PROPIEDADES ELECTRICAS DE LAS NEURONAS.
En el último módulo, dimos los primeros pasos hacia la comprensión de las propiedades eléctricas de las neuronas individuales. Aprendimos cómo las fuerzas eléctricas y la difusión dan lugar a potenciales de membrana, y aprendimos cómo las células pueden generar y propagar señales llamadas potenciales de acción o «picos» a lo largo de la membrana. Comprender las propiedades de la membrana neuronal es esencial, pero comprender sólo estas propiedades no es suficiente para darnos una idea del comportamiento colectivo de los miles de millones de neuronas conectadas en nuestro cerebro. Por suerte para nosotros, podemos abordar la neurociencia en muchas escalas y niveles de análisis diferentes, y no tenemos que afrontar toda la complejidad de todo a la vez. Eso es lo que exploraremos durante el resto de este curso a medida que avanzamos lentamente desde nuestra comprensión de moléculas individuales como los canales iónicos hasta el comportamiento eléctrico de las neuronas… y su comportamiento colectivo en pequeños circuitos… y finalmente sobre cómo se organizan en grandes regiones funcionales.
del cerebro. Pero empecemos de forma sencilla. Dado que hemos examinado una neurona, la siguiente pregunta lógica es ¿cómo se conectan dos neuronas entre sí? Primero examinaremos algo de anatomía celular básica de las neuronas. Hasta ahora, no hemos dado demasiada importancia al hecho de que la mayoría de las neuronas son células «polarizadas».
Es decir, tienen una parte de la celda para recibir entradas y otra parte para enviar salidas. Las partes de las células que están especializadas en recibir información de otras células se denominan «dendritas». La palabra «dendrita» proviene de la palabra griega «dendron», que significa árbol, y como puede ver, las dendritas tienen una forma ramificada parecida a la de un árbol.
Una señal recibida por una dendrita pasa al cuerpo celular. Si hay una despolarización suficiente de la membrana del cuerpo celular para iniciar un potencial de acción, entonces se envía un potencial de acción por el axón. Luego, el axón transporta el potencial de acción que se propaga a otra neurona. Entonces, ¿qué sucede realmente en el límite entre dos neuronas, entre el axón de una neurona y la dendrita de otra? Esta interfaz se llama «sinapsis» y será el tema central de esta lección. Hay dos tipos generales de sinapsis que cubriremos en profundidad más adelante: sinapsis eléctricas y sinapsis químicas. Las sinapsis eléctricas son menos comunes en nuestro propio sistema nervioso, pero es más sencillo pensar en ellos, así que comencemos con ellos. Las sinapsis eléctricas son básicamente poros entre dos células que permiten el paso de los iones. Permiten el paso de esa señal eléctrica a una celda vecina sin mucho problema. No es tan diferente a simplemente combinar dos celdas en una más grande. célula. Hay muchas razones por las que la naturaleza podría necesitar sinapsis como esta de vez en cuando: son rápidas y permiten que las células se acoplen con un alto grado de sincronicidad. Pero la mayoría de las neuronas están conectadas entre sí por una estructura mucho más complicada llamada sinapsis química. En una sinapsis química, en lugar de simplemente transmitir una señal eléctrica señal de una célula a otra, el potencial de acción viaja hasta el final del axón y hace que se libere una sustancia química en un espacio muy pequeño entre las dos neuronas llamado «hendidura sináptica». Esta sustancia química es absorbida por la neurona situada en el otro lado de la hendidura. Esta señal química puede hacer que la neurona aguas abajo
despolarizar su membrana, convirtiendo la señal química nuevamente en eléctrica, o puede tener otros efectos en la célula. Este paso químico es más lento que la transmisión a través de una sinapsis eléctrica, pero abre un repertorio enormemente diverso de tipos de señalización diferentes y más complejos, y la función sináptica desempeña un papel fundamental en los cálculos realizados por las neuronas. Pasaremos el resto de esta unidad explorando el funcionamiento interno de las sinapsis químicas, en nuestro camino para comenzar a observar cómo las redes de neuronas interconectadas dan lugar al comportamiento. También veremos el papel de la fisiología sináptica defectuosa en los trastornos neurológicos y psiquiátricos, y veremos cómo las sinapsis pueden ser atacadas por diversas drogas psicoactivas y venenos. Finalmente, concluiremos observando cómo la sinapsis puede cambiar con el tiempo, en respuesta a estímulos externos, desempeñando un papel fundamental en la forma en que aprendemos y recordamos.
