Fronteras para las mentes jóvenes

Resumen

Imagina que quieres contar algo nuevo a tus amigos; podrías susurrárselo al oído o gritarlo en voz alta. Esto se parece bastante a las dos formas de comunicación que se producen dentro de tu cerebro. El cerebro contiene miles de millones de células nerviosas, llamadas neuronas, que establecen un gran número de conexiones con partes especializadas de otras neuronas, llamadas dendritas, para formar redes. Se pensaba que las neuronas se comunicaban entre sí transmitiendo («susurrando») señales químicas directamente a través de estas conexiones, pero ahora sabemos que también pueden difundir mensajes más ampliamente («anuncios públicos») liberando señales químicas desde otras partes de la neurona, incluidas las propias dendritas. Si comprendemos cómo y qué comunican las neuronas entre sí, tendremos la oportunidad de corregir las alteraciones de la comunicación que pueden dar lugar a comportamientos alterados y trastornos cerebrales.

Sabemos que el cerebro humano es la estructura más compleja. Tiene aproximadamente 80 mil millones de células nerviosas, llamadas neuronas. ¡Ochenta mil millones (80.000.000.000)! Esto es más de 10 veces el número de neuronas que hay en la Tierra. Las neuronas se comunican entre sí mediante unas sustancias químicas especiales llamadas neurotransmisores. Los neurotransmisores son como palabras químicas que envían «mensajes» de una neurona a otra. Hay muchos tipos diferentes de neurotransmisores: algunos estimulan las neuronas, haciéndolas más activas; otros las inhiben, haciéndolas menos activas. Las neuronas controlan literalmente todo lo que usted hace.

Las neuronas son los bloques de construcción de su cerebro

Las neuronas tienen muchas formas y tamaños, pero es útil pensar en una neurona como en un árbol. Una neurona tiene tres partes principales, el cuerpo celular, un axón y las dendritas (Figura 1). El tronco del árbol (cuerpo celular) almacena la información genética (ADN) en un compartimento llamado núcleo. El cuerpo celular también contiene la maquinaria química para producir los neurotransmisores que la neurona utiliza para comunicarse entre sí.

Las ramas del árbol (dendritas, la palabra déndron proviene del griego y en realidad significa «árbol») son las partes de una neurona que reciben señales. Antes se pensaba que las dendritas eran como antenas, que sólo recibían señales de otras neuronas, pero, como explico, pueden hacer más que esto.

La raíz del árbol (axón) es la estructura que utiliza una neurona para conectarse con otra y hablar con ella. Un axón transporta información de forma similar a un cable que lleva electricidad. Cuando una neurona quiere compartir un mensaje con otra, envía un impulso eléctrico, llamado potencial de acción, por su axón hasta que llega al terminal del axón, en el extremo del mismo. Piense en la terminal del axón como en la terminal de un aeropuerto. Una terminal de aeropuerto está llena de pasajeros que esperan salir, mientras que una terminal de axón está llena de neurotransmisores que esperan viajar a la siguiente neurona.

¿Cuáles son las diferencias entre la transmisión por cable y la inalámbrica?

Cuando el potencial de acción llega a la terminal del axón, algunos de los neurotransmisores de la terminal se vierten en un pequeño hueco entre la terminal y la dendrita de otra neurona. Este espacio se denomina sinapsis y es tan pequeño que se mide en nanómetros o milmillonésimas de metro. El neurotransmisor atraviesa la sinapsis y se une a un sitio especializado, llamado receptor, en el otro lado. Cada neurotransmisor se une sólo a su receptor específico, al igual que una llave sólo encaja en una cerradura concreta. Dependiendo del neurotransmisor, estimula a la otra neurona o la inhibe, haciéndola más o menos propensa a disparar un potencial de acción propio. Todo esto ocurre con una precisión muy alta y se repite una y otra vez. Como la señal pasa a muy alta velocidad de una neurona a otra (hasta 100 m/s o 223 mph; más rápido que el mamífero terrestre más veloz, el guepardo, que puede acelerar a una velocidad de 29 m/s o 64 mph), este tipo de comunicación entre neuronas se llama a veces «transmisión por cable». Los neurotransmisores pasan «secretos susurrados» directamente de una neurona a otra; llevan un mensaje que sólo importa en un momento y lugar determinados. Una forma de pensar en la «transmisión por cable» es pensar en un interruptor de la luz, que enciende o apaga una bombilla concreta.

Algunos neurotransmisores, especialmente un tipo llamado neuropéptidos, son diferentes. Los neuropéptidos se liberan desde muchas partes de una neurona, incluidas las dendritas. En lugar de liberarse en la diminuta sinapsis entre la terminal de un axón y otra neurona, se liberan en el líquido que llena los espacios entre las neuronas, y se difunden por el cerebro para llegar a los receptores que se encuentran en objetivos distantes. Una forma de pensar en la difusión es considerar el camino a través de un bosque (Figura 2). Ir de un punto a otro cuando no hay árboles sería muy sencillo y rápido. Cuando hay muchos árboles, ir de un punto a otro llevaría mucho más tiempo, porque hay que rodear los árboles. Así que este tipo de señalización es mucho más lenta que la señalización en las sinapsis, pero finalmente los neuropéptidos llegarán a la mayor parte del cerebro. Sin embargo, sólo las zonas del cerebro que tienen los receptores adecuados pueden responder a los neuropéptidos. Así que la liberación de neuropéptidos por las dendritas, al igual que el Wi-Fi, es una señal inalámbrica: estos mensajes son «anuncios públicos» que no se envían de una célula a otra, sino de un grupo de neuronas a otro grupo de neuronas .

La oxitocina y la vasopresina pueden afectar al comportamiento mediante una señalización «inalámbrica»

Déjame usar otro ejemplo. Los neuropéptidos oxitocina y vasopresina son producidos por grandes neuronas en el hipotálamo, una parte del cerebro que es importante para regular muchos procesos fisiológicos del cuerpo. Estas grandes neuronas tienen un axón que llega hasta una glándula especializada, la hipófisis, que se encuentra en la parte inferior del cerebro. Desde allí, los neuropéptidos se liberan desde los terminales del axón directamente a la sangre. La oxitocina viaja por el cuerpo y tiene un papel en el parto y la lactancia. La vasopresina afecta a la presión arterial y regula el equilibrio hídrico del cuerpo a través de los riñones. Pero ambos neuropéptidos también se liberan en el cerebro, donde controlan varios tipos de comportamiento. Por ejemplo, la oxitocina ayuda a la madre a establecer un vínculo con su hijo, y la vasopresina afecta a la memoria y la agresividad. Sin embargo, las áreas cerebrales que controlan estos comportamientos están a veces lejos de las células que fabrican los neuropéptidos. Algunas de estas áreas tienen los receptores adecuados, pero no tienen axones ni terminales cerca, por lo que la señalización «cableada» de la oxitocina y la vasopresina no puede producirse.

La oxitocina y la vasopresina liberadas desde los terminales de los axones a la sangre no pueden volver a entrar en el cerebro debido a una extraña estructura llamada barrera hematoencefálica. Piénsalo, cuando te pones enfermo, ¡no quieres que las bacterias o los virus invadan tu cerebro! La barrera hematoencefálica es una capa de células que mantiene el cerebro a salvo de patógenos, toxinas y otras moléculas que circulan por la sangre. Impide que los invasores entren en el cerebro.

Sin embargo, la oxitocina y la vasopresina también se liberan desde las dendritas de las neuronas, directamente en el cerebro. Los científicos han descubierto que la liberación de neuropéptidos desde las dendritas (hacia el cerebro) y desde las terminales de los axones (hacia la sangre) puede producirse de forma independiente. La liberación de vasopresina y oxitocina desde los terminales de los axones está controlada por los potenciales de acción, de forma similar a la liberación de neurotransmisores que se desencadena en todas las demás neuronas. Sin embargo, algunas señales químicas en el cerebro pueden estimular la liberación de neuropéptidos desde las dendritas sin desencadenar potenciales de acción. Producir la liberación de estas formas diferentes permite regular por separado los efectos de los neuropéptidos en el cuerpo y en el cerebro. Por ejemplo, además de tener efectos en el cuerpo, como el parto y la lactancia, la oxitocina también estimula las acciones cerebrales de cuidado y vinculación de la madre. Esto hace que el recién nacido reciba todo lo que necesita urgentemente: alimento y amor (Figura 3) .

¿Son los neuropéptidos similares a las hormonas?

