sinapsis

Cuatro mapas viejos dormían en cajones distintos. En cada uno había marcados genes relacionados con el envejecimiento celular, pero los mapas no coincidían: nombres diferentes, escalas diferentes, leyendas diferentes. El científico que buscaba un gen para su experimento tenía que cotejarlos a mano, con el riesgo de pasar por alto una marca importante.

Un trío de jazz toca en la penumbra de un club. El pianista lleva la melodía, el contrabajista marca el ritmo y el baterista despliega redobles. Si escuchamos solo a los músicos por parejas, podemos percibir cómo el pianista se adapta al bajo o el bajo a la batería.

En un acuario del tamaño de una mesa de comedor, dos bancos de neones negros nadan en compartimentos adyacentes separados por una pared transparente. No pueden tocarse, pero ven cada movimiento. Y aquí está lo sorprendente: cuando un banco decide girar a la izquierda, el otro hace lo mismo un instante después. Como si dos péndulos colgados tras un cristal comenzaran a oscilar al unísono.

Perderse en una sala de espejos es facilísimo: cada pared refleja a la otra y parece que ya has estado allí. Más o menos así se confunde el cerebro cuando hay muchos lugares parecidos alrededor. Las neuronas encargadas del mapa espacial pueden emitir la misma señal para dos esquinas distintas de una habitación. Esto se llama ambigüedad espacial.

El cartero reparte cartas por calles de sentido único. Mientras solo avanza, la ruta es simple y predecible. Pero si de repente se permitieran giros en U, empezaría a retroceder, a cruzar sus propias huellas — y el esquema de reparto se enredaría. Algo parecido le ocurre a una infección cuando las personas pueden enfermarse repetidamente.

Cada noche, el cerebro atraviesa varias fases del sueño, desde la somnolencia hasta el sueño profundo y de vuelta. Algunas transiciones ocurren de forma brusca, como un chasquido de interruptor; otras, de manera gradual, como un lento deslizamiento cuesta abajo.

En las prolongaciones largas de la neurona, las dendritas, corretean constantemente pequeños mensajeros. Son moléculas de ARN mensajero que llevan instrucciones para fabricar proteínas. Su viaje comienza en el cuerpo celular y termina en las sinapsis, los contactos con otras neuronas.

En las prolongaciones largas de la neurona, las dendritas, corretean constantemente pequeños mensajeros. Son moléculas de ARN mensajero que llevan instrucciones para fabricar proteínas. Su viaje comienza en el cuerpo celular y termina en las sinapsis, los contactos con otras neuronas.

Células de un vaso sanguíneo se sembraron sobre una película transparente de 700 nanómetros de grosor, cien veces más fina que un cabello humano. Bajo la película se ocultan electrodos planos. Envían una corriente alterna débil y escuchan cómo cambia la resistencia.

Un estadio repleto de espectadores escucha por primera vez la voz del comentarista y, al instante, todo el estadio se pone en movimiento. El mensaje suena una y otra vez. Solo un puñado de personas en las filas cercanas reacciona. Algo similar ocurre con las redes neuronales en los organoides cerebrales, versiones en miniatura del cerebro cultivadas en laboratorio.

Un estadio repleto de espectadores escucha por primera vez la voz del comentarista y, al instante, todo el estadio se pone en movimiento. El mensaje suena una y otra vez. Solo un puñado de personas en las filas cercanas reacciona. Algo similar ocurre con las redes neuronales en los organoides cerebrales, versiones en miniatura del cerebro cultivadas en laboratorio.

Una escalera de caracol por la que ruedan canicas. Unas giran hacia la derecha, otras hacia la izquierda. Los peldaños están dispuestos de tal manera que las que giran a la derecha pasan más rápido, mientras que las de la izquierda se atascan. Algo muy parecido ocurre dentro de las moléculas helicoidales, como la doble hélice del ADN.

