Una neurona integra entradas, dispara un impulso cuando el conjunto lo exige, lo transmite por el axón y, al llegar a la sinapsis, lo convierte en una señal química que la siguiente célula decodifica.
1. Estructura de la neurona
La neurona es la unidad funcional del sistema nervioso. Aunque hay muchas variedades — sensitivas, motoras, interneuronas, piramidales, granulares, dopaminérgicas del mesencéfalo — la mayoría comparte un esqueleto común: soma, dendritas, axón y terminales sinápticos. Cajal, a fines del siglo XIX, postuló con el método de Golgi que las neuronas son unidades discretas que no se funden entre sí — la llamada doctrina de la neurona. Esa idea, hoy confirmada, reemplazó la hipótesis reticularista y dio pie a toda la neurociencia moderna.
Soma
Cuerpo celular. Contiene el núcleo y los organelos. Integra las señales que llegan por las dendritas. Desde aquí parte el axón.
Dendritas
Prolongaciones ramificadas que reciben contactos de otras neuronas. Son la "antena" de la célula. Cuanto más ramificada, más entradas capta.
Axón
Prolongación solitaria y alargada que conduce el potencial de acción hacia los terminales. Puede medir desde menos de un milímetro hasta más de un metro en algunas vías motoras.
Terminal axónico
Extremo ramificado del axón. Aloja las vesículas sinápticas y libera neurotransmisores hacia la siguiente célula.
El axón suele estar envuelto en vaina de mielina, una capa lipídica producida por oligodendrocitos en el sistema nervioso central y por células de Schwann en el periférico. La mielina no es un aislamiento continuo: deja espacios regulares llamados nódulos de Ranvier, donde la membrana queda expuesta. En esos huecos se concentran los canales de sodio dependientes de voltaje, y el potencial de acción "salta" de nódulo en nódulo. Esa conducción se llama saltatoria y es la razón por la que los axones mielinizados conducen más rápido que los amielínicos, con menos gasto metabólico. Cuando la mielina se pierde — como en la esclerosis múltiple — la conducción se enlentece o se bloquea, y aparecen los síntomas neurológicos característicos.
Trayectoria histórica y autores centrales
La comprensión moderna de la neurona se construyó por capas, a lo largo de más de un siglo. Santiago Ramón y Cajal, a fines del siglo XIX, usando el método de tinción de Golgi, observó que las prolongaciones nerviosas no se funden en una red continua: cada neurona es una unidad discreta. Esa observación, conocida como la doctrina de la neurona, fue confirmada décadas después con el microscopio electrónico y sigue siendo la base anatómica de toda la neurociencia.
En los años 1950, Alan Hodgkin y Andrew Huxley registraron por primera vez el potencial de acción desde dentro de una célula viva, usando microelectrodos en el axón gigante del calamar. Sus mediciones permitieron construir un modelo cuantitativo que describe cómo los canales de sodio y potasio dependientes de voltaje producen la onda de despolarización. El modelo de Hodgkin-Huxley sigue siendo referencia para entender la excitabilidad neuronal, y por él recibieron el premio Nobel en 1963.
Bernard Katz, trabajando sobre la unión neuromuscular, descubrió la transmisión sináptica química y el papel del calcio en la liberación de neurotransmisores. Sus trabajos, también reconocidos con el Nobel en 1970, abrieron el campo de la farmacología sináptica.
Donald Hebb, en su libro The Organization of Behavior (1949), formuló la regla que lleva su nombre: cuando una neurona contribuye de forma repetida a disparar otra, la conexión entre ambas se fortalece. Esa hipótesis se confirmó experimentalmente medio siglo después, en los trabajos sobre potenciación a largo plazo en el hipocampo.
Eric Kandel, usando la Aplysia californica como modelo, demostró que el aprendizaje produce cambios físicos en la eficacia sináptica y que esos cambios pueden durar días. Recibió el Nobel en 2000 junto a Arvid Carlsson y Paul Greengard por sus contribuciones a la señalización neural. Los textos de referencia para esta materia (Carlson, Fisiología de la conducta; Pinel, Biopsicología) sintetizan estas líneas en un cuerpo doctrinal coherente.
