Central Nervous System: Crash Course Anatomy & Physiology #11

Summary

El guion ofrece una visión detallada del sistema nervioso central, enfocándose en el cerebro y su desarrollo desde un tubo neural hasta las estructuras complejas de un adulto. Se discute cómo el cerebro se divide en áreas especializadas, como la Broca, que afecta la capacidad de hablar tras un derrame cerebral. Se explora la importancia de la localización en la función cerebral y cómo las áreas del cerebro, como la corteza cerebral, regulan movimientos voluntarios y funciones avanzadas. Además, se menciona el sistema nervioso periférico, que se explorará en futuras lecciones.

Takeaways

• 🧠 La historia de James muestra cómo un derrame cerebral puede afectar específicamente la capacidad de hablar debido a la lesión en la zona de Broca del cerebro.
• 🎤 A pesar de su afasia de Broca, James recuperó la capacidad de comunicarse a través del canto, que utiliza una región diferente del cerebro.
• 🔍 Mucho de lo que sabemos sobre el funcionamiento del cerebro proviene del estudio de lesiones cerebrales, lo que revela la especialización de áreas específicas del cerebro.
• 📐 El cerebro está compuesto de áreas muy específicas con funciones específicas, lo que se refleja en su organización y desarrollo desde un tubo neural en el embrión.
• 👶 El desarrollo del sistema nervioso central comienza con un tubo neural que se diferencia en tres vesiculas primarias: el prosencefalon, el mesencefalon y el rombencefalon.
• 🧬 A lo largo del desarrollo, estas vesiculas se transforman en cinco vesiculas secundarias que eventualmente se convierten en las estructuras cerebrales maduras.
• 🌟 El mesencefalon, metencefalon y mielencefalon se convierten en el cerebelo y el tronco encefálico, que regulan la actividad muscular y las funciones vitales involuntarias.
• 🤖 El diencefalo, parte del prosencefalon, contiene estructuras como el tálamo y la hipotálamo, que regulan la homeostasis y la actividad emocional.
• 🧐 El telencefalon, la parte más grande del cerebro, se desarrolla en los cerebros hemispheres y el córtex cerebral, responsables de las funciones más avanzadas como el pensamiento y la conciencia.
• 🔗 El córtex cerebral está dividido en lobos con funciones específicas, como el lóbulo frontal para el control muscular y funciones cognitivas, y el lóbulo temporal para la información auditiva y el lenguaje.
• 🌐 El sistema nervioso periférico es esencial para que el cerebro se comunique con el mundo exterior, complementando el trabajo del sistema nervioso central.

Q & A

¿Qué impacto tuvo el accidente cerebrovascular en la vida de James?

El accidente cerebrovascular dejó a James con una afasia de Broca, lo que significó que perdió la capacidad de hablar, aunque aún podía entender el habla de otros.

¿Cuál es la función principal del área de Broca en el cerebro?

El área de Broca es parte responsable de la capacidad de producir y procesar el lenguaje, y dañarla puede resultar en la afasia de Broca, que afecta la producción de palabras comprensibles.

¿Cómo logró James recuperar algo de su capacidad de comunicación después de su accidente?

James recuperó algo de su capacidad de comunicación a través del canto, que utiliza una región diferente del cerebro, la cual está en el lado derecho y es análoga al área de Broca en el lado izquierdo.

¿Qué nos enseña el caso de James sobre la especialización del cerebro?

El caso de James muestra que el cerebro está dividido en regiones especializadas que pueden o no interactuar entre sí para producir una acción dada, y que las vulnerabilidades del cerebro pueden ser increíblemente específicas.

¿Cuál es la función principal del sistema nervioso central?

El sistema nervioso central se encarga de integrar la información sensorial que recolecta el sistema nervioso periférico y responde a ella mediante la coordinación de actividades conscientes e inconscientes.

¿Qué es lo que conecta el cerebro con el resto del cuerpo y también controla los reflejos básicos?

La médula espinal conecta el cerebro con el resto del cuerpo y controla los reflejos básicos y patrones musculares que no requieren la aprobación del cerebro para funcionar.

