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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 nacimos con todas las neuronas que íbamos a tener. De niños, podríamos producir algunas neuronas nuevas para ayudar a construir las vías, llamadas circuitos neuronales, que actúan como carreteras de información entre diferentes áreas del cerebro. Pero los científicos creían que una vez que un circuito neural estaba en su lugar, la adición de nuevas neuronas interrumpiría el flujo de información y desactivaría el sistema de comunicación del cerebro.
En 1962, el científico Joseph Altman desafió esta creencia cuando vio evidencia de neurogénesis (el nacimiento de neuronas) en una región del cerebro de rata adulta llamada hipocampo. Más tarde informó que las neuronas recién nacidas migraron de 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 sorprendieron a otros investigadores que no creían que pudieran ser ciertos en humanos. Pero a principios de la década de 1980, un científico que trataba de entender cómo las aves aprenden a cantar sugirió que los neurocientíficos volvieran a mirar la neurogénesis en el cerebro adulto y comenzaran a ver cómo podría tener sentido. En una serie de experimentos, Fernando Nottebohm y su equipo de investigación mostraron que el número de neuronas en los cerebros delanteros de los canarios machos aumentó drásticamente durante la temporada de apareamiento. Este fue el mismo tiempo en el que los pájaros tuvieron que aprender nuevas canciones para atraer a las hembras.
¿Por qué estos cerebros de pájaros agregaron neuronas en un momento tan crítico del aprendizaje? Nottebohm creía que era porque las neuronas frescas ayudaban a almacenar nuevos patrones de canciones dentro de los circuitos neuronales del cerebro anterior, el área del cerebro que controla comportamientos complejos. Estas nuevas neuronas hicieron posible el aprendizaje. Si las aves creaban nuevas neuronas para ayudarles a recordar y aprender, Nottebohm pensaba 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 evidencia de neuronas recién nacidas en un área distinta del cerebro en monos, y Fred Gage y Peter Eriksson mostraron que el cerebro humano adulto producía nuevas neuronas en un área similar.
Para algunos neurocientíficos, la neurogénesis en el cerebro adulto sigue siendo una teoría no probada. Pero otros piensan que la evidencia ofrece posibilidades intrigantes sobre el papel de las neuronas generadas por adultos en el aprendizaje y la memoria.
La Arquitectura de la neurona
El sistema nervioso central (que incluye el cerebro y la médula espinal) se compone de dos tipos básicos de células: neuronas (1) y glía (4) & (6). La glía supera en número a las neuronas en algunas partes del cerebro, pero las neuronas son los actores clave en el 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 soporte, las células gliales llamadas astrocitos (4) y oligodendrocitos (6).
Las neuronas tienen tres partes básicas: un cuerpo celular y dos extensiones llamadas axón (5) y dendrita (3). Dentro del cuerpo celular hay un núcleo (2), que controla las actividades de la célula y contiene el material genético de la célula. El axón parece una cola larga y transmite mensajes desde la célula. Las dendritas se parecen a las ramas de un árbol y reciben mensajes para la celda. Las neuronas se comunican entre sí mediante el envío de sustancias químicas, llamadas neurotransmisores, a través de un espacio diminuto, llamado sinapsis, entre los axones y las dendritas de las neuronas adyacentes.
Hay tres clases de neuronas:
- Las neuronas sensoriales transportan información desde los órganos de los sentidos (como los ojos y los oídos) hasta el cerebro.
- Las neuronas motoras controlan la actividad muscular voluntaria, como hablar, y transportan 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 una con capacidades específicas de transmisión de mensajes.
La forma en que estas neuronas se comunican entre sí mediante conexiones es lo que nos hace únicos en la forma en que pensamos, sentimos y actuamos.
Nacimiento
El grado 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 evidencia que respalda que la neurogénesis (la palabra científica para el nacimiento de neuronas) es un proceso de por vida.
Las neuronas nacen en áreas del cerebro ricas en concentraciones de células precursoras neuronales (también llamadas células madre neuronales). Estas células tienen el potencial de generar la mayoría, si no todos, de los diferentes tipos de neuronas y glias que se encuentran en el cerebro.
Los neurocientíficos han observado cómo se comportan las células precursoras neuronales 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 como para poder describir cómo las células madre neuronales generan las otras células del cerebro. Lo llaman el linaje de una célula madre y es similar en principio a un árbol genealógico.
Las células madre neuronales aumentan al dividirse en dos y producir dos células madre nuevas, dos células progenitoras tempranas o una de cada una.
Cuando una célula madre se divide para producir otra célula madre, se dice que se auto-renueva. 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. Solo puede hacer células en su linaje particular.
Las células progenitoras tempranas pueden renovarse por sí mismas o ir de dos maneras. Un tipo dará lugar a astrocitos. El otro tipo finalmente producirá 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 allí?
Los científicos han visto que las neuronas utilizan al menos dos métodos diferentes para viajar:
- Algunas neuronas migran siguiendo las fibras largas de las 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 que llegan a su destino.
- Las neuronas también viajan mediante el uso de señales químicas. Los científicos han encontrado moléculas especiales en la superficie de las neuronas, moléculas de adhesión, que se unen con moléculas similares en células gliales cercanas o axones nerviosos. Estas señales químicas guían a la neurona a su ubicación final.
No todas las neuronas tienen éxito en su viaje. Los científicos creen que solo 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 áreas de neuronas extraviadas o de formación extraña que pueden causar trastornos como la epilepsia infantil. Algunos investigadores sospechan que la esquizofrenia y el trastorno de aprendizaje dislexia son en parte el resultado de neuronas equivocadas.
Diferenciación
Una vez que una neurona llega a su destino, tiene que instalarse para trabajar. Este paso final de diferenciación es la parte menos bien entendida de la neurogénesis.
Las neuronas son responsables del transporte y la absorción 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 neurona con neurona, que estarán en su lugar a lo largo de la edad adulta.
Pero en el cerebro adulto, los circuitos neuronales ya están desarrollados y las neuronas deben encontrar una forma de encajar. A medida que se instala una nueva neurona, comienza a parecerse a las células circundantes. Desarrolla un axón y dendritas y comienza a comunicarse con sus vecinos.
Muerte
Aunque las neuronas son las células con vida más larga del cuerpo, un gran número de ellas mueren durante la migración y diferenciación.
La vida de algunas neuronas puede dar vueltas anormales. Algunas enfermedades del cerebro son el resultado de muertes no naturales de 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 corporales. Esto causa dificultad para iniciar el movimiento.
– En la enfermedad de Huntington, una mutación genética causa la sobreproducción de un neurotransmisor llamado glutamato, que mata las neuronas en los ganglios basales. Como resultado, las personas se retuercen y retuercen incontrolablemente.
– En la enfermedad de Alzheimer, las proteínas inusuales se acumulan en y alrededor de las neuronas en el 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 hacer las tareas cotidianas. El daño físico al cerebro y a otras partes del sistema nervioso central también puede matar o desactivar neuronas.
– Los golpes en el cerebro, o el daño causado por un accidente cerebrovascular, pueden matar a las neuronas o privarlas lentamente del oxígeno y los nutrientes que necesitan para sobrevivir.
– La lesión de la médula espinal puede interrumpir la comunicación entre el cerebro y los músculos cuando las neuronas pierden su conexión con los axones ubicados debajo del sitio de la lesión. Estas neuronas aún pueden vivir, pero pierden su capacidad de comunicarse.
Esperanza A través de la investigación
Los científicos esperan que al comprender más sobre la vida y la muerte de las neuronas puedan desarrollar nuevos tratamientos, y posiblemente incluso curas, para enfermedades y trastornos cerebrales que afectan la vida de millones de estadounidenses.
La investigación más reciente sugiere que las células madre neuronales pueden generar muchos, si no todos, de los diferentes tipos de neuronas que se encuentran en el cerebro y el sistema nervioso. Aprender a manipular estas células madre en el laboratorio en tipos específicos de neuronas podría producir un suministro fresco de células cerebrales para reemplazar a 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 fabriquen nuevas neuronas. Esto haría posible 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, comuníquese con la Red de Información y Recursos Cerebrales (BRAIN) del Instituto al:
BRAIN
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Institutos Nacionales de la Salud
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