientos, e incluso nuestro carácter. Las predisposiciones genéticas desempeñan un papel tan importante como las experiencias propias y las influencias del entorno y de los demás seres humanos. La información llega a nuestro cerebro a través de los sentidos, como la vista, el tacto, el oído o el gusto. Solo ahí surge una imagen única e individual del mundo. En un momento dado, en el cerebro de una persona tienen lugar innumerables procesos conscientes e inconscientes. Esto también cambia al propio cerebro.

Los avances cruciales en microscopía y otras técnicas de imagen muestran cada vez con más precisión cómo funciona nuestro cerebro. Pero este órgano extraordinariamente complejo sigue planteando muchos interrogantes a los científicos. Los resultados de la investigación sobre el cerebro no solo son importantes para la medicina, sino que también repercuten en ámbitos sociales como la educación, la pedagogía y la jurisprudencia.

¿Cuál es la composición del cerebro?
El cerebro humano es el órgano más complicado que ha creado la naturaleza. Su rendimiento es superior al de los superordenadores más potentes. El cerebro está organizado en circuitos a diferentes niveles: desde los procesos en una sola sinapsis hasta las redes entre millones de células. El cerebro humano está formado por diferentes regiones, como el telencéfalo, el cerebelo o el tronco cerebral, que tienen diferentes tareas. Sin embargo, para muchas habilidades, diferentes regiones del cerebro tienen que trabajar juntas. Por lo tanto, las células nerviosas vecinas, así como las células de regiones alejadas entre sí, están conectadas.
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Corteza
La corteza cerebral cubre casi todo el cerebro. Con sus surcos y circunvoluciones, da al cerebro el aspecto de una nuez. La corteza cerebral controla la percepción, la conciencia y el comportamiento. Nos permite comunicarnos, resolver tareas difíciles y reconocer y clasificar objetos.

Lóbulo frontal
El lóbulo frontal es toda la parte frontal de la corteza. A partir de aquí, se controla el movimiento consciente, especialmente la velocidad, la dirección y el desarrollo de la fuerza. Muchos científicos también sitúan aquí las funciones mentales superiores del ser humano y se refieren al lóbulo frontal como el «portador de la cultura». La zona más avanzada del lóbulo frontal es responsable de la atención, el pensamiento, la toma de decisiones y la planificación, y se considera la sede de la personalidad.

Lóbulo temporal
La función más conocida del lóbulo temporal es la audición. Los centros auditivos ocupan casi toda la superficie del lóbulo temporal. El habla y la música probablemente requieran una «potencia de cálculo» muy elevada. Pero el lóbulo temporal también es necesario para muchas otras cosas: oler, hablar, comprender, reconocer imágenes y formar recuerdos.

Hipocampo
El hipocampo es un trozo «enrollado» de la corteza y una parte central del sistema límbico. Es importante para almacenar los conocimientos y la experiencia: si te falta, no puedes recordar nada nuevo. El hipocampo es una de las pocas zonas del cerebro donde se generan nuevas neuronas a lo largo de la vida.

Sistema límbico
El sistema límbico es un grupo de áreas cerebrales de gran importancia para el desarrollo y el procesamiento de las emociones y para los procesos de memoria. Los más importantes son el hipocampo, la amígdala, el giro cingulado y el giro parahipocampal. Estas áreas del cerebro están estrechamente interconectadas. El sistema límbico controla nuestros sentimientos y nuestra sexualidad y evalúa la importancia de la información sobre el mundo exterior.

Hipotálamo
El hipotálamo controla funciones tan importantes como la reproducción, la nutrición, la regulación de la temperatura y la medición del tiempo. Es un centro superior del sistema nervioso autónomo que controla los procesos inconscientes, como la respiración o los latidos del corazón. La parte posterior del hipotálamo pertenece al sistema límbico.

Glándula pituitaria
La glándula pituitaria solo tiene el tamaño de un guisante, pero es vital. Como «reina de las glándulas», determina el sistema hormonal del organismo. Está controlada por el hipotálamo y libera hormonas en la sangre. De este modo, regula funciones corporales como el crecimiento y la reproducción y el metabolismo.

Cerebelo
El cerebelo está situado en la parte posterior del cráneo. Evolutivamente, es una parte muy antigua del cerebro. Las conexiones entre las células nerviosas son mucho menos complejas que en el cerebro. El cerebelo coordina las habilidades motoras, es decir, la postura y el caminar, pero también los movimientos complejos, como escribir. A pesar de su pequeño tamaño, el cerebelo está formado por cuatro veces más células que el resto del cerebro.

Tallo cerebral
El tronco cerebral está directamente conectado a la médula espinal y es algo así como el «centro técnico» del cerebro. No más grande que un pulgar, el tronco encefálico controla y regula los procesos inconscientes y vitales del cuerpo, como la circulación, la respiración o el sueño. Desde el punto de vista del desarrollo, es la parte más antigua del cerebro. Por lo tanto, las diferencias entre los humanos y los animales son comparativamente pequeñas en este caso.

