¿Cómo funciona el cerebro humano?
El cerebro humano funciona como una unidad estructural y funcional formada principalmente por dos tipos de células: las neuronas y las células gliales. Es el órgano más voluminoso del encéfalo y el encargado de todas las funciones vitales del organismo. En él reside la conciencia y la mente del individuo.
Se calcula que hay alrededor de 100 billones de neuronas en todo el sistema nervioso humano y unos 1.000 billones de células gliales (hay 10 veces más células gliales que neuronas).
Las neuronas están altamente especializadas y sus funciones son recibir, procesar y trasmitir la información a través de diferentes circuitos y sistemas. El procedimiento de transmitir la información lo realizan a través de la sinapsis, que puede ser eléctrica o química.
Las células gliales, por su parte, se encargan de regular el ambiente interno del cerebro y facilitar el proceso de comunicación neuronal. Estas células se encuentran dispuestas por todo el sistema nervioso, formando si estructura, y están implicadas en los procesos de desarrollo y formación del cerebro.
Antiguamente, se pensaba que las células gliales solo formaban la estructura del sistema nervioso, de ahí el famoso mito de que solo utilizamos el 10% de nuestro cerebro. Pero hoy sabemos que cumplen funciones mucho más complejas, como la regulación del sistema inmunológico y los procesos de plasticidad celular tras sufrir una lesión.
Además, son indispensables para que las neuronas funcionen correctamente, ya que facilitan la comunicación neuronal, y desempeñan un importante papel en el transporte de los nutrientes hasta las neuronas.
El cerebro humano es impresionantemente complejo. Se estima que un cerebro humano adulto contiene entre 100 y 500 trillones de conexiones.
¿Cómo se transmite la información en el cerebro?
El funcionamiento cerebral consiste en la transmisión de información entre las neuronas. Esta transmisión se realiza mediante un procedimiento más o menos complejo denominado sinapsis.
Las sinapsis pueden ser eléctricas o químicas. Las eléctricas consisten en la transmisión bidireccional de corriente eléctrica entre dos neuronas directamente, mientras que en las sinapsis químicas hacen falta unos intermediarios denominados neurotransmisores.
En el fondo, cuando una neurona se comunica con otra, lo hace para activarla o inhibirla, los efectos finales observables en la conducta o en algún proceso fisiológico son el resultado de excitación e inhibición de varias neuronas a lo largo de un circuito neuronal.
Sinapsis eléctricas
Las sinapsis eléctricas son bastante más rápidas y sencillas que las químicas. Explicado de una forma simple, consisten en la transmisión de corrientes despolarizantes entre dos neuronas que se encuentran bastante cerca, casi pegadas.
Este tipo de sinapsis no suele producir cambios a largo plazo en las neuronas postsinápticas.
Estas sinapsis se dan en neuronas que tienen una unión estrecha, en las que casi se tocan las membranas, separadas por escasos 2-4 nm. El espacio entre las neuronas es tan pequeño porque sus neuronas deben unirse mediante canales formados por proteínas, denominados conexinas.
Los canales formados por las conexinas permiten que esté en comunicación el interior de ambas neuronas.
A través de estos poros pueden pasar moléculas pequeñas (inferiores a 1 kDa) por lo que las sinapsis químicas están relacionadas con procesos de comunicación metabólica, además de comunicación eléctrica, mediante el intercambio de segundos mensajeros que se producen en la sinapsis, como el inositoltrifosfato (IP3) o el adenosinmonofosfato cíclico (AMPc).
Las sinapsis eléctricas suelen realizarse entre neuronas del mismo tipo, sin embargo, también pueden observarse sinapsis eléctricas entre neuronas de diferentes tipos o, incluso, entre neuronas y astrocitos (un tipo de células gliales).
Las sinapsis eléctricas permiten que las neuronas se comuniquen de una forma rápida y que se conecten muchas neuronas de forma sincrónica.
Gracias a estas propiedades, somos capaces de realizar procesos complejos que requieren una transmisión rápida de la información, como los procesos sensoriales, motores y cognitivos (atención, memoria, aprendizaje…).
Sinapsis químicas
Las sinapsis químicas se dan entre neuronas adyacentes en las que se conecta un elemento presináptico, por lo general, un terminal axónico, que emite la señal, y otro postsináptico, que por lo general se encuentra en el soma o en las dendritas, que recibe la señal.
