Cómo funcionan las neuronas: de un impulso eléctrico a un mensaje químico
Una neurona es una célula nerviosa que transmite mensajes como breves impulsos eléctricos. En reposo su membrana mantiene un voltaje de unos −70 milivoltios; cuando un estímulo lo eleva hasta un umbral cercano a −55 milivoltios, un impulso de todo o nada, el potencial de acción, recorre el axón y dura un milisegundo o dos. Al final del axón el mensaje cruza un pequeño espacio, la sinapsis, en forma de sustancia química, un neurotransmisor, que puede hacer que la célula siguiente tenga más o menos probabilidad de dispararse.
Las neuronas son las células que hay detrás de cada pensamiento, movimiento y sensación, y su truco es combinar dos tipos de señal: electricidad para ir rápido dentro de la célula y química para saltar a la siguiente. Esta guía sigue un mensaje desde las dendritas hasta la sinapsis.
Ideas principales
- Una neurona tiene dendritas que reciben mensajes, un cuerpo celular que los integra, un axón que envía la señal y terminales que la transmiten.
- En reposo el interior de la célula es unos 70 milivoltios más negativo que el exterior, lo que se escribe como un potencial de reposo de unos −70 mV.
- El potencial de acción es de todo o nada: empieza en un umbral cercano a −55 mV, alcanza unos +30 mV, y un estímulo más fuerte da más impulsos por segundo, no un impulso mayor.
- La mielina permite que el impulso salte de nodo en nodo, de modo que las fibras más rápidas conducen a unos 100 a 120 metros por segundo.
- Entre neuronas el mensaje cruza un espacio de unos 20 a 40 nanómetros como neurotransmisor; el cerebro humano tiene unos 86 000 millones de neuronas.
Las partes de una neurona
Una neurona tiene varias partes bien diferenciadas. Las ramas llamadas dendritas recogen mensajes de otras células. Los llevan al cuerpo celular, o soma, que contiene el núcleo y combina todo lo que llega. La señal sale por el axón, una fibra delgada que en la pierna puede medir cerca de un metro. En su extremo el axón se divide en terminales que transmiten el mensaje.
Muchos axones están envueltos en mielina, una vaina grasa interrumpida por pequeños huecos llamados nodos de Ranvier. Una neurona nunca está sola: un recuento de 2009 de Azevedo y colaboradores, resumido por Herculano-Houzel, halló unos 86 000 millones de neuronas y casi otras tantas células no neuronales en el cerebro de un hombre adulto.
En reposo: una batería en la membrana
En reposo una neurona se comporta como una batería cargada. Su membrana mantiene los iones de sodio sobre todo fuera y los de potasio sobre todo dentro, y una bomba molecular, la bomba de sodio-potasio, trabaja sin parar para conservar ese equilibrio. El resultado es un voltaje a través de la membrana: el interior es unos 70 milivoltios más negativo que el exterior. El valor exacto varía entre células, y −70 mV es la cifra más usada.
Un milivoltio es una milésima de voltio, así que la célula funciona con un voltaje diminuto. Toda la oscilación de un potencial de acción, de −70 mV a unos +30 mV, son unos 0,1 voltios, frente a 1,5 voltios de una pila AA.
El potencial de acción: todo o nada
Un estímulo débil solo hace que el voltaje tiemble y se apague. Pero si el estímulo eleva el voltaje de −70 mV hasta el umbral de unos −55 mV, se abren los canales de sodio dependientes de voltaje, los iones de sodio entran de golpe y el voltaje se dispara hasta unos +30 mV. Luego se abren los canales de potasio, el potasio sale y el voltaje vuelve atrás. El impulso entero dura aproximadamente 2 milisegundos.
El potencial de acción es de todo o nada. Todos los impulsos alcanzan casi el mismo voltaje, así que un estímulo más fuerte no produce un impulso mayor, sino impulsos más seguidos. Mientras un impulso está en marcha no puede empezar otro, un intervalo llamado periodo refractario.
El impulso no es una corriente que fluye por un cable. Es una onda que se renueva a lo largo de la membrana, y cada tramo desencadena el siguiente.
Por qué la mielina acelera la señal
Los impulsos nerviosos viajan a velocidades que van de unos 0,5 metros por segundo en fibras lentas sin mielina a más de 100 metros por segundo en las mielinizadas más rápidas. En un axón desnudo el impulso se propaga de forma continua, tramo a tramo, y eso es lento.
La mielina aísla el axón, y el impulso salta de un nodo de Ranvier al siguiente. Esto se llama conducción saltatoria, del latín saltare, saltar. En las fibras mielinizadas más rápidas el impulso llega a unos 100 a 120 metros por segundo, más de 400 kilómetros por hora. El grosor también cuenta: un axón ancho conduce más rápido que uno estrecho, igual que el agua corre más deprisa en un río ancho que en un arroyo estrecho.
