EL SIGLO XX. LAS NEURONAS Y LA QUÍMICA CEREBRAL

Hasta el siglo XIX, los principales avances sobre el cerebro se referían sobre todo a su estructura macroscópica, la que puede verse a simple vista. Al pasar al siglo XX, los interrogantes se tornaron más ambiciosos y el progreso de la microscopía y las técnicas de tinción abrieron nuevas posibilidades en el estudio de su estructura íntima. Es el siglo en el que se reconoció a la neurona como la unidad fundamental del sistema nervioso, la pieza básica que compone el cerebro así como los nervios de animales y personas.

​A finales del siglo XIX, los anatomistas miraban perplejos las complicadas formas de las células nerviosas y, sobre todo, la intrincada maraña de filamentos que las rodeaba o procesos como se les denominaba. En ese tiempo ya era conocida la célula y se aceptaba la teoría celular de los seres vivos, pero existía el convencimiento de que el sistema nervioso era distinto y no se ajustaba a dicha teoría. Esta confusión nacía de dos problemas, primero no estaba claro si los largos axones y las más cortas pero ramificadas dendritas, visibles al microscopio, tenían algo que ver con los cuerpos celulares de las neuronas; estaba aún menos claro si ambos tipos de filamento se originaban desde una célula individual; En segundo lugar, los fisiólogos no podían visualizar la membrana de las células nerviosas, de manera que el sistema nervioso se presentaba como una inmensa red sin separaciones internas. El impulso nervioso correría libremente por aquella estructura reticular, y ésa era la explicación dominante -Teoría reticular- hacia el cambio de siglo.

​​Tan pronto como en 1873, un reticulista convencido tropezó con un hallazgo fortuito que habría de revolucionar la microscopía. El médico italiano Camilo Golgi (1843-1926) trabajaba en un hospital cercano a Milán y dedicaba parte de su tiempo a la investigación básica; cierto día se le ocurrió ensayar sobre las preparaciones nerviosas un nuevo procedimiento de tinción basado en el nitrato de plata. Sucedió en la humilde cocina del hospital habilitada como laboratorio y Golgi nunca explicó cómo le vino la idea de usar dicha sustancia, un material sensible a la luz que se estaba empezando a aplicar en la fotografía. Endureció sus muestras con dicromato potásico y luego las introdujo en una solución de nitrato de plata durante 2 o 3 días; finalmente las trató con baños de alcohol y aceites, las lavó y cortó en láminas para el portaobjetos. Cuando Golgi miró a través del microscopio, descubrió estupefacto que el nitrato de plata propiciaba una enorme "reazione nera" (reacción negra) que mostraba a las células  y los afilados filamentos en un negro intenso sobre un fondo amarillo ámbar con una nitidez tan extraordinaria que parecían delicados dibujos de tinta china.

Empleando su método, Camillo Golgi identificó una clase de célula nerviosa, bautizada con su nombre, dotada de unas extensiones (o dendritas) mediante las cuales conectaba entre sí otras células nerviosas. 

​Continuó su detenido examen de las células nerviosas, obteniendo pruebas de la existencia en la célula de una red irregular de fibrillas, cavidades y gránulos (denominada aparato de Golgi) que desempeña un papel esencial en operaciones celulares tan diversas como la construcción de la membrana, el almacenamiento de lípidos y proteínas o el transporte de partículas a lo largo de la membrana celular.

Entre 1885 y 1893 se dedicó al estudio del paludismo, obteniendo, entre otros, resultados tan importantes como la distinción entre el paludismo terciano y cuartano en cuanto patologías provocadas por dos especies diferentes de un mismo protozoo parásito denominado Plasmodium, y la identificación del mencionado acceso febril como originado por la liberación por parte de dicho organismo de esporas en el flujo sanguíneo. En 1906 compartió con Ramón y Cajal el Premio Nobel de Fisiología y Medicina.

Años más tarde, el médico español Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) introdujo algunos cambios en el método de tinción de Golgi que potenciarían notablemente su eficacia. Por algún motivo, hasta hoy desconocido, la "reacción negra" ocurre sólo en unas pocas neuronas -menos del 1% del total- lo cual es algo favorable, ya que si todas reaccionaran de la misma manera en la preparación, se obtendría una gran mancha obscura inservible. Sin embargo, esta propiedad representa un inconveniente: le confiere al método cierta impredecibilidad, porque el investigar no puede decidir de antemano que células y cuantas van a reaccionar. Esta circunstancia había frustrado a muchos investigadores y cuando Cajal tuvo noticia de la técnica, 14 años después, ésta había pasado relativamente inadvertida. 

