Imagen: Ted Percival

La neurociencia moderna tiene apenas 200 años. Durante gran parte de ese tiempo, uno de sus dogmas sostenía que el cerebro humano tenía, al nacer, todas las células cerebrales que  se necesitan para un funcionamiento normal hasta la vejez, y que, una vez que el cerebro alcanzaba su madurez era inmutable, nada podía modificarlo.

Este concepto comenzó a cambiar hace unos 50 años, cuando surgen evidencias sobre la génesis de nuevas neuronas a lo largo de la vida y sobre los cambios y adaptaciones de la estructura cerebral en respuesta al aprendizaje, a las experiencias y a ciertas enfermedades o lesiones. Hoy sabemos que el cerebro se modifica desde el nacimiento y hasta la muerte y que el término neuroplasticidad refiere a las muchas formas en que puede hacerlo. El significado de este proceso se comprende mejor al entender la comunicación entre neuronas.

La comunicación neuronal

Las neuronas, como unidades fundamentales del sistema nervioso, son responsables de recibir información sensorial del mundo interno y externo, de enviar órdenes motoras a los músculos, de estimular la secreción de las glándulas, etc. Su misión es recibir, transformar y transmitir señales eléctricas a través de redes neuronales complejas.

Las tres partes principales de una neurona son dendritas, axón y cuerpo celular o soma (Figura 1a). Las dendritas, funcionan como pequeñas antenas ya que con sus profusas ramificaciones reciben información de otras neuronas. Para amplificar las señales poseen estructuras muy pequeñas, llamadas espinas, que incrementan el área de contacto con las células vecinas (Figura 1b). El axón, es la estructura de comunicación por excelencia de la neurona, se extiende desde el cuerpo celular hasta su objetivo, que puede ser otra neurona, una glándula o el tejido muscular.  En el soma se encuentra el núcleo donde se aloja el ADN y donde se inicia la fabricación de las proteínas necesarias para el buen funcionamiento de la neurona. Las neuronas tienen un sistema de transporte extraordinario ya que muchas de estas proteínas deben ser trasladadas a otras partes de la célula  por el axón o  las dendritas.

Figura 1a: neurona

Figura 1b: Espinas dendríticas

Todos nuestros pensamientos y acciones provienen de redes neuronales que se comunican retransmitiendo mensajes codificados en señales eléctricas y químicas. Cuando una neurona envía un mensaje genera una señal eléctrica, llamada potencial de acción, que viaja por todo el axón a gran velocidad. Al llegar al espacio entre dos neuronas utiliza mensajeros químicos o neurotransmisores para cruzar el mensaje codificado por un pequeño y sofisticado espacio, la sinapsis. La liberación del neurotransmisor produce un  cambio en la neurona que está del otro lado de la sinapsis que le permite trasmitir o silenciar el mensaje. Esto sucede una y otra vez y con la actividad repetida la sinapsis se hace cada vez más fuerte lo que facilita el pasaje del siguiente mensaje. Las neuronas aprenden a transmitir mensajes importantes y a ignorar lo que no es útil. Este es, de un modo muy simplificado, el modo como se fortifican o debilitan las redes neuronales cuando el  cerebro se adapta a un entorno en constante cambio.

Neuroplasticidad

El conocimiento de las diversas formas de neuroplasticidad ha sido esencial para comprender el funcionamiento del cerebro humano, aunque es aun materia de investigación y controversia. En la última década, los avances científicos mostraron  que las conexiones sinápticas se recortan y refinan durante el desarrollo del cerebro para sintonizar las neuronas involucradas en la percepción sensorial y esculpir los circuitos a los que contribuyen. El aprendizaje y la formación de memorias requieren de modificaciones en las conexiones sinápticas de las redes difusas de neuronas y el cerebro tiene, además,  la capacidad para redirigir y reforzar las vías neuronales existentes o para formar otras completamente nuevas.

Neuroplasticidad en dos direcciones

Cuando la información que fluye entre dos neuronas aumenta, la sinapsis entre ambas se fortalece, es lo que se denomina potenciación. Esta facilitación sináptica, o sea  el aumento transitorio de la fuerza sináptica, se desarrolla cuando varios potenciales de acción invaden la sinapsis en forma repetida. Un buen ejemplo de este proceso es lo que se conoce como potenciación a largo plazo o LTP (long term potentiation, por sus siglas en inglés), que consiste en  un aumento duradero de la comunicación sináptica entre dos neuronas como consecuencia de una estimulación eléctrica de alta frecuencia. Esto produce un ajuste en la eficacia sináptica que sustenta el proceso de aprendizaje y la formación de la memoria.

Lo opuesto también ocurre. Si una neurona produce ocasionales potenciales de acción, su neurona blanco tendrá menor actividad y la fuerza sináptica entre ellas decae, esto se denomina  depresión. Un ejemplo bien caracterizado es la depresión a largo plazo o LTD (long term depression, por sus siglas en inglés), un proceso que utiliza el hipocampo para reducir la eficacia de la sinapsis neuronal y así deshacerse de trazos de memorias viejas.

Además de la plasticidad sináptica, también es posible una neuroplasticidad estructural, por la que el número de dendritas aumenta o se alargan. Estos cambios plásticos fortalecen la interacción entre neuronas al formar más contactos sinápticos. Es como si un árbol tuviera más y más brotes para hacer más y más contactos con otros árboles. El proceso, que  se denomina sprouting (brotar), modifica el número total de sinapsis entre una neurona y su célula blanco.  Lo opuesto ocurre entre dos o más neuronas que no están muy activas, esto disminuye el número de contactos entre ellas, se pierden ramas dendríticas y como consecuencia habrá menos actividad de esa red neuronal. Este proceso se denomina pruning (poda).

Estos cambios estructurales y sinápticos ocurren en distintas áreas del cerebro, como consecuencia de diversas situaciones (aprendizaje, cambios hormonales, estrés crónico, etc) y en un amplio rango temporal. Pueden ser reversibles o completamente irreversibles y todos son fundamentales para el cableado correcto del sistema nervioso.

Neurogénesis

Desde el descubrimiento fortuito de la neurogénesis adulta por Joseph Altman (Altman y Das, 1965), la acalorada discusión sobre los “Límites de la neurogénesis en primates” (Rakic, 1985) y la descripción de Fernando Nottebohm de la neurogénesis en pájaros cantores adultos (1985), el campo recorrió un largo camino y acumuló un cuerpo de evidencia más que crítico y multifacético que apoya la existencia de neurogénesis en cerebros de humanos adultos. En la actualidad se acepta, con algunas críticas (Sorrells et al. vs  Boldrini et al.), que existen dos regiones en el cerebro adulto donde se lleva a cabo la formación de neuronas nuevas: el bulbo olfatorio y el hipocampo.

La atención pública y científica del fenómeno de la neurogénesis en humanos parece estar restringida al hipocampo (Spalding et al. 2013). Esto es debido a que esta propiedad agrega una funcionalidad particular a esta estructura. El hipocampo está involucrado en funciones cognitivas esenciales para los humanos y por extensión se asocia al envejecimiento o enfermedades como el Alzheimer y  otros trastornos inducidos por estrés, ansiedad y depresión que se caracterizan por la pérdida de estas funciones.

La neurogénesis en el bulbo olfatorio humano, aunque no tan estudiada como la del hipocampo, se asocia con la memoria a los olores. Aromas y olores desencadenan la evocación de experiencias emocionales previas, una propiedad que parece sostenerse por las conexiones neurales directas entre el bulbo olfatorio y la amígdala cerebral (emociones) y el hipocampo (memoria).

Es interesante que la evolución humana encuentre formas eficientes de equilibrar la proliferación y la duración del período crítico de maduración así también como la de formar nuevos circuitos neuronales para proporcionar a ciertas estructuras el nivel de plasticidad que un individuo requiere. Por ejemplo, para crear buenos y necesarios hábitos o modificar o suplantar algunos de los malos