lunes, 7 de septiembre de 2015

Wilder Penfield. Cartógrafo neural



Publicado el miércoles 27 de agosto de 2008 por Mo Costandi en  Historia de la Neurociencia, Medicina y Salud, Neurocirugía


Traducido por Ana Toral


El paciente se acuesta en la mesa de operaciones, con el lado derecho de su cuerpo ligeramente elevado. El anestesista esteriliza el cuero cabelludo e inyecta  Nupercainal para producir analgesia - el paciente permanecerá plenamente consciente durante todo el procedimiento. Se realizan tres grandes incisiones en el cuero cabelludo bajo el paño quirúrgico. Del cráneo, se corta un gran colgajo de hueso, y se desprende hacia abajo para exponer la superficie de su cerebro. Las luces ultravioleta que iluminan la sala de operaciones y mantienen el aire estéril se colocan de tal manera que no brillen directamente sobre la corteza.

Utilizando un atomizador, el cirujano rocía una pequeña cantidad de solución de Ringer en la superficie cerebral, para mantenerla húmeda. Luego maniobra un electrodo unido a un soporte especial que se sujeta en el margen de la abertura en el cráneo, de modo que entre en contacto directo con el cerebro. Se ajusta un dial en el estimulador a 0,5 voltios, y se aplica a la corteza del paciente  una descarga con una frecuencia de 60 ciclos por segundo. Después de preguntar al paciente si siente algo, y obtener una respuesta negativa, el cirujano  se acerca al estimulador de nuevo. Gira el dial de tensión a un nivel superior para que se lea 1 voltio, y aplica otra descarga. Esta vez, el paciente refiere una sensación de hormigueo en la cara y, cuando se le pide que indique exactamente dónde, levanta un brazo y señala su sien y mejilla izquierdas.

El cirujano dicta estos resultados, a través de un micrófono, a una secretaria en el stand de visualización. A continuación, coloca una pequeña etiqueta  numerada en la parte del cerebro que acaba de estimular, y manipula el electrodo de nuevo, llevándolo a apoyarse sobre otro punto varios milímetros de distancia de la última posición. Tras la aplicación de la descarga, el paciente informa de una sensación en la superficie interna de su antebrazo izquierdo, y hay un ligero movimiento de su pulgar izquierdo. Él sabe que su rostro, el brazo y el pulgar no han sido tocados; aunque  es consciente de que el pulgar se movió, él sabe perfectamente que él no inició la acción, y se da cuenta de que puede utilizar su mano derecha para evitar los movimientos.

El paciente es un joven de 18 años de edad, con un pequeño tumor en el lóbulo frontal derecho. Es un tipo inusual de hemangioma que puede haber estado presente desde hace tiempo en la vida del paciente, y que se encuentra inmediatamente adyacente a la corteza motora primaria, una de las regiones del cerebro que controla el movimiento voluntario. Por lo tanto, este tumor  hace que las ondas de actividad eléctrica que barren la corteza motora sean anormales y den lugar a los ataques epilépticos que comienzan con una sensación en el lado izquierdo del cuerpo y son seguidos por  rápidos, espasmódicos movimientos del brazo izquierdo y la pierna izquierda. La epilepsia del paciente es intratable - sus síntomas no se alivian por la fenitoína, el anticonvulsivo más utilizado en el momento - y así, como último recurso, se ha decidido que su tumor se debe extirpar quirúrgicamente.

El cirujano, Wilder Penfield, se enfrenta a un gran desafío. Debido a que la corteza motora controla los músculos de la garganta y la lengua que son necesarios para la articulación, así como aquellos involucrados en el movimiento de las extremidades, debe extirpar el tumor sin dañar estas partes de la corteza, a fin de evitar la paralización del paciente, o dejarlo con un déficit del habla. Usando una técnica que había desarrollado más de 20 años antes, Penfield identifica estas áreas cruciales al estimular con su electrodo el tejido que rodea el tumor. Esto provoca un movimiento en esa parte del cuerpo del paciente controlada por dicha región específica de la corteza. Al llevar a cabo múltiples estimulaciones y grabar  la respuesta del paciente a cada una, meticulosamente, Penfield puede identificar el tejido anormal que causa las convulsiones del paciente y delinear aquellas áreas que rodean el tumor y que debe evitar dañar.



Penfield como estudiante en Princeton


Penfield fue uno de los más grandes neurocirujanos del siglo XX, cuya obra pionera ha revolucionado la disciplina. Su técnica para el tratamiento de la epilepsia intratable, que  desarrolló con su colega Herbert Jasper, llegó a ser conocida como el Procedimiento de Montreal; fue pionera, ya que aplicaba los principios de la neurofisiología a la práctica de la neurocirugía. Usando esta técnica para llevar a cabo evaluaciones prequirúrgicas de sus pacientes, Penfield amasó una gran cantidad de datos, que en conjunto constituyen el primer mapa funcional detallado a gran escala  de la corteza cerebral humana. Penfield no sólo revolucionó la neurocirugía, sino que  también dejó una influencia duradera en los campos relacionados, como la neurología y la neuropsicología. Pero menos conocido es, que también era un investigador talentoso cuyos experimentos resolvieron un debate sobre la estructura celular del cerebro.