2. Potencial de reposo y potencial de acción
Toda neurona viva mantiene una diferencia de voltaje entre el interior y el exterior de su membrana. En reposo, el interior es negativo respecto al exterior, con un valor cercano a menos 70 milivoltios. Este es el potencial de reposo de membrana, y se sostiene por tres mecanismos que trabajan a la vez:
- La bomba de sodio-potasio (Na+/K+-ATPasa) saca iones de sodio hacia afuera y mete iones de potasio hacia adentro, consumiendo ATP. Es un transporte activo que mantiene los gradientes de concentración.
- Los canales de potasio abiertos en reposo dejan salir algo de K+, lo que añade carga negativa al interior (el K+ arrastra consigo cargas positivas).
- Hay aniones grandes atrapados dentro (proteínas, fosfatos orgánicos) que no pueden salir, lo que suma carga negativa intracelular.
Una neurona en reposo no está en silencio eléctrico: recibe cientos o miles de señales pequeñas desde otras neuronas por sus dendritas. Cada una abre canales iónicos y produce un cambio local de voltaje llamado potencial postsináptico. Hay dos tipos básicos: los excitatorios (despolarizan, acercan el voltaje a cero) y los inhibitorios (hiperpolarizan, lo alejan más). El soma los suma en el tiempo y en el espacio: si la suma neta en la zona de disparo del axón alcanza el umbral, que ronda los menos 55 milivoltios, se abre una puerta decisiva.
En reposo
Alrededor de menos 70 milivoltios. Interior negativo. La bomba Na+/K+ trabaja contra gradiente.
Umbral
Alrededor de menos 55 milivoltios. Si la suma de entradas lo alcanza, se dispara el potencial de acción.
Disparo
Pico breve: el interior se vuelve positivo, alrededor de más 30 milivoltios. Dura cerca de un milisegundo.
Repolarización
Canales de K+ se abren, sale K+, el voltaje vuelve al reposo. Periodo refractario breve.
Cuando el voltaje cruza el umbral, ocurre el potencial de acción: una onda rápida de despolarización que viaja por el axón sin perder amplitud. Hodgkin y Huxley, trabajando con el axón gigante del calamar en los años 1950, modelaron matemáticamente estos canales y demostraron que el potencial de acción es un evento de tipo "todo o nada": o se dispara íntegro, o no se dispara. No existen potenciales de acción "a medias". Un estímulo más fuerte no produce un pico más alto; produce, eso sí, más picos por unidad de tiempo.
Durante la repolarización y un breve periodo posterior, la neurona atraviesa un periodo refractario: primero absoluto, donde es imposible disparar otro potencial de acción sin importar el estímulo; luego relativo, donde solo estímulos muy intensos logran disparar uno. Este periodo limita la frecuencia máxima de disparo y garantiza que la señal viaje en una sola dirección a lo largo del axón.
3. Sinapsis y transmisión sináptica
Donde termina un axón y empieza la siguiente neurona hay una sinapsis. Existen dos modalidades muy distintas:
Sinapsis eléctrica
Las membranas de las dos células están casi tocándose, unidas por uniones gap (conexinas). La corriente pasa directamente de una célula a la otra. Velocidad casi instantánea, sin retardo. Rara en el sistema nervioso central humano, más común en invertebrados y en algunos circuitos reflejos.
Sinapsis química
Hay un espacio de unas 20 a 40 nanómetros entre las células: la hendidura sináptica. La señal cruza ese espacio por medio de neurotransmisores. Es más lenta (hay un retardo sináptico de medio milisegundo, aproximadamente), pero permite modular, amplificar e integrar señales de formas mucho más ricas. Es la modalidad dominante en el cerebro humano.
El mecanismo de la sinapsis química lo describió Bernard Katz en los años 1960, trabajando en la unión neuromuscular. Cuando un potencial de acción llega al terminal axónico, los canales de calcio dependientes de voltaje se abren, el calcio entra al terminal y desencadena la fusión de vesículas sinápticas con la membrana presináptica. Cada vesícula libera su contenido — un cuanto de neurotransmisor — a la hendidura. El neurotransmisor difunde y se une a receptores en la membrana postsináptica.
