Cervell: manual de l'usuari

2.1.4. Sinapsis

Després de les dendrites, el soma i l’axó, s’arriba finalment a la terminació de la neurona: la sinapsi. És el punt de conjunció entre els terminals axònics d’una

neurona (presinàptica)

 i les branques, les fulles o el cos d’una altra

neurona (postsinàptica)

. Però el cas singular és que no es tracta d’un autèntic contacte entre totes dues. De fet, el tercer component de la sinapsi és la distància infinitesimal (entre 20 i 40 milmilionèsimes de metre) que hi ha entremig, la

fenedura sinàptica

 o

espai sinàptic

. És allà on s’encén la meravella encantada del bosc neuronal: el punt exacte on les cèl·lules de la intel·ligència dialoguen i fan servir el diccionari de la química.

El terminal de l’axó conserva els neurotransmissors en petites esferes anomenades

vesícules

. Seguint l’ordre del potencial d’acció, les vesícules deixen anar els neurotransmissors, que travessen l’espai sinàptic i entren en contacte amb els receptors de la segona neurona, i contribueixen d’aquesta manera a disparar un senyal, tant si és excitador com inhibidor. És només una baula de la meravellosa cadena de senyals que travessa el seu encèfal milions de vegades per segon, per tal de permetre-li recordar el passat, projectar el futur i moure les cames en el present.

Si fer una estimació del nombre mitjà de neurones existents en un cervell humà ha estat possible d’alguna manera, calcular el nombre de les sinapsis sembla una empresa inabastable. No tan sols perquè són molt més petites que una neurona, o perquè s’enreden de manera inextricable en aquell bosc, sinó també perquè el seu nombre disminueix al llarg de la vida.

Una neurona pot estar connectada a desenes de milers d’altres neurones, fins i tot de zones remotes del cervell. La neurona piramidal, la cèl·lula més freqüent del còrtex cerebral, la part més distintiva del cervell

sapiens

, té entre cinc mil i cinquanta mil connexions receptores, o postsinàptiques. La cèl·lula de Purkinje, un altre tipus de neurona, en pot tenir fins a cent mil. Segons algunes estimacions, en un cervell adult jove el total ronda els cent cinquanta bilions de sinapsis.

De totes maneres, la qüestió central no és tant aquesta com la força explosiva de la xarxa, la seva matemàtica exponencial.

Agafem una hipotètica neurona estàndard, que dialoga sinàpticament “només” amb un miler d’altres neurones. Cadascuna d’aquestes està connectada potencialment amb unes altres mil, de manera que en el segon pas —al cap de pocs millisegons—la informació arriba a un milió de cèl·lules (1.000 x 1.000). Al tercer pas, si absurdament estiguessin totes connectades amb unes altres mil, el total arribaria als mil milions (1.000 x 1.000 x 1.000). Aquest càlcul no té sentit perquè, entre els diversos tipus de cèl·lules, entre els diversos nuclis i vies neuronals, tot és força més complex. Però dona una idea de com n’és, de potent, tot el mecanisme. Es diu que en János Szentágothai, el llegendari anatomista hongarès, havia calculat que entre qualsevol neurona hi havia només “sis graus de separació”, ben bé com es descriu en la pel·lícula del mateix títol sobre els vincles estrets que hi ha entre els humans. Però sis graus són el cas límit. Normalment la separació entre neurones és encara inferior i dialoguen d’una banda a l’altra del cervell amb una velocitat desaforada. Una cèl·lula pot disparar cada pocs segons, però també pot fer-ho dues-centes vegades per segon.

Les sinapsis també són objecte de plasticitat cerebral. Considerades en un temps fixes i estables, avui sabem que les connexions sinàptiques poden ser més o menys fortes, és a dir, més o menys capaces d’influenciar el comportament de les neurones receptores. Tot depèn de quan es fa servir una sinapsi: com més vegades s’encén, més potent i estable serà la connexió entre dues cèl·lules cerebrals. Aquest fenomen, anomenat

potenciació a llarg termini

 o LTP (

long-term potentiation

), té importants conseqüències pràctiques en els sistemes de l’aprenentatge i de la memòria. I, en el vessant oposat, també en els processos d’habituació i dependència.

2.2. NEUROTRANSMISSORS

El cervell parla la llengua dels neurotransmissors. En qualsevol moment, tant si vostè està llegint un llibre com contemplant un panorama, una tempesta química travessa constantment el seu encèfal. Sense repòs, milions de molècules microscòpiques abandonen les vesícules d’una neurona, travessen l’espai sinàptic i es combinen amb els receptors d’una altra neurona, cadascuna d’elles transportant el seu missatge químic. El cervell fa servir els neurotransmissors per dir al cor que bategui, als pulmons que respirin, a l’estómac que digereixi. Però aquestes molècules també serveixen per impartir l’ordre de dormir o de parar atenció, d’aprendre o d’oblidar, d’excitar-se o de relaxar-se. En fi, sí, tot —incloent-hi els matisos més racionals i més inconscients del comportament humà— és mediat per un exèrcit de neurotransmissors i per la complicada manera com interactuen. Se n’han comptat més de cent, però no es pot descartar que encara en quedin per descobrir.

