Santiago Ramón y Cajal es el padre de las neurociencias. Sus observaciones, sus dibujos y reflexiones sobre el aparato neuronal que nos distingue como especie han dominado este campo durante más de cien años. Hoy, en el sesquicentenario de su nacimiento (Petilla de Aragón, en Navarra, el 1o de mayo de 1852), las ideas de Cajal vuelven a brillar. Desde el delta del Ebro hasta la ciudad de México, de la costa de California a Madrid, París y Londres, varias generaciones de distinguidos neurocientíficos han encontrado inspiración en él, ya que el surgimiento de conceptos novedosos como la plasticidad neuronal, la neurogénesis en personas adultas y la apoptosis o muerte celular programada, entre otros, junto con el avance de la biología molecular y sus herramientas de ingeniería genética, así como el refinamiento de las técnicas para mirar dentro de los cuerpos sin dañarlos, en lugar de opacar la obra de Cajal, la han potenciado.
A finales del siglo XIX, el poder de resolución del microscopio óptico no era suficiente para exponer el imbricado contacto entre las células nerviosas. El mismo inventor de la técnica que revelaría el interior de los tejidos nerviosos, Camilo Golgi, no entendió lo que estaba viendo. Los científicos seguían creyendo que en el contacto de las neuronas había una continuidad entre un espíritu inmaterial y el cuerpo, como si dentro de la máquina corporal hubiera otra máquina nerviosa a la que se hallaba sometida la primera.
Santiago Ramón y Cajal desbarató esta hipótesis, pues puso al descubierto que las neuronas mantienen contactos discontinuos cuando hacen sinapsis, ese peculiar estado del sistema nervioso donde las células se yuxtaponen sin fusionarse. El término sinapsis lo inventó el neurofisiólogo inglés Charles Sherrington, quien obtuvo en 1932, como lo había hecho Cajal en 1906, el Premio Nobel de Medicina. Sherrington llevó a cabo estudios fisiológicos del fenómeno de la conexión sináptica muy importantes, aunque, en realidad, lo que logró fue darle nombre a un descubrimiento realizado por Cajal a principios del siglo XX, mientras observaba el tejido embrionario.
Cajal descubrió que hay células específicas, estas neuronas, que tienen un núcleo bien desarrollado, abundante citoplasma, dendritas complicadas y un largo axón que les permite establecer innumerables sinapsis entre sí y formar circuitos neuronales. Esto alentó el estudio de su desarrollo y degeneración, así como el papel de la quimiotaxis y las condiciones neurotrópicas en la reparación de lesiones cerebrales. Casi todo lo que sabemos sobre las neuronas y sus interacciones entre sí y con otros órganos sensomotores en las personas adultas se lo debemos al trabajo seminal de Ramón y Cajal. Lo mismo puede decirse del conocimiento sobre el desarrollo del sistema nervioso y sus lesiones.
No obstante, durante varias décadas muchos investigadores en neurociencias dejaron de leer a Cajal y pasaron por alto novedosas interpretaciones de sus teorías e ideas; por ejemplo respecto del desarrollo clínico de nuevos tratamientos terapéuticos en una gran diversidad de enfermedades neurológicas en los seres humanos, desde la epilepsia y el Parkinson hasta los trastornos del sueño.
En opinión de Pablo Rudomín, Premio Príncipie de Asturias por sus aportaciones en el conocimiento de los mecanismos anteriores y posteriores a la sinapsis, "la mayor contribución de Cajal es Cajal mismo. Fue un gran morfólogo, un brillante fisiólogo que se hizo solo, capaz de estudiar el sistema nervioso mediante técnicas histológicas mejor que cualquiera en su época, y de describirlo con sabiduría; incluso llegó a sugerir funciones, como la capacidad excitatoria de las terminales nerviosas. Ahora sabemos que también tienen una capacidad inhibitoria. Fue el primero en descubrir que las fibras sensoriales se ramifican cuando entran en la médula espinal; hay colaterales que suben y llegan a la corteza mediante una sucesión de sinapsis, y hay otras que permanecen locales. Él lo consideró el hallazgo más importante de su carrera. Nosotros hemos demostrado que no se trata de rutas obligatorias para el flujo de la información neuronal, sino de rutas potenciales. Todas las ramificaciones valen lo mismo, y los mecanismos de inhibición presináptica deciden cuál de las vías disponibles les conviene usar en cada caso. Así que Cajal es de esos raros científicos donde todo fue fecundidad. Sin temor a exagerar, su obra equivale a la de Leonardo da Vinci".