La comunicación lo es todo
Nuestro cerebro es una compleja red de unos miles de millones de células nerviosas que se comunican permanentemente entre sí. Constantemente, las conexiones entre las células nerviosas se establecen o se separan, se refuerzan o se debilitan. Este es también el requisito previo para que aprendamos y olvidemos. Las células nerviosas reciben estímulos eléctricos a través de las dendritas y los conducen al cuerpo celular. Desde allí, se envían a través del axón a otras células nerviosas. La transmisión de una célula a la siguiente se produce en las sinapsis. Aquí, el impulso eléctrico se traduce en un impulso químico. Hay células nerviosas en el cerebro que reciben señales de hasta 10 000 otras células nerviosas y las que transmiten señales a otras miles.
  Las células nerviosas del cerebro están dispuestas en capas. Estas capas y sus numerosas conexiones son el requisito previo para el procesamiento rápido de la información.

Autopistas del pensamiento
La asignación de determinadas funciones a regiones cerebrales individuales no explica el complejo funcionamiento del cerebro: la acción, la emoción y la atención, por ejemplo, dependen unas de otras. Incluso el rendimiento cognitivo, como la aritmética, solo es posible gracias a la complicada interconexión de diferentes regiones del cerebro. Por el cerebro corren grandes haces de fibras nerviosas que conectan las células de las distintas regiones cerebrales «suprarregionalmente». Con la ayuda de la resonancia magnética ponderada por difusión (RMPD), los científicos pueden reconstruir esta red de áreas cerebrales en el cerebro humano vivo. La técnica no es invasiva, es inofensiva y muy precisa. Se mide el movimiento de difusión de las moléculas de agua en el tejido. Estas pueden desplazarse más rápida y fácilmente a lo largo de los haces de fibras nerviosas que a través de ellos. A continuación, los investigadores traducen los gradientes de difusión medidos en patrones de colores luminosos.
  © Instituto Max Planck de Ciencias Cognitivas y del Cerebro, Leipzig / Ralph Schurade, Alfred Anwander / Software de visualización: Fibernavigator 2
Los grandes haces de fibras nerviosas del cerebro pueden visualizarse con la RMPD. Los colores indican la orientación de las fibras.

Más que un servicio para las neuronas
Además de las células nerviosas, hay otro tipo de células en el cerebro, las células gliales. Sin ellas, nada funcionaría en nuestras cabezas. Las células gliales forman la estructura básica del cerebro y, por tanto, permiten un rápido procesamiento de la información. Suministran alimento a las células nerviosas y eliminan sus productos de desecho. La capa que aísla eléctricamente las fibras nerviosas largas también está formada por células gliales. Es el requisito previo para la conducción nerviosa rápida típica de los vertebrados. Científicos del Max Planck en Gotinga investigan la importancia de las células gliales en las enfermedades neurológicas y psiquiátricas. La neurobióloga de Múnich Magdalena Götz descubre que, a medida que se desarrolla el cerebro, las neuronas también se desarrollan a partir de las células gliales. Ahora está investigando si también pueden surgir nuevas células nerviosas a partir de las células gliales en el cerebro desarrollado, por ejemplo, tras una lesión cerebral grave o un accidente cerebrovascular.
  © Instituto Max Planck de Neurobiología, Martinsried / Volker Staiger
Cuando el cerebro se lesiona, ciertas células gliales se activan: la microglía (en rojo) y los astrocitos (en verde) apoyan, protegen y nutren a las células nerviosas (en azul-turquesa) para que puedan recuperarse.

El diagrama de conexiones del cerebro
El conjunto de conexiones nerviosas de un ser vivo se denomina conectoma. Este término pretende expresar que las células nerviosas están fuertemente interconectadas y solo pueden entenderse en su relación con las demás. El conectoma del cerebro humano es muy complejo. Por ello, los científicos están investigando los principios básicos en cerebros más simples, por ejemplo, en ratones. En 2019, los investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación del Cerebro consiguen visualizar las conexiones de un pequeño trozo de cerebro de ratón con más precisión que nunca: un diagrama de conexiones entre unos 7000 axones, con más de dos metros y medio de «cables» neuronales, unidos a través de nada menos que 400 000 sinapsis. Para ello, utilizan un nuevo tipo de procesamiento de imágenes basado en la inteligencia artificial (IA). También pueden demostrar por primera vez que la disposición de las nuevas sinapsis sigue reglas fijas.
  © Reprinted with permission from A Motta et al., Science. DOI: 10.1126/science.aay3134
Una pequeña parte de la corteza cerebral de un ratón, reconstruida con un software de procesamiento de imágenes basado en IA.