Els missatges sinàptics poden ser en mesura variable excitadors o inhibidors, segons quins siguin els neurotransmissors que parteixen d’una neurona, i segons els receptors que els capturen a la neurona adjacent. Però aquesta neurona pot estar connectada a molts milers d’altres neurones a través d’unes altres tantes sinapsis, i rebre, per tant, al mateix temps l’impuls de centenars o milers d’aquestes. Els missatges excitadors o inhibidors són “sumats” a l’interior de la cèl·lula, que, gràcies a un sofisticat sistema de bombes que regula l’accés o la sortida d’ions de sodi i de potassi, manté la membrana a un potencial elèctric estable “de repòs” de –70 mil·livolts. Els neurotransmissors excitadors contribueixen a tornar positiu el voltatge de la membrana envoltant, mentre que els inhibidors empenyen en sentit negatiu. Si el resultat net supera un cert voltatge (habitualment els –30 mil·livolts), la cèl·lula nerviosa dispara i engega el potencial d’acció, l’impuls elèctric que recorre l’axó per ordenar que es deixi anar una altra ràfega de neurotransmissors. En canvi, si no el supera, tot s’atura allà.

Però les matemàtiques de la neurotransmissió van molt més enllà dels còmputs sobre el voltatge, perquè les molècules missatgeres fan les seves feines respectives en combinació o en oposició l’una amb les altres. El ventall de possibilitats és tan vast que inclou el raonament, el record o l’emoció. L’investigador suec Hugo Lövheim ha proposat una classificació dels efectes encreuats de la serotonina, la dopamina i la noradrenalina. Segons el seu model, la disponibilitat de nivells alts o baixos d’aquestes tres molècules determina emocions bàsiques. La ràbia, a tall d’exemple, comporta nivells alts de dopamina i de noradrenalina, i nivells baixos de serotonina.

            Serotonina

            Dopamina

            Noradrenalina

            Vergonya

            B

            B

            B

            Patiment

            B

            B

            A

            Por

            B

            A

            B

            Ràbia

            B

            A

            A

            Disgust, odi

            B

            A

            B

            Sorpresa

            A

            B

            A

            Benestar, plaer

            A

            A

            B

            Interès, excitació

            A

            A

            A

A: nivell alt B: nivell baix

Òbviament, la realitat és força més complexa, encara que només sigui per la interacció mútua de tota una paleta de moltes altres molècules missatgeres. I per un detall gens insignificant: no és segur que hi hagi sempre cartutxos preparats als carregadors de les metralladores sinàptiques, a les vesícules.

La disponibilitat de neurotransmissors no és infinita. Després d’unir-se al receptor postsinàptic, són ràpidament desactivats i reciclats: o bé reconduïts a les vesícules per tal de recarregar-les (allò que s’anomena

recaptació

, o

reuptake

 en anglès), o bé eliminats, destruïts. Per això, el seu cervell podria ser víctima d’un escàs proveïment d’algunes molècules. Una mala nutrició, un fort estrès, fàrmacs, drogues, alcohol, però també predisposicions genètiques influeixen sobre les reserves de neurotransmissors i comprometen d’aquesta manera el funcionament òptim de la màquina cerebral.

Alguns neurotransmissors, com la dopamina, la serotonina, l’acetilcolina i la noradrenalina, funcionen també com a

neuromoduladors

. Si comparéssim la neurotransmissió amb un làser que colpís amb precisió les neurones postsinàptiques, la neuromodulació seria com un esprai. Només cal que unes quantes neurones segreguin els neuromoduladors per implicar-ne moltes altres en àrees més extenses i modular-ne justament l’activitat. Finalment,

hormones

 com la testosterona i el cortisol poden influenciar la neurotransmissió i participar en la ja intensa activitat sinàptica.

GABA

La seva feina és inhibir. L’àcid gamma-aminobutíric, més conegut com GABA, és el principal factor inhibitori de les sinapsis. A dosis elevades, relaxa i afavoreix la concentració. A dosis modestes, indueix ansietat. No és estrany que els fàrmacs que incrementen la disponibilitat del GABA tinguin efectes relaxants, anticonvulsius i ansiolítics.

