El Cedazo

Aviso introductorio: Esta es la segunda entrada de tres en que ha quedado dividido este minirrelato, que no pretende ser una explicación técnica detallada de cómo nacen, evolucionan y mueren las neuronas en general. Simplemente es la historia de una sola muy particular, una de las miles y miles que habitan la corteza motora primaria del cerebro. Que nos cuenta desde el momento biológico actual sus recuerdos de infancia y juventud. 

Hola de nuevo. Os tengo que confirmar que la intervención motora que se nos solicitó por los “jefes” de la corteza prefrontal y que obligó a la clausura intempestiva de la primera entrada fue llevada a cabo sin incidentes. Nuestro “Yo” subió de forma relajada al tercer piso de su vivienda. Dicho esto, continúo con mi biografía, que quedó cortada en el momento en que presentaba a unos nuevos personajes, los neuroblastos. De todas formas, convendría repasar lo dicho hace unos días antes de seguir por la narración de hoy.

Al principio estas células precursoras, los neuroblastos, parecieron contagiarse con la actividad y las urgencias de sus células madres, las neuroepiteliales, ya que una vez nacidos en la zona interna de la pared del tubo neural procedieron rápidamente a migrar hacia la zona más exterior. Mi madre neuroblasto estaba allí y fue un momento crucial para mi futuro, ya que aquella migración se manifestó decisiva para formar una estructura como la corteza cerebral en donde yo hago mi trabajo. En esta labor de migración encontraron una ayuda fundamental en unas células que conservaban aun una semejanza de rasgos físicos con las neuroepiteliales primeras: aquello que llamábamos en la entrada anterior “cariátide”.^[1] Y es que habían adoptado una posición radial, con un núcleo en la parte interna o ventricular del tubo neural y una prolongación filiforme que llegaba a anclarse en la frontera externa del mismo o zona pial. Las podéis ver tintadas de rojo en la figura siguiente. A mí estas glías radiales, que así es como las conocemos en nuestra familia, me recordaban a las alubias del cuento de “Juanito y las habichuelas mágicas“. Y cual Juanito, mi neuroblasto ascendió por la liana. A su lado miles y miles de compañeras estaban en distintas fases del mismo proceso en su camino hacia el borde exterior, para formar la placa cortical que luego sería la materia gris de la corteza del cerebro de mi embrión.

En este esquema que representa un corte de la pared del tubo neural se distinguen tres tipos de células: dos gliales radiales (RG`s rojas y verdes) y las neuronas (en dos colores, rosa y azul). Los núcleos de las gliales rojas (aRG’s) están anclados en la base mientras que los de las verdes (bRG’s) se sitúan en posiciones más externas. Podemos observar cómo las neuronas escalan por las fibras de las RG’s tal como se explica en el texto. Pero lo curioso es que hay dos modelos de escalada que dependen de la cantidad de bRG’s. Cuando hay muchas bRG’s, las neuronas en su camino ascendente encuentran muchas posibilidades de tomar sendas desviadas hacia los lados de la dirección inicial (líneas de puntos rosas). Lo cual determinará el que un encéfalo sea arrugado y girificado como el de los humanos en vez de liso como el de un ratón. (Imagen de “Role of radial glial cells in cerebral cortex folding”, Victor Borrell y Magdalena Götz, Current Opinion in Neurobiology, Agosto 2014, fair use)

El proceso debió ser altamente sofisticado, ya que a medida que iban escalando los neuroblastos, diversos mensajes químicos muy específicos les iban diciendo hacia qué tipo de neurona debían mutar y en qué escalón de la placa cortical deberían apearse. Ya os comenté que las neuronas de la corteza estamos organizadas en columnas, y cada una de ellas en pisos habitados por neuronas de tipo distinto. Podéis verlo más abajo en el esquema con que cierro la narración de esta jornada. Por ejemplo, yo soy una neurona piramidal Betz que trabajo en la planta quinta de una columna situada en la parte interna de la corteza motora primaria del hemisferio derecho. La intensa movida de ese desfile y parada que presenciaron mis mayores parece como si respondiera a un puro prusianismo en aras a la eficiencia. Aunque creo que de nuevo me estoy desviando del hilo fundamental.

