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17.5: Introducción al sistema nervioso central - Biología


Identificar los componentes del sistema nervioso central.

El sistema nervioso central de los vertebrados contiene el cerebro y la médula espinal, que están cubiertos y protegidos por tres meninges. Transmite información sensorial y motora y también controla los reflejos motores.

Qué aprenderá a hacer

  • Diferenciar entre los sistemas nerviosos de diferentes animales.
  • Identificar los componentes del sistema nervioso central.
  • Identificar ubicaciones y funciones básicas de las diferentes partes del cerebro.
  • Identificar ubicaciones y función básica de las diferentes partes de la médula espinal.

Actividades de aprendizaje

Las actividades de aprendizaje para esta sección incluyen lo siguiente:

  • Componentes del sistema nervioso central
  • Cerebro
  • Médula espinal
  • Autocomprobación: el sistema nervioso central

26.3 El sistema nervioso central

En esta sección, explorará las siguientes preguntas:

  • ¿Cuáles son las áreas principales del cerebro?
  • ¿Cuáles son las funciones principales de la médula espinal, los lóbulos cerebrales, el cerebelo y el tronco encefálico?

Conexión para cursos AP ®

El sistema nervioso central (SNC) está formado por el cerebro y médula espinal, ambos protegidos por el cráneo y la columna vertebral, respectivamente. El SNC recibe información sensorial, integra esta información e inicia una respuesta motora, y el cerebro actúa como centro de control para procesar la información sensorial y dirigir las respuestas. Las diferentes partes del cerebro de los vertebrados (incluido el nuestro) tienen diferentes funciones, y el desarrollo del cerebro en los animales revela una progresión evolutiva única. No es necesario que memorice todas las diferentes partes del cerebro y sus funciones para AP. Sin embargo, como estudiante de biología, debe tener un conocimiento general de las tres partes principales del cerebro y sus funciones.

En los mamíferos, las partes del cerebro incluyen el cerebro o la corteza (que se puede dividir en cuatro lóbulos primarios: frontal, temporal, occipital y parietal), ganglios basales, tálamo, hipotálamo, sistema límbico, cerebelo, y tronco encefálico. La información que viaja por la médula espinal hasta el cerebro se dirige a una de las áreas especializadas del cerebro, por ejemplo, las áreas de asociación para la audición se localizan en el lóbulo temporal. El cerebelo ayuda a coordinar la actividad del músculo esquelético, y el bulbo raquídeo y la protuberancia en el tronco del encéfalo son centros de funciones vitales, como la respiración y la frecuencia cardíaca. Aunque se produce la localización de funciones, la mayoría de las funciones complejas, como el lenguaje, involucran neuronas en múltiples regiones del cerebro. En términos de energía, dado que el cerebro consume aproximadamente el 20 por ciento de los recursos del cuerpo (ATP), ¿es de extrañar que esté agotado después de tomar una prueba AP ®? La información del cerebro viaja por la médula espinal, haciendo conexiones con los nervios periféricos, por lo tanto, la médula espinal transmite información sensorial y motora y controla los reflejos motores, como las respuestas automáticas cuando las pupilas de su ojo se contraen a la luz del sol o cuando mueve la mano. lejos de algo caliente.

La información presentada y los ejemplos resaltados en la sección apoyan los conceptos descritos en la Gran Idea 3 del Marco del Currículo de Biología AP ®. Los Objetivos de Aprendizaje AP ® que figuran en el Marco del Currículo proporcionan una base transparente para el curso de Biología AP ®, una experiencia de laboratorio basada en la investigación, actividades de instrucción y preguntas del examen AP ®. Un objetivo de aprendizaje fusiona el contenido requerido con una o más de las siete prácticas científicas.

Gran idea 3 Los sistemas vivos almacenan, recuperan, transmiten y responden a información esencial para los procesos de la vida.
Comprensión duradera 3.E La transmisión de información da como resultado cambios dentro y entre sistemas biológicos.
Conocimiento esencial 3.E.2 Los animales tienen sistemas nerviosos que detectan señales externas e internas, transmiten e integran información y producen respuestas.
Práctica de la ciencia 1.1 El estudiante puede crear representaciones y modelos de fenómenos y sistemas naturales o creados por el hombre en el dominio.
Objetivo de aprendizaje 3.49 El estudiante es capaz de crear una representación visual para describir cómo el cerebro de los vertebrados integra información para producir una respuesta.
Conocimiento esencial 3.E.2 Los animales tienen sistemas nerviosos que detectan señales externas e internas, transmiten e integran información y producen respuestas.
Práctica de la ciencia 1.2 El estudiante puede describir representaciones y modelos de fenómenos y sistemas naturales o creados por el hombre en el dominio.
Objetivo de aprendizaje 3.46 El estudiante es capaz de describir cómo el cerebro de los vertebrados integra información para producir una respuesta.
Conocimiento esencial 3.E.2 Los animales tienen sistemas nerviosos que detectan señales externas e internas, transmiten e integran información y producen respuestas.
Práctica de la ciencia 1.1 El estudiante puede crear representaciones y modelos de fenómenos y sistemas naturales o creados por el hombre en el dominio.
Objetivo de aprendizaje 3.50 El estudiante es capaz de crear una representación visual para describir cómo el cerebro de los vertebrados integra información para producir una respuesta.

Como se mencionó anteriormente, el sistema nervioso central (SNC) está formado por el cerebro, una parte del cual se muestra en la figura 26.19 y la médula espinal y está cubierto con tres capas de cubiertas protectoras llamadas meninges (de la palabra griega para membrana). La capa más externa es la dura madre (Latín para "madre dura"). Como sugiere el latín, la función principal de esta capa gruesa es proteger el cerebro y la médula espinal. La duramadre también contiene estructuras en forma de venas que transportan sangre del cerebro al corazón. La capa intermedia es similar a una red Materia aracnoidea. La última capa es la piamadre (América para "madre blanda"), que contacta directamente y cubre el cerebro y la médula espinal como una envoltura de plástico. El espacio entre la aracnoides y la piamadre está lleno de líquido cefalorraquídeo (LCR). El LCR es producido por un tejido llamado plexo coroideo en compartimentos llenos de líquido en el SNC llamados ventrículos. El cerebro flota en LCR, que actúa como amortiguador y amortiguador y hace que el cerebro tenga una flotabilidad neutra. El LCR también funciona para hacer circular sustancias químicas por el cerebro y la médula espinal.

Todo el cerebro contiene solo alrededor de 8.5 cucharadas de LCR, pero el LCR se produce constantemente en los ventrículos. Esto crea un problema cuando un ventrículo está bloqueado: el LCR se acumula y crea hinchazón y el cerebro se empuja contra el cráneo. Esta condición de hinchazón se llama hidrocefalia ("cabeza de agua") y puede causar convulsiones, problemas cognitivos e incluso la muerte si no se inserta una derivación para eliminar el líquido y la presión.

Cerebro

El cerebro es la parte del sistema nervioso central que está contenida en la cavidad craneal del cráneo. Incluye la corteza cerebral, el sistema límbico, los ganglios basales, el tálamo, el hipotálamo y el cerebelo. Hay tres formas diferentes de seccionar un cerebro para ver las estructuras internas: una sección sagital corta el cerebro de izquierda a derecha, como se muestra en la figura 26.21B, una sección coronal corta el cerebro de adelante hacia atrás, como se muestra en la Figura 26.20a, y una sección horizontal corta el cerebro de arriba a abajo.

Corteza cerebral

La parte más externa del cerebro es una pieza gruesa de tejido del sistema nervioso llamada corteza cerebral, que se dobla en colinas llamadas giros (singular: gyrus) y valles llamados surcos (singular: surco). La corteza está formada por dos hemisferios, derecho e izquierdo, que están separados por un gran surco. Un haz de fibras gruesas llamado Cuerpo calloso (Latín: “cuerpo duro”) conecta los dos hemisferios y permite que la información pase de un lado al otro. Aunque hay algunas funciones cerebrales que se localizan más en un hemisferio que en el otro, las funciones de los dos hemisferios son en gran parte redundantes. De hecho, a veces (muy raramente) se extrae un hemisferio completo para tratar la epilepsia grave. Si bien los pacientes sufren algunos déficits después de la cirugía, sorprendentemente pueden tener pocos problemas, especialmente cuando la cirugía se realiza en niños que tienen sistemas nerviosos muy inmaduros.

