Cajal y los circuitos neuronales
Javier De Felipe
Instituto Cajal (CSIC), Madrid
(extracto)

Hipótesis sobre la organización del sistema nervioso

En los tiempos de Cajal, la hipótesis que prevalecía acerca de la organización del sistema nervioso era la teoría reticular, que propugnaba que los elementos del sistema nervioso formaban un continuum, a modo de red, a través de sus prolongaciones (dendritas y axones). Esta teoría, que más tarde se demostró errónea, fue concebida principalmente por Joseph von Gerlach (1820-1896). Parte del éxito de esta teoría se debió a la idea de que si el sistema nervioso era una red continua de prolongaciones, sin interrupciones, se podría explicar con cierta facilidad cómo pasa el flujo de información nerviosa de un lugar a otro del cerebro. Es decir, el paso de información de una célula nerviosa a otra ocurriría gracias a la continuidad de sus prolongaciones. Fue entonces, en 1873, cuando apareció el método de la reazione nera (reacción negra) de Golgi. Por primera vez se pudieron observar en una preparación histológica las células nerviosas con todas sus partes (cuerpo celular, dendritas y axón). Así, se observó que las neuronas tienen una arborización axónica y dendrítica muy compleja, de tal forma que si en una región dada del cerebro se tiñeran todas las neuronas con sus dendritas y axones, se observaría una maraña tan extraordinariamente densa de cuerpos celulares, axones y dendritas que sería imposible de analizar. Otra ventaja del método de Golgi radicaba en que en una misma preparación se podían teñir varias células a la vez —si bien en un número relativamente pequeño—, de tal forma que permitía examinar las células nerviosas individualmente y estudiar sus posibles conexiones. Sin embargo, a pesar de la excelente tinción obtenida con el método de Golgi, fue el propio Golgi el defensor más destacado de la teoría reticular, quien propuso que las dendritas terminaban libremente, mientras que las colaterales axónicas se anastomosaban y formaban una red muy extendida; sugería así que el sistema nervioso consistía en una rete nervosa diffusa (red nerviosa difusa) y confirmaba en parte la teoría reticular de Gerlach. Golgi siempre mantuvo esta idea, que defendió incluso en la conferencia que pronunció cuando recibió con Cajal el Premio Nobel.

Cajal, en el primer artículo que publicó, en el que se basaba en el método de Golgi, confirmó la observación de éste de que las dendritas terminan libremente, pero añadió la observación crucial para la teoría neuronal de que ésto también ocurría con las colaterales axónicas, las cuales formaban una arborización “libre” (sin anastomosis), y afirmó que “cada [célula nerviosa] es un cantón fisiológico absolutamente autónomo” (Cajal, 1888). De este modo, desde el principio, para Cajal, las células nerviosas constituían claramente una unidad anatómica y funcional, que se comunicaban entre sí por contacto o contigüidad, no por continuidad. Cajal continuó aportando numerosas observaciones que confirmaron la teoría neuronal en diversas partes del sistema nervioso de diferentes especies de animales. Entre 1888 y 1892 publicó más de treinta artículos que fueron resumidos en su primera revisión sobre la estructura del sistema nervioso (Cajal, 1892); se estableció claramente la teoría neuronal. Los resultados de estos primeros estudios fueron tan decisivos que constituyeron el núcleo principal del clásico e influyente artículo de revisión en apoyo de la teoría neuronal publicado en 1891 por Wilhelm von Waldeyer-Hartz (1836-1921), en donde este científico utilizó el término neurona para designar la célula nerviosa (Waldeyer, 1891). Las aportaciones de Cajal a la teoría neuronal fueron resumidas por él mismo en varios artículos y libros, especialmente en el artículo ¿Neuronismo o reticularismo? (Cajal, 1933). Gracias a la introducción en la década de 1950 del microscopio electrónico y al desarrollo de métodos para preparar el tejido nervioso para su análisis ultraestructural, se pudo examinar la ultraestructura de las sinapsis y confirmar uno de los puntos centrales de la teoría neuronal: el elemento presináptico y el elemento postsináptico están separados físicamente por un espacio de aproximadamente 10-20 nanómetros de anchura, conocido como hendidura sináptica (vid. DeFelipe, 2007).

Ley de la polarización dinámica de las neuronas

La teoría neuronal supuso un cambio radical acerca de la idea de cómo podía fluir la información en un cerebro “infinitamente fragmentado”, en vez de que ésto ocurriera a través de una red neuronal continua. Es decir, había que intentar averiguar cómo pasa el impulso nervioso de una célula nerviosa a otra a través de una separación física. Una consecuencia importante de la doctrina neuronal de Cajal fue la teoría de la ley de la polarización dinámica de las células nerviosas, que éste propuso para explicar el tránsito de los impulsos nerviosos por los circuitos neuronales. En aquel tiempo se creía que las dendritas tenían principalmente una función nutritiva, y que los axones transmitían los impulsos nerviosos en una dirección celulífuga (una generalización basada especialmente en la conducción que lógicamente seguían los axones de las motoneuronas desde la médula espinal al músculo esquelético). En 1889, Cajal propuso que, al menos en ciertos casos, las dendritas tenían la función de recepción de corrientes (Cajal 1889), y dos años más tarde (Cajal 1891) trató de generalizar esta idea con la ley de la polarización dinámica, que se basaba en la dirección que seguían los impulsos en regiones del sistema nervioso, donde la ruta anatómica que deberían seguir los impulsos nerviosos era evidente, como en la retina y en el bulbo olfatorio (desde el mundo exterior hacia el interior del sistema nervioso). Así, propuso que las neuronas se podían dividir en tres regiones funcionalmente distintas: un aparato receptor (formado por las dendritas y el axón), un aparato de emisión (el axón) y un aparato de distribución (la arborización adónica terminal). Más tarde, Cajal se percató de que el soma no siempre interviene en la conducción de los impulsos y que, a veces, la corriente nerviosa va directamente desde las dendritas al axón (Cajal, 1897). Por consiguiente, la ley de polarización dinámica dio paso a la teoría de polarización axípeta. Estos estudios tuvieron una gran influencia en los científicos de la época, y las observaciones y teorías de Cajal fueron esencialmente confirmadas (…)