La xarxa neuronal disposa dun sistema paral·lel de comunicació, la sinapsi elèctrica. Respecte de la química, és molt més ràpida, és digital (el senyal només és sí/no), està mancada daxons a llarga distància i implica només neurones adjacents, tot sovint amb connexions soma-soma. Interessa només els nuclis, o grups de neurones organitzats en vies neuronals especialitzades, com si fossin unes altres tantes orquestres que toquen una partitura diferent. Seguint aquestes vies, les neurones estan connectades per les sinapsis químiques, però també per les elèctriques que coordinen lactivitat de lorquestra, formada per milions de neurones músics. Limpuls elèctric, continu i sincronitzat, entre aquestes cèl·lules constitueix justament lona cerebral.
Ara queda clar que les ones cerebrals, inicialment estudiades per la seva estreta relació amb els mecanismes del son, [88] revesteixen un paper clau en la neurotransmissió i en les funcions cognitives i comportamentals. Com a mínim, perquè sincronitzen i donen el temps a cadascuna de les orquestres neuronals. Però potser encara fan més coses. El ritme de les ones cerebrals també podria estar lligat al misteri de la consciència, [125] però no nhi ha proves conclusives.
2.1.1. Dendrites
És la selva més espessa i intricada que vostè hagi vist mai. Milers de milions darbres amb centenars de milers de milions de branques i bilions de fulles, tots connectats els uns amb els altres per tal de poder comunicar-se dun racó a laltre del bosc. És un bosc encantat. En part per la seva bellesa extraordinària, en part pels màgics resultats que produeix.
Les dendrites de la neurona, els terminals receptors de la cèl·lula nerviosa, recorden tant els arbres que en prenen el nom (en grec, dendron vol dir arbre). Sestenen en una explosió de branques i brancons que, segons el tipus de neurona, poden semblar un pi, una alzina, un baobab, una sequoia.
Després hi ha les fulles, que en el cas de les dendrites sanomenen, curiosament, espines.4 Així com les fulles de larbre són els terminals receptors de la llum solar que engega la fotosíntesi, les dendrites i les seves espines són els terminals receptors de les informacions que arriben dels terminals transmissors daltres neurones (no tots els tipus de neurones tenen dendrites amb espines).
I, com a tots els boscos, les ramificacions dels arbres i de les fulles neuronals no sestan mai quietes. Fins a la darrera dècada no sha verificat el paper clau de les dendrites i de les seves espines en la plasticitat cerebral, és a dir, la capacitat del cervell de readaptar contínuament les connexions neuronals segons els inputs que rep. [71] Laprenentatge i la memòria estan determinats per la força o la feblesa dels contactes sinàptics, així com pel creixement i ladaptació de noves espines i noves dendrites. [157, 67]
La plasticitat del cervell no és una propietat abstracta: és el cervell que canvia físicament, amb el creixement de branques i fulles noves i amb la pèrdua de les que sassequen. Passa a tots els boscos del món, tant si són cerebrals com vegetals.
2.1.2. Soma
El centre direccional de la neurona, anomenat soma, és el cos central de la cèl·lula, del qual es deriven les dendrites i laxó. Genera lenergia necessària, fabrica les parts i les acobla. Externament és una membrana feta de greixos i de cadenes daminoàcids que protegeix la neurona de lambient extern. A linterior hi ha una bateria de mecanismes especialitzats, començant pel nucli, que fa funcions tant darxiu com de fàbrica: conserva lADN, que conté totes les informacions per construir les proteïnes necessàries per a la supervivència, i fabrica lARN, amb el qual les sintetitza.
Els mitocondris, com qualsevol altra cèl·lula del cos, fan servir oxigen i glucosa per generar el combustible necessari, anomenat ATP (adenosinatrifosfat), però en quantitats pantagruèliques: no hi ha cap cèl·lula que tingui tanta gana com una neurona. [84]
2.1.3. Axó
Si, de dendrites receptores, en una neurona nhi ha moltes, daxó només nhi ha un. Cada cèl·lula cerebral posseeix només una autopista per transmetre el senyal a les seves semblants.
Si les dendrites viuen als encontorns del soma cel·lular, en un radi de pocs microns, laxó es pot estendre en una longitud de desenes de centímetres, que, a aquella escala, és una distància extraordinària.
Si les dendrites tendeixen a afuar-se, com fan les branques dels arbres, laxó manté constant el seu diàmetre fins que no es divideix en tot de ramificacions transmissores, en connexió sinàptica amb nombroses altres neurones, anomenades terminals axònics.
Però entre els terminals receptors i transmissors de la neurona hi ha una altra diferència significativa: si el senyal químic que arriba a les dendrites pot ser intens o feble, o en qualsevol graduació intermèdia, el senyal elèctric que travessa laxó hi és o no hi és, està encès o apagat. Des daquest punt de vista, es podria dir que les dendrites són enginys analògics, mentre que laxó és fonamentalment digital.
La missió de laxó no és tan sols la denviar la informació a gran distància, sinó també la denviar-la a gran velocitat: en casos extrems pot arribar als 720 quilòmetres per hora, 200 metres per segon. La velocitat depèn del diàmetre de laxó i, sobretot, del gruix de la beina de mielina que laïlla dinterferències externes. Hi ha una relació directa entre la quantitat de mielina disponible i lús intensiu de laxó. [157] Contràriament a les autopistes estatals, que es gasten amb el pas de molts automòbils, les autopistes neuronals es consoliden amb el pas de molts impulsos elèctrics.