Volviendo a los neuroblastos… allí estaban en plena escalada por las cuerdas de las células gliales radiales mutando hacia neuronas verdaderas. Las que iniciaron primero el camino recibían pronto la señal de parada y fonda, cerca de la zona ventricular interna. Las siguientes debían buscarse la vida subiendo por entre estas primeras y poder poblar la zona más inmediata tras las ya establecidas. Un complejo desarrollo de la corteza por el que a los neuroblastos más tardíos, viniendo desde abajo, no les quedó más remedio que posicionarse en la parte más externa de la corteza tras pasar entre los hombros de las primerizas. En el único hueco disponible para ellos. En aras a la verdad tengo que deciros que hay algún tipo de neuronas de la corteza cuyo proceso vital no siguió el patrón radial interior-exterior, sino que se desplazaron hasta su posición definitiva en la corteza desde otras zonas del tubo neural en una migración que las colegas del Departamento de Memoria y Aprendizaje han bautizado como de tipo tangencial.

Mientras nuestras madres subían por su particular calvario, todo ese lío les parecía irracionalmente complejo y consumidor de energía, aunque más tarde a sus hijas se nos revelara como imprescindible: a medida que las células más tardías migraban a través de las capas más profundas, encontraron oportunidades adicionales para que la señalización inductiva particular de cada zona influyera en su destino. Lo que casi fue el vector más importante en su moldeado hacia formas y cometidos tan diferentes y tan necesarios como los de las compañeras que iban dejando por debajo. Mi madre se quedó en la capa cinco, una zona intermedia, de las “sin prisa pero sin pausa“. Todo este tinglado migratorio en la corteza finalizó más o menos a los cien días de iniciarse la gestación de mi embrión.

Esquema de la diferenciación progresiva de un neuroblasto en su mutación a una neurona correspondiente a la corteza encefálica. Obsérvese como se inicia progresivamente la proliferación de prolongaciones neuríticas (Imagen: Del libro ”Embriología Humana” de Armando Valdés Valdés et al., fig. 15.9, pag. 218, fair use)

Lógicamente pensaréis que el proceso que os he contado, aunque complejo, tiene que tener más recovecos. Y sí los tuvo, como no podía ser menos, ya que aquel tubo neural primigenio ya no parecía un tubo sino una maquinaria neuronal compleja. Se escapa del alcance de mi humilde relato autobiográfico, pero sí, más allá de los cien días desde el acoplamiento de óvulo y espermatozoide, las neuronas ya comenzábamos a ver un sistema nervioso que físicamente empezaba a parecerse a lo que ha llegado a ser en la forma adulta. Superados temporalmente aquellos momentos, nuestro barrio neuronal fue creciendo y moldeándose, más que nada gracias a que ya éramos bastante mayores como para trabajar en nuestras relaciones sociales, desarrollando nuestras vías de comunicación, entretejiendo vías de contacto y formando clubes de actividad común. Las conexiones crecían, los axones se engrosaban con mielina,^[2] la materia gris se arrugaba sobre si misma, mientras que por debajo las autovías de materia blanca comenzaban a apuntalar el necesario tráfico del momento. Pero otra vez me estoy adelantando en el relato de mi biografía. Debo volver a las gloriosas épocas pioneras de la escalada por la placa cortical.

Nuestra narradora, la neurona piramidal de Betz, se encontraba más o menos en las proximidades de la punta de la flecha roja de la imagen (Modificada de la red, fair use)

Y es que no hubo solamente la escalada y consolidación de la posición de los neuroblastos. Mientras en este proceso se iban diferenciando y mutando hacia distintos tipos de neuronas, poco a poco también se empezaban a generar en sus membranas celulares unos botones que se iban prolongando y ramificando, en unos puntos de una manera y en otros de otra. Cada vez se parecían más a una neurona y menos a un neuroblasto. En mi caso, como lo podéis ver en mi foto con la que  inicié mi narración en la jornada anterior, el proceso generó sólo una vía a través de la que puedo emitir mis opiniones, lo que en nuestro argot llamamos axón, y varias vías de recepción de las señales de mis vecinas -o no tan vecinas-, vías no menos importantes que llamamos dendritas. Entre las que destaca una excepcionalmente larga que sale del pico “superior” de mi cuerpo piramidal ¡de ahí mi nombre! Realmente esto presagiaba mucho trabajo. Pero así es el destino.