Para Charles Ribak, presidente del Club Cajal e investigador del departamento de Neuroanatomía de la Universidad de Irvine, California, en Estados Unidos, "la actualidad de Cajal es tan evidente que los más recientes estudios sobre el papel del hipocampo en la evolución de los seres humanos y sobre la plasticidad del cerebro adulto tienen una sólida base anatómica, cuyo origen se remonta, sin duda, a la obra de Cajal". Lo que el cerebro dañado nos enseña tiene sentido gracias a las ideas premonitorias del genio navarroaragonés.
Según el neurocientífico cubanoestadounidense de la Universidad de Nueva York Efraín Azmitia, especialista en neurotransmisores químicos como la serotonina, y alumno de anatomía neuronal de Rita Levi-Montalcini, Premio Nobel en 1986 por haber ayudado a descubrir los agentes químicos que participan en la regulación del crecimiento celular, "los investigadores de neurociencias pueden sacar provecho de las ideas de Cajal a la luz de la enorme cantidad de conocimientos y metodologías con que contamos hoy en día. Un concepto integral de la estructura del cerebro y sus funciones mentales reside en su obra, lo cual nos ofrece un punto de partida para establecer un nuevo diálogo entre científicos e investigadores clínicos de diferentes disciplinas. Si comparamos las hipótesis de Cajal con los resultados obtenidos en las últimas dos décadas del siglo XX, tan sólo en cuanto al escenario químico en el que se desenvuelve el cerebro, tendremos una espléndida carta de navegación en el futuro inmediato".
En Valladolid, un grupo de neurocientíficos festeja la brillante carrera de su colega, el mexicano Javier Álvarez Leefmans, quien ha trabajado en células gliales, entidades de vital importancia en los procesos neuronales y, por ende, relativos a la mente. Álvarez Leefmans, profundo conocedor de Cajal, nos dice: "Es tan actual como Darwin y sigue siendo uno de los autores más citados en neurociencias. Sentó las bases de la organización del sistema nervioso, descubrió en detalle las redes imbricadas y los circuitos que conocemos, así como el papel de las estructuras laminares. Antes de él se creía que el sistema nervioso era una red sin fin, donde todo estaba conectado con todo. Cajal nos enseñó que no era así, nos mostró que se trata de una selva con árboles de distintas especies. Cuando se observa una preparación con sus impregnaciones argénticas de tejido embrionario, uno se maravilla de lo que tenemos aquí adentro."
Desde 1947, el Club Cajal se reúne cada año a instancias de la Sociedad de Anatomistas de Estados Unidos, y es la asociación más antigua dedicada al estudio y discusión de temas relativos al sistema nervioso.
El club trascendió pronto sus fronteras, ya que entre sus miembros hay neurocientíficos mexicanos, canadienses y españoles. Uno de ellos es el profesor Constantino Sotelo, afincado en el Hospital de la Pitié-Salpêtrière de París, y quien nos ha hablado ya en estas páginas sobre el descubrimiento de las células madre (Letras Libres 25, p. 101), hecho que derrumbó un paradigma en las neurociencias y que habría complacido a Cajal.
Como nos dice el profesor Sotelo, "paralelo a este tema está el hecho de la navegación axonal, porque, como se sabe, los mecanismos moleculares son muy próximos. Sabemos que los axones crecen siguiendo una orientación bien determinada. No lo hacen al azar, se desarrollan sabiendo adónde van. Ya Ramón y Cajal lo supo desde un principio. Si bien sólo podía observar los axones de manera estática, coloreados con una serie de tinciones argénticas, como el método de Golgi y otras técnicas clásicas de finales del siglo XIX, se quedó pensativo ante lo que veían sus ojos: ¿Cómo diablos estos axones pueden ir directamente hacia el territorio diana sin equivocarse, sin cometer errores, sin dar vueltas? Esto es una forma de anticiparse al concepto de guía neuronal.
