Gracias a Cajal se sabía que el sistema nervioso no era una red continua, sino un conjunto de neuronas individuales conectadas entre si. Los siguientes interrogantes serían ¿en que consiste la unión entre dos neuronas mediante sus fibras nerviosas (dendritas y axones)? y ¿ como el impulso nervioso pasa a través de ellas?
Charles Sherrington (1857-1952) uno de los neurofisiólogos más notables del siglo XX, comprendió la importancia de la sinapsis, como así bautizó a esa conexión (Del griego. σύναψις sýnapsis que significa 'unión, enlace'.) y su papel en la transmisión nerviosa y en la integración del sistema nervioso en su conjunto. La sinapsis actuaría como una especie de <válvula>", permitiendo el paso en un sólo sentido y según sus cálculos, dentro de ella ocurriría una <pérdida de tiempo>, es decir, se desmoronaba la señal nerviosa, por lo que hipotetizó certeramente sobre la existencia de un gap o un pequeñísimo hueco, imposible de ver hasta la llegada del microscopio electrónico. Sherrington recibió en 1932 junto a Edgar Adrian (1889-1977) el premio Nobel de Fisiología o Medicina por sus <descubrimientos sobre las funciones de las neuronas >.
Por su parte, la figura clave fue el fisiólogo inglés Edgar D. Adrian (1889-1977), quien compartiría el Premio Nobel con Sherrington en 1932. Londinense de nacimiento y formado en Cambridge, pronto dirigió su empeño a desvelar la naturaleza del minúsculo y escurridizo impulso de las neuronas. El reto era impresionante, dados los instrumentos disponibles en su época; así lo planteaba Adrian en sus propias palabras:
"El primer problema de la conducción es si el impulso nervioso es una cantidad variable, o si cada fibra única del sistema nervioso es siempre de la misma fuerza. La investigación de esta cuestión es de singular dificultad a causa de que el impulso es tan intangible. Si estimulamos un nervio motor y registramos la contracción del músculo que inerva, concluimos que ha pasado un impulso nervioso desde el origen de la excitación hasta el músculo; pero ¿cómo podemos tener un contacto más estrecho con ese impulso nervioso, para aprender algo más que el mero hecho de que ha pasado o no a través del nervio?"
"Queremos saber cómo varía el impulso en intensidad, si es más fuerte cuando el estímulo es más fuerte […] Sólo cuando podamos medir el impulso nervioso empezaremos a conocer los elementos de la conducción".
(Lucas K. The conduction of the nervous impulse. London: Green, 1917; p. 4.)
 | Esto sólo sería posible tras los avances electrónicos que se produjeron, lamentablemente, por causa de la Segunda Guerra Mundial; concretamente, la invención de la válvula de vacío un dispositivo capaz de amplificar miles de veces las señales eléctricas. Se trataba del mismo tipo de válvulas de las radios de nuestros bisabuelos, aquellos receptores que se calentaban y tardaban minutos en encenderse antes de empezar a funcionar. |
- Se confirmó definitivamente la naturaleza tipo «todo o nada» del impulso nervioso. Todos los impulsos registrados tenían la misma fuerza, no había impulsos fuertes y débiles.
- La neurona codificaba la intensidad de la sensación a través de la frecuencia de disparo. Los investigadores estiraron el músculo de la rana suspendido con distintos pesos. Comprobaron que con un peso de 1/4 g la neurona descargaba 21 veces por segundo; con 1/2 g lo hacía 27 veces, y con 1 g, 33. O sea, los nervios usaban una especie de código Morse con un único tipo de señal.
- La neurona se adaptaba muy pronto ante una estimulación constante, reduciendo su tasa de disparos. Este rápido descenso después de cada estallido inicial de descargas sugería que los nervios estaban programados para responder a los cambios, más que a las condiciones estables.