Contribuye In the last module, we took first steps towards understanding the electrical properties of individual neurons. We learned how electrical forces and diffusion give rise to membrane potentials, and we learned how cells can generate and propagate signals called action potentials, or ‘spikes’, along the membrane. Understanding the properties of the neuronal membrane is essential, but understanding just these properties isn’t sufficient to give us insight into collective behavior of the billions of connected neurons in our brains. Luckily for us, we can approach neuroscience at many different scales and levels of analysis, and we don’t have to confront the full complexity
of everything all at once. That’s what we’ll be exploring throughout the rest of this course as we slowly go from our understanding of single molecules such as ion channels’ …to the electrical behavior of neurons …to their collective behavior in small circuits …and finally onto how they become organized in large functional regions
of the brain. Let’s start simple, though. Since we’ve examined one neuron, a logical next question is how do two neurons connect with one another? We’ll first examine some basic cellular anatomy of neurons. So far, we haven’t made too much of the fact that the majority of neurons are ‘polarized’ cells.
That is, they have one portion of the cell for receiving inputs and another portion for sending outputs. The parts of the cells that are specialized for receiving inputs from other cells are called ‘dendrites.’ The word ‘dendrite’ comes from the Greek word ‘dendron’, meaning tree, and as you can see the dendrites have a branching, tree-like shape.
A signal received by a dendrite is passed to the cell body. If there is a sufficient depolarization of the cell body membrane to initiate an action potential, then an action potential is sent down the axon. The axon then carries the propagating action potential to another neuron. So what actually happens at the boundary between two neurons, between the axon of one neuron and the dendrite of another? This interface is called a ‘synapse’, and it’ll be the focus of this lesson. There are two general types of synapses that we’ll cover in depth later: electrical synapses, and chemical synapses. Electrical synapses are less common in our own nervous systems, but they’re simpler to think about, so let’s start with them. Electrical synapses are basically pores between two cell that allow ions to pass through. They allow the passage of that electrical signal through to a neighboring cell without much fuss. It’s not so different than just combining two cells into one larger cell. There are lots of reasons that nature might need synapses like this from time to time — they’re fast, and they allow cells to couple together with a high degree of synchronicity. But most neurons are connected together by a much more complicated structure called a chemical synapse. In a chemical synapse, rather than simply passing along an electrical signal from one cell to another, the action potential travels to the end of the axon and causes a chemical to be released into a very small space between the two neurons called the ‘synaptic cleft’. This chemical is taken up by the downstream neuron, on the other side of the cleft. This chemical signal can cause the downstream neuron to depolarize its membrane, converting the chemical signal back into an electrical one, or it can have other effects on the cell. This chemical step is slower than transmission across an electrical synapse, but it opens up an enormously diverse repertoire of different and more complex kinds of signaling, and synaptic function plays a critical role in computations performed by neurons. We’ll spend the the rest of this unit exploring the inner workings of chemical synapses, on our way to beginning to look at how networks of interconnected neurons give rise to behavior. We’ll also look at the role of defective synaptic physiology in neurological and psychiatric disorders, and we’ll see how synapses can be targeted by various psychoactive drugs and poisons. Finally we’ll wrap up by looking at how synapse can change with time, in response to external stimuli, playing a foundational role in how we learn and remember.