​Cajal comprobó que se obtenían mejores resultados si los cortes histológicos eran más gruesos -doble impregnación- lo que le permitió observar como se conectaban dos o más células. Al ver las imágenes espectaculares que se obtuvieron, no pudo reprimir el impacto que le causaron y así lo refirió en uno de sus libros más importantes intitulado "Textura del sistema nervioso del hombre y los vertebrados":

​"Espectáculo inesperado: sobre un fondo amarillo perfectamente traslúcido aparecen desparramados filamentos negros lisos y delgados o espinosos y espesos; cuerpos negros, triangulares estrellados, fusiformes. Se diría que se trata de dibujos en tinta china sobre un papel transparente del Japón. El ojo está desconcertado, aquí todo es sencillo, claro, sin confusión, ya no es necesario interpretar, sino ver y constatar".

​Cajal emprendió un estudio sistemático de la estructura íntima del sistema nervioso y tuvo una idea inteligente: trabajar sobre embriones y animales jóvenes. El compuesto de plata actúa mejor sobre los nervios desprovistos de la envoltura grasa de mielina y las neuronas destacan mucho más. Así reflexionaba en su autobiografía "Recuerdos de mi vida" de 1917:

"Puesto que la selva resulta impenetrable e indefinible, ¿por qué no recurrir al estudio del bosque joven, como si dijéramos en estado de vivero? Escogiendo bien la fase evolutiva (del embrión) las células nerviosas, relativamente pequeñas, destacan íntegras dentro de cada corte; las ramificaciones terminales del cilindroeje dibujándose clarísimas y perfectamente libres; los nidos pericelulares (...) aparecen sencillos, adquiriendo gradualmente intrincamiento y extensión; en suma, surge ante nuestros ojos, con admirable claridad y precisión, el plan fundamental de la composición histológica de la sustancia gris".

Cajal comenzó de este modo la increíble colección de dibujos que hoy se conoce, ejecutados a tinta china con una precisión y maestría geniales. Estudió cerebelos de aves, retinas, bulbos olfativos, cortezas, troncos cerebrales, médulas espinales y siempre encontraba el mismo patrón pese a la enorme variedad de formas neuronales. Dendritas y axones forman parte de un único cuerpo celular y son independientes de las dendritas y axones de otras neuronas; no hay, por lo tanto, continuidad, sino contigüidad entre elementos próximos pero distintos. Por más que buscó, no halló evidencia de que las conexiones se fusionaran en una red contínua. Fue surgiendo así un cuadro mucho más ordenado y comprensible del sistema nervioso: ahora se mostraba constituido por células nerviosas individuales, cada una con un cuerpo celular y sus propias conexiones; ya no era una colección de núcleos perdidos en una confusa maraña de filamentos. En palabras de un contemporáneo suyo, gracias Cajal "El bosque impenetrable del sistema nervioso se ha convertido en un parque regular y deleitoso".

¿Cómo dar a conocer al mundo los descubrimientos obtenidos de sus magníficas preparaciones?

Para aquel entonces, Cajal casado con doña Silveria Fañanás García con quien había procreado 7 hijos, era catedrático en la Universidad de Barcelona, pero era un hombre realmente con pocos recursos económicos, los cuales provenían de la cátedra. 

En el otoño de 1889 se celebraría en Berlín, Alemania el congreso más importante del mundo en su especialidad "Histología y Anatomía patológica" que reuniría a la élite de la anatomía mundial. El médico español consideró que sería una buena oportunidad para mostrar sus descubrimientos. Cajal no hablaba alemán, sólo un poco de francés, lo cual invariablemente dificultaría su comunicación con otros especialistas en aquel congreso.

​Tras solicitar permiso del rector de la Universidad de Barcelona para asistir a dicho congreso, Cajal viajo a Berlín con el dinero de todos sus ahorros y con su microscopio bajo el brazo. Viajó en un vagón de tercera y se hospedó en un hostal de tercera en Berlín. El propio Cajal hace referencia de lo acontecido en su autobiografía al mencionar:

"Obtenido el permiso del rector (...) para tomar parte en las tareas del susodicho Congreso, reuní todos mis ahorros y me encaminé lleno de esperanzas a la capital del imperio germánico. (...) Desde muy temprano me instalé en la sala laboratorio ad hoc, donde en largas mesas y enfrente de amplios ventanales, brillaban numerosos microscopios. Desembalé mis preparaciones, requerí de dos o tres instrumentos amplificantes, además de mi excelente modelo Zeiss, traído por preparación, enfoqué los cortes más expresivos concernientes a la estructura del cerebelo, retina y médula espinal y en fin, comencé a explicar en mi pésimo francés ante los curiosos el contenido de mis preparaciones. Algunos histólogos me rodearon, pocos, porque según ocurre en tales certámenes, cada congresista atiende a lo suyo: después de todo, natural es que se prefiriera enseñar lo propio que examinar lo ajeno"

Cajal añade en su autobiografía que: "a los científicos extranjeros presentes en aquel Congreso “les chocaba, sin duda, encontrar un español aficionado a la ciencia y espontáneamente entregado a las andanzas de la investigación.”