El Procedimiento de Montreal se basa en el trabajo anterior de un gran número de médicos e investigadores. Uno de ellos fue John Hughlings Jackson (de 1835 a 1911), el padre de la neurología inglesa. Antes de la obra de Jackson sobre la epilepsia, se pensaba que las crisis  se originaban en el bulbo raquídeo, la parte inferior del tronco cerebral que se une a la médula espinal. En la década de 1860, mientras estaba en el Hospital Nacional de Paralizados y Epilépticos (ahora el Hospital Nacional de Neurología y Neurocirugía) en Queen Square de Londres, Jackson observó y describió numerosos pacientes con epilepsia. Algunos de éstos habían sufrido lesiones romas en la cabeza, que, como  Jackson observó, por lo general provocaron convulsiones en primer lugar, y luego parálisis en el lado opuesto del cuerpo. Sobre la base de estas observaciones clínicas, Jackson llegó a la conclusión de que las convulsiones eran el resultado de descargas eléctricas anormales en la corteza cerebral.

Jackson también observó que los pacientes con una lesión externa sobre la región posterior del lóbulo frontal generalmente experimentaban dificultades en el habla, ya sea durante o entre sus convulsiones. Estas observaciones fueron consistentes con las del médico francés Paul Broca (1824 a 1880), que había estado trabajando con pacientes con accidente cerebrovascular y examinando su cerebro después de su muerte. La afasia, o la incapacidad para hablar, es un síntoma común de un accidente cerebrovascular y Broca observó que sus pacientes presentaron consistentemente daños en la misma región concreta del lóbulo frontal izquierdo. Por lo tanto, concluyó que la facultad del habla se encuentra en esa parte del hemisferio izquierdo, que posteriormente llegó a ser conocido como el área de Broca.

En 1870 los fisiólogos alemanes Gustav Theodor Fritz (1838-1927) y Julius Eduard Hitzig (1838-1907) llevaron a cabo las primeras estimulaciones eléctricas directas de la corteza cerebral de los mamíferos. Usando electrodos, estimularon la mitad frontal de los cerebros de  perros ligeramente  anestesiados, y encontraron que esto producía movimientos de la pierna en el lado opuesto del cuerpo. La estimulación de la parte posterior, sin embargo, no suscitó ningún movimiento. Varios años más tarde, el neurólogo experimental escocés David Ferrier continuó este trabajo, obteniendo resultados similares tanto en perros como en monos. Ferrier también notó que lesionando las cortezas frontales de sus animales se producía  una pérdida de los movimientos provocados por la estimulación eléctrica.

Estos primeros estudios, junto con estudios de casos de pacientes con daño cerebral, como Phineas Gage, sugerían que la corteza del hombre y de los animales se dividía en áreas funcionalmente distintas y, como dijo Ferrier en una reunión de la Royal Society, allanaban el camino para "una frenología científica". Cuando Penfield comenzó su carrera como cirujano, el trabajo de base por lo tanto ya se había establecido, pero la corteza cerebral humana todavía era territorio inexplorado. Utilizando la técnica que él y Jasper desarrollaron, Penfield hizo realidad la "frenología científica" a la que Ferrier había aludido. Hoy, se le conoce sobre todo por el mapeo funcional de la corteza cerebral humana, pero también hizo una contribución significativa al campo, entonces emergente de la neurocitología. Antes de elaborar su mapa de la corteza humana, Penfield desmenuzó la microgeografía del cerebro, y caracterizó totalmente, por primera vez, un tipo de célula llamada oligodendrocito.

Aunque Penfield estudió con Harvey Cushing, el padre de la neurocirugía moderna, fue el eminente fisiólogo británico Sir Charles Sherrington quien lo inspiró para convertirse en un cirujano. En 1914, como  estudiante de medicina de pregrado en Princeton, Penfield consiguió una beca Rhodes, y se matriculó en el curso de fisiología de los mamíferos de Sherrington en el Merton College de la Universidad de Oxford. Este curso de 3 años consistió en una serie de lo que Sherrington llamó "ejercicios", estudiando diversos procedimientos, como la disección de los nervios periféricos y la médula espinal de los animales. Por lo tanto Penfield aprendió a manejar los tejidos vivos con el mayor cuidado, y la forma de diseccionarlos con instrumentos quirúrgicos finos, preservando las funciones vitales de los animales de experimentación.





Penfield en el laboratorio de fisiología de los mamíferos de Sherrington en 1916.
 (Wilder Penfield Archivo).