Como iba diciendo, me salieron esos “pelos” desde mi membrana celular, las neuritas, que al principio eran más o menos semejantes. A medida que iban “madurando” refinaban su estructura que se adaptó al particular objetivo de cada una que, como ya he dicho, era ni más ni menos que el transmitir mis opiniones y recibir las de mis próximas compañeras. Ya desde el principio, en los extremos de estas prolongaciones filiformes comenzaron a apuntarse unos orgánulos peculiares, unas verdaderas unidades que dirigían y dirigen aun hoy en día su crecimiento y que recuerdan un poco a lo que sucede en los ápices de las raíces de las plantas.^[3] Se trataba del cono de crecimiento, como así llamamos a esa unidad “inteligente” que normalmente tiene una forma como de pie de pato: una especie de dedos, los filipodios -pie filiforme-, unidos por una lámina bastante plana, como una hoja, el lamelipodio -pie laminar-. Su misión: hacer crecer al axón y las dendritas dirigiendo su movimiento mientras explora el entorno dentro del cual mis antenas tenían, y siempre han tenido, que ir avanzando y posicionándose. Os podéis imaginar la actividad tan loca que en aquellas primeras semanas desarrollaron esos apéndices: ¡apenas estaban naciendo y ya los necesitaba con urgencia para poder lanzar una aún inmadura orden, coordinada con la de otras compañeras, de flexionar y extender el pie izquierdo^[4] de este embrión en crecimiento! ¡Iba a ser vital para su desarrollo y para aprender y practicar habilidades que iba a precisar a lo largo de su vida! ¡Quedaba muy poco tiempo!

Dos conos de crecimiento marcados con fluorescencia. El cono de crecimiento de la izquierda es un ejemplo del tipo “filopodial”, mientras que el de la derecha es un cono de crecimiento “lamelipodial”. Normalmente los conos de crecimiento tienen ambas estructuras, pero con diferentes tamaños y números de cada uno de ellos (Wikimedia, CC BY-SA 3.0)

Por suerte esas unidades motoras estaban ricamente pobladas de mitocondrias, las fuentes de energía que necesitan para su intensa actividad.^[5] En su interior se monta y desmonta un andamiaje por donde se transportan materiales a la punta del cono, que le hacen crecer mientras se consolida lo ya construido aguas abajo.^[6] Todo el proceso respondía a señales químicas del entorno. Esas señales a veces eran, y aún lo son, de carácter local, no sólo del medio intercelular en donde estaba, sino que también las notaba en mi propia “piel”,^[7] lo que permitía la continua consolidación del crecimiento del axón. También había señales que venían de lejos, de las células y tejidos diana a donde tenía que dirigirse mi axón, como un irresistible olor al que había que perseguir hasta su fuente. Claramente me sugerían que en el tejido objetivo, en el que iba a acabar de establecer sinapsis para toda mi vida, encontraría algo que era esencial para mi supervivencia. Esa circunstancia es conocida por mis colegas de las redes de la memoria y aprendizaje como la “Hipótesis de la Neurotrofina“. Parece ser que las neurotrofinas son una familia de proteínas que favorecen la supervivencia de las neuronas. La verdad es que a mí me gustan. Imaginamos que, a lo largo de nuestro desarrollo, nuestra supervivencia y sus conexiones axonales dependen de la disponibilidad de un factor trófico, que es lo mismo que nutricional, que está presente en nuestro entorno en cantidades mínimas. Tales factores tróficos son sintetizados y liberados por los tejidos diana, con los que tenemos que establecer contacto y conexión, en cantidades muy limitadas. Esto establece un escenario muy competitivo para nosotras las neuronas, donde la supervivencia y nuestras conexiones específicas dependen de la competencia exitosa en la carrera por la adquisición de esa sustancia trófica. Una especie de vector de selección natural darwiniana para las redes neuronales. Se establecen las que triunfan, el resto desaparecen. Gracias a todo ese tipo de estímulos y ayudas, los conos de crecimiento iban decidiendo -y lo siguen haciendo- si mi axón o mis dendritas necesitaban cambiar de dirección; o retraer su crecimiento para comenzar a extenderse en una dirección diferente; o quizás iniciar una bifurcación, un nuevo proyecto.

Esquema de una columna modular del neocórtex cerebral. En la capa 5 aparecen dibujadas dos neuronas piramidales como la narradora de nuestro relato. Las células de la capa 5 pueden proyectar sus axones hacia una variedad de estructuras en partes más inferiores del sistema nervioso, incluidos los ganglios basales, el tronco cerebral e incluso la médula espinal para ciertas regiones de la corteza cerebral. La capa 6 hacia el tálamo y este último hablando con la capa 4 (Imagen modificada del libro ”Neuroscience”, 3ª ed., Sinauer Associates Inc., 2012, Fig. 25.2, pag. 615, fair use)