¿Cómo se desarrolla inicialmente el sistema nervioso central en un embrión?

El sistema nervioso central comienza como un tubo neural simple en un embrión, que luego se estira y se divide para formar la médula espinal y tres ventricles primarios que se conocen como el proencefalo, el mesencefalo y el rinoencefalo.

¿Cuáles son las tres divisiones principales del tronco cerebral y qué funciones básicas vitales regulan?

Las tres divisiones principales del tronco cerebral son el mesencefalo, el pons y la médula oblongada, que regulan funciones básicas vitales como el ritmo del corazón, la función pulmonar, el sueño, el apetito, la sensibilidad al dolor y la conciencia.

¿Qué estructuras del cerebro se encargan de tareas más complejas y qué se encuentra en ellas?

El diencefalo se encarga de tareas más complejas y alberga estructuras como el tálamo, hipófisis, epitalamo y cuerpos mamilares, que regulan el homeostasis, la alerta y la actividad reproductiva, entre otras funciones.

¿Cuál es la función del cerebro en el procesamiento de la información sensorial y en la toma de decisiones conscientes?

El cerebro procesa la información sensorial y envía señales motoras reflejos para reaccionar sin pensar. Además, pasa los datos a regiones como la corteza cerebral, que hacen el pensamiento consciente sobre los estímulos.

¿Cómo se divide el cerebro en regiones y qué función principal desempeña cada una?

El cerebro se divide en regiones llamadas lóbulos, cada uno con un conjunto de funciones principales. Por ejemplo, el lóbulo frontal controla el movimiento muscular y funciones cognitivas, el lóbulo occipital procesa la visión, el lóbulo parietal procesa la sensación táctil y el lóbulo temporal ayuda a ordenar la información auditiva y el lenguaje.

Outlines

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🧠 Funciones específicas del cerebro y el caso de James

El primer párrafo narra la historia de James, un profesional y padre de dos hijos que sufrió un derrame cerebral a los 45 años, lo que causó daños en la región de Broca del hemisferio izquierdo de su cerebro, resultando en la afasia de Broca. Esto provocó que perdiera la capacidad de hablar, aunque aún podía entender el habla de otros. La afasia de Broca afecta la producción y procesamiento del lenguaje, dejando a los afectados con la capacidad de entender pero no de producir palabras comprensibles. James, a través de la terapia, logró recuperar parte de su capacidad de comunicación a través del canto, ya que este utiliza una región diferente del cerebro, la que está en el lado derecho y es análoga a la región de Broca. Eventualmente, aprendió a hablar enseñando al lado derecho de su cerebro a hablar en lugar de cantar. El párrafo también introduce la idea de que el cerebro está compuesto de áreas específicas con funciones específicas, y cómo el sistema nervioso central y periférico trabajan en armonía para integrar la información sensorial y responder a ella.

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🧬 Desarrollo y estructura del sistema nervioso central

El segundo párrafo se enfoca en el desarrollo y la estructura del sistema nervioso central, que incluye el cerebro y la médula espinal. Se describe cómo el sistema nervioso se divide en el sistema central y periférico, y cómo el cerebro integra la información sensorial y responde a ella a través de actividades conscientes e inconscientes. El párrafo también explica la protección que recibe el cerebro por parte del cráneo y la médula espinal, así como el papel de la médula espinal en la conducción de señales bidireccionales y el control de reflejos musculares básicos. Luego, se detalla el desarrollo del sistema nervioso central desde un tubo neural hasta las estructuras adultas, incluyendo la formación de los cinco vesículos secundarios y sus correspondientes estructuras cerebrales maduras: el tronco cerebral, el cerebelo, el diencefalo y los hemisferios cerebrales. Se mencionan las funciones básicas del tronco cerebral y el cerebelo, así como las tareas más complejas realizadas en el diencefalo, incluyendo el sistema límbico y la regulación de emociones y funciones reproductivas. El párrafo concluye con una descripción del cerebro, su capa exterior de corteza cerebral y su capa interna de materia blanca, y las funciones avanzadas que desempeña, como el movimiento voluntario, el pensamiento, el aprendizaje y la conciencia.

