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Las células nerviosas y sus personalidades
La unidad celular da lugar a la unidad mental
Se ha mencionado varias veces ya que la mente es uno de los muchos estados funcionales globales del cerebro. Otro modo de decir lo mismo es que "la mente es uno de los muchos estados generados por la sociedad de neuronas que llamamos cerebro". Recordemos la revisión del concepto de mente y de su adquisición a partir de la integración evolutiva de la motricidad. Adhiriendo a los principios de la electrofisiología y la biofísica, disciplinas bien establecidas actualmente, pasemos a fundamentar esta visión sobre bases científicas sólidas.
Las cuestiones concernientes a la función de la mente se rigen por las mismas reglas biológicas que resultaron en la evolución del sistema nervioso a saber, el desarrollo evolutivo por ensayo y error por parte de la selección natural, tanto en células singulares como en el animal como un sistema completo.
Es importante identificar las propiedades que les permiten a las células nerviosas organizarse en una red social capaz de representar universales e interactuar significativamente, y en tiempo real, con el mundo exterior. A nivel microscópico, esta propiedad es la actividad eléctrica neuronal, producto de su excitabilidad intrínseca, de su conectividad sináptica y de la arquitectura de las redes que entretejen. La arquitectura macroscópica es fácil de comprender. Por ejemplo, en el ojo las neuronas de la retina se interconectan formando una delgada capa de tejido transparente extendida sobre un trasfondo negro sobre la superficie interna del fondo del ojo. La organización es tal que los lentes de tejido transparente de la parte anterior del ojo (cornea y cristalino) proyectan una imagen luminosa sobre la superficie retiniana la cual responde a tal imagen. La organización de la red de neuronas de la retina debe garantizar que las señales eléctricas transmitan fielmente las imágenes luminosas al cerebro usando señales eléctricas.
En el cerebro la variedad en las propiedades eléctricas de las neuronas y su conectividad permiten que las redes cerebrales interioricen las imágenes del mundo externo y las transformen en comportamiento motor. Tales redes generan las tormentas eléctricas fugaces que señalan el rápido y continuo cambio en la realidad exterior. Esos eventos eléctricos son lo suficientemente ricos para representar a nivel celular todo lo observable o imaginable. La mente y el yo son, en fin, interpretaciones propias de las redes neuronales.
Aquéllos de nosotros que rutinariamente realizamos registros electrofisiológicos, no dudaríamos en afirmar que hay pocos sucesos tan maravillosos y emocionantes como ver impulsos eléctricos neuronales, registrados intracelularmente, titilando en la pantalla del osciloscopio y oír el sonido de una neurona viva, mediante un parlante, cuando intercambia información con otra neurona en su "lenguaje" particular (véase recuadro 4.1). Cuando hablo de los diferentes tipos de actividad eléctrica de las neuronas me refiero tan solo a una de las metodologías que se utilizan para caracterizar las neuronas. Más adelante hablaremos de otras técnicas electro-fisiológicas como el registro extracelular de potenciales de acción y de la pinza de voltaje utilizando sellos de alta resistencia entre el electrodo y la superficie de membrana celular. Con tal técnica se pueden registran las pequeñas corrientes iónicas que pasan a través de canales iónicos específicos encajados en el espesor de la membrana celular y que comunican el interior con el exterior de las células. Rutinariamente se registra la actividad de las células en cerebros de animales o de humanos (durante ciertas neurocirugías), lo que aporta importantes datos sobre la función cerebral y el diagnóstico de enfermedades neurológicas. También se hacen registros en tajadas de tejidos vivos mantenidos en soluciones iónicas oxigenadas o en cultivos de células in vino.
Recuadro (en cursiva) 4.1
¿Como se estudia la actividad eléctrica de células aisladas?
Cuando se estudian los propiedades intrínsecas eléctricas de las células nerviosas, por ejemplo, los de lo oliva inferior, se encuentra que las células están dotadas de un potencial de membrana no constante sino oscilante con uno ritmicidad semejante o la sintonización con un diapasón. En registros in vitro, el rango de la frecuencia de tal oscilación eléctrico es de 4Hz -12Hz oscilaciones por segundo (Llinás y Yarom 1981 a, b). Los registros directos con microelectrodos en el interior de neuronas individuales demuestran estas propiedades.
Los microelectrodos de registro intracelular son tubos de vidrio de 1 -1.5 Mm. de diámetro, llenos de una solución iónica conductora. Las puntas muy finas del microelectrodo atraviesan la membrana de la célula sin ocasionarle mayor daño. Los microelectrodos se fabrican fundiendo y estirando delgados tubos de vidrio (pipetas) aplicando tensión mecánico mediante un tipo de microabrazadera que sujeta el tubo cerco de su punto medio. Estas abrazaderas halan en dirección opuesta la pipeta al mismo tiempo que se mantiene caliente el punto medio entre ellas con un filamento eléctrico. A medida que el vidrio se derrite, la tensión hace que la pipeta se estire hasta convertirse en una corta y delgada punta. En este momento, el vidrio se separa formando dos microelectrodos. Después del estiramiento, la punto de coda microelectrodo continúa siendo un tubo abierto, con un diámetro de apertura de apenas un cincuentavo de micrómetros — menos de 1 milésimo del grosor de un cabello humano e invisible sin el uso de un microscopio electrónico.
Después del estiramiento el electrodo se lleno con una solución Iónica conductiva, mediante una jeringa. Se fija entonces el microelectrodo al manipulador mecánico que controla en forma muy precisa el movimiento de inserción (tornillo micrométrico) lo que permite insertar el micro electrodo en uno célula sin lesionarlo. Por el extremo opuesto del electrodo, que está lleno de medio conductivo, se introduce un hilo de plata conectado a un amplificador electrónico muy sensible cuyo señal de salida se filtra y se amplifica de nuevo; posteriormente, la señal se digitaliza y se almacena en un computador o se visualiza directamente en un osciloscopio de rayos catódicos, A menudo, lo señal se envío a un altoparlante, de suerte que cada evento eléctrico se puede "oír".
El reducido diámetro de la punta del electrodo permite microelectrodos muy agudos, cosa muy importante, pues es vital no desgarrar la delgada membrana de la neurona al introducir la punta del electrodo. De suceder esto, el delicado equilibrio de la solución iónica enseguida se alterará pues el fluido extracelular — la solución iónico fuera de lo neurona — se mezclará directamente con el fluido intracelular. Esto compromete severamente el frágil medio electroquímico dentro de lo célula — y genera la muerte de ella.
No entraré en la tediosa descripción de cómo lograr que la punta del electrodo penetre en la membrana celular de una neurona (cuyo cuerpo tiene un diámetro típico del orden de unos 20 micrones) de alguna región del cerebro. Las deflexiones de voltaje en el osciloscopio son útiles como brújula para determinar dónde se encuentra la punta del electrodo y hacia dónde se dirige. Basta con decir que el trabajo de penetrar tales neuronas y de monitorear y registrar su actividad eléctrica no es una hazaña despreciable y requiere tanto paciencia y diligencia como la necesaria para encontrar "una aguja en un pajar".
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