La verdad es que llegaron días emocionantes, los primeros encuentros entre compañeras, los primeros apretones de manos… comenzaba nuestra intensa vida social que ha durado desde aquel primer día en el embrión. Mi sino, como ya he dicho antes, me había llevado hasta la capa quinta de la corteza motora primaria en donde habitamos las neuronas Betz, las encargadas de mandar el primer relevo del aviso motor a los músculos del cuerpo. Lo cual obligó a mi axón a bajar y bajar y bajar… ya hablaremos de ello en breves momentos… porque mis dendritas también debían hacer lo suyo. Desde donde estoy me tengo que coordinar no sólo con mis vecinas de capa, las otras neuronas piramidales Betz con las que formo equipo para mover el músculo sóleo de la pierna derecha, sino también saber qué es lo que pasa con mis colegas de las otras unidades corticales de gestión en la corteza,^[8] para lo que nos hablamos a través de las neuronas transversales que están en la capa uno, en el tejado; y, cómo no, con nuestras homólogas del hemisferio izquierdo, en lo que nos ayudan las colegas de la capa tres. Hay más lío… pero con lo dicho queda dibujado lo grueso de la mensajería. Al menos de la mía, una piramidal Betz que se precie.

Últimas noticias me sugieren que va siendo hora de hacer un nuevo corte obligado. La narración se ha ido haciendo extensa y llega la hora de que mi “Yo” se entregue al sueño. Mis colegas gestoras circadianas^[9] del núcleo supraquiasmático, detrás de los ojos, van dando órdenes para que se module… ZZZ… la concentración de melatonina… ZZZZZ… comienza el sopor… ZZZZZZZZ… creo que me voy a dormir… mi sóleo va quedando en manos de las motoneuronas de la columna, mis colegas durante la consciencia ¡BLACKOUT! Se apagó la comunicación… buenas noches y hasta la próxima entrada.

1. Una cariátide es una figura femenina esculpida, con función de columna o pilastra, con un entablamento que descansa sobre su cabeza. El más típico de los ejemplos es la Tribuna de las Cariátides en el Erecteión, uno de los templos de la Acrópolis ateniense. [↩]
2. La mielina, un material lipoproteico, es la sustancia que envuelve y protege los axones de ciertas células nerviosas, y cuya función principal es la de aumentar la velocidad de transmisión del impulso nervioso. [↩]
3. Para los más curiosos, podéis leer más al respecto en la entrada “Hablemos de raíces! I” publicada en este blog de El Cedazo. [↩]
4. Recordad lo que se dijo en la entrada anterior acerca de que nuestra neurona narradora se encontraba en la corteza motora primaria del hemisferio cerebral derecho. La particular disposición de las vías nerviosas hace que prácticamente todos los movimientos y las percepciones se gestionen en la corteza cerebral de forma contra-lateral. [↩]
5. Podéis encontrar más al respecto de las mitocondrias  y el proceso de generación de las moléculas ATP en la entrada 08 de la serie publicada en El Cedazo sobre “La Biografía de la Vida“. [↩]
6. Todo ello es un proceso químico-mecánico en donde intervienen, por un lado, microtúbulos del citoesqueleto que se prolongan por todo el axón hasta la punta del cono de crecimiento. Su misión es el transporte de materiales hacia esa punta. Uno de esos materiales lo constituyen las fibras de actina que forman como un andamiaje que va creciendo y empuja a la punta, haciéndola también crecer. Otra de las aportaciones son vesículas, orgánulos intracelulares que forma un compartimento pequeño y cerrado por una bicapa lipídica igual que la membrana celular, que conectan con la membrana plasmática de la punta consolidando su crecimiento. [↩]
7. Las proteínas que proporcionan un sustrato permisivo son moléculas de la matriz celular -laminina-1, cadherinas y fibronectina-, y son secretadas por las células vecinas, permaneciendo en la matriz extracelular sin difundir. Este sustrato se une a unos receptores de la superficie celular -integrinas y cadherinas-, que además están unidos al citoesqueleto. [↩]
8. Recordad que dijimos que la corteza está estructurada como un mosaico de unidades -columnas- gestoras. [↩]
9. En la biología, los ritmos circadianos (del latín circa, que significa ‘alrededor de’ y dies, que significa ‘día’) son oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de tiempo. En lo referente a nuestra narración se corresponde al ciclo lumínico diario de 24 horas. Podéis encontrar más al respecto del ritmo circadiano y el sueño en la entrada XV de la serie publicada en El Cedazo “Lo que se preguntan sus alumnos de 3º de la ESO“. [↩]

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