"Hay que notar que Cajal estaba influido por las investigaciones de Pasteur sobre los microbios, las cuales estaban orientadas hacia algo totalmente distinto, los macrófagos y esas cosas. Lo que Cajal no olvidó fue que, cuando una bacteria contaminaba un organismo, había un sistema de defensa, un sistema de macrófagos que se orientaban y eran atraídos hacia dichas bacterias por un proceso llamado de quimiotaxis. Cajal supuso, entonces, que debía de existir un proceso análogo en el sistema nervioso central, y entre esos están los motores esenciales, que él descubrió y que llamó conos del crecimiento axonal, los cuales tienen las moléculas necesarias para su movimiento y son capaces de avanzar dentro del microentorno del sistema nervioso hasta encontrar las neuronas diana que el axón busca y necesita.
"Cajal pensó que había cierta semejanza entre este cono de crecimiento axonal, el cual crecería para encontrarse con su neurona diana, y los filopodios y amelopodios de las células pasteurianas, cuyo objeto era fagocitar bacterias. Cajal lanzó la hipótesis del quimiotactismo axonal en 1892, en la revista especializada La Cellule, a propósito de un trabajo sobre la retina de los vertebrados. Trabajó intensamente para mostrar evidencias en favor de sus ideas pero, desgraciadamente, no lo consiguió. A pesar de su importancia, la hipótesis neurotrópica poco a poco desaparece de la historia de esta ciencia porque otros mecanismos empiezan a ocupar la atención de los investigadores, como es el contacto con el sustrato".
Pero hoy ha vuelto a surgir, junto con otras de sus hipótesis.
"El cono de crecimiento que Cajal describe", continúa Sotelo, "es esencial cuando hay un sustrato sólido que le permite posarse encima de él, deslizarse y avanzar. Pasó el tiempo. Y fue precisamente el gran neurobiólogo norteamericano Ross Harrison, uno de los primeros en poner células nerviosas in vitro y encontrar que, cuando estas células estaban flotando, no emitían procesos ni tenían conos de crecimiento y, por tanto, no podían alargar ni hacer crecer sus axones, ya que para esto se necesitaba que las células estuvieran reposadas, es decir, sobre un sustrato, y entonces poder desplazarse. Lo que está claro hoy es que existe una variedad de moléculas que van a orientar ese cono de crecimiento".
La "gimnasia de la mente", como llamaba Cajal a la plasticidad neuronal, sobre todo en el cerebro adulto, cosa que se ignoraba por completo hace apenas treinta años, nos alerta sobre los límites naturales y artificiales de la conciencia y del conocimiento. Para entender la caminata cerebral que iniciaron nuestros antepasados, tradicionalmente hemos aceptado la existencia de tres claves. En primer lugar, el cúmulo de conocimientos atesorados por la anatomía neuronal. Ante lo inextricable de la masa cerebral, tanto la electrofisiología animal como la experimentación con neuronas humanas nos ofrecen un piso estable sobre el cual se puede hablar de la naturaleza de la conciencia y de los procesos mentales. Cajal no fue un Linneo, dedicado a clasificar lo que estaba viendo. Más bien fue un Lavoisier, quien descubrió realmente el oxígeno; o un Newton, que pudo ver más allá de lo evidente en el enigmático arco iris y que prefiguró el papel protagónico de la gravedad en la vida del Universo. Cajal fue una mente sintetizadora que alimentó una de las disciplinas más fascinantes, incluso para un sinnúmero de artistas y escritores.
Otra clave es la cibernética. Creada en la década de 1940 por el neurofisiólogo mexicano Arturo Rosenblueth y el matemático norteamericano Norbert Wiener, esta disciplina del conocimiento ha dejado de ser una sola teoría del control y flujo de la información en las máquinas y los seres vivos, y se ha convertido en una hiperciencia que recoge la tradición del autómata, pone énfasis en el lado binario del mundo al que pertenecemos, ha servido como acicate de los neurocientíficos y ha promovido nuevas ideas que han precisado la definición de vida e inteligencia.