Al término de este curso, Penfield terminó la parte clínica de su formación médica en la Universidad Johns Hopkins, y, después de graduarse en 1918, hizo su internado en el Peter Bent Brigham Hospital en Boston, donde hizo su aprendizaje con Cushing. Él había estado interesado en la epilepsia desde sus años de estudiante, durante los cuales había leído la obra de Jackson. Después de terminar su internado, Penfield entró a trabajar en el Hospital Presbiteriano de Nueva York, y fue aquí donde primero operó a pacientes epilépticos.

Penfield creia que una clase de células no neurales llamadas microglia estaban involucradas en la formación de las cicatrices que se desarrollan en el tejido cerebral dañado. Estas cicatrices se forman en el sitio de una lesión y son parte del proceso de curación, pero también son el origen de la actividad eléctrica anormal que subyace a ataques epilépticos. A principios de la década de 1920, fue por lo tanto, en busca de un método para teñir tejido cerebral cicatrizado, con el fin de obtener una mejor comprensión de los orígenes de la epilepsia. Su trabajo llegó a un callejón sin salida, sin embargo, porque no pudo encontrar la manera de teñir las células no neuronales. En Oxford, Penfield había experimentado algunos problemas tiñendo las neuronas, y recordó que Sherrington le había dicho que no se rindiera hasta haber probado los métodos desarrollados por el gran neuroanatomista español Santiago Ramón y Cajal.

A finales del XIX y principios del siglo XX, Cajal había utilizado una versión modificada de una técnica de tinción desarrollada por Camillo Golgi para llevar a cabo un estudio exhaustivo y sistemático de la arquitectura celular del sistema nervioso en una amplia variedad de especies. Fue en gran parte debido a su trabajo que la Doctrina de la Neurona, que establece que el sistema nervioso está formado por células en lugar de una red continua de tejido, llegó a ser aceptado en la década de 1890. Además de describir la estructura de las neuronas y astrocitos en gran detalle, Cajal también identificó un "tercer elemento" misterioso y poco conocido del sistema nervioso, que aparentemente consistía en 2 tipos de células no neuronales que eran diferentes de los astrocitos. Más tarde, su discípulo Pío del Río-Hortega, desarrolló una técnica para teñir una de ellas, las células microgliales, y publicó dibujos detallados de sus estructuras. Sin embargo, su método no teñía bien el otro tipo, por lo que permaneció indebidamente caracterizada. Eran, escribió Penfield, "no más que fantasmas".

Las células en las que Penfield estaba más interesado  se encontraban entre este tercer elemento, por lo que decidió que tenía que viajar a España para trabajar con Cajal y Río-Hortega, para "estudiar el cerebro del hombre, y luego pasar a los efectos de la enfermedad en el cerebro ". En enero de 1924, Penfield abordó a Allen Whipple, jefe de cirugía en el Hospital Presbiteriano, para tratar de obtener fondos. Whipple lo apoyó, y  contactó con la señora Percy Rockefeller, a cuya hija  había operado recientemente de forma gratuita. Se las arregló para conseguir de ella una beca, y obtener fondos también de varios otros benefactores. Algún tiempo después, Penfield zarpó a España con su esposa y dos hijos. Estaba tan entusiasmado que él y su familia se embarcaron en su viaje antes de recibir ninguna confirmación -que sólo llegó cuando estaban a mitad de camino a través del Atlántico- cuando Río-Hortega respondió, en un telegrama que contenía una sola palabra: "venga".

Penfield pasó 5 meses trabajando con Cajal y Río-Hortega en el Laboratorio de Histopatología en Madrid, y la colaboración resultó ser un éxito. Penfield aprendió el método de "carbonato de plata amoniacal" de Río-Hortega para la tinción de las células no neuronales, y a continuación, modificándolo y mejorándolo, desarrolló así la primera tinción fiable para los  oligodendrocitos. Usando su nueva técnica en el tejido cerebral de conejos, Penfield fue capaz de proporcionar una descripción detallada de las células. Publicó sus resultados, con hermosos diagramas de las células, en 1924 en un artículo seminal en la revista Brain:


“En el tercer elemento, se han descrito con frecuencia, salientes irregulares o cortas proyecciones del citoplasma... estas proyecciones son en realidad las bases de expansiones de longitud y complejidad considerable. Las expansiones más densas estan rodeando las fibras neuronales o con más frecuencia son paralelas a ellas ... estas fibras dan lugar a ramas aplanadas que envuelven de forma incompleta las vainas de mielina adyacentes ... las expansiones de oligodendroglia se observa que son amplias y cortas ... [y] dan lugar a las ramas más largas y más delgadas que estan junto a las fibras nerviosas y en paralelo a ellas ... pequeñas expansiones rodean las fibras nerviosas ... pero siempre hay una zona clara entre las fibras de expansión y las fibras nerviosas. Esta zona corresponde a las vainas de mielina no teñidas. En la medida en que las fibras de oligodendroglia forman una red irregular e incompleta sobre los tubos de mielina del sistema nervioso central, puede observarse que forman una funda discontinua para la mielina de una manera análoga a la vaina de Schwann sobre fibras mielinizadas periféricas (Penfield, 1924) .


Antes de la visita de Penfield a España, que los oligodendrocitos constituyeran un tipo distinto de célula en el sistema nervioso central seguía siendo un tema de debate. Incapaz de teñirlos adecuadamente por sí mismo,  Cajal argumentaba que no lo eran, y que el "tercer elemento" del sistema nervioso consistía únicamente de la microglía. La investigación de Penfield mostró que los oligodendrocitos eran realmente distintos de otros tipos de células gliales, y que podían distinguirse de los astrocitos porque carecían de "podocitos" (estructuras que hoy se llaman pies perivasculares). También claramente mostró que  había una diferencia en cómo los astrocitos y los otros tipos de células gliales están relacionados con los vasos sanguíneos en el cerebro: mientras que tanto los oligodendrocitos  como la microglía  contactan los vasos sanguíneos con sus cuerpos celulares, los astrocitos sólo lo hacen con sus podocitos.

Penfield y Río-Hortega también investigaron cómo las células no neuronales en el cerebro estaban involucradas en procesos patológicos, y penetraron en el conocimiento de  la formación de cicatrices después de una lesión. La razón de que Penfield hubiera viajado a España era para dilucidar este proceso. Las observaciones que él y Río-Hortega hicieron de estos procesos se publicaron 3 años más tarde. Su descripción de cómo se forma el tejido cicatricial en el cerebro es muy similar a la de los modernos neuropatólogos:


“ La formación de una cicatriz en el cerebro presenta las siguientes etapas: El primer cambio celular se observa en células microglía que comienzan inicialmente su actividad fagocítica y continúan durante un largo período. Más tarde, los astrocitos neuroglia sobre la herida se hinchan y los más cercanos a la zona de la destrucción o a vasos arrasados experimentan clasmatodendrosis [pérdida de procesos distales]. Rápidamente sigue la división amitotica de los otros astrocitos y las células se convierten en  fibrosas y por lo general se disponen de forma radial alrededor de la herida. La mayoría de sus expansiones ... se disponen como los radios de una rueda con el sitio de la antigua herida como el centro ... En el centro se forma un núcleo de tejido conectivo, se establecen fibrillas de colágeno del tejido conectivo y la herida se contrae. (Río-Hortega y Penfield, 1927).”


A su regreso a Nueva York, Penfield reanudó su trabajo en el Hospital Presbiteriano. Varios años después, en 1927, decidió elaborar "un libro de texto sobre los principios generales de la neuropatología sin describir enfermedades específicas" con su colega William Cone. Modestamente, Penfield creyó que otros podrían escribir partes del libro mejor que él, y así escribió a un número de investigadores para pedirles que contribuyeran. Para entonces, Penfield se había hecho con una muy buena reputación y era ampliamente respetado. Todas menos una de sus solicitudes de contribuciones para el libro fueron aceptadas. Fue Cajal el que rechazó la solicitud de escribir un capítulo, "diciendo que tenía  arteriosclerosis avanzada ," según Penfield , "la forma del histólogo de describir la vejez". Aun así, Citología y Patología Celular del Sistema Nervioso se publicó finalmente en 1932; se dedicó a Cajal, y al instante tuvo tanto éxito como influencia.

Debido a la incertidumbre sobre su futuro en Nueva York, Penfield se  había trasladado a Montreal en 1928, donde esperaba para establecer una unidad de neurocirugía con William Cone. Más tarde ese año, Ruth, la hermana de Penfield, desarrolló un tumor, y lo llamaron para que lo extirpara quirurgicamente. Irónicamente, su tumor era un oligodendroglioma, que consiste en el mismo tipo de célula que había caracterizado Penfield mientras estaba en España. El 11 de diciembre de 1928, Penfield realizó un procedimiento bastante radical para extirparlo, pero no tuvo éxito ya que, al no  eliminarlo por completo, volvió a crecer un poco más tarde. En noviembre de 1930, Cushing intentó una segunda operación, pero ella murió al año siguiente.

