Lo que aprenderás a hacer: identificar las estructuras básicas de una neurona, la función de cada estructura y cómo viajan los mensajes a través de la neurona
Figura 1. Neurona en cultivo de tejidos.
¿Se ha preguntado alguna vez cómo funciona realmente su cerebro? ¿Qué ocurre exactamente en el interior de su pequeña y arrugada masa mientras lee este texto? En esta sección, aprenderá los fundamentos de la comunicación neuronal en el cerebro, que es la forma en que el cerebro envía mensajes hacia y desde diferentes regiones con el fin de transmitir información crítica sobre su cuerpo y su entorno.
La glía y las neuronas son los dos tipos de células que componen el sistema nervioso. Mientras que la glía suele desempeñar funciones de apoyo, la comunicación entre las neuronas es fundamental para todas las funciones asociadas al sistema nervioso. La comunicación neuronal es posible gracias a las estructuras especializadas de la neurona, como el soma, las dendritas, los axones, los botones terminales y las vesículas sinápticas.
La comunicación neuronal es un evento electroquímico. Las dendritas contienen receptores para los neurotransmisores liberados por las neuronas cercanas. Si las señales recibidas de otras neuronas son lo suficientemente fuertes, un potencial de acción viajará por la longitud del axón hasta los botones terminales, dando lugar a la liberación de neurotransmisores en la sinapsis.
Diferentes neurotransmisores están asociados con diferentes funciones. A menudo, los trastornos psicológicos implican desequilibrios en un determinado sistema de neurotransmisores. Por lo tanto, se prescriben fármacos psicotrópicos en un intento de devolver el equilibrio a los neurotransmisores. Los fármacos pueden actuar como agonistas o como antagonistas de un determinado sistema de neurotransmisores.
Objetivos de aprendizaje
- Explicar el papel y la función de las estructuras básicas de una neurona
- Describir cómo se comunican las neuronas entre sí
- Explicar cómo los fármacos actúan como agonistas o antagonistas de un determinado sistema de neurotransmisores
Neuronas
Los psicólogos que se esfuerzan por comprender la mente humana pueden estudiar el sistema nervioso. Aprender cómo funcionan las células y los órganos (como el cerebro), nos ayuda a entender la base biológica que hay detrás de la psicología humana. El sistema nervioso está compuesto por dos tipos básicos de células: las células gliales (también conocidas como glía) y las neuronas. Las células gliales, que superan en número a las neuronas en una proporción de diez a uno, desempeñan tradicionalmente un papel de apoyo a las neuronas, tanto física como metabólicamente. Las células gliales proporcionan el andamiaje sobre el que se construye el sistema nervioso, ayudan a las neuronas a alinearse estrechamente entre sí para permitir la comunicación neuronal, proporcionan aislamiento a las neuronas, transportan nutrientes y productos de desecho y median en las respuestas inmunitarias. Las neuronas, por su parte, sirven como procesadores de información interconectados que son esenciales para todas las tareas del sistema nervioso. Esta sección describe brevemente la estructura y la función de las neuronas.
Estructura de las neuronas
Las neuronas son los bloques centrales del sistema nervioso, con 100.000 millones de células al nacer. Como todas las células, las neuronas constan de varias partes diferentes, cada una de las cuales cumple una función especializada. La superficie exterior de una neurona está formada por una membrana semipermeable. Esta membrana permite que las moléculas más pequeñas y sin carga eléctrica la atraviesen, mientras que detiene a las moléculas más grandes o altamente cargadas.
Figura 1. Esta ilustración muestra una neurona prototípica, que está siendo mielinizada.
El núcleo de la neurona se encuentra en el soma, o cuerpo celular. El soma tiene extensiones ramificadas conocidas como dendritas. La neurona es un pequeño procesador de información, y las dendritas sirven como sitios de entrada donde se reciben las señales de otras neuronas. Estas señales se transmiten eléctricamente a través del soma y por una extensión mayor del soma conocida como axón, que termina en múltiples botones terminales. Los botones terminales contienen vesículas sinápticas que albergan neurotransmisores, los mensajeros químicos del sistema nervioso.