La liberación de neuropéptidos por parte de las dendritas de las neuronas es muy similar a la liberación de hormonas en otras partes del cuerpo. Las hormonas son los mensajeros químicos liberados por las glándulas y transportados por la sangre a las células objetivo distantes. Por lo tanto, las hormonas pueden estimular células que se encuentran lejos de las glándulas donde se producen. Hay muchas hormonas diferentes y tienen muchas funciones distintas en el organismo. Por ejemplo, la prolactina, otra hormona liberada por la hipófisis, viaja hasta el pecho de la madre, donde estimula la producción de leche para la lactancia. Este proceso de «señalización inalámbrica» por parte de las hormonas es como la señalización por parte de los neuropéptidos dentro del cerebro, por lo que los neuropéptidos podrían llamarse «hormonas cerebrales».

¿Por qué es importante entender la señalización por parte de los neurotransmisores?

Algunos de los trastornos de la conducta más difíciles de tratar, para los que se necesitan urgentemente nuevas terapias, afectan a conductas en las que están implicadas la vasopresina y la oxitocina . Como se ha mencionado anteriormente, la oxitocina está implicada en el parto, la lactancia y el comportamiento de la madre hacia el cuidado de los niños. Pero la oxitocina también es importante para que el niño desarrolle y mantenga interacciones complejas con los demás. Algunos niños con autismo suelen tener dificultades para entender y responder a esas interacciones, y los científicos están probando la oxitocina como posible tratamiento (si quiere saber más sobre esto, lea el artículo escrito por Daniel Quintana y Gail Alvares en la biblioteca online de Frontiers for Young Minds) .

Otros ejemplos son los trastornos asociados al estrés y la ansiedad, los trastornos de la alimentación, los trastornos por consumo de sustancias (incluido el consumo de alcohol) y los trastornos del comportamiento sexual. Se trata de importantes problemas de salud con un impacto considerable en los seres humanos. Si comprendemos mejor cómo interactúan las células cerebrales y los neuropéptidos, podremos encontrar formas de controlar algunos de estos trastornos y mejorar nuestra calidad de vida.

Glosario

Neurona: Células de su sistema nervioso, denominadas células nerviosas o neuronas, están especializadas en transmitir «mensajes»

Neurotransmisores: Sustancias químicas utilizadas por las neuronas para hablar entre ellas; podemos pensar en ellas como «palabras químicas».

Neuropéptidos: Un tipo especial de neurotransmisor. Influyen en las actividades del cerebro y del cuerpo, por ejemplo, regulando el nivel de energía de una persona.

Hipotálamo: El hipotálamo es una región del cerebro que regula funciones como la sed, el apetito y el sueño.

Glándula pituitaria: La glándula pituitaria está situada en una pequeña cavidad ósea en la base del cerebro. Está conectada al hipotálamo. Segrega hormonas que regulan muchas actividades corporales diferentes.

Hormonas: Las hormonas son sustancias químicas especiales que el cuerpo produce para ayudarle a hacer ciertas cosas como crecer y pasar por la pubertad, que es cuando empiezas a desarrollarte como adulto. Durante esta época, tu cuerpo se carga de hormonas que le indican que es el momento de empezar a cambiar.

Autismo: Muchos niños que tienen autismo tienen problemas para entender lo que otras personas están pensando y cómo se sienten. Pueden actuar de una manera que parece inusual, y puede ser difícil entender por qué están actuando de esa manera.

Declaración de conflicto de intereses

El autor declara que la investigación se llevó a cabo en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera ser interpretada como un potencial conflicto de intereses.

Agradecimientos

Me gustaría dar las gracias a mis amigos y compañeros de trabajo que comentaron el manuscrito, especialmente a mis amigos David y Gareth que se aseguraron de que utilizara las palabras adecuadas y comprensibles para los niños. También me gustaría agradecer a Márta por la imagen de las células de Purkinje.

Ludwig, M., y Stern, J. E. 2015. Múltiples modalidades de señalización mediadas por la exocitosis dendrítica de oxitocina y vasopresina. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 370(1672):20140182. doi:10.1098/rstb.2014.0182

Ludwig, M., y Leng, G. 2006. Liberación de péptidos dendríticos y comportamientos dependientes de péptidos. Nat. Rev. Neurosci. 7:126-36. doi:10.1038/nrn1845

Neumann, I. D., y Landgraf, R. 2012. Equilibrio de la oxitocina y la vasopresina cerebrales: implicaciones para la ansiedad, la depresión y las conductas sociales. Trends. Neurosci. 35:649-59. doi:10.1016/j.tins.2012.08.004

Quintana, D. S., y Alvares, G. A. 2016. Oxitocina: ¿cómo cambia el neuropéptido nuestros comportamientos sociales? Front. Young Minds 4:7. doi:10.3389/frym.2016.00007