Apuntes de las Clases desarrolladas los sabados 3 y 10 de marzo en la Catedra de Neurociencias Basicas de la Carrera de Medicina de la UMAX.
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LAS NEURONAS
Son células especializadas en recibir, procesar y transmitir información, a nivel intercelular como intracelular. Lo hacen mediante señales electroquímicas (impulsos nerviosos) llamados potencial de acción.
Estructuralmente, las neuronas tienen los mismos elementos citoplasmáticos y la misma información genética que el resto de células del organismo.
Las neuronas están formadas por tres partes:
- Cuerpo o soma: es la parte principal de la célula, la que contiene el núcleo (con el ADN), el retículo endoplasmático y los ribosomas (producen proteínas) y las mitocondrias (generan energía). En el soma se realizan la mayoría de funciones metabólicas de la célula. Si se muere el soma, se muere la célula.
- Axones: es una prolongación que sale del soma celular, es una especie de “cable”, en cuyo final existen unos botones terminales o varicosidades que son los puntos de contacto sináptico, a través de los cuales se transmite el impulso nervioso (elemento pre-sináptico). La longitud de los axones puede variar mucho de neurona a neurona: los hay desde muy cortos (menos de 1 mm) hasta los más largos (más de un metro, que suelen ser de nervios periféricos como los de las motoneuronas). Algunos axones (sobre todo los de las neuronas motoras y sensoriales) están recubiertos por una capa de mielina que agiliza, y facilita, la transmisión de información. Cuanta más mielina contenga el axón, con más fuerza llegará el impulso nervioso. Las neuronas que más mielina tienen son las periféricas (neuronas sensoriales y motoras) que son en las que la información tiene que recorrer caminos más largos.
- Dendritas: son unas terminaciones nerviosas que salen del soma celular que se ramifican en forma de árbol. Las dendritas constituyen el componente principal de recepción de información (elemento postsináptico) y son las que posibilitan la comunicación entre dos neuronas.
LAS CÉLULAS GLIALES
Son el tipo de célula más abundante del SNC. Tienen la capacidad de dividirse en el cerebro adulto (neurogénesis) y su presencia es necesaria para el buen funcionamiento cerebral. Constituyen el principal soporte estructural de las neuronas, recubren sus axones con mielina para una mejor transmisión sináptica (células de Schwann), desempeñan un rol en el aporte nutricional de la célula, participan en los mecanismos de regeneración y reparación nerviosa, en los mecanismos de inmunización, mantenimiento de la barrera hematoencefálica, etc.
Existen varios tipos de células gliales entre ellos los astrocitos, los oligodendrocitos y la microglía. Y en el sistema nervioso periférico las células de Schwann, las satélite y los macrofágos: La sustancia gris del cerebro corresponde principalmente a los somas y dendritas de las neuronas. La sustancia blanca es la zona donde predominan los axones de las neuronas. Se ve de este color más blanquecino por el recubrimiento que la mayoría de ellos llevan de mielina.
SINAPSIS
¿Cómo funciona el cerebro? El cerebro funciona a través de la transmisión de información entre las neuronas (u otras células receptoras o efectoras) mediante impulsos eléctrico-químicos. Está transmisión de información se produce durante la sinapsis.
En la sinapsis neuronas y células se ponen en contacto y mediante descargas químicas e impulsos eléctricos se intercambian neurotransmisores que son los encargados de excitar o inhibir la acción de la otra célula. Los botones terminales de los axones son los elementos pre-sinápticos de la comunicación neuronal, mediante los cuales la neurona establece comunicación con las dendritas, el soma o incluso otro axón. Toda esta transmisión de información mediante las neuronas se hace en cuestión de milisegundos.
De manera paralela y coordinada se producen cientos de conexiones que nos permiten percibir, entender y responder al mundo de forma adecuada. Recibimos miles de inputs y generamos miles de outputs en cuestión de segundos y todo funciona con la precisión de un reloj suizo. Nos podemos imaginar el cerebro como un gran cableado que conecta con todo el cuerpo y dentro del mismo cerebro.
