El hombre de las babosas

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A Ángel Poveda, león de biblioteca

El molusco más famoso en Neurociencia es una babosa marina llamada Aplysia, un gasterópodo gigante que se encuentra en las costas de numerosos mares y océanos. En el siglo I antes de Cristo, Plinio el Viejo escribe sobre Aplysia en su Historia Naturalis y la denomina liebre de mar, porque cuando está inmóvil y contraída parece un conejo. La utilizada en Neurociencia es Aplysia californica una especie que tiene una distribución que va desde el norte de California hasta el norte de México y también en las playas de Florida. Pueden llegar a pesar 7 kg y medir 75 cm. aplysia_punctata_01Como son tan grandes y tienen productos tóxicos en su cuerpo, casi no tienen predadores. Aplysia se alimenta de rodofíceas, algas rojas, y su cuerpo va tomando un color rosado-rojizo por la que no se le distingue apenas en las praderas de algas en las que se alimenta.

El interés para la Neurociencia de Aplysia es que tiene un encéfalo muy sencillo, con solo unas 20.000 neuronas, algunas de las cuáles son enormes, alcanzando 1 milímetro de diámetro. aplysiaCNSLa mayor parte de esas neuronas están agrupadas en diez ganglios cada uno de los cuales controla varias respuestas simples y participa en comportamientos sencillos. Cada una de las neuronas se puede identificar, nombrar y encontrar en cualquier otro animal de la misma especie. Puedes conocer el patrón completo de conexiones entre ellas, puedes establecer los circuitos y puedes ver los comportamientos que esos circuitos modulan. Además, cada célula se puede diseccionar para realizar un análisis bioquímico y de cada una puede obtenerse suficiente ARNm para generar una biblioteca de ADN complementario. Chip Quinn, uno de los investigadores que estudió el comportamiento en Drosophila dijo en broma que el animal ideal para estudiar el aprendizaje

“…no debe tener más de tres genes, debe ser capaz de tocar el violonchelo o al menos de recitar griego clásico, y debe poder hacerlo con un sistema nervioso que conste solamente de diez neuronas grandes, de colores diferentes y fácilmente reconocibles”.

Aplysia debe ser lo más parecido que existe a ese sueño de Quinn.

La persona que supo ver el enorme potencial de Aplysia para la investigación fue Eric Kandel. KandelAplysia-300x245Kandel decía que uno de los aspectos más llamativos del comportamiento de una animal era la habilidad de modificar ese comportamiento mediante el aprendizaje, una habilidad que alcanza su culmen en los seres humanos. Si lo pensamos, es lo más maravilloso que tenemos: esa capacidad de adquirir nuevas ideas a partir de las experiencias y de retenerlas en la memoria. De hecho, mucho de lo que somos, de lo que pensamos, de lo que sentimos se basa en lo que hemos aprendido y lo que recordamos al respecto.

Kandel se preguntó sobre los cambios que ocurren en el cerebro cuando aprendemos y sobre cómo, una vez que hemos aprendido algo, guardamos esa información en el cerebro en forma de memoria. La ventaja es que frente a otros procesos mentales como el pensamiento, el lenguaje o la consciencia, en el aprendizaje y la memoria podemos tener modelos muy sencillos, accesibles a nivel molecular y celular y de los que tenemos una comprensión básica desde los trabajos de Ivan Pavlov al comienzo del siglo XX.

Kandel Figure2Kandel buscó en su babosa gigante un comportamiento sencillo que se modificara tras el aprendizaje. Vio un reflejo defensivo sencillo: la retirada de la agalla tras la estimulación del sifón. La agalla es un órgano respiratorio situado en el dorso de la babosa y que cuando el animal está relajado, está cubierta por una capa de piel que termina en un tubo carnoso: el sifón. Cuando se toca levemente el sifón, la babosa encoge el sifón y la agalla para protegerlo como hace un caracol cuando le tocamos un tentáculo. Kandel se basó en los experimentos que Pavlov había hecho con perros y utilizó tres perfiles de estimulación para generar tres análogos del aprendizaje: habituación, sensibilización y condicionamiento clásico.

En la habituación, se le hace a la babosa un estímulo sensorial débil o neutro y Aplysia aprende que el estímulo no es importante y lo pasa por alto. aplytop2Por ejemplo, con una pipeta se le echa un poco de agua cerca del sifón. Al principio el animal nota esa perturbación del agua que le rodea y retrae el sifón y la agalla como estrategia defensiva pero después de unas cuantas veces, ve que nunca pasa nada y al notar ese leve estímulo, deja de retirarlo: se ha habituado. Sorprendentemente, algo parecido sucede con el sexo. Cuando a una rata macho se le pone delante una hembra receptiva, copula con ella seis o siete veces en una o dos horas pero después, parece agotado y permanece inactivo durante treinta minutos o más. Pero se trata de un fenómeno de habituación y no de fatiga porque si se le pone otra hembra distinta, reanuda inmediatamente la actividad sexual. Tenga mucho cuidado con extraer ninguna conclusión de este experimento ¡los carga el diablo!