Por lo tanto, las neuronas usaban un código universal basado en la frecuencia de los impulsos nerviosos o potenciales de acción. No había códigos eléctricos distintos para transmitir una sensación de luz, frío, o sonido. El código era el mismo y la diferencia estribaba en el lugar anatómico del cerebro a donde llegaba el mensaje. Una señal en la corteza visual sería interpretada como luz, mientras que la misma señal en la corteza auditiva se interpretaría como sonido. Una sensación débil no se codificaba por un impulso nervioso débil, sino por los mismos impulsos fijos, pero más espaciados. En palabras de Adrián: «Todos los impulsos se parecen, sea que el mensaje esté destinado a suscitar una sensación de luz, de contacto o de dolor; si los impulsos se agolpan, la sensación es intensa, si están dispersos y separados por un intervalo, la sensación es débil». |  Descargas de una neurona individual registradas por Adrian y Zotterman (1926). |
Desde el punto de vista metodológico, Adrian tuvo una sencilla y genial idea, que luego copiarían todos los laboratorios del mundo: como dispositivo de salida, además del tubo de rayos catódicos, decidió conectar un altavoz al amplificador, para escuchar las señales nerviosas. Con este sistema se puede oír crepitar a los nervios, además de visualizar la señal, y en muchas ocasiones resulta más fácil identificar con el oído el momento en que se consigue registrar a una neurona individual. Hoy es práctica habitual (para más detalles, v. González J. Breve historia del cerebro, cap. 5. Barcelona: Crítica, 2010; p. 145-59).
Los avances en las investigaciones demostrarían que los cambios operados en las sinapsis son de naturaleza química y resultan decisivos para que el cerebro y todo el sistema nervioso, registren información en su interior y modifiquen su funcionamiento como consecuencia de experiencias previas. Las primeras décadas del siglo XX sirvieron para desvelar la existencia de los neurotransmisores, tras los primeros hallazgos sobre la acetilcolina por parte del británico Henry Dale y el alemán Otto Loewi, galardonados en 1936 con el premio Nobel por sus descubrimientos relacionados con la transmisión química del impulso nervioso. En realidad, este nuevo enfoque supuso un "verdadero cambio" en la forma de entender el cerebro y el sistema nervioso. En palabras del historiador Elliot Valenstein:
"Como el desciframiento del código genético y la creación de la bomba atómica, el descubrimiento de como funcionan las neuronas del cerebro es uno de los desarrollos fundamentales del siglo XX. El descubrimiento de los neurotransmisores revolucionó la forma de cómo pensamos acerca del cerebro y de lo que significa ser humano"
En la vertiente aplicada, comenzaron a concebirse algunas enfermedades neurológicas en términos de excesos o deficiencias de estas sustancias. Así ocurrió enseguida con la miastenia grave y más tarde con la enfermedad de Parkinson.
A lo largo del siglo XX y durante los primeros años del XXI, se fueron sucediendo logros espectaculares sobre el sistema nervioso y su funcionamiento. La década de 1990 fue declarada la del <cerebro>. El catálogo de descubrimientos es amplio y muchos de ellos se analizarán con posterioridad. Gran parte de este avance ha sido de tipo metodológico y el progreso tecnológico ha marcado en gran medida la pauta de este conocimiento, principalmente en dos terrenos:
a) en animales, la posibilidad de registros de neuronas individuales ha revelado como la corteza procesa la información sensorial en sus primeras etapas, por ejemplo, el colosal trabajo de David Hubel y Torsten Nils Wiesel en la década de 1960, sobre la corteza visual o los de Eric Kandel sobre la memoria, todos ellos merecedores del premio Nobel; y
b) en la investigación humana, las técnicas recientes de neuroimagen y de registro neurofisiológico ofrecen la oportunidad de observar al cerebro en acción.
 | Activación del cerebro durante la lectura de palabras como <ajo>, <canela> o <jazmín>. Neuroimágenes obtenidas mediante la técnica de resonancia magnética funcional, en las que se muestran coloreadas las áreas más activas. Las zonas señaladas con flechas blancas corresponden a estructuras que participan en el procesamiento de los olores reales. |
Desde los inicios del siglo XX, los interrogantes se tornaron cada vez más ambiciosos y el progreso de la microscopía, las técnicas de tinción y las técnicas farmacológicas abrieron nuevas posibilidades en el estudio de las neuronas y de la química cerebral.