​Tal vez por ello, pocos de estos sabios, por entonces celebridades mundiales, atendían a sus explicaciones, y los que más o menos atendían, lo hacían con escepticismo… sin duda esperaban un fiasco…

​Hasta ese momento, nada fuera de lo habitual estaba ocurriendo, Cajal debía ingeniárselas para llamar la atención de los asistentes, mayoritariamente figuras de prestigio mundial, entre quienes resaltaba Albert Kölliker uno de los más grandes anatomistas de la época, el patriarca de la anatomía alemana. Es justo en ese momento cuando Cajal abriéndose paso entre las multitudes se acerca a Kölliker, lo toma del brazo y literalmente lo arrastra hasta un rincón de la sala donde se encuentra su microscopio…y hablándole en su pobre francés, Cajal le explica a Kölliker sus investigaciones y descubrimientos mientras éste atendía a las mismas y observaba con asombro el microscopio con las muestras que el joven científico español había preparado. Kölliker alzó la mirada y le preguntó: ¿pero quién demonios es usted?

Era un hecho insólito, tratándose de un desconocido procedente de un país que apenas contaba para la ciencia médica internacional. Y aquí es imperante señalar un alto detalle y consideración que ennoblece a la profesión científica ya que lo que Cajal mostraba era un mazazo a la posición favorable a la red nerviosa sostenida por el propio Kölliker quien no dudó en felicitarlo e hizo lo imposible por franquear la barrera idiomática e introducirlo en los círculos del congreso. Siendo Cajal un personaje desconocido casi anónimo, quizá otro hubiera aprovechado su prestigio y autoridad para orillarlo a un segundo plano, pero Kölliker hizo justo lo contrario, su amor por la verdad se impuso a sus planteamientos personales.

Albert Kölliker

En los siguientes meses Kölliker confirmó las observaciones de Cajal con el nuevo método y no vaciló en abandonar públicamente su enfoque reticularista. Pero no sólo eso, a sus 72 años, decidió estudiar español para traducir las obras de Cajal al alemán. ¡chapeau por Kölliker! personas así son las que el mundo y la ciencia necesita. Desde luego, Cajal jamás lo olvidó y en reiteradas ocasiones expresó su gratitud hacia el alemán con quien lo uniría una estrecha amistad.

A partir de ahí y con apoyo de Kölliker, Cajal fue reconocido en todas las universidades, tanto en Europa como en América. En 1900 recibió el premio "Moscú", en 1905, fue condecorado con la medalla "Helmholtz" de oro macizo; en 1906 premio Nobel que compartió con Camilo Golgi.

Santiago Ramón y Cajal demostró y aportó a la ciencia y el mundo varias cosas, pero fundamentalmente dos:

​Que el sistema nervioso está conformado por células nerviosas individuales e independientes que se comunican entre sí, demostrando definitivamente la validez de la teoría neuronal del sistema nervioso. Las neuronas se conectan a través de sus terminaciones, pero conservan su individualidad.

Que las neuronas actúan como elementos polarizados (principio de polarización dinámica), de forma que el impulso nervioso es unidireccional: entra por las dendritas al cuerpo celular y sale por el axón. La disposición de las fibras le confirmaba invariablemente esta idea al comparar las neuronas de entrada -retinas y otros órganos sensoriales- con las neuronas motoras de salida. Este descubrimiento constituyó un avance gigantesco , porque permitió trazar circuitos neuronales siguiendo el flujo de la señal nerviosa, como así hizo Cajal con flechas en sus dibujos.

​Santiago Ramón y Cajal

​En opinión de muchos autores, la aportación de Santiago Ramón y Cajal supuso el nacimiento de la neurociencia contemporánea, por una doble razón: era un paso de gigante hacia la comprensión del funcionamiento del cerebro y del sistema nervioso en su conjunto, pero, al mismo tiempo, sentaba las bases para todo el programa de investigación futura. En palabras de Albright et al. (2000, p. 53) "En contraste con la caótica visión del cerebro que surgía del trabajo de Golgi, Gerlach y Deiters, quienes concebían al cerebro como una difusa red nerviosa en la que parecía posible todo tipo imaginable de interacción, Ramón y Cajal centró su análisis experimental sobre la función más importante del cerebro: el procesamiento de información. Ahora ya era posible comenzar a poner orden en aquel laberinto inabordable e iniciar el estudio de circuitos nerviosos específicos. No falta quienes comparan el impacto de Cajal en la neurociencia con el de Darwin en la biología o el de la teoría cuántica en la física. Así pues, su premio Nobel de 1906 fue cumplidamente merecido.

​​Santiago Ramón y Cajal