Cruzar el espacio: la sinapsis y el aprendizaje
Cuando el impulso llega a un terminal del axón encuentra un espacio, la sinapsis, de unos 20 a 40 nanómetros de ancho y miles de veces más estrecho que un cabello humano. El pulso eléctrico no puede saltarlo. Entran iones de calcio, y unas burbujas diminutas llamadas vesículas liberan en el espacio un mensajero químico, un neurotransmisor. Este atraviesa el espacio y se une a receptores de la célula siguiente, empujándola a dispararse o frenándola. El glutamato, el GABA y la dopamina son ejemplos.
El psicólogo Donald Hebb propuso en 1949 que las conexiones se refuerzan cuando dos células están activas a la vez, una idea que suele resumirse como que las neuronas que se disparan juntas se conectan juntas. Es un lema simplificado, pero explica por qué ayuda practicar: el uso repetido refuerza las vías implicadas.
Dispara tú una neurona: el capítulo de VJOURNAL SMART BOOK
El libro de Biología de la serie VJOURNAL SMART BOOK, en VITON13 SCHOOL, tiene un capítulo titulado «Neuronas e impulsos nerviosos». Una neurona 3D viva está junto al texto y recorre cinco momentos: su anatomía, el voltaje de reposo cercano a −70 milivoltios, el impulso que salta de nodo en nodo, la sinapsis y una red de neuronas que se conectan juntas.
En el laboratorio de pruebas bajo la imagen arrastras un deslizador de estímulo y miras la curva de voltaje en un voltímetro superpuesto; después desactivas la mielina y ves cómo el impulso se vuelve más lento. El capítulo termina con un breve test y las fuentes de sus datos.
En palabras sencillas
Una neurona es como una hilera de fichas de dominó. Si empujas la primera con la fuerza suficiente, toda la hilera cae de la misma manera, por fuerte que empujes. Al final de la hilera, un mensajero lleva el recado a través de un hueco hasta la hilera siguiente.
Pruébalo
Abre el capítulo de las neuronas, arrastra el deslizador de estímulo de débil a fuerte mientras miras la curva de voltaje y después desactiva la mielina.
Resultado esperado
Un empujón débil se apaga sin impulso; por encima del umbral cada impulso tiene el mismo tamaño, y un empujón más fuerte solo añade impulsos por segundo. Sin mielina el impulso viaja más despacio.
Comprueba tu respuesta: Una neurona está en reposo a −70 mV y su umbral es de −55 mV. ¿Cuántos milivoltios debe elevar el voltaje un estímulo para provocar un impulso?
15 mV, porque −55 menos −70 es 15. Un cambio menor se apaga; uno que alcance el umbral produce un impulso de tamaño habitual.
Preguntas y respuestas
¿Qué diferencia hay entre una neurona y un nervio?
Una neurona es una sola célula nerviosa. Un nervio es un haz de muchos axones, envueltos juntos, que lleva señales entre el cerebro o la médula espinal y el resto del cuerpo.
¿Cuántas neuronas hay en el cerebro humano?
Unas 86 000 millones, además de casi otras tantas células no neuronales, según un recuento de 2009 del cerebro de un hombre adulto realizado por Azevedo y colaboradores y resumido por Herculano-Houzel. Estos recuentos son estimaciones y varían entre personas.
¿A qué velocidad viajan los impulsos nerviosos?
De unos 0,5 metros por segundo en las fibras más lentas a unos 100 a 120 metros por segundo en las mielinizadas más rápidas, es decir, unos 430 kilómetros por hora.
¿La señal nerviosa es electricidad que fluye como en un cable?
No exactamente. Partículas cargadas llamadas iones atraviesan la membrana por canales, y el impulso se renueva a lo largo del axón. Es una onda que se propaga sola, mucho más lenta que una señal en un cable de cobre.
¿Qué es un neurotransmisor?
Un mensajero químico liberado en una sinapsis. Cruza el espacio, se une a receptores de la célula siguiente y puede hacer que esta tenga más o menos probabilidad de dispararse. Un ejemplo es la acetilcolina, que pasa la señal de una neurona motora a un músculo.
Sigue la cadena: dendrita, cuerpo celular, impulso por el axón, sinapsis, célula siguiente. Abre después el capítulo de las neuronas, arrastra el deslizador de estímulo y desactiva la mielina para ver para qué sirve cada paso.
Fuentes y lecturas
- OpenStax Anatomy and Physiology 2e: The Action Potential ↗Fuentes revisadas:
- OpenStax Anatomy and Physiology 2e: Communication Between Neurons ↗Fuentes revisadas:
- Herculano-Houzel, Frontiers in Human Neuroscience, 2009: The human brain in numbers ↗Fuentes revisadas:
- Wikipedia: Nerve conduction velocity ↗Fuentes revisadas:
- Wikipedia: Chemical synapse ↗Fuentes revisadas: