Del flujo iónico al movimiento

"Y así se genera el movimiento animal: no por medio del aire, 

como pensaban los jónicos, ni por una psique inmaterial, 

como pensaban los idealistas, sino por un flujo iónico".

-J. Allan Hobson.

Sabemos que las neuronas son células que se comunican entre sí a través de estímulos eléctricos que inducen la liberación de pequeñas sustancias químicas llamadas neurotransmisores. Pero, ¿cómo se genera la electricidad que transmite los mensajes del cuerpo de una neurona hasta otra -que puede estar a muchos centímetros de distancia- a través de la prolongación neuronal o axón?
Las membranas de todas nuestras células tienen proteínas en forma de canales o poros que dejan pasar iones, algunos con cargas positivas y otros con cargas negativas. Sodio, Potasio, Cloro y Calcio son algunos de los elementos que atraviesan estos canales, cambiando el balance de cargas posititvas y negativas dentro y fuera de la célula. Este cambio de potencial eléctrico, activa nuevos canales a lo largo del axón, provocando una reacción en cadena que generará la corriente eléctrica que recorre el axón hasta llegar a la punta del axón o botón sináptico. Allí, la electricidad inducirá la liberación de neurotransmisores que una vez fuera del axón, activarán los receptores de la siguiente neurona, o, en el caso del movimiento, a la placa neuromuscular, que inicia la contracción del músculo.

Tercer Breviario cerebral por Juga cerebralia. Video via ratemyscience.com

-----

"And so that's how animal movement is generated: 
not through air,as the Ionians thought,
 or through an immaterial psyche, as the idealists 
thought, but through an ionic flow ".

-J. Allan Hobson.

We know that neurons are cells that communicate with each other through electrical stimuli that induce the release of small chemicals called neurotransmitters. But how is the electrical energy that transmits messages from the body of one neuron to another -which can be many centimeters away- generated?

The membranes of all our cells have proteins in the form of channels or pores that allow ions to pass, some with positive charges and others with negative charges. Sodium, Potassium, Chlorine and Calcium are some of the elements that cross these channels, changing the balance of positive and negative charges inside and outside the cell. This change of electrical potential activates new channels along the axon, causing a chain reaction that will generate the electric current that runs through the axon, until it reaches the tip of the axon or synaptic button. There, electricity will induce the release of neurotransmitters that once outside the axon, will activate the receptors of the next neuron, or, in the case of movement, the neuromuscular plate, which initiates the contraction of the muscle.

Third Brain Breviary by Juga Cerebralia. Video via ratemyscience.com

¿Qué es el cableado cerebral?

Continuamente escuchamos hablar del "cableado" cerebral. El conexionismo es un acercamiento teórico a la mente humana que tuvo su apogeo en los años 80s y que se interesa en el patrón de conexiones entre unidades funcionales. Ha sido muy útil para estudiar y entender el funcionamiento cerebral. En este video, creado por científicos de la universidad de Cardiff, vemos las "fibras" que conectan unas regiones del cerebro con otras. Pero, ¿qué son exactamente estas fibras? ¿cómo entender el cableado cerebral en términos biológicos?

Las neuronas fungen como mensajeros: se comunican entre ellas a través de estímulos eléctricos y la liberación de pequeñas sustancias químicas llamadas neurotransmisores. Cada punto donde se conectan estas neuronas se llama “sinapsis”. Para poder hacer sinapsis con otras neuronas que están en otro punto del cerebro, las neuronas necesitan de sus axones, prolongaciones del cuerpo neuronal que atravesarán grandes distancias para transmitir impulsos eléctricos (llamados potenciales de acción) hasta neuronas lejanas. Para facilitar la transmisión de electricidad, la mayoría de los axones están recubiertos de una sustancia rica en grasa llamada mielina.

La mielina recubre los axones como el plástico recubre los cables metálicos: Aísla la fibra nerviosa, la protege, y acelera la conducción del impulso eléctrico o potencial de acción. Por ser rica en sustancia grasa, tiene una consistencia espesa y un color blanquecino. A los axones recubiertos de mielina se les llama "sustancia blanca", y las nuevas tecnologías de neuroimagen pueden fotografiarla y mostrarla en las imágenes que vemos en el video. Conocer la base estructural de las conexiones neuronales a gran escala nos permite hacer inducciones sobre el flujo de información en esta gran máquina biológica dentro de nuestras cabezas, y nos ayuda también a entender cómo puede alterarse el funcionamiento del cerebro en algunas enfermedades que no tienen lesiones localizadas fácilmente identificables, sino que afectan la comunicación entre neuronas lejanas.

