Claudio Gutiérrez

La corteza cerebral está compuesta de neuronas, células especializadas en el procesamiento de información. En cuanto células, llevan en sí el material genético del individuo y han sido derivadas por multiplicación de la célula germinal originaria. Como es natural, se parecen enormemente a otras clases de células, en estructura general y en funcionamiento, incluso a la célula única que constituye el organismo completo de una bacteria. Al igual que esta, tienen receptores localizados en su superficie que absorben diversas sustancias. Como ella, también integran distintas informaciones que reciben en su superficie; según lo que resulte de ellas, retienen o disparan una acción, en forma semejante a como la bacteria determina su desplazamiento hacia adelante en busca de alimento o cambia de curso, según el caso. Sin embargo, y debido a la expresión diferenciada de genes propia del ser multicelular, se distinguen considerablemente de otras células del cuerpo tanto en forma como en funcionalidad. En particular, y en contraste con otras clases de células, terminado el desarrollo del sistema nervioso casi todas las neuronas cesan de multiplicarse por el resto de la vida del organismo, asegurando así la identidad y permanencia de la vida mental del individuo.

Las células nerviosas tienen una estructura característica, constituida por un soma o cuerpo —donde reside su núcleo—, unas ramas finas y cortas llamadas dendritas (de dendros "árbol" en griego) entre las cuales puede sobresalir una más larga y central llamada dendrita apical; y finalmente un especie de cola en el otro extremo del soma, conocida como axón o eje neuronal; puede ser muy larga, incluso de más de un metro, por ejemplo si va desde la corteza cerebral hasta un dedo de un pie, vía la médula espinal. Su diámetro en cambio es mínimo: sin contar la capa de mielina que generalmente lo recubre y que aumenta la velocidad de la corriente, puede ser de un rango entre medio y un micrón. El axón se ramifica en una serie de terminales que forman conexiones químicas con las dendritas de otras neuronas, a través de una grieta interneuronal conocida como sinapsis.

La apariencia de las neuronas es espinosa, y como tal la dibujó por primera vez el eminente neurólogo español Santiago Ramón y Cajal, a fines del siglo XIX. Presentamos dos ejemplos de las que son más comunes en la corteza. La más corriente es la que se conoce como piramidal, con figura de pino y provista de una dendrita apical que apunta hacia la superficie de la corteza. El otro tipo abundante es la estrellada, con ramas dirigidas en todas direcciones.

La neurona está dinámicamente polarizada: una onda –cuya naturaleza explicamos más abajo– la recorre constantemente desde las finas puntas de sus dendritas hasta las terminaciones de las ramificaciones del axón. Tal onda le permite comunicar rápidamente con otras neuronas o músculos a considerable distancia.

La célula nerviosa responde a estímulos producidos por neuronas contiguas de tres distintas maneras: se excita, se inhibe, o modula su comportamiento en algún sentido. Si como resultado de esos estímulos la neurona deviene suficientemente excitada, su respuesta será "dispararse", enviando un pulso eléctrico de consideración a lo largo de su cable de salida, el axón. La señal se propagará por este eje y sus ramas, posibilitando el contacto con muchas otras neuronas e influyendo en su comportamiento. Ésta es la función esencial de la neurona: recibir señales de varias otras, sumarlas algebraicamente en el soma (de manera que excitaciones e inhibiciones se compensen entre sí) y enviar o no por medio del axón una excitación o inhibición hacia otras neuronas. Si la neurona no se dispara, mantiene de todas maneras a lo largo de su eje una señal mínima —especie de ruido de fondo— de entre 1 y 5 Hertz (donde 1 Hertz significa una frecuencia de un ciclo por segundo). Esta mínima actividad la mantiene alerta, lista para pasar al estado de transmisión cuando se ajusten estímulos suficientes para ello. Al resultar excitada, su frecuencia de transmisión sube hasta unos 500 Hertz⁽¹⁾.

Las neuronas envían señales únicamente de un tipo a lo largo de sus axones. Pueden resumirse en el mensaje elemental: "¡Qué excitada que estoy!" Por el contrario, no se trasmite señal alguna que signifique "¡Qué deprimida que estoy!"; su depresión se manifiesta solo como silencio. Un sistema de transmisión de señales de tanta simplicidad y elegancia estaba ya presente en las aguamalas, los organismos más sencillos poseedores de sistema nervioso. Su invención debió de haber contribuido mucho a la explosiva proliferación de la fauna ocurrida durante el período cámbrico, hace más de quinientos millones de años.

Los pulsos que trasmite el axón difieren de la corriente eléctrica que circula por un cable de metal, constituida por el desplazamiento de una nube de electrones a todo su largo. Los efectos eléctricos neuronales dependen más bien de átomos eléctricamente cargados (iones) que migran a través de proteínas-compuertas hacia adentro y hacia afuera de la membrana de la célula. Tales migraciones originan alteraciones locales del potencial eléctrico (voltaje) a ambos lados de la membrana⁽²⁾. Es este cambio de potencial, que se conoce como potencial de acción, lo que se propaga a lo largo del eje neuronal en la forma de una onda. La señal absorbe energía para realizarse, de modo que mantiene aproximadamente la misma intensidad a lo largo de su recorrido. Su velocidad típica, para un axón sin mielina, puede ser de un metro y medio por segundo, aproximadamente la velocidad de una bicicleta.

Eventualmente la señal llega a una rama terminal y ahí induce a unas vesículas, pequeños paquetes de sustancias químicas –los llamados neurotransmisores–, a verter su contenido en la grieta sináptica que separa las dos neuronas. Difundidos los neurotransmisores en el líquido que llena este minúsculo foso, atracarán eventualmente del otro lado, donde serán recibidos por neuroreceptores adosados a la membrana de una dendrita o del soma de la neurona postsináptica. La transmisión habrá pasado entonces de ser propagación ondulatoria a ser simple traslado mecánico de compuestos químicos en la rica sopa intercelular. Consecuencia importante de que la transición sináptica sea química y no eléctrica es que pequeñas moléculas de formas particulares pueden interferir con la transmisión, incluso si están presentes en la sopa en muy bajas concentraciones. De ahí por ejemplo los efectos psicodélicos del LSD y los de otras drogas más benéficas que pueden aliviar condiciones mentales como la depresión, causadas por deficiencias de uno u otro neurotransmisor.

Los neuroreceptores son compuertas proteicas⁽³⁾ situadas en alguna de las muchas pequeñas protuberancias de las finas terminaciones de las dendritas o de la membrana del soma. Una neurona pequeña puede tener alrededor de quinientas de estas compuertas, mientras que las grandes neuronas piramidales de la neocortex⁽⁴⁾, llegan a tener hasta veinte mil. Los neurotransmisores difundidos en la grieta sináptica interactúan químicamente con las compuertas proteicas de la neurona recipiente para producir su apertura, lo que influirá en la operación algebraica a cargo del soma que decide si se desata o no un nuevo ciclo de transmisión eléctrica sobre el axón respectivo.

Las terminales de axón de una neurona particular son todas excitativas o todas inhibitorias, nunca una mezcla de ambas. Las sinapsis excitativas usan como principal neurotransmisor el glutamato, precisamente uno de los veinte aminoácidos con que se construyen las proteínas. Las inhibitorias, por su parte, emplean una pequeña molécula llamada GABA. Aproximadamente una quinta parte de las neuronas de la neocortex emiten este neurotransmisor, lo que da idea de la importancia que tiene la función de inhibición en los procesos cerebrales. En contraste con las más importantes neuronas excitativas (las piramidales, de largo alcance) los axones de las células nerviosas inhibitorias son cortos, dando testimonio de que la función inhibitoria tiene carácter preferentemente local. Por otro lado, aunque diferentes neuronas producen respectivamente excitación o inhibición, todas las neuronas reciben ambas clases de estímulos, subrayando la importancia de estar máximamente abiertas a influencias externas. Interesantes características ambas. Pareciera que empiezan a perfilarse ante los investigadores los principios fundamentales de lo que podría llegar a ser con el tiempo una lógica de la computación neuronal.

Aunque solo haya dos principales neurotransmisores en la neocortex —glutamato (o un pariente suyo) para excitar y GABA para inhibir— las cosas no son tan simples en el resto del cerebro. Los dos neurotransmisores clásicos, especialmente rápidos, están dedicados al envío de la información "en tiempo real" necesaria para las operaciones de la sensibilidad y la motilidad. Las neuronas del tallo cerebral que se proyectan a la corteza, en cambio, usan transmisores más lentos, como la serotonina, la norepinefrina y la dopamina. Otras partes del cerebro usan la acetilcolina. Aproximadamente un quinto de las células inhibitorias emiten moléculas orgánicas un poco más grandes, los péptidos, además del favorito GABA. Todos estos transmisores se relacionan con procesos de tipo muy general, como mantener la corteza despierta (la serotonina) o dormirla (la acetilcolina), o contribuir a la memorización de largo plazo. (HOBSON 94) Y no solo hay muchos neurotransmisores: también hay una multitud de tipos de compuerta. Si hubiéramos de calcular la reacción de una neurona al conjunto de sus señales entrantes necesitaríamos conocer las propiedades y distribución de todos estos elementos, tarea de inmensas proporciones.