Sin embargo, sabemos tan poco de la manera como se hereda la información neuronal que, mientras tanto, sólo crearemos figuras curiosas en un ambiente extraño. Descifrar las organizaciones neuronales y los estados de actividad eléctrica y química que se despliegan en el tiempo y en el espacio para condensar las representaciones mentales sigue siendo un acertijo pendiente. Para Álvarez Leefmans, Ribak, Sotelo y Azmitia, estas claves tienen una dirección sorprendentemente precisa si reelemos a Cajal.
Desde luego, la tercera clave, las técnicas de introspección no invasiva, que nos muestran imágenes inéditas de nosotros mismos y de las demás especies vivas, es una encarnación de nuestros sentidos, la estampa material de estados mentales límite, como son nacer, dormir y morir. Un sitio ejemplar para entender el cerebro activo es la Clínica del Sueño en México, dirigida por René Drucker Colín. "Estos jeroglíficos neuronales, todavía muy endebles y de baja resolución, aún esperan a su Champollion para ser descifrados", nos advierte la profesora Susan Greenfield del departamento de Farmacología, en la Universidad de Oxford, y lideresa del estudio de la conciencia y los procesos neuronales en la Royal Institution de Londres. Ella suele usar la piedra Rossetta del antiguo Egipto, estudiada por el mismo Jean-François Champollion, como una alegoría de la estrategia que podría seguirse para dilucidar la naturaleza y el origen de la conciencia.
Cabe mencionar la complejidad en la que han entrado las neurociencias a principios de este siglo. Más de cien mil millares de neuronas y diez mil veces más de contactos neuronales nos dan una idea del número posible de combinaciones (del orden de seiscientos millones por milímetro cúbico) en este vastísimo sistema, mucho más complejo que las galaxias y casi tan grande como el número de átomos de materia luminosa presentes en el Universo conocido.
Creemos que la conciencia es una propiedad distribuida a lo largo de la escala filogenética. ¿Dónde debemos buscarla precisamente? "Desde luego, no en las células nerviosas individuales", nos dice la profesora Greenfield, "pues sabemos que mueren todo el tiempo, y no podemos decir que nuestra conciencia esté agonizando a cada instante.
"Tampoco debemos buscar en la totalidad del torrente neuronal ni en regiones localizadas del cerebro, pues eso nos plantea el dilema del cerebro dentro del cerebro, el homúnculo o el pandemónium, lo cual no conduce a ninguna parte. Parece más probable que la conciencia sea el resultado del ensamble de neuronas frente a necesidades específicas (pasar un examen, conducir un vehículo, dudar de la existencia, responder al estímulo de un fármaco) y está determinada por el sistema nervioso con el que se cuenta. Por ello existe una gradación de la conciencia entre las especies; podemos reconocer cierta conciencia en algunos animales y sabemos que la de un embrión humano no es la misma que posee un recién nacido ni la de un niño adulto."
Un asunto que también le habría gustado conocer a Cajal, y que, de alguna manera, está apoyado en su teoría neuronal, es la existencia de una unidad mínima que conforma nuestra visión unificada del mundo, a pesar de que lo que conocemos ingresa a nuestro interior de manera fragmentada por nuestros sentidos. ¿Hay una especie de unidad cuántica de la conciencia? ¿Cómo surge el instante en que todo se integra y adquiere sentido? ¿Cuánto dura? Según el colombiano Rodolfo Llinás, jefe del Departamento de Fisiología y Biofísica de la Universidad de Nueva York, "el sistema nervioso integra la realidad de modo discontinuo, igual que sucede con el movimiento. Uno piensa por lo común que el movimiento es continuo. Una persona tocando un instrumento musical o moviéndose muy precisamente parecen fluidos. Pero, si miramos con cuidado, encontraremos que hay granularidad, es decir, que el sistema es casi robótico. Es muy rápido y por eso no se nota. Pero si ponemos un acelerómetro y sacamos la primera diferencial de la velocidad, encontramos que el movimiento es discontinuo. Entonces se dice que el sistema genera unidades cuánticas de movimiento, genera pedazos de conciencia. Esa es la razón por la que el cine tiene cierta velocidad. No hay necesidad de poner quinientas imágenes por segundo, pues el sistema no lo ve; no establece diferencias entre quinientos y treinta cuadros".