Los axones varían en longitud desde una fracción de pulgada hasta varios pies. En algunos axones, las células gliales forman una sustancia grasa conocida como vaina de mielina, que recubre el axón y actúa como aislante, aumentando la velocidad a la que viaja la señal. La vaina de mielina es crucial para el funcionamiento normal de las neuronas del sistema nervioso: la pérdida del aislamiento que proporciona puede ser perjudicial para el funcionamiento normal. Para entender cómo funciona esto, consideremos un ejemplo. La esclerosis múltiple (EM), un trastorno autoinmune, implica una pérdida a gran escala de la vaina de mielina en los axones de todo el sistema nervioso. La interferencia resultante en la señal eléctrica impide la rápida transmisión de información por parte de las neuronas y puede provocar una serie de síntomas, como mareos, fatiga, pérdida de control motor y disfunción sexual. Aunque algunos tratamientos pueden ayudar a modificar el curso de la enfermedad y controlar ciertos síntomas, actualmente no se conoce ninguna cura para la esclerosis múltiple.
En los individuos sanos, la señal neuronal se desplaza rápidamente por el axón hasta los botones terminales, donde las vesículas sinápticas liberan neurotransmisores en la sinapsis. La sinapsis es un espacio muy pequeño entre dos neuronas y es un lugar importante donde se produce la comunicación entre las neuronas. Una vez que los neurotransmisores se liberan en la sinapsis, viajan a través del pequeño espacio y se unen a los receptores correspondientes en la dendrita de una neurona adyacente. Los receptores, proteínas de la superficie celular a las que se adhieren los neurotransmisores, varían en su forma, con diferentes formas que «se ajustan» a diferentes neurotransmisores.
Míralo
Este vídeo muestra la estructura y fisiología de una neurona.
¿Cómo «sabe» un neurotransmisor a qué receptor unirse? El neurotransmisor y el receptor tienen lo que se denomina una relación de cerradura y llave: los neurotransmisores específicos encajan en receptores específicos de forma similar a como una llave encaja en una cerradura. El neurotransmisor se une a cualquier receptor en el que encaje.
Figura 2. (a) La sinapsis es el espacio entre el botón terminal de una neurona y la dendrita de otra neurona. (b) En esta imagen pseudocoloreada de un microscopio electrónico de barrido, se ha abierto un botón terminal (verde) para revelar las vesículas sinápticas (naranja y azul) de su interior. Cada vesícula contiene unas 10.000 moléculas de neurotransmisor. (crédito b: modificación del trabajo de Tina Carvalho, NIH-NIGMS; escala-barra de datos de Matt Russell)
Prueba
Ahora que hemos conocido las estructuras básicas de la neurona y el papel que estas estructuras juegan en la comunicación neuronal, echemos un vistazo más de cerca a la señal en sí: cómo se mueve a través de la neurona y luego salta a la siguiente neurona, donde se repite el proceso.
Comenzamos por la membrana neuronal. La neurona existe en un entorno fluido: está rodeada de líquido extracelular y contiene líquido intracelular (es decir, citoplasma). La membrana neuronal mantiene estos dos fluidos separados, un papel fundamental porque la señal eléctrica que pasa por la neurona depende de que los fluidos intra y extracelulares sean eléctricamente diferentes. Esta diferencia de carga a través de la membrana, denominada potencial de membrana, proporciona energía para la señal.
La carga eléctrica de los fluidos está causada por moléculas cargadas (iones) disueltas en el fluido. La naturaleza semipermeable de la membrana neuronal restringe en cierto modo el movimiento de estas moléculas cargadas y, como resultado, algunas de las partículas cargadas tienden a concentrarse más en el interior o en el exterior de la célula.
Entre una señal y otra, el potencial de la membrana de la neurona se mantiene en un estado de preparación, denominado potencial de reposo. Como una banda elástica estirada y a la espera de entrar en acción, los iones se alinean a ambos lados de la membrana celular, listos para atravesar la membrana cuando la neurona se activa y la membrana abre sus puertas (es decir, una bomba de sodio-potasio que permite el movimiento de los iones a través de la membrana). Los iones que se encuentran en zonas de alta concentración están listos para moverse hacia zonas de baja concentración, y los iones positivos están listos para moverse hacia zonas con carga negativa.
En el estado de reposo, el sodio (Na+) se encuentra en concentraciones más altas fuera de la célula, por lo que tenderá a moverse hacia el interior de la misma. El potasio (K+), en cambio, está más concentrado en el interior de la célula, por lo que tenderá a salir de la misma (Figura 3). Además, el interior de la célula está ligeramente cargado negativamente en comparación con el exterior. Esto proporciona una fuerza adicional sobre el sodio, haciendo que se mueva hacia el interior de la célula.
Figura 3. En el potencial de reposo, el Na+ (pentágonos azules) está más concentrado fuera de la célula en el líquido extracelular (mostrado en azul), mientras que el K+ (cuadrados morados) está más concentrado cerca de la membrana en el citoplasma o en el líquido intracelular. Otras moléculas, como los iones de cloruro (círculos amarillos) y las proteínas con carga negativa (cuadrados marrones), contribuyen a una carga neta positiva en el líquido extracelular y a una carga neta negativa en el líquido intracelular.
Desde este estado de potencial de reposo, la neurona recibe una señal y su estado cambia bruscamente (Figura 4). Cuando una neurona recibe señales en las dendritas -debido a que los neurotransmisores de una neurona adyacente se unen a sus receptores- se abren pequeños poros, o puertas, en la membrana neuronal, permitiendo que los iones de Na+, impulsados tanto por las diferencias de carga como de concentración, entren en la célula. Con esta afluencia de iones positivos, la carga interna de la célula se vuelve más positiva. Si esa carga alcanza un determinado nivel, llamado umbral de excitación, la neurona se activa y comienza el potencial de acción. Este proceso de cuando la carga de la célula se vuelve positiva, o menos negativa, se llama despolarización.
Muchos poros adicionales se abren, provocando una afluencia masiva de iones Na+ y un enorme pico positivo en el potencial de membrana, el pico del potencial de acción. En el pico del pico, las puertas de sodio se cierran y las puertas de potasio se abren. Al salir los iones de potasio cargados positivamente, la célula comienza rápidamente la repolarización. Al principio, se hiperpolariza, volviéndose ligeramente más negativa que el potencial de reposo, y luego se nivela, volviendo al potencial de reposo.
Figura 4. Durante el potencial de acción, la carga eléctrica a través de la membrana cambia drásticamente.
Este pico positivo constituye el potencial de acción: la señal eléctrica que típicamente se mueve desde el cuerpo de la célula hacia abajo del axón hasta los terminales del axón. La señal eléctrica se desplaza por el axón como una ola; en cada punto, algunos de los iones de sodio que entran en la célula se difunden a la siguiente sección del axón, elevando la carga más allá del umbral de excitación y desencadenando una nueva afluencia de iones de sodio. El potencial de acción se desplaza por todo el axón hasta los botones terminales.
Míralo
El proceso de comunicación neuronal se explica en el siguiente vídeo.
Porque es todo o nada, el potencial de acción se recrea, o se propaga, con toda su fuerza en cada punto del axón. Al igual que la mecha encendida de un petardo, no se desvanece a medida que viaja por el axón. Es esta propiedad de todo o nada la que explica el hecho de que su cerebro perciba una lesión en una parte distante del cuerpo, como el dedo del pie, como igualmente dolorosa que una en la nariz.
Como se ha señalado anteriormente, cuando el potencial de acción llega al botón terminal, las vesículas sinápticas liberan sus neurotransmisores en la sinapsis. Los neurotransmisores viajan a través de la sinapsis y se unen a los receptores de las dendritas de la neurona adyacente, y el proceso se repite en la nueva neurona (suponiendo que la señal sea lo suficientemente fuerte como para desencadenar un potencial de acción). Una vez emitida la señal, el exceso de neurotransmisores en la sinapsis se aleja, se descompone en fragmentos inactivos o se reabsorbe en un proceso conocido como recaptación. La recaptación implica que el neurotransmisor es bombeado de vuelta a la neurona que lo ha liberado, con el fin de despejar la sinapsis (Figura 5). La limpieza de la sinapsis sirve tanto para proporcionar un estado claro de «encendido» y «apagado» entre las señales como para regular la producción de neurotransmisores (las vesículas sinápticas llenas proporcionan señales de que no es necesario producir neurotransmisores adicionales).
Figura 5. La recaptación implica el movimiento de un neurotransmisor desde la sinapsis de vuelta a la terminal del axón desde la que fue liberado.
La comunicación neuronal es a menudo referida como un evento electroquímico. El movimiento del potencial de acción a lo largo del axón es un evento eléctrico, y el movimiento del neurotransmisor a través del espacio sináptico representa la parte química del proceso.
Pruébalo
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Mira el siguiente vídeo para ver cómo se comunican las neuronas dentro del cuerpo.