Segundo Breviario Cerebral cortesía de Juga cerebralia. Video via BBC News.

-----

We continually hear about brain "wiring". Connectionism is a theoretical approach to the human mind that had its apogee in the 80s. It attemmpts to explain brain function in terms of the pattern of connections between functional units. It has been very useful to study and understand brain functioning. In this video, created by scientists from the University of Cardiff, we see the "fibers" that connect some regions of the brain with others. But what exactly are these fibers? How to understand brain wiring in biological terms? Neurons act as messengers: they communicate with each other through electrical stimuli and the release of small chemicals called neurotransmitters. Each point where these neurons are connected is called "synapse". To be able to synapse with other neurons that are in another part of the brain, neurons need their axons, neuronal body extensions that will travel great distances to transmit electrical impulses (called action potentials) to distant neurons. To facilitate the transmission of electricity, most axons are coated with a substance rich in fat called myelin. Myelin covers axons as plastic covers metal wires: It isolates and protects the nerve fiber, and it facilitates the conduction of each electrical impulse or action potential. Because it is rich in fatty substance, it has a thick consistency and a whitish color. This is why myelin-coated axons are called "white matter". New neuroimaging technologies can photograph and display white matter in the images we see in this video. Knowing the structural basis of large-scale neuronal connections allows us to make inductions about the flow of information in this great biological machine inside our heads, and it also helps us to understand how brain functioning can be altered in some diseases that do not have lesions located easily identifiable, but affect the communication between distant neurons. Second Cerebral Breviary of Juga cerebralia. Video via BBC News.

Breviario Cerebral - ¿Tamaño cerebral o cuenta neuronal?

El cerebro humano tiene un total aproximado de 86 mil millones de neuronas, de las cuales, 69 mil millones están en el cerebelo, esa protuberancia en la parte posterior que nos permite coordinar el movimiento. La corteza cerebral, ese tapiz plegado que forma la superficie de nuestro cerebro y que funge como el asiento de nuestras más sofisticadas funciones mentales (auto-consciencia, lenguage, pensamiento abstracto) tiene dieciséis mil millones de neuronas. Mil millones de neuronas más se encuentran en el tronco cerebral, que orquesta las funciones viscerales y coordina nuestro ciclo sueño vigilia, entre otras cosas.
El cerebro de un elefante, en cambio, tiene 251 mil millones de neuronas en su cerebelo, con las que dirige su gigantesco tronco, y tan sólo 5.6 mil millones en la corteza.

Cuando hablamos del cerebro, el tamaño no indica gran cosa. Es la distribución de las neuronas en la corteza, en el cerebelo, o en los centros funcionales del tronco cerebral y sus conexiones lo que determinará cómo funciona el cerebro de un animal u otro. En el caso del cerebro humano, es la proporción de neuronas en nuestra corteza cerebral la que nos diferencia.

Primer breviario cerebral de Juga Cerebralia. Imagen y texto traducidos y adaptados de Quanta Magazine: https://www.quantamagazine.org/how-humans-evolved-supersiz…/

____

The human brain has a approximate of 86 billion neurons.  From that number, 69 billion are in the cerebellum, the protrusion in the back of our brains that allows us to coordinate movement. The cerebral cortex, that folded carpet that forms the surface of our brain and that serves as the seat of our most sophisticated mental functions (self-consciousness, language, abstract thought) has sixteen billion neurons. One more billion neurons are found in the brainstem, which orchestrates visceral functions and coordinates our sleep-wake cycle, among other things.

The brain of an elephant, on the other hand, has 251 billion neurons in its cerebellum, with which it directs its gigantic trunk, and only 5.6 billion in the cortex.

When we talk about the brain, size does not indicate much. It is the distribution of neurons in the cortex, in the cerebellum, or in the functional centers of the brainstem and their connections that will determine thw works of one animal or another. In the case of the human brain, it is the proportion of neurons in our cerebral cortex that differentiates us from the rest.

First cerebral breviary of Cerebralia. Image  translated and adapted from Quanta Magazine: https://www.quantamagazine.org/how-humans-evolved-supersiz…