Glutamat

El neurotransmissor excitador per definició i també el més difós, en quantitats altes és fortament tòxic per a les neurones. És fonamental en els processos cognitius, com la memòria i l’aprenentatge, però també ajuda a regular el desenvolupament cerebral.

Adrenalina

Coneguda també com

epinefrina

, és la neurohormona del “lluita o fuig”, que es produeix en cas d’estrès. Associada en primer lloc a la por i l’estat d’alerta, fa augmentar el flux sanguini als músculs i el d’oxigen als pulmons, justament per donar un cop de mà en la lluita o en la fugida. És al mateix temps una hormona produïda per les glàndules suprarenals i un neurotransmissor.

Noradrenalina

Coneguda també com

norepinefrina

, és un neurotransmissor excitador. Regula l’atenció i la resposta del “lluita o fuig”, fa augmentar el batec cardíac i, per tant, el flux de sang als músculs. A nivells alts provoca ansietat, mentre que dosis baixes de noradrenalina estan associades a l’escassa capacitat de concentració i als trastorns del son.

Serotonina

Contribueix a les sensacions de benestar, en compensar —en qualitat de neurotransmissor inhibitori— una eventualment excessiva activitat excitadora de les neurones. Regula el dolor, la digestió i, juntament amb la melatonina, els mecanismes del son. Baixos nivells de serotonina estan associats a la depressió i l’ansietat, fins al punt que nombrosos antidepressius actuen augmentant-ne la disponibilitat. Per via natural, la serotonina es produeix amb l’exercici físic i amb l’exposició a la llum solar.

Dopamina

És la superestrella dels neurotransmissors. Si gaudeix de bona fama és potser perquè es tracta de la molècula connectada amb el sistema de la recompensa i amb la percepció del plaer. Excitadora però amb potencialitats inhibidores, està implicada en els mecanismes d’habituació i dependència, tot i que seria erroni reduir-la només a la “molècula del plaer”. A la llum de descobriments recents, podríem dir que és el neurotransmissor del voler. És indispensable en funcions estratègiques, com la capacitat d’atenció i el control dels moviments. La distribució de les neurones dotades de receptors de dopamina i dels corresponents circuits cerebrals ha portat a la identificació d’un

sistema dopaminèrgic

 amb vuit “vies” que distribueixen la molècula amb efectes neuromoduladors. Les tres més importants —la via mesolímbica, la mesocortical i la nigroestriatal— parteixen totes del mesencèfal i condueixen als plans alts del cervell.

Acetilcolina

És el neurotransmissor més abundant al cos humà. En el sistema nerviós perifèric serveix per estimular el moviment muscular, però en el sistema nerviós central contribueix a l’excitació i a la recompensa, a més de desenvolupar una funció important en l’aprenentatge i en la plasticitat neuronal. Com que també és un neuromodulador, l’acetilcolina és present en el líquid cerebroespinal i per això produeix efectes en àrees neuronals molt diverses.

Oxitocina

Per augmentar la disponibilitat d’oxitocina en el nostre cervell només cal que ens besem, ens abracem o que fem sexe. Alternativament també es pot alletar, i un flux d’aquesta hormona que fa de neurotransmissor irrigarà tant el cervell de la mare com el del nadó. Dit altrament, per produir l’oxitocina de forma natural hem de ser dos. Anomenada la “molècula dels lligams”, perquè produeix una sensació de benestar que estimula la construcció de vincles sentimentals o filials, es considera que té un paper en tot un ventall de funcions fisiològiques: des de l’erecció fins a la gravidesa, des de la contracció uterina fins a la producció de llet, des dels vincles socials fins a l’estrès. La presència o la manca d’oxitocina tenen efecte sobre la disponibilitat envers els altres i l’estabilitat psicològica. L’oxitocina sintètica, disponible comercialment en alguns països en forma de gas per inhalar, és usada com a substància recreativa.

Vasopressina

Hormona, neurotransmissor i neuromodulador, la vasopressina està composta per nou aminoàcids. A més de desenvolupar tasques més prosaiques, com ara fer d’antidiürètic i de vasoconstrictor, en el cervell humà aquesta molècula té una funció estratègica: la continuïtat de l’espècie. La vasopressina intervé en els mecanismes del comportament social, en l’impuls sexual i en el vincle de parella. És cèlebre el cas del

Microtus ochrogaster

, una mena d’hàmster marcadament monògam (una raresa entre els mamífers) que viu a l’Oest Mitjà americà: si se’l priva de la vasopressina, també ell acaba divorciant-se.