Neurotransmisores y drogas
Hay varios tipos diferentes de neurotransmisores liberados por diferentes neuronas, y podemos hablar en términos generales sobre los tipos de funciones asociadas a los diferentes neurotransmisores (Tabla 1). Gran parte de lo que los psicólogos saben sobre las funciones de los neurotransmisores procede de la investigación sobre los efectos de los fármacos en los trastornos psicológicos. Los psicólogos que adoptan una perspectiva biológica y se centran en las causas fisiológicas del comportamiento afirman que los trastornos psicológicos como la depresión y la esquizofrenia están asociados a desequilibrios en uno o más sistemas de neurotransmisores. Desde esta perspectiva, los medicamentos psicotrópicos pueden ayudar a mejorar los síntomas asociados a estos trastornos. Los medicamentos psicotrópicos son fármacos que tratan los síntomas psiquiátricos restaurando el equilibrio de los neurotransmisores.
| Neurotransmisor | Involucrado en | Potencial efecto en el comportamiento |
|---|---|---|
| Acetilcolina | Acción muscular, memoria | Aumento de la excitación, mejora de la cognición | Beta-endorfina | Dolor, placer | Disminución de la ansiedad, disminución de la tensión |
| Dopamina | Estado de ánimo, sueño, aprendizaje | Aumento del placer, supresión del apetito |
| Ácido gamma-aminobutírico (GABA) | Función cerebral, sueño | Disminución de la ansiedad, disminución de la tensión |
| Glutamato | Memoria, aprendizaje | Aumento del aprendizaje, mejora de la memoria |
| Norepinefrina | Corazón, intestinos, estado de alerta | Aumento de la excitación, supresión del apetito |
| Serotonina | Estado de ánimo, sueño | Modulación del estado de ánimo, supresión del apetito |
Las drogas psicoactivas pueden actuar como agonistas o antagonistas de un determinado sistema de neurotransmisores. Los agonistas son sustancias químicas que imitan a un neurotransmisor en el lugar del receptor y, por lo tanto, potencian sus efectos. Un antagonista, en cambio, bloquea o impide la actividad normal de un neurotransmisor en el receptor. Los fármacos agonistas y antagonistas se prescriben para corregir los desequilibrios específicos de los neurotransmisores que subyacen a la enfermedad de una persona. Por ejemplo, la enfermedad de Parkinson, un trastorno progresivo del sistema nervioso, se asocia a niveles bajos de dopamina. Por lo tanto, los agonistas de la dopamina, que imitan los efectos de la dopamina uniéndose a los receptores de la misma, son una estrategia de tratamiento.
Ciertos síntomas de la esquizofrenia se asocian a una neurotransmisión dopaminérgica hiperactiva. Los antipsicóticos utilizados para tratar estos síntomas son antagonistas de la dopamina, es decir, bloquean los efectos de la dopamina al unirse a sus receptores sin activarlos. Por lo tanto, impiden que la dopamina liberada por una neurona envíe información a las neuronas adyacentes.
A diferencia de los agonistas y los antagonistas, que actúan uniéndose a los receptores, los inhibidores de la recaptación impiden que los neurotransmisores no utilizados sean transportados de vuelta a la neurona. Esto deja más neurotransmisores en la sinapsis durante más tiempo, aumentando sus efectos. La depresión, que se ha relacionado sistemáticamente con la reducción de los niveles de serotonina, suele tratarse con inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (ISRS). Al impedir la recaptación, los ISRS refuerzan el efecto de la serotonina, dándole más tiempo para interactuar con los receptores de serotonina en las dendritas. Los ISRS más comunes que se comercializan actualmente son el Prozac, el Paxil y el Zoloft. La droga LSD es estructuralmente muy similar a la serotonina, y afecta a las mismas neuronas y receptores que ésta. Los fármacos psicotrópicos no son soluciones instantáneas para las personas que sufren trastornos psicológicos. A menudo, una persona debe tomar un fármaco durante varias semanas antes de ver una mejora, y muchos fármacos psicoactivos tienen importantes efectos secundarios negativos. Además, la respuesta de cada persona a los fármacos varía enormemente. Para mejorar las posibilidades de éxito, no es raro que las personas que reciben farmacoterapia se sometan también a terapias psicológicas y/o conductuales. Algunas investigaciones sugieren que la combinación de la farmacoterapia con otras formas de terapia tiende a ser más eficaz que cualquier tratamiento por separado (para un ejemplo de este tipo, véase March et al, 2007).
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Revisa el proceso de comunicación neuronal en el siguiente vídeo de psicología de CrashCourse: