Durante la mayor parte del siglo XIX, se mantuvo el debate
entre los investigadores sobre la organización del sistema nervioso. Un grupo
de investigadores, los llamados reticularistas, creían que el sistema nervioso
consistía en una gran red de tejido, o retículo, formada por los procesos
fusionados de las células nerviosas. El otro grupo, los neuronistas, argumentó
que el sistema nervioso consistía en elementos distintos, o células.
Ambos grupos utilizaron los mismos métodos para estudiar las
células nerviosas, pero llegaron a conclusiones diferentes acerca de la
estructura fina del sistema nervioso, que aún no se podía ver en detalle debido
a la baja ampliación y la mala resolución de los microscopios disponibles en el
momento. Así como el universo observable aumentó de tamaño con el desarrollo de
telescopios cada vez más poderosos, también lo hizo la comprensión de la
organización del sistema nervioso al mejorar con los avances en la microscopía.
En 1838 Theodore Schwann y Matthias Schleiden propusieron
que la célula era la unidad funcional básica de todos los seres vivos. Sin
embargo, no se creía que la Teoría Celular se aplicase al sistema nervioso, y
no fue hasta fines del siglo XIX que se aceptó generalmente que el cerebro
también estaba formado por células. El descubrimiento de la neurona fue un hito
en la investigación del cerebro, y allanó el camino para la neurociencia
moderna.
Los avances en la microscopía y los métodos histológicos
mejorados significaron que las células nerviosas podrían examinarse cada vez
más detalladamente, pero en el momento en que se propuso la Teoría de la
Célula, la relación entre el cuerpo celular, los axones y las dendritas era
todavía desconocida, porque cada uno de los componentes de la neurona sólo se había visto por separado.
La complejidad y el pequeño tamaño de la mayoría de las
neuronas hicieron que la estructura de la neurona fuera la tarea más formidable
en el campo de la histología y el debate sobre la estructura fina del sistema
nervioso se extendió durante la mayor parte del siglo XIX. Pero, debido al
trabajo de un número de individuos excepcionales, a finales del siglo XIX, la
doctrina de la neurona prevalecería finalmente sobre teoría reticular.
La popularidad de la teoría reticular alcanzó su punto
máximo a mediados del siglo XIX. El principal proponente de esta teoría fue
Joseph von Gerlach (1820-1896). Gerlach estaba interesado en los métodos de tinción
del tejido nervioso, y utilizó cloruro de oro o cochinilla para teñir sus
muestras de tejido, popularizando el uso de esta última entre sus
contemporáneos. Sobre la base de sus observaciones utilizando estas técnicas de
tinción, Gerlach concluyó que las divisiones más finas de los procesos
protoplasmáticos participaban en última instancia en la formación de la red de
fibras nerviosas finas que consideraba un componente esencial de la materia
gris de la médula espinal.
Hubo disputas entre los reticularistas acerca de la
naturaleza de la red nerviosa. Mientras que Gerlach creía que los axones y las
dendritas se fundían, otros investigadores sostuvieron que solo uno u otro de
los procesos formaba anastomosis.
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| Johannes Evangelista Purkinje |
En la década de 1820, se desarrollaron las lentes
acromáticas, y su uso en microscopios compuestos proporcionó a los
investigadores imágenes aún más claras de muestras de tejido. Una de las
primeras personas que utilizaron los nuevos microscopios compuestos para
investigar el tejido nervioso fue Johannes Evangelista Purkinje (1787-1869),
anatomista nacido en Libochovice, Bohemia (en lo que hoy es la República
Checa).
Purkinje estudió medicina y filosofía en la Universidad de
Praga, graduándose en 1819. Luego escribió una tesis doctoral sobre la visión
antes de ser nombrado profesor de fisiología en la Universidad de Praga. Como
profesor, Purkinje descubrió el fenómeno (ahora conocido como el efecto
Purkinje) por el que, a medida que la intensidad de la luz disminuye, los
objetos rojos se desvanecen más rápidamente que los azules del mismo brillo.
Purkinje consiguió un microscopio compuesto acromático en
1832, y comenzó a examinar el tejido nervioso y otras muestras biológicas. Él
fue la primera persona que utilizó un microtomo para preparar secciones
delgadas de tejido nervioso para su examen bajo el microscopio.
Una de las muchas observaciones de Purkinje fue que las
neuronas del mesencéfalo dopaminérgicas (que ahora conocemos que degeneran en
la enfermedad de Parkinson) sintetizan melanina.
También calculó el diámetro de los cuerpos de estas células,
o "gránulos ganglionales", como él los llamó, como "8-30 / 800
de una línea de Viena" (una línea de Viena es el 1/11 de una pulgada).
(Actualmente se sabe que miden entre 5 y 135 micrómetros).
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| Células de Purkinje dibujadas por Purkinje |
Purkinje hizo muchos descubrimientos importantes, incluyendo
las vesículas germinales, las glándulas sudoríparas en la epidermis, y las
fibras en el corazón que conducen impulsos eléctricos (ahora conocidos como
fibras de Purkinje). También descubrió que las huellas dactilares podrían
utilizarse como medio de identificación y creó el primer departamento de fisiología
del mundo, en la Universidad de Bresslau, en Prusia, en 1839.
Purkinje es, sin embargo, más famoso por descubrir las
células cerebelosas que llevan su nombre. Debido a que estas células están
entre las más grandes en el cerebro de vertebrados, fueron las primeras
neuronas que se identificaron.
La baja amplificación y la escasa resolución del microscopio
utilizado por Purkinje es evidente en el dibujo bruto (aunque hermoso) que
presentó al Congreso de Médicos y Científicos en Praga, en 1837.
Varias décadas después, otras mejoras en la microscopía
permitieron a Otto Friedrich Carl Dieters (1834-1863) producir la descripción
más precisa de una célula nerviosa completa con axón y dendritas. Dieters se
refirió al axón y las dendritas como el "cilindro del eje" y
"procesos protoplasmáticos", respectivamente.
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| Las neuronas motoras dibujadas por Otto Dieters |
Está claro que Dieters fácilmente diferenció entre las
dendritas y el axón, pero que no sabía si el axón surgía del cuerpo celular o
del árbol dendrítico. Dieters no podía ver las ramas terminales
"tremendamente delgadas" de las dendritas y, como muchos otros, dedujo
de sus observaciones que debían fusionarse para formar una red continua.
Dieters creía que las dendritas, pero no los axones, podrían fusionarse por
anastomosis.
Otro desarrollo significativo, aparte de la evolución del
microscopio, fue el uso de nuevos métodos para teñir el tejido nervioso para su
examen. Gerlach, el principal defensor de la teoría reticular, había
introducido el uso de cochinilla y gelatina, y luego de cloruro de oro, para
teñir los tejidos para el examen microscópico. Aunque satisfactorios, estos
métodos dejaban mucho que desear.
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| Camillo Golgi |
Un método de tinción mucho más útil fue descubierto por
Camillo Golgi (1843-1926). Golgi nació en Corteno, un pequeño pueblo de montaña
en la provincia italiana de Brescia. Estudió medicina en la Universidad de
Pavia, graduándose en 1865 con sólo 22 años. En 1872, Golgi obtuvo un puesto
como médico residente en un hospital para enfermos crónicos, en un pequeño
pueblo llamado Abbiategrasso, cerca de Milán.
Golgi descubrió su método mientras trabajaba a la luz de las
velas en una de las cocinas del hospital, que había transformado en un
laboratorio. El método, conocido ahora como tinción de Golgi o impregnación de
Golgi, implica la fijación del tejido en bicromato de potasio y amoníaco,
seguido por inmersión en una solución de nitrato de plata. La tinción de Golgi
visualiza un pequeño número de células en una muestra de tejido; Las células se
tiñen al azar y en su totalidad, de modo que las siluetas del cuerpo celular,
el axón y las dendritas son claramente visibles.
A pesar de descubrir una técnica que tiñó las neuronas en su
totalidad, Golgi pensó que sus observaciones confirmaban la hipótesis de que el
sistema nervioso consistía en una red continua.
En 1873, Golgi publicó un documento que contenía
descripciones del tejido del hipocampo y del cerebelo que había teñido usando
su nueva técnica. En ese artículo, Golgi reafirma su creencia de que el sistema
nervioso consiste en un retículo.
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| Dibujos del hipocampo (izquierda) y el cerebelo (derecha) de Camillo Golgi |
Golgi argumentó que, debido a que había tantas conexiones
entre las células nerviosas que había visto en sus muestras, no se podía
formular una ley para la transmisión entre las células nerviosas. El tejido
nervioso pues, según Golgi, debería estar compuesto por una red continua más que por unidades
discretas. También creía que sólo los axones se fusionaban por la anastomosis,
y que eran la vía de entradas de los nutrientes desde los vasos sanguíneos a
las neuronas.
Debido a su adhesión a la teoría reticular, Golgi adoptó un
enfoque holístico de la función cerebral. Su creencia de que el sistema
nervioso consistía en un retículo estaba en contra de la teoría de la
localización de la función cerebral, que por entonces estaba ganando terreno,
debido en gran parte al trabajo de los primeros neurólogos como Paul Broca.
Aunque resultó que Golgi estaba equivocado acerca de la
teoría reticular, fue sin embargo un gran científico que hizo una serie de
descubrimientos importantes, incluyendo la identificación de neuronas de
proyección, interneuronas y órganos tendinosos. También elucidó la parte del
ciclo de vida de Plasmodium que tiene lugar en los glóbulos rojos de la sangre,
y correlacionó la fiebre y los escalofríos, que son síntomas de la enfermedad,
con la liberación del microbio en la sangre. En 1898 identificó lo que él llamó
el "aparato reticular interno". La identificación de esta estructura,
que más tarde se llamaría el complejo de Golgi, fue un gran avance en la
citología. El método de tinción que Golgi descubrió fue de vital importancia;
Utilizando ese método, sentó las bases de la disciplina que ahora llamamos
histología.
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| Santiago Ramón y Cajal |
Fue Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) quien sugirió que la
neurona era la unidad anatómica y funcional del sistema nervioso, y es en gran
parte debido a su trabajo que se llegó a aceptar la Doctrina de la Neurona. Cajal
era un neuroanatomista excepcional y se acepta como el padre de la neurología
moderna. Hizo muchas contribuciones a nuestra comprensión de la organización
del sistema nervioso, muchas de los cuales fueron publicadas posteriormente en “Histología
del sistema nervioso del hombre y de los vertebrados”.
Nacido en un pequeño pueblo del norte de España, Cajal
estudió medicina en la Facultad de Medicina de Zaragoza, donde enseñó histología
al graduarse. Cajal examinó el tejido nervioso de los embriones y notó que el
axón y las dendritas brotaban del cuerpo celular de la neurona. Estos estudios
embriológicos llevaron a Cajal a proporcionar la primera descripción del cono
de crecimiento.
En 1887, Cajal empezó a usar el método de Golgi para teñir
el tejido nervioso, y fue pionero en un método mejorado, que implicaba sumergir
los tejidos en fijador y nitrato de plata una segunda vez. Una segunda
inmersión tiñó los tejidos más profundamente, permitiendo que Cajal los
estudiara con mayor detalle. En un laboratorio que estableció en su cocina,
Cajal sistemáticamente examinó y describió el tejido nervioso de la mayoría de
las regiones de los cerebros de varias especies.
Al hacerlo, fue un precursor de la neuroanatomía
comparativa.
Cuando era joven, Cajal se había dedicado al dibujo y a la
pintura, y se había vuelto muy hábil. Más adelante en su vida, utilizaría sus
habilidades artísticas para producir diagramas muy detallados y muy precisos de
sus observaciones del tejido nervioso, e iniciaría su propia revista en la que
publicó sus hallazgos.
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| Dibujo de células cerebelosas de Purkinje por Santiago Ramón y Cajal. |
Debido a que Cajal escribió en español y estaba aislado de
la comunidad científica, su trabajo recibió poca atención del resto de dicha comunidad. Quizás debido a este aislamiento, Cajal no estaba
negativamente influenciado por las ideas de otros investigadores. Finalmente,
sus resultados de investigación se traducirían, primero al francés, y luego al
alemán.
En 1888, Cajal describió una sección del cerebelo del
polluelo que él había teñido usando su método mejorado de Golgi. Observó que
los axones en sus muestras terminaban en la materia gris, y que sus
terminaciones eran consistentes con la ubicación de las dendritas. Esto llevó a
Cajal a formular la ley de la polarización dinámica, según la cual la
información fluye en una dirección a través de una neurona, desde las
dendritas, a través del cuerpo celular, hasta el axón. Más importante aún,
Cajal no encontró evidencia de un retículo, observando en cambio que cada
"elemento nervioso [neurona] es una unidad absolutamente autónoma".
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| Dibujo del cerebelo de pollo por Santiago Ramón y Cajal |
Al año siguiente, cargado con muestras de tejido y su amado
microscopio Zeiss, Cajal viajó a Berlín para asistir a una reunión de la
Sociedad Anatómica Alemana. Fue en esta reunión que Cajal conoció a otros
investigadores, algunos de los cuales estaban tan impresionados por su trabajo
que abandonaron sus creencias en la teoría reticular.
Durante su discurso de aceptación del Premio Nobel de
Fisiología, premiado conjuntamente con Golgi en 1906, Cajal reiteró que siempre
había creído que el sistema nervioso consistía en elementos discretos.
Sólo en la última década del siglo XIX se introdujo la
terminología que utilizamos hoy. El término "neurona" fue introducido
en 1891. El cilindro del eje fue llamado entonces el axón por Rudolph von
Kollicker, y los procesos protoplasmáticos fueron llamados "dendritas"
por Wilhelm His. También durante esta década Sir Charles Sherrington describió
la unión entre el nervio y el músculo, y lo llamó la "sinapsis" (de
las raíces griegas syn, que significa "juntos", y haptein, que
significa "cerrarse") en 1897.
La doctrina neuronal, entonces, tiene cuatro principios:
- La neurona es la unidad estructural y funcional fundamental
del sistema nervioso
- Las neuronas son células discretas que no son continuas con
otras células
- La neurona se compone de 3 partes: las dendritas, el axón y
el cuerpo celular, y
- La información fluye a lo largo de la neurona en una
dirección (de las dendritas al axón, a través del cuerpo celular).
En el siglo XX, la invención del microscopio electrónico
permitiría a los investigadores examinar el tejido nervioso con mayor detalle.
La micrografía electrónica de la izquierda muestra una unión neuromuscular; Los
grupos de vesículas pueden verse claramente atrapados en la membrana
presináptica, esperando que un potencial de acción llegue a la terminal nerviosa de la neurona motora
para que puedan fundirse con la membrana y liberar su carga de
neurotransmisores en la hendidura sináptica.
A la derecha, una micrografía electrónica de barrido muestra
vesículas en el proceso de fusión con la membrana presináptica.
Esta nueva técnica llevó a un refinamiento de la Doctrina
de la Neurona. Mediante microscopía electrónica, los investigadores pudieron ver
que las células nerviosas usan no sólo las sinapsis químicas sino también las
eléctricas (uniones de hueco). La técnica también revelaría la existencia de
sinapsis axo-axónica y dendro-dendrítica. Los registros electrofisiológicos
mostrarían que los canales iónicos con voltaje están presentes en las
dendritas, y que los potenciales de acción podrían propagarse hacia atrás desde
el cuerpo celular hasta las dendritas.
Incluso con estas técnicas avanzadas, los investigadores se
han centrado en las partes del sistema nervioso que son fácilmente accesibles,
como la unión neuromuscular. Las neuronas y las sinapsis en el cerebro son
mucho más difíciles de estudiar que las de la periferia. Sin duda, son mucho
más complejas que sus contrapartes periféricas.
Conociendo el trabajo de Ramón y Cajal
 |
| Ilustraciones de Santiago Ramón y Cajal, neurocientífico español, del libro "The Beautiful Brain". Desde la izquierda: Un diagrama que sugiere cómo los ojos podrían transmitir una imagen unificada del mundo al cerebro; Una neurona purkinje del cerebelo humano; Y un diagrama que muestra el flujo de información a través del hipocampo en el cerebro. |
El mes pasado, el Museo de Arte Weisman en Minneapolis abrió
una exposición itinerante que es la primera dedicada exclusivamente a la obra
de Ramón y Cajal.
Y las imágenes del libro recientemente publicado "The Beautiful Brain" ilustran lo
que Ramón y Cajal ayudó a descubrir sobre el cerebro y el sistema nervioso y
por qué su investigación tuvo tal efecto en el campo de la neurociencia.
Ramón y Cajal quería saber algo que nadie realmente
entendía: ¿Cómo un impulso neural atravesaba el cerebro?. Tuvo que apoyarse en
sus propias observaciones y razonamientos para responder a esta pregunta.
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| Células piramidales teñidas con el método de Golgi por Ramón y Cajal. |
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| Las ilustraciones de Ramón y Cajal de dos teorías opuestas de la composición del cerebro: la teoría reticular, a la izquierda y la doctrina neuronal que él propuso, a la derecha. |
La teoría de Ramón y Cajal describía cómo la información
fluía a través del cerebro. Las neuronas eran unidades individuales que
hablaban entre sí de forma direccional, enviando información de apéndices
largos llamados axones a dendritas ramificadas, sobre las brechas entre ellos.
No podía ver estas hendiduras en su microscopio, pero las
llamaba sinapsis, y decía que si pensamos, aprendemos y formamos recuerdos en
el cerebro, ese espacio mínimo era probablemente el lugar donde lo hacemos.
Esto desafió la creencia en el momento en que la información se difundía en
todas las direcciones sobre una red de neuronas.
Albert von Kölliker, un influyente científico alemán, se
sorprendió y comenzó a traducir al alemán el trabajo de Ramón y Cajal, que
estaba principalmente en español. A partir de ahí la doctrina de las neuronas
se extendió, reemplazando a la teoría reticular predominante. Pero Ramón y
Cajal murió antes de que alguien lo probara.
Tal vez una de las imágenes más emblemáticas de Ramón
y Cajal es esta neurona piramidal en la corteza cerebral, la parte externa del
cerebro que procesa nuestros sentidos, controla la actividad motora y nos ayuda
a realizar funciones cerebrales superiores como la toma de decisiones. Algunas
de estas neuronas son tan grandes que no se necesita un microscopio para
verlas, a diferencia de la mayoría de las otras células cerebrales.
Ramón y Cajal estudió
las neuronas de Purkinje con fervor, ilustrando su estructura en forma de árbol
con gran detalle, como ésta del cerebelo. Los axones, como el indicado por un
"a" en la imagen, pueden viajar largas distancias en el cuerpo,
algunos desde la médula espinal hasta el dedo gordo del pie.
Algunos de sus dibujos tenían rasgos que se asemejaban al
trabajo de otros artistas. En algunos, aparece la influencia de Vincent van
Gogh. En este dibujo de las células gliales en la corteza cerebral de un hombre
que sufría de parálisis, los tres núcleos (o nucleolos) en la esquina superior
izquierda se asemejan a "El grito" de Edvard Munch.
Además de mostrar
cómo la información fluía a través del cerebro , Ramón y Cajal mostró cómo se
movía a través de todo el cuerpo, permitiendo a los seres humanos hacer cosas
como el vómito y la tos. Cuando vomitamos, una señal es enviada desde el
estómago irritado hasta el nervio vago en el cerebro y luego a la médula espinal,
que excita las neuronas que nos hacen contraer el estómago y tener arcadas. Del
mismo modo, un cosquilleo en la parte posterior de la garganta puede hacerte
toser: La laringe envía una señal al nervio vago, luego al tronco encefálico y a
la médula espinal, donde las neuronas indican a los músculos de nuestro pecho y
abdomen que se contraigan.
 |
| Imagen por Berger, N. Kasthuri y J.W. Lichtman |
Esta imagen es una
reconstrucción de una dendrita (roja) y sus axones (multicolores) en la parte
externa del cerebro de un ratón. La dendrita tiene pequeñas espinas nudosas que
sobresalen y reciben mensajes químicos que pasan del axón de otra neurona a
través de la sinapsis, o hueco entre ellos, a través de los diminutos sacos
blancos llamados vesículas. Hoy sabemos que las sinapsis son plásticas, lo que
significa que pueden volverse más fuertes o más débiles con el uso o la
negligencia. Esto nos permite pensar y aprender.
Esto es lo que Ramón y Cajal describió en su doctrina
neuronal.
Otras imagenes de Ramón y Cajal
 |
| El laberinto del oído interno (cortesía del Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) |
 |
| Dendritas de neuronas piramidales de la corteza cerebral de conejo (cortesía del Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) |
 |
| Astrocitos en el hipocampo del cerebro humano (cortesia del Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) |
 |
| Células en la retina del ojo (cortesía del Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) |
 |
| Calices de Held en el núcleo del cuerpo trapezoidal (cortesía del Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) |
 |
| Neuronas en el córtex cerebral (cortesía del Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) |
 |
| Neuronas de Purkinje lesionadas del cerebelo (cortesia del Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) |
 |
| Cuatro autorretratos tomados por Cajal cuando tenía 34 años (1886) (cortesía del Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) |
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