Una vez cumplida su función, el neurotransmisor se retira de la hendidura por tres vías: recaptación (vuelve a la neurona presináptica, mecanismo central para serotonina, dopamina y noradrenalina), degradación enzimática (la acetilcolinesterasa rompe la acetilcolina en la unión neuromuscular) y difusión fuera de la sinapsis. Muchos fármacos psiquiátricos operan exactamente sobre estas vías de retirada.
4. Neurotransmisores y receptores
Hay docenas de neurotransmisores conocidos, pero para la psicofisiología básica basta con cinco que cubren funciones centrales: glutamato, GABA, dopamina, serotonina y acetilcolina. Aprenderlos con sus efectos típicos es más útil que memorizar listas largas.
| Neurotransmisor | Tipo | Efecto sináptico | Rol funcional típico |
|---|---|---|---|
| Glutamato | Excitatorio | Abre canales catiónicos, despolariza | Transmisión rápida en corteza e hipocampo, aprendizaje |
| GABA | Inhibitorio | Abre canales de cloruro, hiperpolariza | Modulación inhibitoria, prevención de sobreexcitación |
| Dopamina | Modulador | Efectos mixtos según receptor | Motivación, recompensa, control motor (vías dopaminérgicas nigroestriatales) |
| Serotonina | Modulador | Efectos mixtos según receptor | Estado de ánimo, sueño, apetito, impulsividad |
| Acetilcolina | Excitatorio/modulador | Abre canales catiónicos en músculo | Unión neuromuscular, atención, memoria |
El efecto de un neurotransmisor depende menos de la molécula misma y más del receptor al que se une. Hay dos familias centrales:
- Receptores ionotrópicos. Son canales iónicos que se abren directamente cuando el neurotransmisor se une. Producen respuestas rápidas (milisegundos) y de corta duración. Ejemplos: receptores NMDA y AMPA para glutamato; receptores GABAA para GABA; receptor nicotínico para acetilcolina.
- Receptores metabotrópicos. No son canales: son proteínas acopladas a proteínas G que, al activarse, disparan cascadas de segundos mensajeros dentro de la célula. Producen respuestas más lentas (segundos a minutos) pero más sostenidas y moduladoras. Ejemplos: receptores muscarínicos para acetilcolina; receptores GABAB; receptores de dopamina D1 y D2; receptores 5-HT de serotonina.
Ionotrópico
Rápido. Canal directo. Milisegundos. "Interruptor" del circuito.
Metabotrópico
Lento. Cascada de segundos mensajeros. Segundos a minutos. "Volumen" del circuito.
5. Plasticidad sináptica
La sinapsis no es un cable fijo. Su eficacia cambia con el uso. Eric Kandel, trabajando con la Aplysia (una babosa marina con neuronas gigantes), demostró que el aprendizaje modifica la fuerza de las conexiones sinápticas. Esa capacidad se llama plasticidad sináptica, y es el sustrato físico de la memoria.
Donald Hebb lo había anticipado en los años 1940 con una regla simple, expresada así: "las neuronas que disparan juntas, cablean juntas". En términos modernos: cuando una neurona A contribuye de forma repetida a disparar la neurona B, la conexión de A sobre B se fortalece. Cuando A interviene con baja frecuencia, la conexión se debilita.
LTP
Potenciación a largo plazo. La sinapsis se fortalece con uso repetido y correlacionado. Dura horas, días, semanas en rebanadas de hipocampo.
LTD
Depresión a largo plazo. La sinapsis se debilita con activación de baja frecuencia o sin correlación temporal.
Hebb
"Células que disparan juntas, cablean juntas". La base teórica de LTP.
El mecanismo molecular más estudiado es el de los receptores NMDA en el hipocampo. En reposo, el canal NMDA está bloqueado por un ion magnesio. Para que el magnesio se retire, se necesitan dos cosas a la vez: unión de glutamato y despolarización suficiente de la membrana postsináptica. Cuando ambas ocurren, el canal se abre, entra calcio y se activan cascadas que llevan a la inserción de más receptores AMPA en la membrana postsináptica. Más receptores AMPA equivale a una respuesta postsináptica mayor ante el mismo glutamato: eso es LTP.