La sinapsis neuronal es la zona de transmisión de impulsos nerviosos eléctricos entre dos células nerviosas (neuronas) o entre una neurona y una glándula o célula muscular. Una conexión sináptica entre una neurona y una célula muscular se denomina unión neuromuscular, mientras que la transmisión sináptica es el proceso por el que las células nerviosas se comunican entre sí.
El término sinapsis significa ‘conexión’ y fue introducido por Charles Sherrington en 1897. Había sido descrito por Ramón y Cajal, que las visualizó al microscopio óptico por primera vez. La sinapsis en realidad se trata de un pequeño espacio que separa las neuronas y consta de:
- Una terminación presináptica que contiene neurotransmisores, mitocondrias y otros orgánulos celulares
- Una terminación postsináptica que contiene receptores para neurotransmisores
- Una hendidura sináptica o espacio entre las terminaciones presináptica y postsináptica.
Para que se produzca la comunicación entre las neuronas, un impulso eléctrico debe viajar por un axón hasta la terminal sináptica. En general, las sinapsis sólo dejan pasar la información en un solo sentido. Por ello, en cualquier sinapsis hay una neurona presináptica y una neurona postsináptica. El espacio que queda entre las dos neuronas se llama espacio sináptico. La neurona presináptica transmite el impulso eléctrico a la neurona postsináptica a través de la sinapsis.
El cerebro humano contiene alrededor de 100 mil millones de neuronas (o células nerviosas) y muchas más neuroglias (o células gliales) que sirven para apoyar y proteger a las neuronas. Cada neurona puede estar conectada hasta a 10.000 neuronas, transmitiéndose señales entre sí a través de hasta 1.000 billones de conexiones sinápticas, lo que equivale, según algunas estimaciones, a una computadora con un procesador de 1 billón de bits por segundo. Se cree que la capacidad de memoria del cerebro humano varía de entre 1 a 1,000 terabytes. Y es que hay más sinapsis en nuestro encéfalo que estrellas en la Vía Láctea.
El sistema nervioso humano usa varios neurotransmisores y neurorreceptores diferentes, y no todos funcionan de la misma manera. Podemos agrupar sinapsis en distintos tipos:
a. Según la forma de transmisión de la información
- Sinapsis eléctricas: representan una pequeña fracción del total de sinapsis. En estas sinapsis, las membranas de las dos células se tocan y comparten proteínas. Esto permite que el potencial de acción pase directamente de una membrana a la siguiente. Son muy rápidas, pero no son muy abundantes y solo se encuentran en el corazón y el ojo.
- Sinapsis químicas: son las más frecuentes. La transmisión sináptica está intercedida por la liberación de sustancias químicas, por parte de la neurona presináptica, que interaccionan con moléculas específicas de la célula postsináptica (receptores), lo que ocasiona cambios en el potencial de membrana postsináptico. Las sustancias químicas liberadas se llaman neurotransmisores.
b. Según los efectos postsinápticos
- Sinapsis excitadoras: Estas sinapsis tienen neurorreceptores que son canales de sodio. Cuando los canales se abren, los iones positivos fluyen hacia adentro, causando una despolarización local y haciendo que un potencial de acción sea más probable. Los neurotransmisores típicos son la acetilcolina, el glutamato o el aspartato.
- Sinapsis inhibidoras: Estas sinapsis tienen neurorreceptores que son canales de cloruro. Cuando los canales se abren, los iones negativos fluyen provocando una hiperpolarización local y haciendo menos probable un potencial de acción. Con estas sinapsis, un impulso en una neurona puede inhibir un impulso en la siguiente. Los neurotransmisores típicos son glicina o GABA.
NEUROTRANSMISORES
Los neurotransmisores son sustancias químicas creadas por el cuerpo que transmiten señales (es decir, información) desde una neurona hasta la siguiente a través de las sinapsis. Cuando esto ocurre, la sustancia química se libera por las vesículas de la neurona pre-sináptica, atraviesa el espacio sináptico y actúa cambiando el potencial de acción en la neurona post-sináptica.