En otras cirugías para tratar la epilepsia severa, se corta el cuerpo calloso en lugar de extirpar un hemisferio completo. Esto causa una condición llamada cerebro dividido, que brinda información sobre las funciones únicas de los dos hemisferios. Por ejemplo, cuando se presenta un objeto al campo visual izquierdo del paciente, es posible que no puedan nombrar verbalmente el objeto (y pueden afirmar que no han visto ningún objeto en absoluto). Esto se debe a que la entrada visual del campo visual izquierdo cruza y entra en el hemisferio derecho y luego no puede enviar una señal al centro del habla, que generalmente se encuentra en el lado izquierdo del cerebro. Sorprendentemente, si se le pide a un paciente con cerebro dividido que recoja un objeto específico de un grupo de objetos con la mano izquierda, el paciente podrá hacerlo, pero aún no podrá identificarlo vocalmente.

Enlace al aprendizaje

Consulte este sitio web para obtener más información sobre los pacientes con cerebro dividido y para jugar un juego en el que usted mismo puede modelar los experimentos de cerebro dividido.

Cada hemisferio cortical contiene regiones llamadas lóbulos que participan en diferentes funciones. Los científicos utilizan varias técnicas para determinar qué áreas del cerebro están involucradas en diferentes funciones: examinan a los pacientes que han tenido lesiones o enfermedades que afectan áreas específicas y ven cómo esas áreas se relacionan con los déficits funcionales. También realizan estudios en animales donde estimulan áreas del cerebro y ven si hay algún cambio de comportamiento. Usan una técnica llamada estimulación magnética transcraneal (TMS) para desactivar temporalmente partes específicas de la corteza usando imanes fuertes colocados fuera de la cabeza y usan imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) para observar cambios en el flujo sanguíneo oxigenado en regiones cerebrales particulares que se correlacionan con tareas conductuales específicas. Estas técnicas, y otras, han brindado una gran comprensión de las funciones de diferentes regiones del cerebro, pero también han demostrado que cualquier área del cerebro determinada puede estar involucrada en más de un comportamiento o proceso, y cualquier comportamiento o proceso dado generalmente involucra neuronas en múltiples áreas del cerebro. . Dicho esto, cada hemisferio de la corteza cerebral de los mamíferos se puede dividir en cuatro lóbulos definidos funcional y espacialmente: frontal, parietal, temporal y occipital. La figura 26.21 ilustra estos cuatro lóbulos de la corteza cerebral humana.

los lóbulo frontal se encuentra en la parte frontal del cerebro, sobre los ojos. Este lóbulo contiene el bulbo olfatorio, que procesa los olores. El lóbulo frontal también contiene la corteza motora, que es importante para planificar e implementar el movimiento. Las áreas dentro de la corteza motora se asignan a diferentes grupos de músculos, y hay cierta organización en este mapa, como se muestra en la figura 26.22. Por ejemplo, las neuronas que controlan el movimiento de los dedos están junto a las neuronas que controlan el movimiento de la mano. Las neuronas del lóbulo frontal también controlan funciones cognitivas como mantener la atención, el habla y la toma de decisiones. Los estudios de humanos que han dañado sus lóbulos frontales muestran que partes de esta área están involucradas en la personalidad, la socialización y la evaluación de riesgos.

los parietal lóbulo se encuentra en la parte superior del cerebro. Las neuronas del lóbulo parietal participan en el habla y también en la lectura. Dos de las funciones principales del lóbulo parietal son procesar somatosensación—Sensaciones táctiles como presión, dolor, calor, frío — y procesamiento propiocepción—El sentido de cómo las partes del cuerpo están orientadas en el espacio. El lóbulo parietal contiene un mapa somatosensorial del cuerpo similar a la corteza motora.