Poco después, Penfield visitó el neurólogo alemán y neurocirujano Otfried Foerster, quien le mostró un método para extirpar cicatrices de los cerebros de los epilépticos, que implicaban la estimulación eléctrica de la corteza, mientras el paciente se encontraba bajo anestesia local. En 1930, los dos publicaron  el primer mapa cortical, aunque muy incompleto, sobre la base de las observaciones que hicieron durante más de 100 operaciones. También examinaron bajo el microscopio los tejidos dañados que se retiraban de estos pacientes, y así aumentaron aún más la comprensión del proceso de formación de la cicatriz:


“Siempre había tejido fibroso, especialmente cerca de la superficie, y adhesión a las meninges. Por lo tanto el tejido conectivo y un asombrosamente rico plexo vascular estaban invariablemente presente en las cicatrices, mezclado con astrocitos fibrosos cuyas fibras estaban, en general, dispuestas en paralelo y extendidas en la dirección de la tracción obvia, es decir hacia arriba, hacia la cicatriz. Más profundo en el cerebro,  los astrocitos y los vasos sanguíneos todavía continuaban formando el único marco capaz de soportar la tensión, el marco vaso-astral (Foerster y Penfield, 1930).


Posteriormente, Penfield recibió una donación de  1,23 millones de dólares de la Fundación Rockefeller, y la utilizó para establecer el Instituto Neurológico de Montreal (MNI)  en la Universidad  McGill. El Instituto abrió sus puertas en 1934, con Penfield como su primer director; permaneció en ese puesto hasta 1960. Bajo su dirección, el MNI se convirtió rápidamente en un centro de excelencia para la práctica y enseñanza de la neurocirugía. Al igual que su fundador, el Instituto era un lugar pionero: Clarence Greene, el primer neurocirujano afroamericano titulado en Norteamerica, se formó allí bajo Penfield entre los años 1947 y 1949, momento en que todavía había segregación racial en los Estados Unidos.

Con su experiencia en neurocitología y  neurofisiología, Penfield ya se consideró a sí mismo como "un neurólogo en  acción", y  se puso a trabajar en una forma de mejorar los tratamientos quirúrgicos para pacientes con epilepsia. En su nuevo cargo como director de la MNI no estaba limitado en su trabajo, por lo que comenzó a desarrollar el método de Foerster con la esperanza de mejorar el resultado de sus operaciones. Tal vez se sentía obligado a hacerlo debido a la muerte de su hermana; aunque probablemente lo habría hecho en cualquier caso, dada su dedicación a la epilepsia desde mucho tiempo atrás.

Penfield utilizaba electrodos de platino con mangos de vidrio, esterilizados en autoclave antes de la operación, y fijados por medio de cables aislantes a un instrumento llamado un estimulador tiratrón, con el que se controlaban la amplitud y frecuencia de la corriente. Se administraba un anestésico local al cuero cabelludo del paciente, y se llevaba a cabo una craneotomía para exponer la superficie del cerebro. En primer lugar, se aplicaban a la corteza pequeños estímulos eléctricos, suficientes para provocar una respuesta. Se incrementaba gradualmente la corriente hasta que el paciente diera una respuesta positiva. Por lo general, lo primero que hacia Penfield era delinear el surco central, un profundo abismo que separa los pliegues de los lóbulos frontal y parietal. Esto servía como un punto de referencia que le permitía orientarse mientras navegaba por el más complejo de órganos.





Boceto del cerebro de un paciente, anotado durante toda la operación, 
para mostrar las áreas  que evocan sensaciones y movimientos de la cara. 
(Penfield y Boldrey, 1937).


La corteza motora primaria, o circunvolución precentral, es una franja de tejido que se encuentra inmediatamente anterior a (o frente a) la fisura central en el lóbulo frontal, y se extiende hasta sus extremos; contiene células que envían axones a través de la médula espinal, donde forman conexiones sinápticas con las neuronas motoras que se proyectan hacia fuera, a los músculos de las extremidades. Inmediatamente posterior a (o detrás) del surco central, en el lóbulo parietal, se encuentra otra tira de tejido llamada la corteza somatosensorial primaria, o giro postcentral, que recibe estímulos táctiles de todo el cuerpo. Flanqueado por estas regiones, el surco central puede situarse fácilmente. Un estímulo de amplitud suficiente, aplicada a la corteza motora, provocaría en el paciente un movimiento de un músculo o  músculos específicos en el lado opuesto del cuerpo. Si se aplica en el otro lado del surco central, el mismo estímulo provocaría la sensación de ser tocado, igualmente en una parte específica del lado opuesto del cuerpo.

De esta manera Penfield llevó a cabo, en el transcurso de muchos años, una encuesta minuciosa de la superficie del cerebro. Para el paciente acostado sobre su mesa de operaciones, la sensación provocada por la estimulación eléctrica de una región de la corteza somatosensorial es indistinguible de la que se produce cuando la parte del cuerpo representada por esa región realmente se toca. En esta última situación, la presión de un toque activa las terminaciones nerviosas de los nervios sensoriales, que transmiten la información a la médula espinal y desde allí hasta el cerebro. La sensación se "siente" solamente una vez que la información llega a las células de la corteza somatosensorial. Si en su lugar esas células se activan por la estimulación eléctrica, se siente exactamente la misma sensación. Debido a que el paciente estaba con anestesia local, estaba plenamente consciente, y así podía informar con precisión de en que parte de su cuerpo sentía una sensación. Algunas de las respuestas verbales dadas por los pacientes, mientras que Penfield identificaba el surco central fueron: "Sentía un hormigueo en el dedo", "Sentía cosquillas en mi pulgar derecho", "Me sentí como si  no pudiera hablar" y "Mi lengua parecía paralizada".

