4.7: Neuronas

La estructura y las funciones de las neuronas

El cerebro humano es, sin duda, el más complejo de todos los sistemas biológicos. El cerebro adulto está compuesto por más de 100 mil millones de neuronas (Pakkenberg and Gundersen 1997). Las neuronas son las células de procesamiento de la información en el cerebro (véase la Figura \(\PageIndex{1}\)). Existen muchos tipos diferentes de neuronas que varían en tamaño y forma, así como en su función. Las neuronas establecen conexiones con otras neuronas para formar redes de procesamiento de información que son responsables de todos nuestros pensamientos, sensaciones, sentimientos y acciones. Dado que cada neurona puede establecer conexiones con más de 1,000 otras neuronas, se estima que el cerebro adulto tiene más de 60 billones de conexiones neuronales. ^[1]

Definición: Neuronas

Las células de procesamiento de la información en el cerebro. Existen muchos tipos diferentes de neuronas que varían en su tamaño y forma, así como en su función

Figura \(\PageIndex{1}\): Estructuras de una neurona etiquetadas de extremo a extremo incluyen dendritas, membrana celular, cuerpo celular, axón, nodo de Ranvier, vaina de mielina y sinapsis. (^[2])

Las poblaciones de neuronas están conectadas entre sí por fibras que se extienden desde los cuerpos celulares de las neuronas individuales. Existen dos tipos de fibras de conexión, las dendritas y los axones. Las dendritas son conjuntos de fibras cortas que se asemejan a las ramas de un árbol. Se extienden solo a una corta distancia del cuerpo celular de la neurona. Su función principal es recibir las señales electroquímicas de entrada de otras neuronas. Los axones son fibras de conexión largas que se extienden a grandes distancias y establecen conexiones con otras neuronas, a menudo en las dendritas. Los axones actúan de manera similar a los cables telefónicos, ya que son responsables de enviar señales electroquímicas a neuronas ubicadas en lugares distantes. Los haces de axones individuales de muchas neuronas diferentes dentro de una región del cerebro forman tractos de fibras que se extienden hacia grupos de neuronas en otras regiones del cerebro y establecen conexiones con ellas, formando las redes de procesamiento de información. Los axones están recubiertos por una sustancia grasa llamada mielina que, al igual que el aislamiento de un cable telefónico, hace que la transmisión de señales electroquímicas entre regiones sea eficiente. La mielina es de color blanco; por lo tanto, las vías de fibras del cerebro suelen denominarse “sustancia blanca” o “vías de sustancia blanca”. ^[3]

Definición: Sustancia blanca

Tejido cerebral compuesto principalmente por axones mielinizados

Definición: Mielina

Sustancia grasa que hace más eficiente la transmisión de señales electroquímicas

Definición: Dendritas

Conjuntos de fibras cortas que se asemejan a las ramas de un árbol y se extienden a una corta distancia del cuerpo celular de la neurona. Su función principal es recibir las señales electroquímicas de entrada de otras neuronas

Las neuronas se comunican entre sí mediante la “señalización química”, un proceso en el que intercambian sustancias químicas llamadas “neurotransmisores”. Así es como ocurre: un potencial de acción es un impulso eléctrico que viaja a través de una neurona y provoca la liberación de neurotransmisores en un pequeño espacio que se encuentra entre dos neuronas, llamado sinapsis. Luego, las dendritas de la neurona del otro lado de la sinapsis captan los neurotransmisores, lo que genera un potencial de acción que viaja a lo largo del axón de esta segunda neurona. Este proceso continúa en varias neuronas que están conectadas entre sí. ^[5]

Definición: Neurotransmisores

Sustancias químicas intercambiadas entre neuronas que permiten la “comunicación” neuronal.

Si bien la mayoría de las 100 a 200 mil millones de neuronas del cerebro están presentes al nacer, no están completamente maduras durante la infancia y la primera infancia. A medida que maduran, las neuronas establecen conexiones entre sí. Las sinapsis, las conexiones entre neuronas, atraviesan un período de exuberancia transitoria o crecimiento dramático temporal. Se produce una proliferación de estas sinapsis durante los primeros dos años, de modo que a los 2 años una sola neurona puede tener miles de conexiones. La figura \(\PageIndex{2}\) muestra neuronas y sus conexiones de un área dentro del lóbulo frontal de la corteza. La Imagen A (a la izquierda de la Figura \(\PageIndex{2}\)) orresponde al cerebro de un lactante de un mes de edad y la Imagen B corresponde al cerebro de un niño de seis años. Dado que nacemos con la mayoría de las neuronas que tendremos a lo largo de la vida, la diferencia entre estas dos imágenes no es una diferencia en la cantidad de neuronas, sino en la cantidad y calidad de las conexiones.

