Módulo 7: Neuronas (PDF)

CAPITULO 3. NEUROCIENCIA Y COMPORTAMIENTO MODULO 7. Neuronas Estructura de la neurona Tocar el piano, conducir un auto o golpear una pelota de tenis dependen, en cierto nivel, de una coordinación muscular precisa. Pero si consideramos cómo pueden activarse los músculos con tanta precisión, vemos...

CAPITULO 3. NEUROCIENCIA Y COMPORTAMIENTO MODULO 7. Neuronas Estructura de la neurona Tocar el piano, conducir un auto o golpear una pelota de tenis dependen, en cierto nivel, de una coordinación muscular precisa. Pero si consideramos cómo pueden activarse los músculos con tanta precisión, vemos que participan procesos más fundamentales. Para que los músculos produzcan los complejos movimientos que conforman cualquier actividad física relevante, el cerebro debe enviarles y coordinar los mensajes correctos. Estos mensajes ---lo mismo que los que nos permiten pensar, recordar y experimentar emociones--- se transmiten a lo largo de células especializadas llamadas neuronas. Las neuronas, o células nerviosas, son los componentes básicos del sistema nervioso. Su cantidad es impresionante: es posible que nuestros cuerpos tengan hasta cien mil millones de neuronas. Aunque existen varios tipos de neuronas, todas tienen una estructura similar, como se ilustra en la figura 1. Como la mayoría de las células del cuerpo, las neuronas disponen de un cuerpo celular que contiene un núcleo. El núcleo incorpora el material hereditario que determina cómo funciona la célula. A las neuronas, las mantienen físicamente en su sitio las células gliales; además, les proporcionan alimento, las aíslan, ayudan a reparar daños y, en general, mantienen el funcionamiento neuronal. Sin embargo, en contraste con muchas otras células, las neuronas tienen una característica distintiva: pueden comunicarse con otras células y transmitir información a distancias relativamente largas. Muchas de las neuronas del cuerpo reciben señales del ambiente o transmiten los mensajes del sistema nervioso a los músculos y otras células objetivo, aunque la gran mayoría de las neuronas se comunican solo con otras neuronas en el complejo sistema de información que regula el comportamiento. Cómo se muestra en la figura 1, las neuronas poseen en los extremos un conjunto de fibras que se conocen como dendritas. Las dendritas son la parte de la neurona que recibe los mensajes de otras neuronas. Parecen como las ramas torcidas de un árbol. En el extremo opuesto del cuerpo celular se halla una extensión tubular delgada y larga llamada axón. El axón transmite los mensajes recibidos por las dendritas a otras neuronas. Es considerablemente más largo que el resto de la neurona y, aunque la mayoría de los axones tiene varios milímetros de longitud, algunos llegan a medir hasta poco más de 91 centímetros. Al final de los axones hay pequeñas protuberancias llamadas botones terminales. Los botones terminales envían mensajes a otras neuronas y parecen como un pequeño relieve al final del axón. Los mensajes que viajan por una neurona son eléctricos. Estos mensajes o impulsos eléctricos ordinariamente se desplazan por las neuronas en una sola dirección, como si viajaran por una calle de un solo sentido. Los impulsos siguen una ruta que comienza en las dendritas, continúa por el cuerpo celular y se dirige finalmente a lo largo de la extensión tubular, que es el axón, hasta las neuronas adyacentes. Para impedir que los mensajes generen cortocircuito entre ellos, los axones deben estar aislados de alguna manera (como se aíslan los cables eléctricos). La mayoría de los axones están aislados por una vaina de mielina, un recubrimiento protector de grasa y proteína que envuelve al axón, como el revestimiento de las secciones de un chorizo. La vaina de mielina también sirve para aumentar la velocidad con la que viaja el impulso eléctrico por los axones. Los axones que transmiten la información más importante y requerida con más urgencia cuentan con las mayores concentraciones de mielina. Si su mano toca una estufa caliente, por ejemplo, la información relacionada con el dolor se transmite por los axones en la mano y el brazo que tienen una cubierta relativamente gruesa de mielina, lo cual acelera la velocidad del mensaje de dolor hasta el cerebro para que usted pue-da reaccionar al instante. Cómo se activan las neuronas Como un arma, las neuronas se disparan ---es decir, transmiten un impulso eléctrico por el axón--- o no se disparan. No hay una fase intermedia, del mismo modo que jalar más fuerte el gatillo de un arma no hará que la bala viaje más rápido. De igual modo, las neuronas siguen una ley de todo o nada: están activas o inactivas, sin nada entre los estados de activación e inactivación. Cuando existe la fuerza suficiente para jalar el gatillo, la neurona dispara. Antes de que la neurona se active ---es decir, cuando se encuentra en estado de repo-so--- tiene una carga negativa de alrededor de --70 milivoltios (un milivoltio es la milésima parte de un voltio). Esta carga se debe a la presencia de más iones con carga negativa dentro de la neurona que fuera de ella. (Un ion es un átomo con carga eléctrica.) Piense en la neurona como si se tratara de una batería en miniatura en la cual la parte interna representara el polo negativo y la externa el polo positivo. Cuando llega un mensaje a una neurona, se abren brevemente unas compuertas que hay en la membrana celular para permitir que los iones con carga positiva ingresen a gran velocidad, con ritmos de hasta 100 millones de iones por segundo. El ingreso repentino de estos iones positivos provoca que la carga en una parte cercana de la célula cambie momentáneamente de negativa a positiva. Cuando la carga positiva alcanza un nivel crítico, se oprime el "gatillo" y el impulso eléctrico, conocido como potencial de acción, viaja por el axón de la neurona (figura 2). El potencial de acción se desplaza de un extremo a otro del axón, como lo hace una llama por una mecha. Conforme viaja el impulso por el axón, el movimiento de los iones genera un cambio en la carga, de negativa a positiva, en las secciones sucesivas del axón (figura 3). Después de que el impulso ha pasado por una determinada sección del axón, se expulsa a los iones positivos de esa sección y su carga vuelve a ser negativa, mientras que el potencial de acción sigue desplazándose por el axón. Justo después de que el potencial de acción atravesó una sección del axón, la membrana celular de esa región no puede admitir de nuevo iones positivos durante unos cuantos mili-segundos y, por ende, la neurona no puede dispararse de nuevo de inmediato al margen de cuánta estimulación reciba. Es como si un arma tuviera que recargarse después de cada disparo. Luego sigue un periodo en el que, aunque es posible que la neurona dispare, necesita un estímulo más intenso que el que se requeriría si la neurona hubiera alcanzado su estado normal de reposo. Sin embargo, a la larga la neurona está lista para dispararse una vez más. VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN Estos sucesos complejos ocurren a velocidades vertiginosas, aunque hay una gran variación entre diferentes neuronas. La velocidad particular a la que viaja un potencial de acción está determinada por el tamaño del axón y el grosor de su vaina de mielina. Los axones con diámetros pequeños transmiten los impulsos a una velocidad aproximada de 3 kilómetros por hora; los más largos y gruesos promedian velocidades de más de 362 kilómetros por hora. Las neuronas se diferencian no solo en términos de la velocidad que alcanza un impulso por el axón, sino también en su tasa de disparo potencial. Algunas neuronas tienen capacidad de dispararse hasta mil veces por segundo, en tanto que otras lo hacen a tasas mucho más lentas. La intensidad del estímulo determina la tasa de disparo potencial que alcanza una neurona. Un estímulo fuerte, como una luz brillante o un sonido fuerte, genera una tasa de disparo superior a la de un estímulo menos intenso. En consecuencia, aunque todos los impulsos se desplazan con la misma fuerza o velocidad por un determinado axón, en correspondencia con la ley de todo o nada, hay variación en la frecuencia de los impulsos, lo cual provee un mecanismo según el cual podemos distinguir el cosquilleo de una pluma, del peso de alguien que separa sobre los dedos de nuestros pies. NEURONAS ESPEJO Aunque todas las neuronas operan por el disparo de los potenciales de acción, hay diferentes tipos de neuronas con especializaciones sustanciales. Por ejemplo, los neurocientíficos descubrieron la existencia de neuronas espejo, células nerviosas que se disparan no solo cuando una persona ejecuta determinado comportamiento, sino también cuando simplemente observa a otro individuo que presenta el mismo comportamiento. Las neuronas espejo pueden explicar cómo (y por qué) los seres humanos tenemos la capacidad para entender las intenciones de los demás. En concreto, las neuronas espejo pueden dispararse cuando vemos que alguien hace algo, lo cual nos ayuda a prever sus objetivos y qué es posible que haga a continuación. Él descubrimiento de las neuronas espejo sugiere que la capacidad de los niños para imitar a los demás puede ser una conducta innata. Además, las neuronas espejo podrían estar en el origen de la empatía ---esos sentimientos de preocupación, compasión y conmiseración por los demás--- e incluso en el desarrollo del lenguaje en los humanos. Algunos investigadores sugieren un papel todavía más amplio de las neuronas espejo. Por ejemplo, estas neuronas, que responden al sonido, parecen relacionarse con la percepción del habla y la comprensión del lenguaje. Incluso, estimular el sistema de las neuronas espejo puede ayudar a las víctimas de accidentes cerebrovasculares y a quienes tienen problemas emocionales a desarrollar mayor empatía (Gallese et al., 2011; Hoenen, Lübke y Pause, 2017). El lugar donde se conectan las neuronas: superar la brecha Si ha mirado dentro de una computadora, habrá visto que cada pieza está conectada físicamente con otra. En contraste, la evolución ha producido un sistema de transmisión nerviosa que en algunos puntos no necesita una conexión estructural entre sus componentes. En lugar de ello, la brecha entre dos neuronas se cierra recurriendo a una conexión química llamada sinapsis (figura 4). La sinapsis es el espacio entre dos neuronas donde el axón de una neurona emisora se comunica con las dendritas de una neurona receptora por medio de mensajes químicos. Cuando un impulso nervioso llega al extremo de un axón y alcanza un botón terminal, este libera un mensajero químico llamado neurotransmisor. Los neurotransmisores llevan mensajes de una neurona a otra. Como un barco que transporta pasajeros al otro lado de un río, estos mensajeros químicos pasan del axón de una neurona emisora a la dendrita de una neurona receptora. Tenga presente que la modalidad química de transmisión de mensajes que ocurre entre las neuronas difiere notablemente del medio por el que ocurre la comunicación dentro de las neuronas: aunque los mensajes viajan en forma eléctrica dentro de una neurona, se mueven entre las neuronas por medio de un sistema de transmisión química. Existen varios tipos de neurotransmisores y no todas las neuronas son capaces de recibir el mensaje químico transportado por un neurotransmisor específico. En el mismo sentido que una pieza de un rompecabezas solo encaja en determinado sitio, cada tipo de neuro-transmisor tiene una configuración distintiva que le permite ajustarse a un tipo concreto de sitio receptor en la neurona receptora (figura 4b). Solo cuando un neurotransmisor encaja en forma precisa en un sitio receptor, es posible que ocurra una comunicación química exitosa. Cuando un neurotransmisor encaja en el sitio de una neurona receptora, el mensaje químico que transmite puede ser básicamente de uno de dos tipos: excitatorio o inhibitorio. Los mensajes excitatorios son mensajes químicos que hacen más probable que la neurona receptora se active y que un potencial de acción descienda por su axón. En contraste, los mensajes inhibitorios hacen lo contrario: proporcionan información química que impide o disminuye la probabilidad de que la neurona receptora se active. Como las dendritas de una neurona reciben mensajes excitatorios e inhibitorios simultáneamente, la neurona debe integrar los mensajes mediante una especie de calculadora química. Dicho sin rodeos, si los mensajes excitatorios (¡Dispare!) superan a los inhibitorios (¡No dispare!), la neurona se activa. En contraste, si los mensajes inhibitorios superan a los excitatorios, no ocurre nada y la neurona continúa en estado de reposo. Si los neurotransmisores permanecieran en el sitio de la sinapsis, las neuronas receptoras estarían inmersas en un continuo baño químico que produciría estimulación o inhibición constantes a las neuronas receptoras. Esto volvería imposible la comunicación eficiente en la sinapsis. Para resolver este problema, existen enzimas que desactivan a los neurotransmisores o, más comúnmente, el botón terminal los reabsorbe en un ejemplo de reciclaje químico que se conoce como recaptación. La recaptación es el proceso en el que el botón terminal que produjo un neurotransmisor lo reabsorbe. Como una aspiradora que succiona el polvo, las neuronas reabsorben los neuro-transmisores que ahora obstruyen la sinapsis. Toda esta actividad ocurre a una velocidad increíble, ya que el proceso requiere apenas de unos cuantos milisegundos (Gingrich et al., 2017).Nuestra comprensión del proceso de recaptación ha permitido el desarrollo de diversos medicamentos que se emplean para el tratamiento de trastornos psicológicos. Algunos antidepresivos conocidos como ISRS, o inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina, permiten que ciertos neurotransmisores permanezcan activos durante un periodo más prolongado en determinadas sinapsis del