Según estos experimentos, ¿el sistema tiene capacidad de rastreo?
"Hay, efectivamente, un rastreo", responde Llinás. "Sabemos desde hace varios años que siempre hay un momento, de 12.5 a 15 milisegundos, donde las cosas se unen, no importa si el rastreo es de izquierda a derecha o de adelante hacia atrás."
Lo cual implica que no discriminamos experiencias conscientes menores que ese tiempo.
"La manera más fácil de probarlo", continúa él, "es tomar dos notas sonoras muy cortas. Cuando emitimos las notas a muy poca distancia de una persona provocamos un estímulo auditivo temporal. Si emites dos clics (pulsos que usan los neurólogos) uno encima de otro, oyes la diferencia en ese estado temporal. ¿Qué sucede si se envía uno y luego otro, digamos, seis milisegundos más tarde? Escuchas uno y otro, o cualquiera de los dos, porque has hecho una ligazón (binding). Si se pudieran separar desde el principio, entonces no habría ligazón".
Lo que hace el sistema es producir una imagen digital donde cada byte pesa 12.5 milisegundos. Luego se produce una conversión analógica digital que nos permite tener una imagen continua del mundo real.
"Bueno", agrega Llinás, "no sé si puede hablarse de digital, pero sí podemos hablar de algo discontinuo. Lo que pasa es que hay cierta inercia natural. Lo que hacemos simplemente es cubrir la granularidad y tratamos de hacerla continua".
¿Esta granularidad es semejante al efecto que tendría ver una foto en un periódico y luego verla con una lupa?
"Exactamente, eso quiero decir con granularidad", afirma él, cuyas investigaciones han permitido a otros cirujanos, como los cubanos, practicar finísimas intervenciones paraaliviar ciertos casos de Parkinson.
Hay, pues, una discontinuidad del propio sistema y, no obstante, a partir de ese análisis digital analógico, es decir, de ese proceso de descomposición de un mundo analógico en digital y su recomposición en analógico obtenemos un estado consciente y coherente. Esto nos otorga una percepción de continuidad en el espacio y en el tiempo, aunque nadie sabe si esto también conlleva una ventaja evolutiva o no. "Ahora bien", nos comenta Javier Álvarez Leefmans, "el problema de fondo en el caso del ligamen es: ¿Dónde está?, ¿cómo lo hace? No lo sabemos".
Cajal murió en Madrid, el 17 de octubre de 1934. Las extraordinarias preparaciones argénticas del maestro español, las cuales parecen formar una selva con árboles de distintas especies, son una muestra de la relación entre arte y ciencia, aquella "manía" por encontrar el ángulo estético de la naturaleza. "Cajal decía que para entender una selva había que saber cómo estaba organizada", nos recuerda Álvarez Leefmans. "Y cuando uno ve una preparación elaborada por él mismo… hay una belleza impresionante, en donde encontramos algo que realmente se parece a una selva. Vemos que las dendritas, esas prolongaciones que presentan las células nerviosas, siguen incluso un patrón de división y de orientación similar al de los árboles.
"Así que la forma en que se conectan estas células, su morfología y una primera teoría acerca del funcionamiento del sistema nervioso, todo ello lo estudió y lo asentó Cajal. Por ello creo que será muy difícil derribar el edificio que él construyó; es un edificio clásico estable. Probablemente sea más fácil derribar la teoría de la relatividad que el edificio cajaliano. Es mucho más sólido porque no se limitó a describir una estructura como un anatomista; no sólo se concretó a la forma sino que le dio significado dinámico a la forma, de ahí su grandeza. Entendió lo que estaba viendo. Si uno ve una preparación y los dibujos de los neurohistólogos anteriores a Cajal y después de él, hay un mundo de diferencia. Así como podemos dividir el tiempo a partir de Cristo, igualmente podemos decir que la neurociencia se divide antes de Cajal y después de Cajal, y no creo estar exagerando."
El padre de las neurociencias fue un progenitor fecundo. ~
escritor y divulgador científico. Su libro más reciente es Nuevas ventanas al cosmos (loqueleo, 2020).