Definición: Sinapsis

Las conexiones entre neuronas donde se intercambian neurotransmisores

Figura \(\PageIndex{2}\): Cambio en las conexiones neuronales de 1 año de edad a 6 años de edad. Dos paneles, etiquetados como A, que representa a un niño de 1 año, y B, que representa a un niño de 6 años. En el panel A, los patrones de ramificación son escasos, con espacios claros entre cada rama. Una estructura central desde la cual numerosas ramas se extienden hacia afuera en varias direcciones. Cada rama se bifurca en otras más pequeñas, de manera similar a las ramas y ramillas de un árbol. El panel B está mucho más densamente poblado con estas estructuras ramificadas. Las ramas se entrecruzan y se superponen de manera significativa, creando una red compleja. Las estructuras centrales, o cuerpos celulares, también son más numerosas y están más juntas. Las ramas varían en grosor, con algunas gruesas y prominentes y otras finas y delicadas. ^[6]

Después del aumento dramático de sinapsis, las vías neuronales que no se utilizan serán eliminadas, fortaleciendo así aquellas que sí se utilizan. Este proceso de eliminación se denomina poda. La experiencia dará forma a cuáles de estas conexiones se mantienen y cuáles se podan. En última instancia, aproximadamente el 40% de las conexiones tempranas se perderán (Webb, Monk, and Nelson, 2001). Esta actividad ocurre principalmente en la corteza, o la delgada cubierta externa del cerebro involucrada en la actividad voluntaria y el pensamiento. La corteza prefrontal, ubicada detrás de la frente, continúa creciendo y madurando a lo largo de la infancia y experimenta un impulso adicional de crecimiento durante la adolescencia. Es la última parte del cerebro en madurar y eventualmente representará el 85% del peso del cerebro. A medida que la corteza prefrontal madura, el niño es cada vez más capaz de regular o controlar las emociones, pensar de manera hipotética, desarrollar estrategias y tener un mejor juicio. Por supuesto, esto no se logra completamente durante la infancia y la etapa de niños pequeños, sino que continúa a lo largo de la niñez y hasta la adultez (Uytun, 2018). ^[7]

Mielinización

Otro cambio significativo que ocurre en el sistema nervioso central es el desarrollo de la mielina, un recubrimiento de tejido graso alrededor del axón de la neurona. La mielina ayuda a aislar la célula nerviosa y a acelerar la velocidad de transmisión de los impulsos de una célula a otra. Este aumento mejora la construcción de vías neuronales y mejora la coordinación y el control del movimiento y de los procesos del pensamiento. Durante la infancia, la mielinización progresa rápidamente, con un número creciente de axones que adquieren vainas de mielina. Esto corresponde con el desarrollo de habilidades cognitivas y motoras, incluida la comprensión del lenguaje, la adquisición del habla, el procesamiento sensorial, el alcance y agarre, y el gateo y la marcha. El desarrollo de la mielina continúa hasta la adolescencia, pero es más dramático durante los primeros años de vida. ^{[8] [9]}

Atribuciones

• ^[1] Stiles & Jernigan (2010). The basics of brain development. Neuropsychology review, 20(4), 327-348. CC by 2.0
• ^[2] Image from “Physical Growth and Brain Development in Infancy” by Tera Jones for Lumen Learning is licensed by CC by 4.0.
• ^[3] Stiles & Jernigan (2010). The basics of brain development. Neuropsychology Review, 20(4), 327-348. CC by 2.0
• ^[5] Kaur et al., (2019). Using magnets to stimulate the brain helps people with depression. Frontiers for Young Minds, 7, 1-8. CC by 4.0
• ^[6] DeFelipe (2013). Going to school to sculpt the brain. Frontiers for Young Minds. CC by 4.0
• ^[7] “Physical Growth and Brain Development in Infancy” by Tera Jones for Lumen Learning is licensed by CC by 4.0.
• ^[8] “Brain Development” by: Nicole Arduini-Van Hoose provided by Hudson Valley Community College. CC BY-NC-SA 4.0
• ^[9] “Physical Growth and Brain Development in Infancy” by Tera Jones for Lumen Learning is licensed by CC by 4.0.