Keywords

💡Broca’s aphasia

Broca’s aphasia es una condición causada por daño en una zona específica del cerebro llamada área de Broca, que afecta la capacidad de producir y procesar el lenguaje. En el video, se muestra cómo James, un hombre que sufrió un derrame cerebral, experimentó esta afasia, pudiendo entender pero no poder hablar de manera comprensible. Este término es clave para entender cómo diferentes áreas del cerebro están relacionadas con funciones específicas del lenguaje.

💡área de Broca

La área de Broca es una región del cerebro ubicada en el hemisferio izquierdo que es parte del lóbulo frontal y está involucrada en la producción y comprensión del lenguaje. En el script, se menciona cómo un derrame afectó esta área en James, resultando en la afasia de Broca. Este concepto es central para entender cómo el daño en áreas específicas del cerebro puede tener consecuencias en la comunicación.

💡apraxia de Broca

La apraxia de Broca es una forma de disfunción del habla en la que las personas pueden tener dificultades para articular palabras a pesar de que su inteligencia y lenguaje no están afectados. Aunque no se menciona explícitamente en el script, está implícito en la discusión sobre la afasia de Broca y cómo James recuperó parcialmente su capacidad de comunicación a través del canto, lo que indica una separación entre la comprensión del lenguaje y su producción.

💡sistema nervioso central

El sistema nervioso central es compuesto por el cerebro y la médula espinal, y es responsable de integrar la información sensorial y coordinar las respuestas del cuerpo. En el video, se destaca cómo el sistema nervioso central trabaja en armonía con el sistema nervioso periférico para procesar las sensaciones, pensamientos y comandos, como el aguiluzarse ante el sol brillante o responder al timbre del teléfono.

💡medula espinal

La médula espinal es parte del sistema nervioso central y actúa como un conductor de señales entre el cerebro y el resto del cuerpo. Además, controla los reflejos musculares básicos, como se ilustra con el ejemplo del pollo que todavía puede moverse después de ser decapitado. Este concepto es fundamental para entender cómo el cuerpo responde a estímulos sin la necesidad de procesamiento cerebral.

💡vesículas primarias

Las vesículas primarias son las divisiones iniciales del tubo neural en el desarrollo del sistema nervioso central. El script menciona que el tubo neural se divide en tres vesículas primarias: el proencefalon, el mesencefalon y el rombencefalon, que eventualmente se transforman en estructuras más complejas del cerebro adulto. Este término es crucial para entender el desarrollo del cerebro.

💡vesículas secundarias

Las vesículas secundarias son las divisiones adicionales que surgen a partir de las tres vesículas primarias durante el desarrollo del cerebro. El script describe cómo el proencefalon se divide en el telencefalon y el diencefalon, y el rombencefalon en el metencefalon y el mielencefalon, con el mesencefalon permaneciendo sin cambios. Estas divisiones son esenciales para el desarrollo de las estructuras cerebrales maduras.

💡cerebro

El cerebro es el órgano encargado de procesar la información, controlar las funciones corporales y ser el centro de la conciencia y la mente. En el video, se describe cómo el cerebro se desarrolla desde un tubo neural hasta las estructuras complejas que forman el cerebro adulto, y cómo diferentes áreas del cerebro tienen funciones específicas, como la comprensión del lenguaje y la memoria.

💡cortex cerebral

El cortex cerebral es la capa externa del cerebro compuesta de tejido nervioso gris y es responsable de las funciones más avanzadas, como el pensamiento, el aprendizaje y el reconocimiento emocional. En el script, se resalta cómo el crecimiento del cortex cerebral ha llevado a una mayor complejidad y desarrollo de las funciones cerebrales superiores.

💡lóbulos cerebrales

Los lóbulos cerebrales son divisiones del cerebro que se encuentran en cada hemisferio y que tienen funciones específicas. El script menciona varios lóbulos, como el frontal (control de los músculos y funciones cognitivas), el occipital (procesamiento visual), el parietal (sensaciones táctiles y de dolor) y el temporal (procesamiento auditivo y lenguaje). Estos lóbulos son esenciales para entender cómo el cerebro se especializa en diferentes tareas.