Existen distintos neurotransmisores, cada uno de ellos con distintas funciones. De hecho, el estudio de esta clase de sustancias es fundamental para entender cómo trabaja la mente humana. La lista de neurotransmisores conocidos ha ido aumentando desde los años 80, y en la actualidad se han contabilizado más de 60. Esto no es extraño, teniendo en cuenta la complejidad y la versatilidad del cerebro humano. En él se producen todo tipo de procesos mentales, desde la gestión de las emociones hasta la planificación y creación de estrategias, pasando por la realización de movimientos involuntarios y el uso del lenguaje. Toda esta variedad de tareas tiene detrás a muchas neuronas coordinándose entre sí para hacer que las diferentes partes del encéfalo funcionen de manera coordinada, y para ello es necesario que cuenten con un modo de comunicación capaz de adaptarse a muchas situaciones. El uso de los diferentes tipos de neurotransmisores permite regular de muchos modos distintos la manera en la que se van activando unos u otros grupos de células nerviosas. Por ejemplo, cierta ocasión puede requerir que los niveles de serotonina bajen y los de dopamina suban, y eso tendrá una consecuencia determinada en lo que ocurra en nuestra mente. Así, la existencia de la gran variedad de neurotransmisores permite hacer que el sistema nervioso cuente con una amplia gama de comportamientos, lo cual es necesario para adaptarse a un entorno que cambia constantemente.
Pero, ¿cuáles son los neurotransmisores más importantes del organismo humano y qué funciones desempeñan? A continuación se mencionan los principales neuroquímicos.
Serotonina
Dopamina
Endorfinas
Adrenalina (epinefrina)
La adrenalina es un neurotransmisor que desencadena mecanismos de supervivencia, pues se asocia a las situaciones en las que tenemos que estar alerta y activados porque permite reaccionar en situaciones de estrés. En definitiva, la adrenalina cumple tanto funciones fisiológicas (como la regulación de la presión arterial o del ritmo respiratorio y la dilatación de las pupilas) como psicológicas (mantenernos en alerta y ser más sensibles ante cualquier estímulo).
Noradrenalina (norepinefrina)
La adrenalina está implicada en distintas funciones del cerebro y se relaciona con la motivación, la ira o el placer sexual. El desajuste de noradrenalina se asocia a la depresión y la ansiedad.
Glutamato
El glutamato es el neurotransmisor excitatorio más importante del sistema nervioso central. Es especialmente importante para la memoria y su recuperación, y es considerado como el principal mediador de la información sensorial, motora, cognitiva, emocional. De algún modo, estimula varios procesos mentales de importancia esencial. Las investigaciones afirman que este neurotransmisor presente en el 80-90% de sinapsis del cerebro. El exceso de glutamato es tóxico para las neuronas y se relaciona con enfermedades como la epilepsia, el ictus la esclerosis lateral amiotrófica.
GABA
El GABA (ácido gamma-aminobutírico) actúa como un mensajero inhibidor, por lo que frena la acción de los neurotransmisores excitatorios. Está ampliamente distribuido en las neuronas del córtex, y contribuye al control motor, la visión, regula la ansiedad, entre otras funciones corticales.
Acetilcolina
Como curiosidad, este es el primer neurotransmisor que se descubrió. Este hecho ocurrió en 1921 y el hallazgo tuvo lugar gracias a Otto Loewi, un biólogo alemán ganador del premio Nobel en 1936. La acetilcolina ampliamente distribuida por las sinapsis del sistema nervioso central, pero también se encuentra en el sistema nervioso periférico. Algunas de las funciones más destacadas de este neuroquímico son: participa en la estimulación de los músculos, en el paso de sueño a vigilia y en los procesos de memoria y asociación.
