5 Trucos de Neuronas – maniquíes

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Por Frank Amthor

Las neuronas son células. Como células, contienen componentes comunes a todas las células animales, como el núcleo y el aparato de Golgi. Sin embargo, las neuronas tienen otras características únicas de las neuronas, o al menos, no son comunes en otras células. Estas características únicas existen porque las neuronas están especializadas para procesar y comunicar información.

Esta especialización evolucionó porque permitió a los organismos aumentar sus posibilidades de supervivencia al moverse dentro de su entorno basándose en la detección de cosas como alimentos, toxinas, temperatura y depredadores.

Las neuronas son tan especializadas comparadas con cualquier otra célula que el estudio de las neuronas y la organización neuronal comprende muchas escuelas de neurociencia. Si se está entrevistando para un trabajo en un laboratorio de neurociencias, impresionará al jefe del laboratorio al saber acerca de los cinco atributos de las células neurales que se tratan aquí.

Consiguiendo el mayor beneficio por el dinero con espinas dendríticas

Las dendritas neuronales no son simplemente superficies cilíndricas lisas entre los puntos de ramificación. Más bien, están cubiertos con pequeños apéndices en forma de hongo llamados espinas. Las espinas son el sitio de gran parte de la entrada sináptica a las dendritas, particularmente la entrada excitadora.

Esto es lo interesante de las espinas dorsales: Pueden aparecer y desaparecer y cambiar dinámicamente de forma en función de la actividad de la neurona presináptica y postsináptica. En otras palabras, los cambios en la forma de la columna vertebral parecen ser un mecanismo para cambios dinámicos en la fuerza sináptica que subyacen al aprendizaje y la plasticidad en el sistema nervioso.

Las formas de las espinas tienen un impacto en al menos dos mecanismos que afectan la eficacia sináptica:

  • La longitud y el diámetro del cuello de la columna vertebral afectan la cantidad de corriente que llega al eje dendrítico principal desde la sinapsis en la cabeza de la columna vertebral.
  • El volumen de la columna vertebral parece afectar los cambios de concentración iónica asociados con la corriente sináptica, de tal manera que pequeños volúmenes pueden causar concentraciones localmente altas de iones como el calcio que median cambios en la plasticidad.

Receptores ligados: permiten que las neuronas se comuniquen químicamente

Los receptores ligados son los complejos proteicos en el lado postsináptico de las sinapsis. Conectan el mundo exterior de la neurona con el mundo interior permitiendo que los iones se muevan a través de canales en la membrana. El receptor es selectivo a tipos particulares de mensajes de otras neuronas, basado en su afinidad por el neurotransmisor liberado por la neurona presináptica. El canal iónico que se abre cuando el receptor se une a un neurotransmisor es el mensaje que se comunica al resto de la célula como corriente de entrada sináptica.

Los canales iónicos ligados conocidos como receptores ionotrópicos son diferentes de otro tipo de receptores llamados receptores metabólicos. El receptor metabótropo funciona al tener un sitio de unión de ligandos en el exterior de la membrana, como el receptor ionotrópico, pero no tiene canal en su complejo receptor. En cambio, la unión de ligandos provoca la liberación de un mensajero intracelular que estaba ligado al lado interior del complejo, que activa (normalmente abriendo) un canal en otra parte de la membrana (normalmente cerca).

Los canales ionotrópicos ligados suelen mediar en la transmisión sináptica rápida del comportamiento subyacente. Los receptores metabótropos son típicamente más lentos y median respuestas moduladoras u homeostáticas, aunque hay algunos casos de receptores metabótropos rápidos. Hacen posible que un solo neurotransmisor tenga diferentes efectos en diferentes neuronas postsinápticas.