Tot comença al turó axònic, el punt on el soma de la cèl·lula sestreny per formar laxó. Ve a ser com el centre de càlcul de tot el procés, allà on es fan les sumes i les restes: si el resultat supera un cert llindar elèctric, [27] indueix la neurona a disparar i deixar anar un potencial dacció. És un esdeveniment durant el qual el potencial elèctric de la membrana cel·lular seleva durant uns pocs mil·lisegons, i de vegades amb una ràfega de desenes o centenars desdeveniments per segon.
La beina mielínica presenta unes interrupcions regulars, petitíssimes (anomenades nòduls de Ranvier), on laxó queda exposat. En aquells nòduls, un sistema de canals fa entrar i sortir de la cèl·lula ions de sodi que amplifiquen el potencial dacció, el qual, daquesta manera, salta literalment duna beina mielínica a laltra, a una velocitat que sense mielina no seria possible.
De fet, la mielina està fortament implicada en la intel·ligència humana. [157] I les nombroses patologies que inclouen la pèrdua de mielina, com lesclerosi múltiple, deterioren la transmissió del potencial dacció i, per tant, el funcionament correcte de la màquina cerebral.
Allò que dona color a lanomenada matèria grisa del còrtex [56] és la forta concentració de cossos neuronals. El color de la matèria blanca, en canvi, és degut a la mielina. Els axons, que constitueixen la matèria blanca del cos callós, [54] és a dir, làrea de conjunció entre els dos hemisferis cerebrals, ocupen més espai que tots els somes, les dendrites i les espines junts.
Tot comença al turó axònic, el punt on el soma de la cèl·lula sestreny per formar laxó. Ve a ser com el centre de càlcul de tot el procés, allà on es fan les sumes i les restes: si el resultat supera un cert llindar elèctric, [27] indueix la neurona a disparar i deixar anar un potencial dacció. És un esdeveniment durant el qual el potencial elèctric de la membrana cel·lular seleva durant uns pocs mil·lisegons, i de vegades amb una ràfega de desenes o centenars desdeveniments per segon.
La beina mielínica presenta unes interrupcions regulars, petitíssimes (anomenades nòduls de Ranvier), on laxó queda exposat. En aquells nòduls, un sistema de canals fa entrar i sortir de la cèl·lula ions de sodi que amplifiquen el potencial dacció, el qual, daquesta manera, salta literalment duna beina mielínica a laltra, a una velocitat que sense mielina no seria possible.
De fet, la mielina està fortament implicada en la intel·ligència humana. [157] I les nombroses patologies que inclouen la pèrdua de mielina, com lesclerosi múltiple, deterioren la transmissió del potencial dacció i, per tant, el funcionament correcte de la màquina cerebral.
Allò que dona color a lanomenada matèria grisa del còrtex [56] és la forta concentració de cossos neuronals. El color de la matèria blanca, en canvi, és degut a la mielina. Els axons, que constitueixen la matèria blanca del cos callós, [54] és a dir, làrea de conjunció entre els dos hemisferis cerebrals, ocupen més espai que tots els somes, les dendrites i les espines junts.
2.1.4. Sinapsis
Després de les dendrites, el soma i laxó, sarriba finalment a la terminació de la neurona: la sinapsi. És el punt de conjunció entre els terminals axònics duna neurona (presinàptica) i les branques, les fulles o el cos duna altra neurona (postsinàptica). Però el cas singular és que no es tracta dun 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 sencén 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 laxó conserva els neurotransmissors en petites esferes anomenades vesícules. Seguint lordre del potencial dacció, les vesícules deixen anar els neurotransmissors, que travessen lespai sinàptic i entren en contacte amb els receptors de la segona neurona, i contribueixen daquesta 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 dalguna manera, [18] calcular el nombre de les sinapsis sembla una empresa inabastable. No tan sols perquè són molt més petites que una neurona, o perquè senreden 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 daltres 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 daltres neurones. Cadascuna daquestes està connectada potencialment amb unes altres mil, de manera que en el segon pas al cap de pocs millisegonsla 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 nés, 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 duna banda a laltra 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 dinfluenciar el comportament de les neurones receptores. Tot depèn de quan es fa servir una sinapsi: com més vegades sencén, més potent i estable serà la connexió entre dues cèl·lules cerebrals. [11] Aquest fenomen, anomenat potenciació a llarg termini o LTP (long-term potentiation), té importants conseqüències pràctiques en els sistemes de laprenentatge [157] i de la memòria. [67] I, en el vessant oposat, també en els processos dhabituació i dependència. [186]
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 duna neurona, travessen lespai sinàptic i es combinen amb els receptors duna altra neurona, cadascuna delles transportant el seu missatge químic. El cervell fa servir els neurotransmissors per dir al cor que bategui, als pulmons que respirin, a lestómac que digereixi. Però aquestes molècules també serveixen per impartir lordre de dormir o de parar atenció, daprendre o doblidar, dexcitar-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 nhan 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 duna neurona, i segons els receptors que els capturen a la neurona adjacent. Però aquesta neurona pot estar connectada a molts milers daltres neurones a través dunes altres tantes sinapsis, i rebre, per tant, al mateix temps limpuls de centenars o milers daquestes. Els missatges excitadors o inhibidors són sumats a linterior de la cèl·lula, que, gràcies a un sofisticat sistema de bombes que regula laccés o la sortida dions 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 dacció, limpuls elèctric que recorre laxó per ordenar que es deixi anar una altra ràfega de neurotransmissors. En canvi, si no el supera, tot satura allà.