Al registrar las respuestas de sus muchos pacientes, Penfield refinó el mapa cortical producido antes con Foerster. Cada operación hizo posible la delimitación de un punto de referencia no reconocido previamente en el mapa. Al tratar de eliminar el tejido de una parte del cerebro que no había operado antes, Penfield primero estimulaba los tejidos circundantes y así empezaba a comprender, a partir de las respuestas del paciente, lo que podría ser su función. Cada vez que un estímulo del electrodo provocaba una respuesta en el paciente, colocaba un pequeño trozo cuadrado de papel, numerado o con letras, en el punto exacto en la superficie del cerebro. También daba una descripción sobre la marcha de los detalles de la operación, de modo que pudieran ser registrados por un taquígrafo y, después de cada estimulación, utilizaba un lápiz y papel estéril para marcar la ubicación exacta en un bosquejo del cerebro del paciente (arriba).

Uno de los muchos descubrimientos significativos de Penfield fue que la circunvolución postcentral contenía una representación somatotópica del cuerpo. El cuerpo está fielmente representado, de manera ordenada, en la corteza somatosensorial, de modo que las entradas de las partes adyacentes del cuerpo están codificadas en las partes adyacentes de la corteza. En casi todos los pacientes que presentaban un tejido tumoral o cicatriz allí, la estimulación de un punto situado detrás de la oreja, invariablemente, provocaba una sensación de hormigueo en la lengua. La estimulación de  la zona un poco más arriba evocaba una sensación táctil en los labios. La aplicación de una corriente más arriba siempre producía una sensación en algún lugar de la mano. Más arriba aún, en posiciones sucesivamente más cerca de la línea media del cerebro, el electrodo podría provocar sensaciones en la muñeca, codos, hombros, tronco, cadera y rodilla. La estimulación del tejido que se encuentra en la superficie medial, dentro de la fisura longitudinal que separa los dos hemisferios, producía sensaciones en el tobillo y los dedos del pie.

Aquí está el caso de un niño que sufría de ataques epilépticos focales que se caracterizaban por una sensación súbita en el lado derecho de su cuerpo y  movimientos de su mano derecha. Las primeras 14 respuestas se obtuvieron mediante la estimulación de la circunvolución postcentral desde arriba hacia abajo y el resto (comenzando con el punto etiquetado G) de la circunvolución precentral, también desde arriba hacia abajo:





Tickets numerados en el cerebro de un paciente que indica las 
respuestas obtenidas por la estimulación eléctrica de cada punto 
(Penfield y Boldrey, 1937).




" 14. Hormigueo desde la rodilla hasta el pie derecho; 13. Entumecimiento hacia abajo de la pierna derecha, con exclusión de los pies; 12. Entumecimiento del borde inferior, lado derecho de la muñeca; 11. Entumecimiento en el hombro derecho; 3. Entumecimiento sentido en la mano y el antebrazo hasta justo por encima del antebrazo; 10. Sensación de hormigueo en el quinto o dedo meñique; 9. Hormigueo en los primeros tres dedos; 4. Siente como un shock y entumecimiento en  cuatro dedos, pero no en el pulgar; 8. Siente sensación de movimiento en el pulgar; 7. Igual que 8; 5. Entumecimiento en el lado derecho de la lengua; 6. Sensación de hormigueo en el lado derecho de la lengua, mas en el labio; 15. Hormigueo en la lengua, asociada con movimientos vibratorios arriba y abajo; 16. Entumecimiento, parte posterior de la lengua, en la línea media; 5. Entumecimiento en el lado derecho de la lengua; (G) Flexión de la rodilla; 18. Crispación leve del brazo y la mano como un shock, y sensación como si quisiera moverlos; 2. Hombros encogidos hacia arriba; no se siente como un ataque; (H) Movimiento clónico del brazo derecho, los hombros, el antebrazo, no hay movimiento en el tronco; (A) Flexión extrema de la muñeca, el codo y la mano; (D) Cierre de la mano y  flexión de su muñeca, como un ataque; 17. Sentía como si fuera a tener un ataque, flexión de brazos y antebrazos, extensión de la muñeca; (E)  Cierre leve de la mano; estimulación seguida de enrojecimiento local del cerebro; esto se repitió con  fuerza en 24. El enrojecimiento fue seguido por la palidez durante unos pocos segundos; (B) El paciente indica que no puede evitar cerrar el ojo derecho, pero en realidad cerraba ambos; (C) hizo un poco de ruido; vocalización. Esto se repitió dos veces. El paciente dice que no podía evitarlo. Se asociaba con el movimiento de los labios superior e inferior, igual en los dos lados.


Aunque el tamaño exacto de la región cortical somatosensorial dedicado a cada parte del cuerpo diferían en tamaño entre los pacientes, la secuencia de sensaciones producidas por estimulaciones repetidas que comenzaban detrás de la oreja y se trasladaban sucesivamente más cerca de la línea media era siempre exactamente la misma. La región de la corteza somatosensorial dedicada a cada parte del cuerpo no se encontró que estuviera relacionada con el tamaño de esa parte del cuerpo, sino más bien con su sensibilidad. Por lo tanto los labios, la lengua y las manos están desproporcionadamente representados en la corteza somatosensorial, con una gran mayoría de tejido neuronal dedicada a ellos. Las regiones menos sensibles del cuerpo, como el tronco, estaban representados por regiones mucho más pequeñas.



Modelo de arcilla 3D del homúnculo sensorial.




Del mismo modo, las estimulaciones de la corteza motora primaria suscitaron una secuencia invariante de los movimientos en los pacientes de Penfield. Un área grande del  lado de la corteza motora producía los movimientos de la mandíbula, los labios o la lengua cuando era estimulada; a veces la estimulación provocaba la salivación. Los movimientos eran similares a los producidos durante la masticación o la deglución y era difícil que el paciente pudiera  hablar en ese momento. La estimulación más arriba casi siempre conducía a la flexión de uno de los dígitos; todavía más hacia arriba, a los movimientos de la mano entera, la muñeca, el codo, y así sucesivamente. En la corteza motora, los labios, la lengua y las manos están representados de manera desproporcionada, debido a que estas partes de los cuerpos contienen un gran número de músculos. Penfield ilustra todos estos hallazgos en los homúnculos sensorial y motor (homúnculo singular, u "hombrecito"), las representaciones visuales conocidas que muestran las áreas de la corteza motora y somatosensorial dedicadas a cada parte del cuerpo, y sus proporciones relativas respecto a la otra.

Ahora sabemos que el sistema somatosensorial se reorganiza después de lesiones como un ictus, y estamos empezando a entender los mecanismos celulares y moleculares por los cuales lo hace. Esta reorganización se produce porque el cerebro permanece "plástico" durante toda la vida, y en algunos casos conduce a una considerable recuperación de la función. Algo similar ocurre tras una amputación, y se cree que subyace tras el síndrome del miembro fantasma, en el cual el amputado experimenta sensaciones, incluidas algunas dolorosas, desde su miembro inexistente. En ese momento, se pensaba que este tipo de procesos eran imposibles; que el cerebro humano adulto no era plástico era uno de los dogmas centrales de la investigación del cerebro, que persistió hasta hace relativamente poco. Penfield, sin embargo, pudo haber observado, sin saberlo, la reorganización funcional de la corteza hace más de 70 años; parece estar aludiendo a ello en este pasaje:


“Durante cualquier exploración las respuestas de la corteza sensitivomotora varían poco, si es que lo hacen. Después de que la estimulación se moviera  arriba y abajo de ambos lados de la fisura de Rolando [surco central] y los tickes se colocaran sobre cada respuesta positiva, todo el proceso podía ser repetido con la misma intensidad de  estimulación y el resultado solía ser idéntico. Las mismas áreas seguirían sin  respuesta y los puntos positivos se repetirían. Pero si se explorara el mismo hemisferio en una operación posterior después de un lapso de tiempo, como lo hemos hecho en cinco casos, el resultado puede ser bastante diferente, porque las zonas muy activas en la primera operación podrían estar mudas en la segunda, y las áreas que no dieron respuesta podrían posteriormente ser fácilmente activadas (Penfield y Boldrey, 1937).


Diagrama original de los homúnculos sensorial y motor,
de Penfield y Rasmussen, 1950).


Durante el curso de su carrera, Penfield operó aproximadamente 400 pacientes, y, finalmente, resumió sus hallazgos en un libro de 1950 llamado La Corteza Cerebral del Hombre. El libro, que fue escrito con su colega Theodore Rasmussen, es un notable documento de las exploraciones eléctricas de Penfield sobre el cerebro humano. Estas exploraciones fueron mucho más allá de las fronteras de las cortezas somatosensoriales y motoras – ya que Penfield trazó las funciones de los lóbulos parietal y temporal, suscitado en sus pacientes con la punta de su electrodo, sueños, olores, recuerdos perdidos hace mucho tiempo, alucinaciones auditivas y visuales e incluso experiencias fuera-del-cuerpo.