El cerebro saca sus propios desechos: por canales estrechos alrededor de las arterias fluye el líquido cefalorraquídeo líquido. Las paredes de los canales son suaves y se agitan con el pulso, y el tejido es poroso, como una esponja. Cada latido del pulso convierte las arterias en pequeñas bombas que impulsan el líquido a través de los poros.

Tras lanzar una piedra, los círculos en el agua desaparecen, pero el líquido conserva vibraciones microscópicas. El más leve soplo y las ondas reaparecen. Las redes neuronales se comportan de forma similar. Cuando las señales eléctricas se calman, su memoria perdura en los puntos de contacto: las sinapsis.

Comunicarse con neuronas vivas es como sintonizar un viejo receptor de radio: no solo hay que captar la onda correcta, sino también orientar la antena.

El microscopio electrónico es un órgano gigante: en lugar de tubos, lentes electromagnéticas; en lugar de aire, un flujo de electrones acelerados. Antes solo pintaba frescos mudos del mundo atómico, condenando a los científicos a una descodificación extenuante.

Una colcha de retazos donde cada retazo es un registro de la actividad de una pequeña región del cerebro. Un retazo se cosió el lunes en Londres, otro el martes en Nueva York, y un tercero hace un mes en Tokio. Todo este mosaico cubre el cerebro solo parcialmente, y no hay una costura común para unirlos.

Una neurona envía una señal a su vecina. Esta no responde de inmediato: el impulso viaja por la prolongación a una velocidad finita, como una carta que se retrasa en el camino. Por lo general, ese retraso se considera un estorbo, pero en este nuevo trabajo se convierte en el director de orquesta.

Una neurona se parece a un circuito eléctrico con pilas y resistencias variables. El papel de las resistencias lo desempeñan los canales iónicos —poros proteicos en la membrana que se abren y se cierran, dejando pasar partículas cargadas.

Dentro de cada célula opera una compleja red de genes que determina en qué se convertirá: neurona, célula muscular o parte de la piel. Esta elección a menudo se asemeja al accionamiento de un interruptor: dos posiciones estables, y la célula decide hacia qué lado inclinarse.

Un cocinero prueba la salsa y entiende: falta una pizca de sal. Pero si lanzas esa misma pizca a un lago, nadie notará la diferencia.

Una gota de aceite en un vaso de agua se agrupa formando una esfera. Dentro de una célula viva ocurre una separación similar, solo que en lugar de aceite, las proteínas y los ácidos nucleicos forman gotas densas: los condensados.

Un artista pinta un cuadro mientras observa al espectador en la sala. Si el espectador sonríe, el artista añade más rojo y líneas redondeadas al lienzo; si frunce el ceño, elimina el azul y quiebra los ángulos.

En cualquier grupo hay tríos no escritos: tres amigos que siempre están juntos. Y hay parejas que existen por su cuenta. Resulta que de cuánto "contienen" los tríos a las parejas depende cómo se propaga por el grupo todo, desde un virus hasta una idea nueva. Los científicos introdujeron una medida que llamaron coeficiente de anidamiento.

Dentro de cada neurona hay un canal largo y delgado: el axón, por el que la señal viaja desde el cuerpo de la célula hasta otras células. Para que el canal funcione, las mitocondrias, unos orgánulos diminutos que producen energía, circulan constantemente por él. Se mueven en ambas direcciones, como coches en una carretera estrecha.

El cerebro está organizado como un edificio de varias plantas: los pisos inferiores procesan señales simples, mientras que los superiores las integran en imágenes complejas. Los científicos sospechan desde hace tiempo que este orden está relacionado con la forma en que las neuronas trabajan juntas. Pero cómo exactamente seguía siendo un misterio.

Un paisaje cortado por carreteras o ríos en fragmentos aislados se parece a un piso compartido después de instalar tabiques: los vecinos dejan de encontrarse en el pasillo común. Las especies que antes competían por la misma comida o el mismo espacio ahora viven por separado.