💡sistema nervioso periférico

El sistema nervioso periférico es compuesto por los nervios que se extienden desde el sistema nervioso central hacia el resto del cuerpo. Su función es transmitir información sensorial y motora entre el cerebro y el cuerpo. En el video, se indica que el sistema nervioso periférico es esencial para que el cerebro pueda interactuar con el mundo exterior, complementando así la función del sistema nervioso central.

Highlights

James suffered a stroke at 45, resulting in Broca’s aphasia which impaired his speech production but left comprehension intact.

Broca’s area in the left hemisphere of the brain is crucial for language production.

Broca’s aphasia patients can often understand speech but struggle to produce intelligible words.

James could respond to questions by repeating the word 'too', demonstrating some speech abilities post-stroke.

With therapy, James regained communication abilities through singing, which uses a different part of the brain.

Singing engages the right side of the brain, analogous to Broca’s area, aiding in speech recovery for some aphasia patients.

The brain’s understanding has been significantly advanced by studying injuries like strokes, tumors, and accidents.

The brain is composed of highly specialized regions, each with specific functions.

The nervous system is divided into the central nervous system (CNS) and the peripheral nervous system (PNS).

The CNS integrates sensory information and coordinates responses, while the PNS collects sensory data.

The brain sorts sensory information and issues commands, performing complex functions like thinking and remembering.

The spinal cord facilitates two-way communication between the brain and the body, and controls basic reflexes.

The brain and spinal cord are protected by the skull and vertebrae, as well as meninges and cerebrospinal fluid.

The brain's specialized regions may not interact with each other, leading to specific vulnerabilities.

The developing central nervous system starts as a neural tube that differentiates into the brain and spinal cord.

The primary brain vesicles (forebrain, midbrain, hindbrain) evolve into secondary vesicles that form adult brain structures.

The brainstem, cerebellum, diencephalon, and cerebral hemispheres develop from the secondary vesicles.

The brainstem is responsible for vital functions like heart rate and breathing.

The diencephalon includes the thalamus and hypothalamus, regulating homeostasis and emotions.

The telencephalon develops into the cerebrum, responsible for higher cognitive functions and voluntary movements.

The cerebrum’s growth led to the formation of gyri and sulci to fit within the skull.

The corpus callosum connects the left and right cerebral hemispheres, allowing communication.

Different lobes of the cerebral hemispheres have distinct functions, such as motor control and sensory processing.

The brain’s complexity and specialization highlight the importance of location in its functions.

Transcripts

James was healthy professional, a father of two. He had lots of friends, loved telling

jokes, and played softball on Sundays.

Then one day, at the age of 45, he suffered a stroke. He bounced back fairly quickly,

with one major exception: He was no longer able to speak. The stroke damaged a specific

area in the left hemisphere of his brain called Broca’s area, and left him with what’s

known as Broca’s aphasia.

Broca’s area is partly responsible for the ability to produce and process language, and

Broca’s aphasia often leaves its sufferers with some ability to understand speech, but

an inability to produce intelligible words.

James could understand his wife when she asked if he wanted cereal for breakfast, but he

could only respond by repeating the word “too” -- although he could still intonate as though

he were speaking a whole sentence.

Then, after some time and therapy, something rather unexpected happened -- James regained

some ability to communicate through singing.

Broca’s aphasia can sometimes be treated by teaching patients to sing, because singing

uses a different region of the brain -- one that’s on the right side and that’s analogous

to Broca’s area on the left.

So after some practice, James could sing words, and he eventually relearned how to talk by

teaching the right side of his brain to speak rather than sing.

Whether it’s a stroke affecting your speech, a tumor destroying your memory, a concussion

affecting your aggression, or that fateful iron rod that shot straight through Phineas Gage’s

skull -- a lot of what we know about how the brain works has come through studying injuries to it.

