Básicos del cerebro: La vida y la muerte de una neurona
Solicite un folleto gratuito por correo
Introducción
La arquitectura de la neurona
Nacimiento
Migración
Diferenciación
Muerte
Esperanza a través de la investigación
Introducción
Hasta hace poco, la mayoría de los neurocientíficos pensaban que nacíamos con todas las neuronas que íbamos a tener. Cuando somos niños podemos producir algunas neuronas nuevas para ayudar a construir las vías -llamadas circuitos neuronales- que actúan como autopistas de información entre las diferentes áreas del cerebro. Pero los científicos creían que una vez que un circuito neuronal estaba en su sitio, añadir cualquier neurona nueva interrumpiría el flujo de información e inutilizaría el sistema de comunicación del cerebro.
En 1962, el científico Joseph Altman desafió esta creencia cuando vio pruebas de neurogénesis (el nacimiento de neuronas) en una región del cerebro de la rata adulta llamada hipocampo. Posteriormente, informó de que las neuronas recién nacidas migraban desde su lugar de nacimiento en el hipocampo a otras partes del cerebro. En 1979, otro científico, Michael Kaplan, confirmó los hallazgos de Altman en el cerebro de rata, y en 1983 encontró células precursoras neuronales en el cerebro anterior de un mono adulto.
Estos descubrimientos sobre la neurogénesis en el cerebro adulto fueron sorprendentes para otros investigadores que no pensaban que pudieran ser ciertos en los seres humanos. Pero a principios de la década de 1980, un científico que trataba de entender cómo aprenden a cantar los pájaros sugirió que los neurocientíficos volvieran a examinar la neurogénesis en el cerebro adulto y empezaran a ver cómo podía tener sentido. En una serie de experimentos, Fernando Nottebohm y su equipo de investigación demostraron que el número de neuronas en el cerebro anterior de los canarios machos aumentaba de forma espectacular durante la época de apareamiento. Esta era la misma época en la que los pájaros tenían que aprender nuevos cantos para atraer a las hembras.
¿Por qué estos cerebros de pájaros añadían neuronas en un momento tan crítico del aprendizaje? Nottebohm creía que se debía a que las nuevas neuronas ayudaban a almacenar nuevos patrones de canto dentro de los circuitos neuronales del cerebro anterior, el área del cerebro que controla los comportamientos complejos. Estas nuevas neuronas hacían posible el aprendizaje. Si las aves creaban nuevas neuronas para ayudarles a recordar y aprender, Nottebohm pensó que los cerebros de los mamíferos también podrían hacerlo.
Otros científicos creían que estos hallazgos no podían aplicarse a los mamíferos, pero Elizabeth Gould encontró más tarde pruebas de la existencia de neuronas recién nacidas en una zona distinta del cerebro de los monos, y Fred Gage y Peter Eriksson demostraron que el cerebro humano adulto producía nuevas neuronas en una zona similar.
Para algunos neurocientíficos, la neurogénesis en el cerebro adulto sigue siendo una teoría no demostrada. Pero otros piensan que las pruebas ofrecen posibilidades intrigantes sobre el papel de las neuronas generadas por los adultos en el aprendizaje y la memoria.
La arquitectura de la neurona
El sistema nervioso central (que incluye el cerebro y la médula espinal) está formado por dos tipos básicos de células: las neuronas (1) y la glía (4) & (6). La glía supera en número a las neuronas en algunas partes del cerebro, pero las neuronas son las protagonistas del cerebro.
Las neuronas son mensajeras de información. Utilizan impulsos eléctricos y señales químicas para transmitir información entre diferentes áreas del cerebro, y entre el cerebro y el resto del sistema nervioso. Todo lo que pensamos, sentimos y hacemos sería imposible sin el trabajo de las neuronas y sus células de apoyo, las células gliales llamadas astrocitos (4) y oligodendrocitos (6).
Las neuronas tienen tres partes básicas: un cuerpo celular y dos prolongaciones llamadas axón (5) y dendrita (3). Dentro del cuerpo celular hay un núcleo (2), que controla las actividades de la célula y contiene su material genético. El axón parece una larga cola y transmite los mensajes de la célula. Las dendritas parecen las ramas de un árbol y reciben mensajes para la célula. Las neuronas se comunican entre sí enviando sustancias químicas, llamadas neurotransmisores, a través de un pequeño espacio, llamado sinapsis, entre los axones y las dendritas de las neuronas adyacentes.