La plasticidad no requiere plasticidad de red para existir. Puede ocurrir en una sola sinapsis aislada. Cuando se coordina en muchas sinapsis y en momentos concretos, produce memorias, aprendizajes y reorganizaciones funcionales; pero el sustrato primario sigue siendo la sinapsis individual cambiando su eficacia.
Aplicación clínica y de investigación
Los conceptos básicos de este apunte no son mera teoría: explican la acción de varios fármacos y el origen de varias enfermedades.
- Anestésicos locales (lidocaína, procaína) bloquean canales de sodio dependientes de voltaje en el axón. Impiden la propagación del potencial de acción en nervios periféricos, con lo que suprimen la señal de dolor.
- Benzodiazepinas (diazepam, lorazepam) actúan sobre receptores GABAA: aumentan la frecuencia de apertura del canal de cloruro, potenciando la inhibición mediada por GABA. El efecto neto es ansiolítico, sedante y anticonvulsivante.
- Inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (fluoxetina, sertralina) bloquean el transportador que retira serotonina de la hendidura sináptica, prolongando su acción sobre los receptores postsinápticos.
- Enfermedades desmielinizantes (esclerosis múltiple, síndrome de Guillain-Barré) dañan la vaina de mielina. Sin mielina, la conducción saltatoria se pierde y la velocidad de transmisión cae de forma drástica, lo que produce los síntomas neurológicos.
- Investigación básica: el registro de patch-clamp permite medir la corriente que atraviesa un solo canal iónico. Es la técnica que confirmó la existencia de canales unitarios predichos por Hodgkin y Huxley.
En el aula y en el laboratorio, estos mecanismos sirven para entender por qué un fármaco actúa sobre una vía específica y por qué una mutación en un canal produce un cuadro clínico concreto. Esa traducción de mecanismo molecular a conducta y clínica es la esencia de la psicofisiología.
Para el parcial
- Distinguir potencial de reposo (alrededor de menos 70 milivoltios) de potencial de acción (cruza el umbral en menos 55 milivoltios y revierte brevemente la polaridad).
- Explicar la conducción saltatoria por la vaina de mielina y los nódulos de Ranvier, y por qué acelera la transmisión.
- Comparar sinapsis química y eléctrica, y describir los cinco pasos de la transmisión química.
- Nombrar los cinco neurotransmisores clásicos con un ejemplo de efecto y de receptor (ionotrópico o metabotrópico).
- Definir LTP y LTD y vincularlas con la regla de Hebb como sustrato del aprendizaje.
Autoevaluación
1. ¿Qué valor tiene el potencial de reposo de membrana y qué tres mecanismos lo sostienen?
Ronda los menos 70 milivoltios, con el interior negativo. Lo sostienen la bomba de sodio-potasio (transporte activo que mantiene los gradientes), la salida pasiva de potasio por sus canales abiertos y la presencia de aniones grandes atrapados dentro de la célula que no pueden atravesar la membrana.
2. ¿Por qué el potencial de acción se considera "todo o nada"?
Porque una vez que el voltaje cruza el umbral, el evento se dispara con una amplitud y forma estereotipadas, independientes de la intensidad del estímulo. Un estímulo más fuerte no produce un pico mayor: produce más picos por unidad de tiempo, en raras ocasiones picos parciales.
3. Compara sinapsis química y eléctrica en velocidad, mecanismo y posibilidad de modulación.
La eléctrica es casi instantánea porque las corrientes pasan por uniones gap directas entre las dos membranas, sin retardo sináptico, pero admite poca modulación. La química tiene un retardo sináptico breve (alrededor de medio milisegundo), porque la señal cruza la hendidura por medio de neurotransmisores liberados desde vesículas, pero permite modular, amplificar e integrar señales de formas mucho más ricas.
4. Explica qué es la LTP y por qué se asocia a la regla de Hebb.
La potenciación a largo plazo es el aumento persistente de la eficacia de una sinapsis tras una activación repetida y correlacionada. Se asocia a Hebb porque requiere coincidencia temporal: la neurona presináptica debe contribuir a disparar la postsináptica para que la conexión se refuerce. En el hipocampo, este mecanismo depende de los receptores NMDA, que solo se desbloquean cuando hay glutamato y despolarización simultáneos.