And what we’ve learned so far is that, even though it looks like a 1.4-kilogram lump of

gray, congealed oatmeal, the brain is made up of super-specific areas that have super-specific functions.

You might actually say the same thing about your brain that’s sometimes said about politics:

Everything is local.

You’ll remember that our nervous system is divided into two main networks that work

in harmony -- the central nervous system, consisting of your amazing brain and spinal

cord, and the peripheral nervous system, made up of the nerves coming out of that central nervous system.

The central nervous system’s main game is integrating the sensory information that the

peripheral system collects from all over the body, and responding to it by coordinating

both conscious and unconscious activity.

The sun is bright, so I’ll shade my eyes; I’m hungry, so I’m calling the pizza man;

the phone is ringing, maybe I’ll answer it.

All these sensations, thoughts, and directions process through this two-part system.

It’s the brain, of course, that sorts out all that sensory information and gives orders.

It also carries out your most complex functions, like thinking, and feeling, and remembering.

Meanwhile, your spinal cord conducts two-way signals between your brain and the rest of

your body, while also governing basic muscle reflexes and patterns that don’t need your

brain’s blessing to work -- this is how a chicken can still run around even if the

poor thing has been decapitated.

Both your spinal cord and brain are made of fragile, jelly-like nervous tissue that is

extremely susceptible to injury.

So all that goo is well-protected by the bones of your vertebrae and cranium, as well as

membrane layers, or meninges, before being bathed in a cushy waterbed of clear cerebrospinal fluid.

This fluid actually allows your brain to float somewhat in your skull, reducing its weight

and letting it slosh around while you and your head are free to move.

But even with all that extra protection, your brain is still vulnerable. And one thing James’s

story taught us is that its vulnerabilities can be incredibly specific, because your brain

is divided into specialized regions that may, or may not, interact with each other to produce a given action.

We can better understand this division of labor by looking at how the brain first develops

into its main component parts.

Inside a developing embryo, the central nervous system starts off as a humble little neural tube.

Soon the caudal, or lower, end of the tube stretches out, forming the spinal cord, while

the cranial end begins to expand, divide, and enlarge into three primary brain vesicles,

or interconnected chambers.

This is kind of your proto-brain.

We call these chambers the prosencephalon, the mesencephalon, and the rhombencephalon

-- or forebrain, midbrain, and hindbrain.

By an embryo’s fifth week of development, these main three chambers start morphing into

five secondary vesicles that essentially form the roots of what will become your grown-up brain structures.

The prosencephalon divides into two sections -- the telencephalon and the diencephalon.

The rhombencephalon forms into another pair, called the metencephalon and the myelencephalon.

And in between, the mesencephalon, thanks to evolution, remains undivided.

The real action starts as these five secondary vesicles start developing into the major adult

brain regions that you might be more familiar with -- the brainstem, the cerebellum, the

diencephalon, also known as the interbrain, and finally the cerebral hemispheres.

But, in order to go from a simple tube into that classic, wrinkly icon we think of as

the “brain,” each of these five vesicles grows in different ways. Basically, some develop

a lot more than others.

The least dramatic changes occur in the three most caudal or lower sections: the mesencephalon,

the metencephalon, and the myelencephalon.

They go on to form the cerebellum, which mostly helps coordinate muscular activity, and the brainstem,

which plays a vital role in relaying information between the body and the higher regions of the brain.

The brainstem actually has three main components -- and I know this is getting to be a lot

of vocabulary here -- you have the midbrain, the pons, and the medulla oblongata. Together

they regulate many of the most basic, vital involuntary functions, like keeping your heart on pace, keeping

your lungs working, and controlling things like sleep, and appetite, and pain sensitivity, and awareness.

But of the three brainstem parts, it’s your midbrain that carries out the higher-level functions.

Like, when your eyes track a fast moving object, or when you look behind you after hearing

some sudden loud sound, it’s the midbrain that receives and processes that sensory information

and sends out the reflexive motor signals, so you react without thinking.

The midbrain also passes that data to regions like the cerebral cortex, which do the actual

conscious thinking about the stimuli, like “What is that thing whizzing across the sky?”

or “WHAT JUST EXPLODED BEHIND ME?!”

