Seguramente conocemos el mito del monstruo de Frankenstein, producto de la novela de Mary Shelley. Publicada en 1818, su argumento está, en cierto modo, inspirado por las investigaciones y descubrimientos que en el Siglo XVIII realizaron Luigi Galvani (1737-1798) y otros personajes, que comprobaron lo que ocurría al aplicar corrientes eléctricas a cadáveres de animales o humanos.
En la época de Galvani la electricidad era algo misterioso, mágico para mucha gente. Sin embargo, el fenómeno eléctrico ya se había descrito en la antigüedad. Tales de Mileto, hacia el año 600 a.C., describió cómo al frotar una varilla de ámbar con lana o piel se podían atraer algunos pequeños objetos. Incluso, si se frotaba durante un tiempo prolongado, podía aparecer una pequeña chispa (la electricidad estática que todos hemos experimentado alguna vez). También se conocían peces eléctricos, muchas veces utilizados en el tratamiento de la gota o el dolor de cabeza.
Durante el siglo XVIII la electricidad empezó a formar parte de un espectáculo que se exhibía en los salones de la alta sociedad europea. Se asombraba a los asistentes con diversos aparatos que generaban este tipo de electricidad en mayores cantidades.
Un siguiente paso fue acumular las cargas eléctricas producidas para disponer de una mayor cantidad. Por ejemplo, la botella de Leiden era un dispositivo formado por una botella de vidrio preparada para almacenar electricidad (podríamos hablar del primer condensador eléctrico).
Con descargas eléctricas mayores se podía aplicar la “magia” de la electricidad directamente a los asistentes, incluso se mostraba su poder matando a pequeños animales.
Resucitando a los muertos
El verdadero mérito de Galvani consistió en demostrar parte de la naturaleza eléctrica del sistema nervioso (por aquella época se creía en los nervios eran una especie de tubos huecos que transportaban fluidos).
Como a veces ocurre en la ciencia, el descubrimiento de Galvani se realizó por casualidad. Galvani, que experimentaba con un generador de electricidad, se encontraba diseccionando la pata de una rana. Al tocar con su bisturí el gancho de bronce donde estaba colgada la pata, una pequeña chispa hizo que la pata contrajera los músculos.
Pensó que los músculos estaban cargados de electricidad positiva en el interior y negativa en el exterior. De ese modo, habría una comunicación entre el interior y el exterior cuando se creaba un circuito con ciertos metales. Galvani dio una interpretación errónea a sus experimentos, ya que creía que el cerebro era el encargado de transferir la electricidad a los nervios. Sin embargo, no hay que desmerecer sus descubrimientos iniciales, ya que fue un primer paso para entender la comunicación del sistema nervioso.
Que comience el espectáculo….
A raíz de estos descubrimientos, un sobrino de Galvani, Giovanni Aldini (1762-1834), creó auténticos espectáculos teatrales con cabezas cortadas u otras partes de animales a los que, con una corriente eléctrica, era capaz de causar movimientos o expresiones.
Algunos testigos creían que con su “magia” eléctrica tenía el poder de devolver a la vida a las personas. Este rumor se potenció debido a un espectáculo ocurrido en 1803 con un ahorcado. Con una gran batería de zinc, consiguió que el cadáver se moviese, diera patadas con sus piernas o golpeara con su puño.
Otra curiosidad de Aldini es que fue uno de los pioneros en el tratamiento de enfermedades mentales con la técnica del electroshock.
Este tipo de experimentos son los que inspiraron a la escritora Mary Shelley a escribir su famoso libro de Frankenstein o el moderno Prometeo, considerado como una de las primeras obras en la literatura de ciencia ficción.
La electricidad
La palabra “electricidad” tiene su origen en el nombre griego élektron (ámbar). La referencia al ámbar se debe a Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739), que identificó las dos tipos de cargas eléctricas: positiva y negativa. Las cargas positivas se manifestaban al frotar el vidrio, y las negativas al frotar sustancias resinosas como el ámbar.
Se sabe que la electricidad no es más que la interacción y desplazamiento entre las cargas eléctricas positivas y negativas de los cuerpos físicos.
La electricidad de las neuronas
Como hemos visto, la naturaleza eléctrica de los impulsos nerviosos era indudable. Sin embargo, durante muchos años, la verdadera incógnita seguía ahí: ¿Cómo es capaz el cuerpo o el Sistema Nervioso de generar electricidad y transmitirla?
Estos descubrimientos se llevaron a cabo por los premios Nobel Alan Hodgkin y Andrew Huxley que, estudiando el axón de los calamares gigantes, pudieron demostrar cómo cada neurona funcionaba a modo de pequeñas baterías eléctricas.
Alan Hodgkin 
Andrew Huxley
Las neuronas son las células funcionales básicas del sistema nervioso (pero no las únicas). Están formadas por el cuerpo celular, donde está el núcleo, y prolongaciones llamadas dendritas (por donde reciben la información de otras células y del entorno) y unas prolongaciones más largas denominadas axones (por donde se transmite la información).