los occipital lóbulo se encuentra en la parte posterior del cerebro. Está principalmente involucrado en la visión: ver, reconocer e identificar el mundo visual.

los temporal lóbulo está ubicado en la base del cerebro junto a los oídos y está involucrado principalmente en el procesamiento e interpretación de sonidos. También contiene el hipocampo (Griego para "caballito de mar") - una estructura que procesa la formación de la memoria. El hipocampo se ilustra en la figura 26.24. El papel del hipocampo en la memoria se determinó parcialmente mediante el estudio de un famoso paciente epiléptico, HM, al que se le extirparon ambos lados del hipocampo en un intento de curar su epilepsia. Sus convulsiones desaparecieron, pero ya no podía formar nuevos recuerdos (aunque podía recordar algunos hechos de antes de su cirugía y podía aprender nuevas tareas motoras).

Conexión Evolution

Corteza cerebral

En comparación con otros vertebrados, los mamíferos tienen cerebros excepcionalmente grandes para el tamaño de su cuerpo. El cerebro de un cocodrilo entero, por ejemplo, llenaría aproximadamente una cucharadita y media. Este aumento en la relación entre el tamaño del cerebro y el cuerpo es especialmente pronunciado en los simios, ballenas y delfines. Si bien este aumento en el tamaño general del cerebro sin duda jugó un papel en la evolución de comportamientos complejos exclusivos de los mamíferos, no cuenta toda la historia. Los científicos han encontrado una relación entre la superficie relativamente alta de la corteza y la inteligencia y los comportamientos sociales complejos que exhiben algunos mamíferos. Este aumento de la superficie se debe, en parte, al aumento del plegado de la hoja cortical (más surcos y circunvoluciones). Por ejemplo, la corteza de una rata es muy suave con muy pocos surcos y circunvoluciones. Las cortezas de los gatos y las ovejas tienen más surcos y circunvoluciones. Los chimpancés, los humanos y los delfines tienen aún más.

Ganglios basales

Áreas cerebrales interconectadas llamadas ganglios basales (o núcleos basales), que se muestra en la Figura 26.20B, juegan un papel importante en el control del movimiento y la postura. El daño a los ganglios basales, como en la enfermedad de Parkinson, conduce a deficiencias motoras como un paso arrastrando los pies al caminar. Los ganglios basales también regulan la motivación. Por ejemplo, cuando una picadura de avispa provocó daños en los ganglios basales bilaterales en un empresario de 25 años, empezó a pasar todos los días en la cama y no mostró interés por nada ni por nadie. Pero cuando fue estimulado externamente, como cuando alguien le pidió jugar un juego de cartas con él, pudo funcionar normalmente. Curiosamente, él y otros pacientes similares no informan sentirse aburridos o frustrados por su estado.

Tálamo

los tálamo (Del griego “cámara interior”), ilustrada en la figura 26.24, actúa como una puerta de entrada hacia y desde la corteza. Recibe entradas sensoriales y motoras del cuerpo y también recibe retroalimentación de la corteza. Este mecanismo de retroalimentación puede modular la conciencia de las entradas sensoriales y motoras dependiendo del estado de atención y excitación del animal. El tálamo ayuda a regular los estados de conciencia, excitación y sueño. Un raro trastorno genético llamado insomnio familiar fatal causa la degeneración de las neuronas y la glía del tálamo. Este trastorno impide que los pacientes afectados puedan dormir, entre otros síntomas, y eventualmente es fatal.

Hipotálamo

Debajo del tálamo está el hipotálamo, que se muestra en la Figura 26.24. El hipotálamo controla el sistema endocrino enviando señales a la glándula pituitaria, una glándula endocrina del tamaño de un guisante que libera varias hormonas diferentes que afectan a otras glándulas, así como a otras células. Esta relación significa que el hipotálamo regula comportamientos importantes que son controlados por estas hormonas. El hipotálamo es el termostato del cuerpo; se asegura de que las funciones clave como la ingesta de alimentos y agua, el gasto de energía y la temperatura corporal se mantengan en niveles adecuados. Las neuronas dentro del hipotálamo también regulan los ritmos circadianos, a veces llamados ciclos del sueño.

