Imaginemos un árbol en otoño. Durante la primavera y el verano, las ramas del árbol están cubiertas de hojas, con sus colores brillantes. Al llegar el otoño, sus hojas empiezan a caer como parte de un ciclo natural. En el cerebro humano ocurre algo parecido. Las neuronas también tienen una especie de ramas, llamadas dendritas, de las que surgen unas estructuras más pequeñas: las espinas dendríticas. Es ahí donde la comunicación neuronal se lleva a cabo, la famosa sinapsis: cuando una espina entra en contacto con otra.
Con la edad, muchas de esas espinas se modifican y se pierden, algo similar a las hojas en otoño. Cuando las espinas se pierden, la comunicación entre las neuronas deja de fluir de manera eficiente, y los procesos como la memoria y el aprendizaje comienzan a fallar. Pero igual que en un bosque, el otoño no significa el fin. Los árboles siguen en pie y, si las condiciones son favorables, las hojas volverán en primavera. En el cerebro, podemos procurar las condiciones para cuidar esas “hojas”: hacer ejercicio, aprender cosas nuevas, socializar, mantenernos curiosos. A veces, incluso, durante el envejecimiento, pueden brotar nuevas espinas.
Organización jerárquica del cerebro
El cerebro, aunque muchas veces se percibe como un órgano misterioso y complejo, está hecho de tejidos formados por células. En esencia, hay dos tipos principales de células en el cerebro: las neuronas y la neuroglía. Las neuronas son las grandes protagonistas: encargadas de formar los circuitos del sistema nervioso gracias a su sorprendente capacidad para comunicarse entre sí de manera veloz, incluso en largas distancias. La neuroglía, aunque menos conocida y popular, cumple funciones esenciales: brinda soporte estructural y nutricional a las neuronas, e incluso actúa como defensa inmunológica dentro del cerebro. Sin ellas, las neuronas no podrían hacer su trabajo correctamente.
La sorprendente capacidad de las neuronas para comunicarse entre sí se debe, en gran parte, a su estructura y funcionamiento. Desde el punto de vista de su forma, cada neurona tiene un cuerpo central llamado soma, que contiene el núcleo celular, y desde allí se extienden unas prolongaciones que se dividen en dendritas y axón. Las dendritas actúan como antenas receptoras: recogen señales que vienen de otras neuronas y, como si fueran ramas con pequeñas hojas, están cubiertas de espinas dendríticas, donde ocurre gran parte de esta recepción. Asimismo, el axón funciona como un cable transmisor: lleva la señal eléctrica desde el soma hasta otras neuronas, y en su extremo se encuentran las terminales presinápticas, que liberan los mensajes químicos que permiten la comunicación entre células. Gracias a esta organización, las neuronas forman redes complejas que hacen posible todo lo que pensamos, sentimos y hacemos.
La sinapsis es el punto de encuentro donde las neuronas se comunican entre sí. En este proceso, la neurona presináptica actúa como emisora, mientras que la postsináptica opera como receptora. Esta conexión puede darse de dos formas: eléctrica o química. En la sinapsis eléctrica la comunicación es casi instantánea: las neuronas están conectadas por unas estructuras llamadas uniones GAP, a través de las cuales pasa una corriente de iones de una célula a otra. En cambio, la sinapsis química es un poco más compleja pero muy eficiente. La neurona emisora libera unas sustancias llamadas neurotransmisores en un pequeño espacio conocido como hendidura sináptica. Estos neurotransmisores viajan hasta la neurona receptora y se unen a sus receptores, activando una respuesta.
Existen dos tipos principales de sinapsis químicas: tipo I (asimétricas) y tipo II (simétricas). Se les llama así por las diferencias en su estructura. En las sinapsis tipo I, aunque los extremos presináptico y postsináptico están llenos de proteínas, receptores y moléculas de señalización, la parte postsináptica es visiblemente más grande y densa. Esta acumulación de moléculas se conoce como densidad postsináptica, y es una especie de “plataforma bioquímica” que ayuda a recibir y procesar las señales químicas. En cambio, las sinapsis tipo II tienen una estructura más equilibrada, sin una densidad postsináptica tan prominente, y suelen encontrarse directamente en el tronco de las dendritas.
¿Qué son las espinas dendríticas?