Hay tres clases de neuronas:
- Las neuronas sensoriales llevan la información de los órganos sensoriales (como los ojos y los oídos) al cerebro.
- Las neuronas motoras controlan la actividad muscular voluntaria, como el habla, y llevan los mensajes de las células nerviosas del cerebro a los músculos.
- Todas las demás neuronas se denominan interneuronas.
Los científicos piensan que las neuronas son el tipo de célula más diverso del cuerpo. Dentro de estas tres clases de neuronas hay cientos de tipos diferentes, cada uno con capacidades específicas de transmisión de mensajes.
La forma en que estas neuronas se comunican entre sí estableciendo conexiones es lo que hace que cada uno de nosotros sea único en cuanto a la forma de pensar, sentir y actuar.
Nacimiento
La medida en que se generan nuevas neuronas en el cerebro es un tema controvertido entre los neurocientíficos. Aunque la mayoría de las neuronas ya están presentes en nuestro cerebro en el momento en que nacemos, hay pruebas que apoyan que la neurogénesis (la palabra científica para el nacimiento de las neuronas) es un proceso que dura toda la vida.
Las neuronas nacen en áreas del cerebro que son ricas en concentraciones de células precursoras neurales (también llamadas células madre neurales). Estas células tienen el potencial de generar la mayoría, si no todos, los diferentes tipos de neuronas y glía que se encuentran en el cerebro.
Los neurocientíficos han observado cómo se comportan las células precursoras neurales en el laboratorio. Aunque esto puede no ser exactamente cómo se comportan estas células cuando están en el cerebro, nos da información sobre cómo podrían comportarse cuando están en el entorno del cerebro.
La ciencia de las células madre es todavía muy nueva, y podría cambiar con descubrimientos adicionales, pero los investigadores han aprendido lo suficiente para poder describir cómo las células madre neurales generan las otras células del cerebro. Lo llaman linaje de células madre y es similar en principio a un árbol genealógico.
Las células madre neurales aumentan dividiéndose en dos y produciendo o bien dos nuevas células madre, o bien dos células progenitoras tempranas, o bien una de cada una.
Cuando una célula madre se divide para producir otra célula madre, se dice que se autorrenueva. Esta nueva célula tiene el potencial de producir más células madre.
Cuando una célula madre se divide para producir una célula progenitora temprana, se dice que se diferencia. La diferenciación significa que la nueva célula está más especializada en forma y función. Una célula progenitora temprana no tiene el potencial de una célula madre para producir muchos tipos diferentes de células. Sólo puede fabricar células de su linaje particular.
Las células progenitoras tempranas pueden autorrenovarse o seguir uno de los dos caminos. Un tipo dará lugar a astrocitos. El otro tipo acabará produciendo neuronas u oligodendrocitos.
Migración
Una vez que nace una neurona tiene que viajar al lugar del cerebro donde hará su trabajo.
¿Cómo sabe una neurona a dónde ir? ¿Qué le ayuda a llegar hasta allí?
Los científicos han visto que las neuronas utilizan al menos dos métodos diferentes para viajar:
- Algunas neuronas migran siguiendo las largas fibras de unas células llamadas glía radial. Estas fibras se extienden desde las capas internas hasta las capas externas del cerebro. Las neuronas se deslizan a lo largo de las fibras hasta llegar a su destino.
- Las neuronas también viajan utilizando señales químicas. Los científicos han encontrado moléculas especiales en la superficie de las neuronas -moléculas de adhesión- que se unen a moléculas similares en las células gliales cercanas o en los axones nerviosos. Estas señales químicas guían a la neurona hasta su ubicación final.
No todas las neuronas tienen éxito en su viaje. Los científicos creen que sólo un tercio llega a su destino. Algunas células mueren durante el proceso de desarrollo neuronal.
Algunas neuronas sobreviven al viaje, pero terminan donde no deberían estar. Las mutaciones en los genes que controlan la migración crean zonas de neuronas mal colocadas o con formas extrañas que pueden causar trastornos como la epilepsia infantil. Algunos investigadores sospechan que la esquizofrenia y el trastorno del aprendizaje dislexia son, en parte, el resultado de neuronas mal orientadas.
Diferenciación
Una vez que una neurona llega a su destino, tiene que instalarse para trabajar. Este paso final de la diferenciación es la parte menos conocida de la neurogénesis.
Las neuronas son responsables del transporte y la captación de neurotransmisores, sustancias químicas que transmiten información entre las células cerebrales.
Dependiendo de su ubicación, una neurona puede realizar el trabajo de una neurona sensorial, una neurona motora o una interneurona, enviando y recibiendo neurotransmisores específicos.
En el cerebro en desarrollo, una neurona depende de las señales moleculares de otras células, como los astrocitos, para determinar su forma y ubicación, el tipo de transmisor que produce y a qué otras neuronas se conectará. Estas células recién nacidas establecen circuitos neuronales -o vías de información que conectan una neurona con otra- que se mantendrán durante toda la edad adulta.
Pero en el cerebro adulto, los circuitos neuronales ya están desarrollados y las neuronas deben encontrar la manera de encajar. A medida que una nueva neurona se asienta, comienza a parecerse a las células circundantes. Desarrolla un axón y dendritas y comienza a comunicarse con sus vecinas.
Muerte
Aunque las neuronas son las células más longevas del cuerpo, un gran número de ellas muere durante la migración y la diferenciación.
La vida de algunas neuronas puede dar giros anormales. Algunas enfermedades del cerebro son el resultado de la muerte no natural de las neuronas.
– En la enfermedad de Parkinson, las neuronas que producen el neurotransmisor dopamina mueren en los ganglios basales, un área del cerebro que controla los movimientos del cuerpo. Esto provoca dificultades para iniciar el movimiento.
– En la enfermedad de Huntington, una mutación genética provoca la sobreproducción de un neurotransmisor llamado glutamato, que mata las neuronas de los ganglios basales. Como resultado, las personas se retuercen y se retuercen sin control.
– En la enfermedad de Alzheimer, se acumulan proteínas inusuales en y alrededor de las neuronas del neocórtex y el hipocampo, partes del cerebro que controlan la memoria. Cuando estas neuronas mueren, las personas pierden su capacidad de recordar y su habilidad para realizar tareas cotidianas. Los daños físicos en el cerebro y otras partes del sistema nervioso central también pueden matar o inutilizar las neuronas.
– Los golpes en el cerebro, o los daños causados por un accidente cerebrovascular, pueden matar a las neuronas directamente o privarlas lentamente del oxígeno y los nutrientes que necesitan para sobrevivir.
– Las lesiones de la médula espinal pueden interrumpir la comunicación entre el cerebro y los músculos cuando las neuronas pierden su conexión con los axones situados por debajo del lugar de la lesión. Estas neuronas pueden seguir vivas, pero pierden su capacidad de comunicación.
Esperanza a través de la investigación
Los científicos esperan que al comprender mejor la vida y la muerte de las neuronas puedan desarrollar nuevos tratamientos, y posiblemente incluso curas, para las enfermedades y trastornos cerebrales que afectan a la vida de millones de estadounidenses.
Las investigaciones más actuales sugieren que las células madre neurales pueden generar muchos, si no todos, los diferentes tipos de neuronas que se encuentran en el cerebro y el sistema nervioso. Aprender a manipular estas células madre en el laboratorio para convertirlas en tipos específicos de neuronas podría producir un nuevo suministro de células cerebrales para reemplazar las que han muerto o han sido dañadas.
También se podrían crear terapias para aprovechar los factores de crecimiento y otros mecanismos de señalización dentro del cerebro que indican a las células precursoras que deben crear nuevas neuronas. Esto permitiría reparar, remodelar y renovar el cerebro desde dentro.
Para obtener información sobre otros trastornos neurológicos o programas de investigación financiados por el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (National Institute of Neurological Disorders and Stroke), póngase en contacto con la Red de Información y Recursos Cerebrales (BRAIN) del Instituto en:
BRAIN
P.O. Box 5801
Bethesda, MD 20824
(800) 352-9424
www.ninds.nih.gov
Top
Preparado por:
Oficina de Comunicaciones y Enlace Público
Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares
Institutos Nacionales de la Salud
Bethesda, MD 20892
El material del NINDS relacionado con la salud se proporciona únicamente con fines informativos y no representa necesariamente el respaldo ni la posición oficial del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares ni de ninguna otra agencia federal. El consejo sobre el tratamiento o el cuidado de un paciente individual debe obtenerse a través de la consulta con un médico que haya examinado a ese paciente o que esté familiarizado con su historial médico.
Toda la información preparada por el NINDS es de dominio público y puede ser copiada libremente. Se agradece que se cite al NINDS o a los NIH.