Estas neuronas no se encuentran pegadas, existe un espacio entre ellas de uno 20 nm, denominado hendidura sináptica.
Existen diferentes tipos de sinapsis químicas, dependiendo de sus características morfológicas, y pueden dividirse en dos grupos.
Las sinapsis químicas pueden resumirse de forma simple de la siguiente manera:
– Un potencial de acción llega al terminal axónico, este abre los canales de iones de calcio (Ca2+) y se libera un flujo de iones a la hendidura sináptica.
– El flujo de iones desencadena un proceso en el cual las vesículas, llenas de neurotransmisores, se unen a la membrana postsináptica y abren un poro por el que sale todo su contenido hacia la hendidura sináptica.
– Los neurotransmisores liberados se unen con el receptor postsináptico específico para ese neurotransmisor.
– La unión del neurotransmisor a la neurona postsináptica regula las funciones de la neurona postsináptica.
Tipos de sinapsis químicas
Sinapsis químicas de tipo I (asimétricas)
En estas sinapsis el componente presináptico está formado por terminales axónicos que contienen vesículas redondeadas, y el postsináptico se encuentra en las dendritas y hay mucha densidad de receptores postsinápticos.
El tipo de sinapsis depende de los neurotransmisores implicados, de modo que en las sinapsis de tipo I están implicados neurotransmisores excitatorios, como el glutamato, mientras que en las del tipo II actuarían neurotransmisores inhibidores, como GABA.
Aunque esto no ocurre en todo el sistema nervioso, en algunas áreas como la médula espinal, la sustancia negra, los ganglios basales y los colículos, hay sinapsis GABA-érgicas con una estructura de tipo I.
Sinapsis químicas de tipo II (simétricas)
En estas sinapsis el componente presináptico está formado por terminales axónicos que contienen vesículas ovaladas y el postsináptico puede encontrarse tanto en el soma como en las dendritas, y hay una menor densidad de receptores postsinápticos que en las sinapsis de tipo I.
Otras de las diferencias de este tipo de sinapsis respecto a las del tipo I es que su hendidura sináptica es más estrecha (unos 12 nm aproximadamente).
Otra forma de clasificar las sinapsis es según los componentes presinápticos y postsinápticos que las formen.
Por ejemplo, si el componente presináptico es un axón y el postsináptico una dendrita, se denominan sinapsis axodendríticas. De este modo podemos encontrarnos con sinapsis axoaxónicas, axosomáticas, dendroaxónicas, dendrodendríticas…
El tipo de sinapsis que se da con mayor frecuencia en el sistema nervioso central son las sinapsis de tipo I (asimétricas) axoespinosas. Se calcula que entre el 75-95% de las sinapsis de la corteza cerebral son de tipo I, mientras que solo entre el 5 y el 25% son sinapsis de tipo II.
Neurotransmisores y neuromoduladores
El concepto de neurotransmisor incluye a todas las sustancias que se liberan en la sinapsis química y que permita la comunicación neuronal. Los neurotransmisores cumplen los siguientes criterios:
– Son sintetizados dentro de las neuronas y están presentes en los terminales axónicos.
– Cuando se libera una cantidad suficiente del neurotransmisor, este ejerce sus efectos sobre las neuronas adyacentes.
– Cuando han finalizado su cometido se eliminan a través de mecanismos de degradación, inactivación o recaptación.
Los neuromoduladores son sustancias que complementan las acciones de los neurotransmisores, aumentando o disminuyendo su efecto. Esto lo hacen uniéndose a sitios específicos dentro del receptor postsináptico.
Existen numerosos tipos de neurotransmisores, los más importantes son:
– Aminoácidos, que pueden ser excitadores, como el glutamato, o inhibidores, como el ácido γ-aminobutírico, más conocido como GABA.
– Acetilcolina.
– Catecolamidas, como la dopamina o la noradrenalina.
– Indolaminas, como la serotonina.
– Neuropéptidos.
Referencias
- Gary, E. (1959). Axo-somatic and axo-dendritic synapsis of the cerebral cortex: an electron microscope study.
- Pasantes, H. (s.f.). ¿Cómo funciona el cerebro? Principios generales. Recuperado de La ciencia para todos.