Las espinas dendríticas son pequeñas estructuras que sobresalen de las ramificaciones de las neuronas, especialmente en las dendritas, y son lugares clave donde ocurren muchas sinapsis tipo I. Aunque diminutas, estas espinas tienen un papel crucial en la comunicación neuronal, y se han relacionado con funciones como el aprendizaje, la memoria y el desarrollo del sistema nervioso.
Observadas al microscopio, las espinas se ven como “pequeñas hojas» que brotan de las dendritas, muy parecidas a las hojas de un árbol. Cada espina tiene un cuello que la conecta a la dendrita, y una cabeza, donde ocurre el contacto sináptico. Esta estructura no sólo permite recibir señales, sino que también puede cambiar con la experiencia, de ahí que se sugiera que participa en procesos como el aprendizaje y la memoria.
Una característica fascinante de las espinas es que no todas tienen la misma forma. De hecho, dependiendo de la relación entre el tamaño de la cabeza y el cuello de la espina, se han clasificado en distintas categorías: espinas fungiformes (con cabeza grande, como un hongo), espinas delgadas (largas o cortas), espinas pequeñas y estructuras más alargadas, llamadas filopodios. Aunque puede parecer divertido ponerles nombre según su forma, esta diversidad no es solo decorativa: la forma de una espina está directamente relacionada con su función.
Por ejemplo, si consideramos que la cabeza de la espina es la región donde se concentran los receptores para neurotransmisores, entonces una cabeza más grande podría implicar una mayor densidad de receptores. En otras palabras, las espinas con cabezas grandes pueden hacer conexiones más funcionales. Además, las diferentes formas de las espinas se han vinculado con distintos estados funcionales del cerebro.
Las espinas fungiformes se consideran estructuras estables, asociadas con la memoria a largo plazo. Las espinas delgadas parecen ser más dinámicas y están relacionadas con procesos de aprendizaje. Las espinas pequeñas todavía no se entienden del todo, pero algunas teorías sugieren que podrían ser etapas intermedias: ya sea el resultado de la reducción de una espina más grande, o una espina funcional con un cuello muy corto. Éstas son comunes durante el desarrollo temprano del cerebro. Por su parte, los filopodios se encuentran en neuronas jóvenes o en regeneración, y si bien no siempre tienen una sinapsis activa, se cree que pueden ser precursoras de otras espinas más maduras.
Las espinas dendríticas no sólo decoran el paisaje microscópico del cerebro, sino que reflejan su actividad, plasticidad y estado funcional. Observar cómo cambian y se transforman nos ayuda a entender cómo aprendemos, recordamos e incluso cómo el cerebro se recupera tras una lesión.
Envejecimiento y pérdida de espinas
Con la edad, es normal que disminuyan habilidades cognitivas como la memoria, la atención o la velocidad de respuesta. Antes se creía que esto se debía a una gran pérdida de neuronas, pero las investigaciones recientes indican que el problema está en cambios estructurales que afectan su funcionamiento.
Uno de estos ocurre en las dendritas, las ramificaciones de las neuronas que reciben información de otras células. Los estudios realizados en distintas áreas de la corteza cerebral han demostrado que, con el paso del tiempo, las dendritas de las neuronas (especialmente las de tipo piramidal, fundamentales para el aprendizaje y otras funciones cognitivas) tienden a acortarse, tanto en sus ramificaciones apicales (superiores) como basales (inferiores). Esta reducción implica una menor arborización (es decir, una red de ramificaciones menos compleja) en neuronas como las células de Purkinje, lo que puede limitar la capacidad de la neurona para recibir y procesar información.
Esta disminución no afecta a todas las conexiones por igual: los experimentos realizados en neuronas piramidales neocorticales han demostrado que las proyecciones largas (aquellas que conectan con otras regiones) son las más afectadas. En cambio, las conexiones locales, dentro de una misma región, tienden a mantenerse estables. Esto sugiere que el envejecimiento no borra por completo las redes neuronales, pero sí altera su arquitectura, lo que puede explicar por qué algunas funciones cognitivas se vuelven más lentas o menos precisas con la edad.
La reducción de las dendritas también afecta a las espinas dendríticas, las pequeñas protuberancias donde se forman la mayoría de las sinapsis, especialmente las que usan el neurotransmisor glutamato. En muchas regiones del cerebro (corteza prefrontal, área CA3 del hipocampo, cerebelo y el estriado, por mencionar algunas), se ha observado una pérdida de hasta el 30 % de estas espinas, lo cual es significativo si consideramos que son fundamentales para la comunicación entre neuronas. Estas espinas juegan un papel crucial en la plasticidad sináptica, es decir, en la capacidad del cerebro para adaptarse, aprender y formar recuerdos. Los procesos como la potenciación a largo plazo (LTP) y la depresión a largo plazo (LTD), que fortalecen o debilitan las conexiones neuronales según la experiencia, dependen en gran medida de estas estructuras.