Los neurotransmisores pueden clasificarse de la siguiente manera:
- Aminas: Son neurotransmisores que derivan de distintos aminoácidos como, por ejemplo, el triptófano. En este grupo se encuentran: Norepinefrina, epinefrina, dopamina o la serotonina.
- Aminoácidos: A diferencia de los anteriores (que derivan de distintos aminoácidos), éstos son aminoácidos. Por ejemplo: Glutamato, GABA, aspartato o glicina.
- Purinas: Las investigaciones recientes indican que las purinas como el ATP o la adenosina también actúan como mensajeros químicos.
- Gases: Óxido nítrico es el principal neurotransmisor de este grupo.
- Péptidos: Los péptidos están ampliamente distribuidos en todo el encéfalo. Por ejemplo: las endorfinas, las dinorfinas y las taquininas.
- Ésteres: Dentro de este grupo se encuentra la acetilcolina
NEUROPLASTICIDAD
La neuroplasticidad, también conocida como plasticidad cerebral o neuronal, es el concepto que hace referencia al modo en el que nuestro sistema nervioso cambia a partir de su interacción con el entorno. Ni siquiera en el caso de los gemelos monocigóticos esta interacción es idéntica, lo cual significa que cada persona percibe el mundo y actúa sobre él de una manera diferente, dependiendo de la secuencia de contextos que le toque vivir. Además, la plasticidad neuronal no es algo que tarde mucho en producirse: ocurre de manera constante, en tiempo real, e incluso mientras dormimos. Constantemente estamos recibiendo un torrente de estímulos y estamos emitiendo un flujo constante de acciones que modifican el entorno, y todos estos procesos hacen que nuestro encéfalo se vaya modificando.
Para entenderlo de una manera simple, podemos pensar en aquello a lo que hace referencia el término “plasticidad”. El cerebro, al igual que el plástico, puede adaptarse a prácticamente cualquier molde. Sin embargo, en esta comparación hay que matizar dos cosas. La primera es que la neuroplasticidad depende de la intervención de una inteligencia externa que dirija el proceso de modelado de forma hacia una finalidad concreta (en el caso del ejemplo, el fabricante de figuras o piezas de plástico), y la segunda es que, a diferencia del plástico, la estructura y la forma de los componentes de nuestro cerebro puede cambiar mucho de manera constante: no solo en una “fase de fabricación”.
La neuroplasticidad se basa en el modo en el que las neuronas de nuestro sistema nervioso se conectan entre sí. Tal y como descubrió el médico español Santiago Ramón y Cajal, el cerebro no está compuesto por una maraña de células compactadas que forman una sola estructura, sino que son cuerpos microscópicos con autonomía y físicamente separadas las unas de las otras que, van mandándose información sin llegar a unirse entre sí de manera definitiva. Son, en definitiva, individualidades morfológicas.
Cuando un grupo de neuronas se activan a la vez, estas tienden a mandarse información entre sí. Si este patrón de activación se repite con cierta frecuencia, estas neuronas no solo se mandan información, sino que tienden a buscar una unión más intensa con las otras que se activan a la vez, volviéndose más predispuestas a mandarse información entre ellas. Este aumento de la probabilidad de activarse juntas se expresa físicamente en la creación de ramificaciones neuronales más estables que unen a estas células nerviosas y las vuelven físicamente más próximas, lo cual modifica la microestructura del sistema nervioso. Por ejemplo, si las neuronas que se activan cuando reconocemos los patrones visuales de una tableta de chocolate se "encienden" a la vez que las que se activan cuando experimentamos el sabor de lo dulce, ambos grupos de células nerviosas se conectarán un poco más entre sí, lo cual hará que nuestro cerebro cambie aunque sea un poco. Lo mismo ocurre con cualquier otra experiencia: aunque no lo notemos, constantemente estamos experimentando vivencias (o, mejor dicho, pequeñas porciones de vivencias) que se dan prácticamente a la vez y que hacen que unas neuronas refuercen más sus lazos y otras debiliten más los suyos. Esto ocurre tanto con las sensaciones como con la evocación de recuerdos y de ideas abstractas.
¿Tiene alguna finalidad esta capacidad de nuestro sistema nervioso a la hora de ser moldeado por nuestras experiencias? En realidad, no; es un simple producto de la evolución que, durante cientos de millones de años, ha ido tallando nuestro encéfalo y haciendo que tenga ciertas propiedades. En realidad, la plasticidad cerebral es lo opuesto a un diseño creado para alcanzar objetivos concretos, ya que en vez de volver nuestra conducta algo estereotípico y predecible, hace que sea increíblemente compleja, conectada con los múltiples detalles del contexto en el que vivimos y dependiente de nuestras experiencias pasadas. Eso hace que la neuroplasticidad tenga una faceta negativa (la aparición de fobias, traumas, etc.) y otra positiva (nuestra capacidad de aprender de nuestra experiencia y crear formas de pensar complejas y sofisticadas, por ejemplo). Sin embargo, que la plasticidad cerebral no tenga una finalidad concreta no significa que en el balance de los pros y los contras, los primeros hayan superado a los segundos. La creación de sociedades amplias y muy interconectadas, nuestra capacidad de inventar artefactos y nuevos avances tecnológicos y, por supuesto, la facilidad a la hora de aprender un lenguaje son fenómenos de los que hemos disfrutado gracias a la plasticidad cerebral y que explican buena parte del apabullante éxito evolutivo que, de momento, ha tenido nuestra especie.
La plasticidad cerebral hace que nuestra capacidad de adaptarnos a situaciones cambiantes sea muy alta, ya que podemos lidiar con buena parte de los problemas nuevos ante los cuales la evolución no ha tenido tiempo de generar un mecanismo de adaptación mediante la selección natural. Ante una catástrofe natural, por ejemplo, no hace falta esperar a que las presiones ambientales hagan que unos individuos se reproduzcan más que el resto, haciendo que miles de años después toda la población cuente con una herencia genética apropiada para lidiar con el problema: simplemente, los individuos de unas pocas generaciones aprenden a crear soluciones tecnológicas y sociales que nunca antes habían sido concebidas. Las implicaciones personales Más allá de este frío análisis basado en el crecimiento de la población humana, que no tiene por qué corresponderse con el valor personal que le podamos atribuir a la neuroplasticidad, también podríamos decir que buena parte de nuestra capacidad de ser felices depende de esta característica de nuestro sistema nervioso central. Sin plasticidad cerebral no podríamos crear ideas abstractas necesarias para generar una memoria autobiográfica que nos permita ser conscientes de nosotros mismos, ni podríamos aprender de nuestros errores ni, en general, disponer de aquello que llamamos "vida mental". La plasticidad cerebral es un componente tan básico del funcionamiento normal de nuestro encéfalo que sin él seríamos lo más parecido a un robot de cadena de montaje que nos pudiésemos imaginar.
Al mismo tiempo, la plasticidad cerebral hace que seamos muy buenos a la hora de desarrollar resiliencia, que es nuestra capacidad de superar situaciones muy duras. Por ejemplo, se sabe que la percepción de bienestar subjetivo no mengua significativamente a medida que envejecemos alejándonos del momento de nuestro nacimiento, lo cual indica que a pesar de todos los golpes que nos puede dar la vida estos no "se acumulan" ni comprometen nuestra felicidad de forma crónica. Este mantenimiento en el nivel de bienestar se produce gracias a la capacidad de nuestras neuronas a la hora de reorganizarse entre ellas del modo más conveniente, incluso cuando la edad hace que muchas de ellas vayan desapareciendo. En definitiva, a neuroplasticidad nos permite mantenernos a flote a pesar de las adversidades físicas y emocionales. Aunque muchas veces tendamos a mitificar aquellos aspectos de la mente humana que parecen permanentes, nunca debemos olvidar que cada uno de nosotros somos seres en constante cambio, literalmente; y esto vale también para nuestra psique.
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