Mantener en la cabeza un número de teléfono mientras lo marcas es memoria de trabajo. En el cerebro, esto lo hace un grupo de células que se envían señales entre sí, como personas que pasan un cubo por una cadena. Pero cada transmisión tiene un costo: se necesitan sustancias mediadoras que se agotan.

Los sistemas planetarios jóvenes se parecen a una orquesta que acaba de empezar a ensayar: todos los músicos intentan tocar al mismo ritmo.

El habla se parece a una orquesta donde cada nota debe sonar en su momento. El cerebro convierte un pensamiento en una cadena de sonidos en fracciones de segundo, y hasta ahora no estaba claro cómo gestiona esta jerarquía, desde los sonidos individuales hasta las sílabas y las palabras completas.

Los microscopios modernos ven el cerebro con un detalle asombroso: no solo las sinapsis en sí, los puntos de contacto entre neuronas, sino también las moléculas que las componen. Cada vez hay más imágenes de este tipo y su costo disminuye.

Cada inhalación acelera ligeramente el corazón, y cada exhalación lo frena. Este ritmo, visible en el electrocardiograma, se conoce como arritmia respiratoria. Durante mucho tiempo se consideró un simple efecto secundario del sistema nervioso. Pero una nueva investigación muestra que esta coordinación no es casualidad, sino una forma de ahorrar energía.

Una neurona en el cerebro se parece a una persona que reparte sus tarjetas de visita en una conferencia abarrotada. Al principio conoce gente fácilmente, pero a medida que se llena la agenda, cada nuevo contacto requiere más esfuerzo: queda poco espacio libre.

Una red de contactos densa: casi todos están conectados con casi todos, y en esa maraña es difícil entender quién es realmente importante. Demasiados hilos: la computadora se ahoga, la simulación se atasca. Los científicos han ideado cómo podar estas redes sin perder lo esencial. La idea es eliminar las conexiones que no participan en los caminos más cortos.

En el cerebro de un ratón hay unos 70 millones de neuronas, y sus conexiones están lejos de repartirse por igual: algunas células apenas tienen un par de decenas de contactos, otras miles. Es como una ciudad con callejones tranquilos y plazas abarrotadas. Pero hasta ahora no estaba claro cómo afecta esa heterogeneidad al funcionamiento del cerebro.

La contracción muscular está asegurada por dos tipos de filamentos proteicos: los filamentos delgados de actina (de carbono) y los filamentos gruesos de miosina, que actúan como motores moleculares. En reposo, una proteína de seguridad especial, la tropomiosina, bloquea los sitios de unión de la miosina en la actina.

Una célula puede editarse perfectamente, pero aun así resultar inútil. El gen se corrige exactamente según el plan, pero la célula se comporta de manera impredecible: deriva, cambia su destino, pierde seguridad. Es como arreglar un engranaje de un reloj, pero el reloj sigue andando mal porque todo el mecanismo se ha desajustado.

El cerebro se parece a una gran ciudad: los distritos (las regiones) se comunican entre sí a través de calles (las vías nerviosas). Si los semáforos de un cruce se estropean, el tráfico se detiene. Lo mismo ocurre en el cerebro: si los haces de fibras nerviosas (la sustancia blanca) funcionan mal, las regiones distantes dejan de actuar de manera coordinada y el pensamiento se atasca.

En los huecos entre las células del cerebro fluye un líquido. No se queda quieto: cada latido del corazón lo empuja hacia adelante, y la respiración añade sus propias ondas. Hace diez años esto se vio en imágenes, pero solo ahora se ha calculado cómo esa pulsación acelera las moléculas.

El virus se acerca a la célula como una llave a una cerradura. Pero esta cerradura no es común: vibra, tiembla, y de si la llave acierta con el ritmo de esos temblores depende que la puerta se abra. Así, según un nuevo estudio, funciona el reconocimiento entre la proteína de espiga del coronavirus y el receptor ACE2 en la superficie de las células humanas.