En el cerebro de ratas envejecidas se han observado cambios generales en la densidad y morfología de las espinas dendríticas. Estos cambios estructurales se han visto acentuados cuando los individuos son expuestos de forma repetida al estrés, ya que no logran activar estrategias compensatorias efectivas frente a dicho estímulo, lo cual refleja una disminución en la plasticidad sináptica.
A medida que estas conexiones se debilitan o se pierden, también se ven alterados los niveles y la distribución de varios neurotransmisores clave para el funcionamiento del cerebro, como la acetilcolina, la serotonina, la dopamina y el glutamato. Todo esto contribuye al deterioro cognitivo asociado al envejecimiento o a ciertas enfermedades neurológicas.
¿Se puede evitar la pérdida de espinas?
Durante el envejecimiento es normal que exista una disminución progresiva de las habilidades cognitivas como la memoria y el aprendizaje. A la fecha se continúa estudiando la causa de esto y, aunque hasta ahora no se tiene claro, se sabe que no hay disminución significativa en el número de neuronas ni en las ramificaciones, aunque sí en el número de sinapsis, lo que causa la pérdida de comunicación entre neuronas, interrumpiendo los circuitos que las conectan.
Se han explorado distintas formas de evitar la pérdida de conexiones entre neuronas en organismos envejecidos, principalmente en ratones. Por ejemplo, los tratamientos con vitamina B12 y ácido fólico incrementan el número de espinas en neuronas del hipocampo, un área del cerebro que está relacionada con la memoria. El donepezil, un medicamento para el Alzheimer, eleva la cantidad de espinas dendríticas en neuronas de ratas envejecidas.
Las estrategias no farmacológicas, como correr durante cinco meses, también favorecen un aumento en el número de espinas dendríticas en ratones. En humanos se han hecho estudios de imagenología en los que se concluye que los tratamientos farmacológicos o de ejercicio físico mejoran el volumen cerebral, el cual disminuye en el envejecimiento. Sin embargo, aún no existe evidencia de que algún tratamiento tenga efecto sobre el número o tipo de espinas en personas envejecidas.
Hoy se está estudiando de manera exhaustiva cómo se puede tener un proceso de envejecimiento saludable, incluso a nivel cerebral, por lo que pronto sabremos cómo podemos optimizar el cuidado de nuestras espinas dendríticas y cómo esto nos ayudará a mejorar nuestras habilidades cognitivas. Así como en el otoño la caída de las hojas no marca un final, sino una etapa natural del ciclo, la pérdida de espinas dendríticas tampoco representa la decadencia neuronal. Es parte de un proceso de transformación.
Las espinas que permanecen, como las hojas que resisten en las ramas, son las que sostienen la resiliencia del organismo, permitiendo que el cerebro se adapte y encuentre nuevas formas de mantenerse en equilibrio frente al paso del tiempo.
Fotografía tomada por Citlali E. Magaña Lopez. En la imagen podemos ver las espinas dendríticas de una neurona conocida como célula estrellada del cerebelo de un ratón. A lo largo de sus ramificaciones se distinguen unas pequeñas protuberancias, distribuidas sobre sus ramas. Estas estructuras son las famosas espinas dendríticas, que juegan un papel clave en la comunicación entre neuronas.
Carolina Cid Castro
Posdoctorante en el Instituto de Investigaciones Biomédicas de la UNAM y el Centro de Investigación sobre el envejecimiento del CINVESTAV-INMEGEN, donde estudia los procesos moleculares asociados al envejecimiento en distintas regiones del cerebro.
Citlali Elizabeth Magaña López
Tesista de la licenciatura en Biología (UNAM) en el CIE-CINVESTAV sede sur. Su trabajo de tesis es acerca del efecto de fármacos geroprotectores sobre la morfología de espinas dendríticas en el cerebelo.
Héctor Eduardo Coronado Conteras
Es un estudiante de maestría en Ciencias Bioquímicas en el área de neurobiología, con intereses particulares en el envejecimiento. Actualmente, se encuentra trabajando en el CIE-INMEGEN-IIBo-UNAM.