So with the brainstem and cerebellum covering your basic life and motor functions, you start

to see somewhat more complex tasks being carried out in the next major brain structure, the diencephalon.

This is where you find the thalamus, hypothalamus, epithalamus, and the mammillary bodies, which

regulate things like homeostasis, alertness, and reproductive activity. Here we also find

part of the limbic system, which is a center for strong emotions, like fear.

This area is sometimes called the “reptilian brain” because we share it with some of

our less philosophical animal brethren like lizards and fish.

I’m not putting these guys down, but by our standards, they don’t think so much

as focus on the more instinctual pursuits that are ruled by the caudal regions of the

brain -- eat, drink, sleep, mate, stay safe.

All those things are awesome. But it wasn’t until the appearance of birds and mammals

that some animals’ brains came to be dominated by the last of the five vesicles, the telencephalon.

During your brain’s growth, the telencephalon undergoes the biggest changes of all, as it

develops into the most brainy part of your brain -- the two classic, walnut-looking hemispheres

we collectively call the cerebrum, that cover the rest of your brain like a mushroom cap on its stalk.

That’s the cerebrum -- not to be confused with Cerebro, which is Professor X’s telepathy-enhancing

device -- and it is the largest region of the brain and performs the highest functions.

It’s made up of the wrinkled, outer layer of “gray matter” called the cerebral cortex,

and the inner squishy layer of “white matter” beneath it.

And it’s the cerebrum that rules our voluntary movements and our most advanced tricks, like thinking,

and learning, and regulating and recognizing emotions, and experiencing consciousness in general.

You’ll remember that higher processing requires lots of synapses, which require lots of nervous tissue.

So as the cerebrum grew through evolutionary time, it got more massive but our skull didn’t exactly keep up.

So in order to squeeze all that material into your skull, the brain forms little creases,

called gyri, and larger grooves, or sulci, giving it more folds than than an origami pineapple.

And although a big fissure separates the left and right hemispheres, the two halves communicate,

through a series of myelinated axon fibers called the corpus callosum.

And each hemisphere has other, smaller fissures that divide it into lobes -- each with a different

set of major functions.

The frontal lobe, for example, governs muscle control and cognitive functions like planning

for the future, concentration, and preventing socially unacceptable behaviors.

In most people, this area doesn’t finish developing until after the teenage years,

which tells you a lot about the teenage years. Since Broca’s area lives in this lobe in

the left hemisphere, it also is important in language comprehension and speech.

If you’re enjoying a beautiful sunset, you can thank your occipital lobe at the back

of your head for processing those bright visual cues.

And the next time you step on a lego, you can curse your parietal lobe, which processes

the sensations of touch, pain, and pressure.

Meanwhile the temporal lobe helps sort out auditory information, including language.

It contains Wernicke’s area -- another important region of the brain associated with the production

of written and spoken language.

This part of the limbic system includes your short-term memory keeper, the hippocampus,

and the emotional amygdala, which controls sexual and social behavior. So, if you damage

the wrong part of your temporal lobe, you may never again be able to remember what you

ate for lunch… or you might suddenly become a total jerk who kicks kittens and cuts in line.

We could do a whole course on the finer-grained functions and consequences of malfunction

in every bit of brain in your gourd, but, well, we can’t do that today.

And you got to remember that, when it comes to your body, no organ or system is an island.

Your brain would be pretty useless if it weren’t hooked up to the outside world. That’s where

the peripheral nervous system comes in, which we’ll be spending the next few lessons exploring.

Meanwhile, you learned today about the central nervous system and how important location

is to brain function. We looked at how the brain develops from an unassuming neural tube

into three primary vesicles, and then five secondary vesicles, and finally into our complex

set of four adult structures and their basic functions.

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This episode was written by Kathleen Yale. The script was edited by Blake de Pastino,

and our consultant, is Dr. Brandon Jackson. It was directed by Nicholas Jenkins and Michael

Aranda, and our graphics team is Thought Café.