Especializarse para los sentidos

Durante la evolución hacia formas de vida multicelulares, las neuronas se especializaron en la detección de aspectos del medio ambiente. Esta especialización fue el resultado del desarrollo de receptores de membrana especializados u orgánulos intracelulares en células individuales. Los receptores sensoriales neurales son transductores celulares que responden a la energía, fuerzas o sustancias en el ambiente externo o interno y convierten la detección en actividad eléctrica, a menudo mediante la modulación de la liberación de un neurotransmisor. Aquí hay algunos ejemplos:

  • Los fotorreceptores en los ojos de los vertebrados tienen estructuras derivadas de los cilios que capturan fotones de luz. La captura de estos fotones causa una cascada intracelular de proteína G que cierra los canales iónicos permeables al sodio, hiperpolarizando la célula y reduciendo la liberación de glutamato, el neurotransmisor fotorreceptor.
  • En el oído, las células ciliadas auditivas también tienen cilios que, al doblarse, abren canales iónicos que despolarizan la célula y causan potenciales de acción en el nervio auditivo.

Cálculo con corrientes del canal de iones

Las membranas neurales, como las de la mayoría de las células animales, son virtualmente impermeables al flujo de agua y a la mayoría de los iones. Sin embargo, las membranas neurales difieren de las de otras células en que tienen muchos canales de iones diferentes que pueden ser activados por ligandos o voltaje.

Cuando los canales iónicos están abiertos y permiten que los iones de sodio fluyan a través de ellos, la neurona se excita. Se inhibe cuando los canales de potasio o cloruro están abiertos. Las neuronas tienen miles de canales iónicos de diferentes tipos en sus membranas que se abren en combinaciones complejas y variables en el tiempo.

La neurona calcula la interacción de todos los flujos iónicos de todos los canales de la neurona. Para que este cálculo ocurra, un cierto número de entradas excitadoras deben estar activas simultáneamente, mientras que un cierto número de entradas inhibitorias no deben estar activas. Dadas las 10.000 entradas diferentes, el número de combinaciones únicas que una neurona puede discriminar es un número astronómicamente grande.

La estructura del árbol dendrítico de la neurona es crucial en este cálculo. Los investigadores saben que menos corriente inyectada en las sinapsis distales llega al cuerpo celular que la inyectada en las sinapsis proximales, y el curso del tiempo de la corriente distal es más lento. Un árbol dendrítico ramificado produce muchos más sitios sinápticos en las muchas ramas distales que en las proximales, lo que compensa en parte la reducción de la magnitud actual de las sinapsis distales individuales. Sin embargo, no compensa el curso temporal más lento de las sinapsis distales versus proximales. Debido a esto, las entradas a las neuronas que tienden a dominar la actividad rápida de las neuronas pos-sinápticas tienden a ocurrir en las sinapsis proximales, mientras que las sinapsis distales son principalmente moduladoras.

Mantener la señal fuerte a través de largas distancias

Las dendritas más remotas en un árbol dendrítico neural rara vez están a más de unos pocos cientos de micrómetros del cuerpo celular. Las entradas sinápticas a esta distancia se debilitan severamente cuando llegan al cuerpo celular por lo que se denomina dispersión electrotónica sobre la membrana. Pero aunque el debilitamiento es significativo, hay suficientes sinapsis en las dendritas más distantes para resultar en una entrada efectiva en el cuerpo celular.

Sin embargo, es una historia diferente con los axones. La mayoría de las células sólo tienen un axón que sale del cuerpo celular, y este axón puede viajar un metro a través del cuerpo y luego ramificarse en cientos o miles de terminales de axones.

La invención más importante del sistema nervioso es el potencial de acción. El potencial de acción utiliza canales de sodio transitorios, con voltaje en la membrana axonal, para crear un pulso de voltaje que, al causar una reacción en cadena a través de células adyacentes, puede enviar una señal a las sinapsis más distantes sin debilitarse. Cada pulso de potencial de acción es esencialmente idéntico, y la forma del potencial de acción es más o menos la misma que en el terminal tal y como estaba en su origen.

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