Sistema límbico

los sistema límbico es un conjunto de estructuras conectadas que regula las emociones, así como los comportamientos relacionados con el miedo y la motivación. Desempeña un papel en la formación de la memoria e incluye partes del tálamo y el hipotálamo, así como el hipocampo. Una estructura importante dentro del sistema límbico es una estructura de lóbulo temporal llamada amígdala (Del griego “almendra”), ilustrado en la Figura 26.24. Las dos amígdalas son importantes tanto para la sensación de miedo como para reconocer rostros temerosos. los circunvolución cingulada ayuda a regular las emociones y el dolor.

Cerebelo

El cerebelo (en latín, "cerebro pequeño"), que se muestra en la figura 26.21, se encuentra en la base del cerebro en la parte superior del tronco encefálico. El cerebelo controla el equilibrio y ayuda a coordinar el movimiento y a aprender nuevas tareas motoras.

Tronco encefálico

El tronco del encéfalo, ilustrado en la figura 26.21, conecta el resto del encéfalo con la médula espinal. Consiste en el mesencéfalo, el bulbo raquídeo y la protuberancia. Las neuronas motoras y sensoriales se extienden a través del tronco encefálico permitiendo la transmisión de señales entre el cerebro y la médula espinal. Las vías neurales ascendentes se cruzan en esta sección del cerebro, lo que permite que el hemisferio izquierdo del cerebro controle el lado derecho del cuerpo y viceversa. El tronco del encéfalo coordina las señales de control motor enviadas desde el cerebro al cuerpo. El tronco encefálico controla varias funciones importantes del cuerpo, como el estado de alerta, la excitación, la respiración, la presión arterial, la digestión, la frecuencia cardíaca, la deglución, la marcha y la integración de la información sensorial y motora.

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Actividad

Cree una representación para ilustrar qué partes del cerebro le permiten realizar una actividad diaria favorita, como patear una pelota de fútbol, ​​aprender un nuevo movimiento de baile o leer la información en esta sección del texto y anotar algunas notas.

Apoyo a los profesores

La actividad es una aplicación del objetivo de aprendizaje 3.50 de AP ® y la práctica de ciencias 1.1 porque los estudiantes están creando un diagrama para describir cómo el cerebro integra y coordina la información para producir una respuesta (por ejemplo, modelar la cronología y la ubicación de las señales que deben tener lugar entre diferentes partes del cerebro, médula espinal y grupos de músculos para patear una pelota de fútbol).

Los estudiantes deben identificar el cerebelo, el rombencéfalo (protuberancia), el tálamo y el cerebro como responsables de patear una pelota de fútbol. La corteza motora y las áreas premotoras del cerebro crean los impulsos de movimiento, además de procesar la información sensorial necesaria para ver el balón de fútbol. El tálamo, el cerebelo y el rombencéfalo coordinan el movimiento con la postura actual del cuerpo para mantener el equilibrio y la coordinación.

Médula espinal

Conectada al tronco del encéfalo y extendiéndose por el cuerpo a través de la columna vertebral se encuentra la médula espinal, que se muestra en la figura 26.21. La médula espinal es un haz grueso de tejido nervioso que transporta información sobre el cuerpo al cerebro y del cerebro al cuerpo. La médula espinal está contenida dentro de los huesos de la columna de los vertebrados, pero es capaz de comunicar señales hacia y desde el cuerpo a través de sus conexiones con los nervios espinales (parte del sistema nervioso periférico). Una sección transversal de la médula espinal parece un óvalo blanco que contiene una forma de mariposa gris, como se ilustra en la Figura 26.25. Los axones mielinizados forman la "materia blanca" y los cuerpos de las neuronas y las células gliales forman la "materia gris". La materia gris también está compuesta por interneuronas, que conectan dos neuronas, cada una ubicada en diferentes partes del cuerpo. Los axones y los cuerpos celulares de la médula espinal dorsal (mirando hacia la parte posterior del animal) transmiten principalmente información sensorial del cuerpo al cerebro. Los axones y los cuerpos celulares de la médula espinal ventral (que mira hacia el frente del animal) transmiten principalmente señales que controlan el movimiento del cerebro al cuerpo.