Cuando Penfield operaba en la corteza visual, algunos pacientes informaron de fenómenos simples como "estrellas situadas mas bajas que el puente de [la] nariz y más a la derecha" o "estrellas [que] parecían ir de la línea media [del campo visual] un poco hacia la derecha ". Tras la estimulación del lóbulo temporal, otros pacientes informaron sobre cosas más complejas, como  distorsiones de la percepción visual en la que los objetos parecían ser más grandes y estar más cerca o más lejos y más pequeños de lo que realmente eran. La estimulación de la corteza temporal también provocó fenómenos auditivos; algunos pacientes informaron que los sonidos parecían más fuertes de lo normal, mientras que otros informaban de que escuchaban música.

En una serie de pacientes sometidos a estimulación del lóbulo temporal, Penfield provocó una combinación inextricable de sueños, recuerdos y alucinaciones. Como no podía separarlos unos de otros, Penfield llegó a la conclusión de que estos tres fenómenos se basaban en los mismos mecanismos neurales en los lóbulos temporales. Antes de él, otros investigadores habían tratado en vano de buscar el elusivo  rastro de memoria, o "engramas". Karl Lashley, por ejemplo, enseñó a los roedores a encontrar su camino a través de un laberinto, y luego realizó lesiones en sus cerebros en muchos lugares diferentes. No importa donde hiciera la lesión, Lashley no logró borrar los recuerdos de la ruta de los animales a través del laberinto. Al postular la participación de los lóbulos temporales en la memoria, Penfield estaba adelantándose a su tiempo; como veremos a continuación, algunos de los que formó con él acabarían demostrando que las estructuras del lóbulo temporal son de hecho fundamentales para la formación de la memoria.

Penfield formó parte de una dinastía de investigadores que han hecho enormes contribuciones a nuestra comprensión del cerebro. Se aupó sobre los hombros de los gigantes que vinieron antes que él y posteriormente formó a la próxima generación de brillantes científicos. Entre los que estudiaron con él en el MNI estaban Donald Hebb y Brenda Milner, los cuales  se convirtieron en muy influyentes, como Penfield antes que ellos. Hebb se unió al Instituto en 1937, con 34 años, y comenzó a estudiar los efectos de las lesiones y la neurocirugía en la función cerebral. Cinco años más tarde, en colaboración con Karl Lashley en el Centro de Investigación Nacional de Primates Yerkes, escribió un libro innovador llamado La Organización del Comportamiento, en la que se postula, entre otras cosas, el mecanismo de potenciación a largo plazo, lo que hoy es ampliamente considerado como la base neural del aprendizaje y la memoria.




La sala de operaciones en el Instituto Neurológico de Montreal, 
alrededor del año 1958.Wilder Penfield es asistido por Herbert Jasper
 (arriba a la izquierda, monitorizando el EEG)
 y Brenda Milner (abajo a la izquierda).


Milner obtuvo su Ph.D. bajo la supervisión de Hebb y se unió a Penfield en el MNI. En 1953, un paciente con  epilepsia severa intratable, conocido como Henry M. o simplemente HM, fue tratado por un neurocirujano llamado William Scoville, quien utilizó el método de Penfield para evaluarlo. El 1 de septiembre de 1953, Scoville extirpó quirúrgicamente una estructura llamada el hipocampo de ambos hemisferios del cerebro de HM, en un esfuerzo para aliviar sus síntomas. El procedimiento tuvo consecuencias graves - H.M. se quedó con amnesia anterógrada completa, una incapacidad para formar nuevos recuerdos, además de secuencias simples de movimientos. Poco después de la operación, Milner comenzó a evaluar la función de memoria de HM. (Ella lo sigue haciendo, y ahora conoce a  HM desde hace más de 50 años, pero él aún no la reconoce.  Actualización:. HM murió el 2 de diciembre de 2008) Las primeras evaluaciones de HM llevaron a dos trabajos seminales, publicados con Penfield y Scoville, que sentarían las bases de la neuropsicología cognitiva.

Incluso con las técnicas modernas como la neuroimagen funcional a su disposición, los neurocirujanos de hoy todavía utilizan el método de Penfield en sus evaluaciones prequirúrgicas de los pacientes con epilepsia intratable. Pero en lugar de utilizar un solo electrodo como se hacía, ahora utilizan matrices de electrodos incrustados en hojas delgadas de plástico. La investigación citológica de Penfield también fue muy influyente. Su creencia de que las células no neuronales estaban involucrados en diversos procesos patológicos de la neurociencia moderna se adelantó por casi 80 años: ahora se sabe que los astrocitos están involucrados en numerosas enfermedades neurológicas, como la epilepsia.

"La cirugía del cerebro es una terrible profesión",  escribió Penfield, en una carta a su madre en 1921. "Si no sintiera que será muy diferente a lo largo de mi vida, la odiaría". En aquel momento, es poco probable que el joven y modesto cirujano pudiera haber imaginado cuán radicalmente su profesión iba a cambiar en las décadas siguientes, o que él mismo sería el principal instigador de ese cambio.


Texto original: https://neurophilosophy.wordpress.com/2008/08/27/wilder_penfield_neural_cartographer/