Sabemos que la electricidad generada en las neuronas se debe a un proceso electroquímico, por el cual distintas partículas cargadas eléctricamente, átomos o moléculas, crean una diferencia de cargas entre el interior y el exterior de la membrana de la neurona. Un fenómeno denominado potencial de acción. El movimiento de estas partículas hacia el interior o el exterior de la neurona es el causante de la electricidad.
Funcionamiento del potencial de acción
Las principales moléculas -iones- con carga eléctrica implicadas en este proceso son el sodio (NA+), potasio (K+) y calcio (Ca+), cargados positivamente. El cloro (Cl–) es el principal anión (carga negativa). También existen otras moléculas de carácter proteico cargadas negativamente que siempre están en el interior. Cuando la neurona no envía información, el interior tiene carga negativa respecto al exterior (se dice que está polarizada). El movimiento de estos iones entre el interior y el exterior es lo que dará lugar a la generación eléctrica.
La membrana neuronal, que tiene cierta permeabilidad (tiene canales o poros), cuenta con estructuras que, a modo de bombas (que intercambian sodio y potasio), fuerza esta diferencia de voltaje entre el interior y el exterior de la neurona de -70mV aproximadamente. Esto es lo que permite que se establezca el potencial de reposo, es decir, en este momento la neurona no está activa.
Cuando llega información a la neurona, ésta la procesa y la envía a través del axón, lo primero que se produce al principio del axón es la apertura de unos canales del Na+. El sodio, que está en el exterior (con carga positiva), se desplaza al interior (que tiene esa carga negativa de -70mV y lo atrae). De esta manera la carga del interior de la neurona se va volviendo más positiva comenzando la denominada “despolarización”, es decir, la neurona empieza a volverse activa y comenzando los procesos que se consideran la base de la emisión de la información.
Las bombas de sodio-potasio dejan de funcionar, generándose un cambio en la carga de unos +30mV respecto al exterior. El potasio, ión positivo que se encontraba en el interior, por la misma fuerza de repulsión, ahora tiende a salir al exterior, ya que han comenzado a abrirse los canales de potasio. Los canales de sodio se cierran, inactivándose durante un corto periódo de tiempo, impidiendo que el proceso se produzca en ese lugar de nuevo y debiéndose producir en algún lugar adyacente (lo que marca la dirección de la corriente electríca, siempre hacia adelante).
Ahora, las bombas de sodio-potasio, se activan y vuelven a establecer una diferencia de potencial, que va más allá de los -70 mV (hiperpolarización). Paulatinamente se alcanzará de nuevo el valor de -70 mV (repolarización).
Ahora la neurona está otra vez preparada para iniciar el proceso ante la recepción de un nuevo evento. Para ello siempre es necesario que la despolarización alcance un umbral crítico de unos -55mV. Una vez alcanzado la despolarización se produce o no se produce. Es decir, no hay despolarizaciones intensas, leves o medias, sino que o hay despolarización (siempre será igual) o no la hay. La señal, una vez que se ha generado, se va a propagar a lo largo del axón.
Muchos axones tiene una envoltura por tramos, la mielina, que aisla la señal del exterior haciendo que ésta reciba menos interferencias (como ocurre con el aislante de un cable eléctrico).
Para que pueda generarse la corriente eléctrica hay pequeñas zonas sin mielina, los nódulos de Ranvier. Es aquí donde solo se regenera la señal, de tal manera que el gasto energético será mucho menor. Un maravilloso mecanismo de la naturaleza para combinar eficacia, velocidad y el mínimo coste posible, ya que las bombas sodio-potasio son una de las mayores fuentes consumidoras de energía de nuestro cerebro y, por tanto, de nuestro organismo.
Finalmente, en el extremo del axón se activarán una serie de mecanismos que permitirán a la neurona expulsar sustancias químicas, como los neurotransmisores que serán, en último lugar, los encargados de generar una posible respuesta en las neuronas adyacentes. Esto da lugar al mismo proceso en la neurona siguiente, generando una reacción en cadena. Por tanto la comunicación entre neuronas será química, no eléctrica.
Imágenes
Alan Lloyd Hodgkin: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1963/
Andrew Huxley: https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1963/huxley/facts/
Potencial de acción: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Potencial_accion_svg.svg
GIF animado: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cellmembranion.gif
Bibliografía para saber más:
http://www.aryse.org/giovanni-aldini-el-espectaculo-del-galvanismo/
Bear, M. F., Connors, B. W., Paradiso, M.A (2002). Neurociencia: explorando el cerebro. Barcelona: Masson, 2002. ISBN 84-458-1259-9
Hodgkin, A. L. y A. F. Huxley (1952). Currents carried by sodium and potassium ions through the membrane of the giant axon of Loligo.» J Physiol. Apr;116(4):449-72
Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM (2001). Principios de Neurociencia. 4ª ed. McGraw-Hill Interamericana, Madrid. pp. 150-153.