Testosterona, estradiol, progesterona

Així com el sistema nerviós central fa servir els neurotransmissors per enviar els seus missatges, el sistema endocrí fa servir les hormones. Les anomenades

hormones sexuals

, com la testosterona (masculina) —a la imatge de dalt—, l’estradiol i la progesterona (femenines), tenen un paper decisiu tant en el desenvolupament embrional del cervell com en les diferències, petites però sensibles, de l’encèfal adult en els dos models disponibles. Homes i dones produeixen testosterona o progesterona, però en proporcions radicalment diferents.

Cortisol

El cortisol tampoc és un neurotransmissor en sentit estricte, però tot i així és una molècula capaç d’influenciar sensiblement la màquina cerebral. Producte de les glàndules suprarenals (seguint ordres de l’hipotàlem ) com a part del complex mecanisme de resposta al perill prolongat, el cortisol s’anomena també “hormona de l’estrès”. Si els nivells de cortisol es mantenen alts per un llarg període, es registren danys als hipocamps i un índex més ràpid d’envelliment cerebral. El cortisol interfereix en el procés de l’aprenentatge.

Endorfines

En parlem en plural perquè les endorfines són tota una categoria d’opiacis (“morfines endògenes”, és a dir, produïdes a l’interior del cos) que inhibeixen els senyals del dolor, l’alleugen i poden oferir una sensació de benestar, d’eufòria i tot. S’alliberen durant l’exercici físic i l’activitat sexual, però també en cas de dolor. Alguns aliments, com la xocolata, estimulen l’alliberament d’endorfines.

2.3. CÈL·LULES DE NEURÒGLIA

Li podem garantir que el seu cervell no està farcit de cola. Però és això el què han cregut els científics durant gairebé un segle.

Les neurones, les cèl·lules de la intel·ligència, representen només una part de la massa cerebral. La resta està formada per una altra categoria de cèl·lules, anomenades

glia

 o

neuròglia

 (del grec γλοία, ‘cola’). Descrites per primera vegada a la darreria del segle XIX, han estat considerades molt temps com una mena de bastides que sostenien les neurones-superstar. Però la perspectiva va canviar radicalment a partir dels anys vuitanta, gràcies a Albert Einstein.

El físic més gran de tots els temps no s’ocupava de neurociències. I, tanmateix, hi va fer una aportació involuntària

post mortem

. El 1955, mentre fa l’autòpsia del cadàver d’Einstein, a un metge de l’hospital de Princeton, un tal Thomas Stoltz Harvey, se li acut sostraure el cervell del geni. L’estrany furt —justificat en nom de la recerca científica— li costarà una pila de maldecaps.

Malgrat tot, no sembla que l’encèfal d’Einstein tingués res d’especial. Fins al cap de trenta anys, la professora Marian Diamond, de la Universitat de Berkeley, no va aconseguir assenyalar un tret peculiar en una de les quatre mostres diverses: a l’àrea del lòbul parietal, on es localitzen el raonament matemàtic, el coneixement espacial i l’atenció, les cèl·lules de neuròglia d’Einstein eren molt més nombroses del normal. El descobriment, com passa sovint, va ser discutit i parcialment retractat. Però amb aquell indici n’hi va haver prou per obrir de bat a bat la porta a un alluvió de recerques i descobertes que, de fet, tot just ha començat.

Avui sabem que les cèl·lules de neuròglia acompleixen diverses tasques. És veritat, com temps enrere es pensava, que fan de mur de contenció: envolten les neurones i les mantenen al seu lloc. Però també s’ocupen de la intendència: nodreixen i oxigenen les neurones. Fan d’electricista, perquè construeixen la beina mielínica que regula la transmissió del potencial d’acció al llarg dels axons. I certament passen l’escombra, ja que mantenen a distància els agents patògens i fagociten les neurones que ja no són actives.

Un ventall extraordinari de funcions diverses, sense les quals el cervell humà no marxaria com cal. Ja en el curs de l’embriogènesi —quan el cervell emprèn la fase d’autoacoblament dins la placenta—, les cèl·lules glials regulen la migració de les neurones i produeixen les molècules que determinen la ramificació de dendrites i axons. Estudis recents atribueixen a les neuròglies la capacitat de comunicar-se entre elles per via química. Al contrari que les neurones, són capaces de mitosi, és a dir, de dividir-se i de reproduir-se.

Moltes fonts sostenen que les cèl·lules de neuròglia són entre cinc i deu vegades més nombroses que les neurones. Però un estudi recent ha dissipat aquest mite i defensa que la relació és més aviat d’equivalència. Segons aquest complex mètode de càlcul (discutit com sempre per alguns), en el conjunt del cervell hi ha vuitanta-sis mil milions de neurones i vuitanta-quatre mil siscents milions de cèl·lules de neuròglia. Però amb diferències significatives entre les diverses àrees de l’encèfal. Les cèl·lules glials al còrtex cerebral, la part del cervell que més clar