La médula espinal también controla los reflejos motores. Estos reflejos son movimientos rápidos e inconscientes, como quitar automáticamente una mano de un objeto caliente. Los reflejos son tan rápidos porque involucran conexiones sinápticas locales. Por ejemplo, el reflejo de la rodilla que un médico prueba durante un examen físico de rutina está controlado por una única sinapsis entre una neurona sensorial y una neurona motora. Si bien un reflejo solo puede requerir la participación de una o dos sinapsis, las sinapsis con interneuronas en la columna vertebral transmiten información al cerebro para transmitir lo que sucedió (la rodilla se sacudió o la mano estaba caliente).

En los Estados Unidos, hay alrededor de 10,000 lesiones de la médula espinal cada año. Debido a que la médula espinal es la superautopista de la información que conecta el cerebro con el cuerpo, el daño a la médula espinal puede provocar parálisis. La extensión de la parálisis depende de la ubicación de la lesión a lo largo de la médula espinal y de si la médula espinal se cortó por completo. Por ejemplo, si la médula espinal se daña al nivel del cuello, puede causar parálisis desde el cuello hacia abajo, mientras que el daño a la columna vertebral más abajo puede limitar la parálisis de las piernas. Las lesiones de la médula espinal son notoriamente difíciles de tratar porque los nervios espinales no se regeneran, aunque la investigación en curso sugiere que los trasplantes de células madre pueden actuar como un puente para reconectar los nervios cortados. Los investigadores también están buscando formas de prevenir la inflamación que empeora el daño a los nervios después de una lesión. Uno de esos tratamientos consiste en bombear al cuerpo con solución salina fría para inducir hipotermia. Este enfriamiento puede prevenir la hinchazón y otros procesos que se cree que empeoran las lesiones de la médula espinal.


Cerebro

El cerebro es la parte del sistema nervioso central que está contenida en la cavidad craneal del cráneo. Incluye la corteza cerebral, el sistema límbico, los ganglios basales, el tálamo, el hipotálamo y el cerebelo. Hay tres formas diferentes de seccionar un cerebro para ver las estructuras internas: una sección sagital corta el cerebro de izquierda a derecha, como se muestra en la figura 16.21 B , una sección coronal corta el cerebro de adelante hacia atrás, como se muestra en la Figura 16.20 a , y una sección horizontal corta el cerebro de arriba hacia abajo.


Introducción

Cuando está leyendo este libro, su sistema nervioso está realizando varias funciones simultáneamente. El sistema visual está procesando lo que se ve en la página; el sistema motor controla el paso de las páginas (o el clic del mouse); la corteza prefrontal mantiene la atención. Incluso las funciones fundamentales, como la respiración y la regulación de la temperatura corporal, están controladas por el sistema nervioso. Un sistema nervioso es el centro de control de un organismo: procesa la información sensorial del exterior (y del interior) del cuerpo y controla todos los comportamientos, desde comer hasta dormir y encontrar pareja.


Resumen

El sistema nervioso central de los vertebrados contiene el cerebro y la médula espinal, que están cubiertos y protegidos por tres meninges. El cerebro contiene regiones definidas estructural y funcionalmente. En los mamíferos, estos incluyen la corteza (que se puede dividir en cuatro lóbulos funcionales primarios: frontal, temporal, occipital y parietal), ganglios basales, tálamo, hipotálamo, sistema límbico, cerebelo y tronco del encéfalo, aunque hay estructuras en algunos de estos las designaciones se superponen. Si bien las funciones pueden estar principalmente localizadas en una estructura en el cerebro, las funciones más complejas, como el lenguaje y el sueño, involucran neuronas en múltiples regiones del cerebro. La médula espinal es la superautopista de la información que conecta el cerebro con el resto del cuerpo a través de sus conexiones con los nervios periféricos. Transmite información sensorial y motora y también controla los reflejos motores.


Ver el vídeo: Sistema Nervioso Introducción y Generalidades (Enero 2022).