Uno de los supuestos de la mirada biológica al comportamiento es que existen correlatos biológicos que se pueden relacionar con la estructura del cerebro o con su fisiología. En artículos previos se ha hecho énfasis en la estructura (ver Anatomía macroscópica del encéfalo y sus funciones, Localización de funciones en el cerebro y Neuroplasticidad). Este artículo se enfocará en la fisiología del cerebro, en su funcionamiento, enfocándose en el proceso de neurotransmisión.
El sistema nervioso consiste en un sistema de células llamadas neuronas. La neurona es la unidad básica del sistema nervioso, siendo fundamental para el comportamiento, y consiste en tres partes: El soma o cuerpo celular, las dendritas y el axón. El soma contiene el núcleo y demás organelos que mantienen los procesos vitales de la célula y se encarga de controlar todas las funciones de la neurona. La función de las dendritas consiste en recibir las señales de otras neuronas mientras que la del axón es transmitir la señal a otras neuronas. Cuando un axón se acerca a una dendrita (o soma) de otra neurona se forma una sinapsis, siendo esta la estructura que conecta dos neuronas. Se estima que hay aproximadamente 86 mil millones de neuronas en el cerebro humano y que cada neurona tiene aproximadamente otras 15.000 conexiones con otras neuronas, formando una red compleja.
Lo anterior muestra que la neurona es una célula especializada en recibir y transmitir señales, las cuales son respuestas a los estímulos externos e internos. Hay tres grandes tipos de neuronas:
- Sensoriales (aferentes) – Llevan información de los órganos de los sentidos hacia el sistema nervioso central.
- Motoras (eferentes) – Envían información desde el sistema nervioso central hacia los músculos y glándulas del cuerpo.}
- Interneuronas – Son las más numerosas y conectan unas neuronas con otras, permitiendo la coordinación de las actividades de las neuronas motoras y sensoriales.
La manera más común de transmisión de señales de una neurona a otra es electroquímica mediante neurotransmisores, los cuales son químicos que comunican la información de una neurona con otra a través de las sinapsis que es el espacio entre dos neuronas. Los neurotransmisores son sintetizados en el soma de la neurona y llevados a los terminales del axón para ser almacenados dentro de las vesículas sinápticas para luego ser liberados con el fin de transmitir información de una neurona a otra.
La neurotransmisión es un proceso bastante rápido. Este proceso se inicia en las dendritas que son ramificaciones que brotan del soma (cuerpo de la neurona) y que reciben la señal electroquímica de neuronas vecinas con las cuales se conectan. Una vez la señal llega a un umbral de excitación se genera en el cuerpo de la neurona una señal eléctrica, llamada potencial de acción, la cual viaja rápidamente a lo largo del axón hacia los botones sinápticos en donde se encuentran vesículas sinápticas llenas con neurotransmisores. Las vesículas se adhieren a la membrana presináptica, liberando los neurotransmisores hacia el espacio sináptico y se adhieren a los receptores de la membrana postsináptica de la dendrita de una neurona vecina. Posteriormente los neurotransmisores se degradan o son recaptados por el botón presináptico que los liberó. Se puede concluir que la transmisión de la información es eléctrica a lo largo del axón y química en la sinapsis y por eso se dice que es electroquímica.
La neurotransmisión funciona de manera similar a una llave y una cerradura de una puerta. Los neurotransmisores liberados desde el botón sináptico deben unirse a sus respectivos receptores de la membrana postsináptica como una llave a su cerradura. De esta manera se abre la puerta para que la información sea recibida por parte de la siguiente neurona, determinando si se activa un nuevo potencial de acción o no.
Los neurotransmisores que se liberan desde el botón sináptico hacia el espacio sináptico afectan la activación de la neurona postsináptica dependiendo de sus niveles y de si se trata de una sinapsis excitatoria o inhibitoria. Las excitatorias incrementan la posibilidad de que la neurona que recibe la señal emita un potencial de acción, mientras que las inhibitorias disminuyen la posibilidad de que la siguiente neurona dispare una señal eléctrica. La acción de un neurotransmisor específico en la sinapsis es la que hace que éste cumpla una función excitatoria o inhibitoria. La mayoría de los neurotransmisores tienen ambas funciones dependiendo de la neurona que recibe la información; por ejemplo, la acetilcolina (Ach) por lo general es excitatoria, especialmente en el lóbulo temporal medial y en el hipocampo, pero también puede ser inhibitoria, mientras que la serotonina (5-HT) generalmente es inhibitoria.
Los neurotransmisores pueden afectarse por químicos que afectan la acción de dichos neurotransmisores. Los agonistas son químicos que se unen a los receptores sinápticos e incrementan el efecto de los neurotransmisores mientras que los antagonistas también se unen a los receptores sinápticos, pero reducen el efecto de un neurotransmisor.
Algunos estudios relacionados con la neurotransmisión se iniciaron con experimentos en animales como veremos en el estudio de Martinez y Kesner (1991) relacionado con el rol de la acetilcolina en la memoria, pero que luego llevaron a estudios con seres humanos como fue el de Antonova y colaboradores (2011).
Acetilcolina:
La acetilcolina (ACh), como otros neurotransmisores, tiene diferentes efectos en diferentes sistemas. Su rol principal es el de cambiar el estado de las redes neuronales en el cerebro y de modificar su respuesta a los estímulos internos y externos. La variedad de efectos de la ACh depende del sitio donde es liberada y de los subtipos de receptores. Sin embargo, su rol es principalmente adaptativo a los estímulos ambientales. Adicionalmente está involucrada en la contracción muscular cuando actúa en las neuronas motoras, pero también parece tener un rol en la formación de la memoria en el hipocampo como lo muestra el estudio de Antonova y colaboradores (2011), estudios que utilizan la escopolamina, un antagonista de la ACh y que afecta negativamente el rol de la ACh en la memoria espacial. En este caso la ACh sería un agonista endógeno en receptores del hipocampo, favoreciendo la consolidación de la memoria.
Serotonina:
Como en el caso de la ACh, la serotonina (5-HT) tiene diferentes roles en distintas partes del cuerpo. La serotonina es un neurotransmisor que parece tener el rol regulador en el cerebro y que está implicado en muchos comportamientos. Hay evidencia que sugiere que está involucrado en la emoción, la motricidad, algunos procesos cognitivos y comportamientos automáticos como el apetito y el sueño. También pueden promover el comportamiento prosocial y los juicios morales como lo evidencia el estudio de Crockett y colaboradores (2010). Media la excitación del sistema nervioso y parece coordinar comportamientos, ejerciendo su función como neuromodulador. Es más conocido por sus efectos en el bienestar y en la felicidad en la medida que regula el estado de ánimo. Se ha observado que bajos niveles de serotonina se relacionan con un estado de ánimo depresivo y el trastorno obsesivo-compulsivo; por este motivo se utilizan medicamentos inhibidores selectivos de la racaptación de la serotonina (ISRS) para el tratamiento de la depresión mayor y otros trastornos psicológicos. Estos medicamentos incrementan los niveles de serotonina en el espacio sináptico ya que se inhibe su recaptación hacia el botón presináptico, ayudando a los pacientes a tener un mejor estado de ánimo. Otro efecto potencial de los bajos niveles de serotonina es el comportamiento agresivo. Estos efectos han sido investigados por Walderhaug y colaboradores (2007) y Passamonti y colaboradores (2012) mediante la depleción de triptófano, aminoácido esencial para la producción de serotonina. Es importante anotar que también se encuentra serotonina en el tracto intestinal además del cerebro en donde tiene un rol de regulación de la digestión.
Evaluación general de los estudios relacionados con la neurotransmisión:
Se debe tener en cuenta que la funcionalidad del cerebro y sus neurotransmisores es compleja; por lo tanto, hay que ser cautelosos sobre las conclusiones de relaciones causa-efecto entre los neurotransmisores y las respuestas específicas que se evidencian en estudios de investigación.
Los estudios relacionados con los neurotransmisores son reduccionistas en la medida que los niveles de un neurotransmisor específico se manipulan para ver su efecto en el comportamiento, sin tener en cuenta otras variables que también se relacionan con dicho comportamiento. Por otro lado, el comportamiento humano es complejo y por lo tanto una explicación con base en la bioquímica del cerebro sería simplista e incompleta.
Como se comentó en el caso de la serotonina, los neurotransmisores se forman por aminoácidos que provienen de la alimentación. Tener un conocimiento de esto puede promover una alimentación sana, alta en aminoácidos esenciales como el triptófano, necesario para la producción de la serotonina.
La posibilidad de medir los niveles de los neurotransmisores de manera objetiva sería una fortaleza de estas investigaciones sobre el papel de los neurotransmisores en el comportamiento en la medida que sus resultados tienden a ser confiables.
Bibliografía:
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Estudios citados:
Antonova, E., Parslow, D., Brammer, M., Simmons, A., Williams, S., Dawson, G.R. y Morris, R. (2011) Scopolamine disrupts hippocampal activity during allocentric spatial memory in humans: An fMRI study using a virtual reality analogue of the Morris Water Maze. Journal of Psychopharmacology, 25(9), 1256-1265.
Crockett, M.J., Clark, L., Hauser, M.D. & Robbins, T.W. (2010) Serotonin selectively influences moral judgment and behavior through effects in harm aversion. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(40), 17433–17438.
Passamonti, L., Crockett, M.J., Apergis-Schoute, A.M., Clark, L., Rowe, J.B., Calder, A.J. & Robbins, T.W. (2012) Effects of acute tryptophan depletion on prefrontal-amygdala connectivity while viewing facial signals of aggression. Biological Psychiatry, 71(1), 36-43.
Walderhaug, E., Magnusson, A., Neumeister, A., Lappalainen, J., Lunde, H., Refsum, H. & Landrø, N.I. (2007). Interactive effects of sex and 5-HTTLPR on mood and impulsivity during tryptophan depletion in healthy people. Biological Psychiatry, 62(6), 593–599.