cerebro, lo cual reduce los síntomas de la depresión (Hilton et al., 2013; Leong et al., 2017; Jauhar et al., 2019).Neurotransmisores: mensajeros químicos superdotados Los neurotransmisores son un enlace de particular importancia entre el sistema nervioso y el comportamiento. No solo son importantes para mantener funciones cerebrales y corporales vitales, sino que una deficiencia o un exceso de neurotransmisor puede causar trastornos conductuales graves. Se ha descubierto que más de un centenar de sustancias químicas actúan como neurotransmisores, y los neurocientíficos consideran que a la larga podrán identificarse más. En la figura 5 se describen los principales neurotransmisores y sus efectos (Schmidt, 2006).Uno de los neurotransmisores más comunes es la acetilcolina (o ACh, que es su símbolo químico), que se halla en todo el sistema nervioso. La ACh participa en cada movimiento que hacemos porque, entre otras cosas, transmite los mensajes relacionados con nuestros músculos esqueléticos. La ACh también es útil en las capacidades de memoria; de hecho, es posible que la disminución en la producción de este neurotransmisor se relacione con la enfermedad de Alzheimer (Bazalakova et al., 2007; Van der Zee, Platt y Riedel, 2011; Betterton et al., 2017). Hay otro neurotransmisor excitatorio común que desempeña una función importante en la memoria: el glutamato. Al parecer los recuerdos se producen por cambios bioquímicos específicos en ciertas sinapsis, y el glutamato, junto con otros neurotransmisores, desempeña una función importante en esos procesos (Micheau y Marighetto, 2011; Solomonia y McCa-be, 2015; Jelen et al., 2019). El ácido gamma aminobutírico (GABA), que se encuentra tanto en el cerebro como en la médula espinal, parece ser el principal neurotransmisor inhibitorio del sistema nervioso. Modera diversos comportamientos que abarcan desde la alimentación hasta la agresividad. Varias sustan-cias comunes, como el tranquilizante Valium y el alcohol, son eficaces porque permiten que el GABA opere de forma más eficiente (Ball, 2004; Criswell et al., 2008; Lobo y Harris, 2008).Otro neurotransmisor importante es la dopamina (DA), que participa en el movimiento, la atención y el aprendizaje. El descubrimiento de que ciertos medicamentos tienen un efecto considerable en la liberación de dopamina ha generado el desarrollo de tratamientos eficaces para diversas afecciones físicas y mentales. Por ejemplo, la enfermedad de Parkinson, que padece el actor Michael J. Fox, se debe a una deficiencia de dopamina en el cerebro. Las técnicas para aumentar la producción de dopamina en los pacientes con Parkinson están demostrando su eficacia. En otros casos, la sobreproducción de dopamina genera consecuencias negativas. Por ejemplo, los investigadores han planteado la hipótesis de que la presencia de niveles inusualmente elevados de dopamina influye o produce la esquizofrenia y algunas otras perturbaciones mentales graves. Los fármacos que bloquean la recepción de dopamina reducen los síntomas exhibidos por algunas personas con diagnóstico de esquizofrenia. Otro neurotransmisor, la serotonina, se asocia con la regulación del sueño, la alimentación, el estado de ánimo y el dolor. Un conjunto creciente de investigaciones señala que la sero-tonina desempeña una función más amplia, pues sugieren que participa en comportamientos tan diversos como el alcoholismo, la depresión, el suicidio, la impulsividad, la agresividad y el afrontamiento del estrés (Carrillo et al., 2009; Pawluski, Li y Lonstein, 2019).Las endorfinas, otra clase de neurotransmisores, son una familia de sustancias químicas producidas por el cerebro similares en estructura a los medicamentos analgésicos como la morfina. La producción de endorfinas refleja el esfuerzo del cerebro para lidiar con el dolor y elevar el estado de ánimo. También es posible que las endorfinas produzcan la sensación de euforia que experimentan en ocasiones los corredores tras largas carreras. El ejercicio y tal vez el dolor impli-cados con una larga carrera al parecer estimulan la producción de endorfinas, lo cual genera en última instancia lo que ha sido denominado "euforia del corredor" (Stanojevic, Mitic y Vujic, 2007; Stoll, 2019).La liberación de endorfinas también podría explicar otros fenómenos que han desconcertado a los psicólogos por largo tiempo. Por ejemplo, el acto de tomar placebos (pastillas u otras sustancias que no contienen medicamento real, pero que los pacientes creen que los hacen sentir mejor) puede inducir la liberación de endorfinas, lo cual conduce a la reducción del dolor (Crum y Langer, 2007; Bruehl et al., 2017).