ApLTScirEl segundo tipo de análogo de aprendizaje es la sensibilización. En este caso se hace un estímulo intenso, el animal lo reconoce como algo peligroso y aprende a incrementar sus reflejos defensivos preparándose para la retirada, de modo que un estímulo inocuo presentado poco después desencadena una respuesta defensiva intensa. Así, si a un animal se le da una descarga eléctrica en una pata, cuando se le toca suavemente después la encoge con exageración y tiene una reacción de huida. En Aplysia es igual. Le daban a la pobre babosa un calambrazo en la cabeza o en la cola y después un estímulo muy suave aplicado al sifón. A pesar de que se trataba de algo inocuo, la babosa retiraba agalla y sifón con prontitud y energía, está sensibilizada. El tercer tipo de análogo del aprendizaje es el del condicionamiento clásico: en este caso se aplica un estímulo inocuo en paralelo con un estímulo potencialmente peligroso y el animal aprende a reaccionar ante el estímulo inocuo como si fuera una señal de peligro al igual que los perros de Pavlov relacionaban el sonido de la campanita con la llegada de comida.

Kandel y su grupo pudieron ver que al igual que en el sistema nervioso de los vertebrados, el almacenamiento en la memoria de cada tipo de aprendizaje tenía dos fases: una memoria transitoria que duraba unos minutos y una memoria duradera que permanecía días. La conversión de la memoria en corto plazo en memoria a largo plazo requería una repetición espaciada, al igual que hacemos nosotros cuando estudiamos los apuntes de la carrera. También vieron que la memoria a largo plazo requería la síntesis de nuevas proteínas, lo que implicaba cambios bioquímicos en las neuronas involucradas. Kandel fue capaz de estudiar el fenómeno tanto in vivo, con toda la babosa, como in vitro, con un ganglio. 

Diseccionaba el ganglio abdominal de Aplysia, que consta de unas dos mil células nerviosas y lo colocaba en una pequeña cámara que contenía agua de mar y donde hacía pasar aire, como si fuera un acuario diminuto. Insertaba electrodos en el interior de una célula del ganglio, normalmente R2 que es la más grande y luego registraba su respuesta ante diversas secuencias de estímulos aplicados en las conexiones que convergían hacia ella. Para esto último, aplicaba con un electrodo un estímulo débil a un grupo de axones que terminaban en la neurona R2 y repetía el estímulo durante diez veces. El potencial sináptico que generaba R2 como respuesta a esas aferencias cada vez era menor. Cuando se llegaba al décimo estímulo, la intensidad de la respuesta era de aproximadamente un vigésimo de la respuesta inicial. Ese pequeño circuito neuronal había aprendido, se había habituado.400px-Aplysia_abgang_R15Mark

La sensibilización es también algo común en los seres humanos. Después de oír un petardo, nos sobresaltamos cuando oímos un ruido suave o nos tocan el hombro. Para estudiar la sensibilización, Kandel usaba el mismo modelo, estimulaba R2 una o dos veces para generar un potencial de acción que le sirviera como medida de referencia y posteriormente aplicaba una serie de cinco estímulos más fuertes para generar una impresión nociva o incómoda, a una vía diferente que también convergía sobre R2. El resultado es que la respuesta sináptica de la célula R2 a la estimulación en la primera vía aumentaba notablemente lo que indicaba que las conexiones sinápticas en ese circuito se habían fortalecido, se habían sensibilizado.

Kandel vio que esos procesos funcionaban con tan solo 24 neuronas mecanosensitivas que inervaban la piel del sifón y hacían sinapsis directas sobre seis células motoras que se encargaban de retraer la agalla. Lo curioso es que el circuito era igual en todos los animales con lo que surgió la pregunta en cómo se modificaba tras el aprendizaje esa red de neuronas. Kandel pudo ver que la memoria del aprendizaje se debía a cambios en las conexiones sinápticas entre las neuronas, una idea anticipada por Ramón y Cajal en la Croonian Lecture impartida ante la Royal Society británica en 1894.

220px-Eric_Kandel_1978Con estos experimentos Kandel consiguió avanzar enormemente nuestros conocimientos sobre la memoria y el aprendizaje, los dos procesos a los que dedicó su vida. Él decía:

La memoria siempre me ha fascinado. Piensa en ello. Puedes recordar tu primer día en el instituto, tu primera cita, tu primer amor. Al hacer eso, no solo recuerdas ese suceso, sino que experimentas la atmósfera en que ocurrió, las vistas del lugar, la situación social, la hora del día, el tono emocional… Recordar el pasado es una forma de viajar en el tiempo.

Añadía relatando sus propias memorias:

El viaje mental en el tiempo me permite abandonar la escritura de esta frase en el despacho de mi casa sobre el río Hudson y proyectarme hacia atrás 67 años y hacia el este cruzando el Océano Atlántico hasta Viena donde mis padres tenían una pequeña juguetería. Es el 7 de noviembre de 1938, mi noveno cumpleaños. Mis padres me acaban de dar el regalo de cumpleaños que ansiaba, un coche con un mando a distancia, es brillante y azul y tiene un cable con el que manejo las ruedas. Durante los dos días siguientes, le conduzco por todos los rincones de nuestro pequeño apartamento. Mi placer dura poco. Dos días después, al comienzo de la tarde, nos sobresaltan unos fuertes golpes en la puerta. Incluso hoy recuerdo aquel ruido. image024Mi padre no ha vuelto de la tienda. Mi madre abre la puerta. Son dos hombres que se identifican como policías nazis. Nos dicen que empaquetemos nuestras cosas. Tenemos que trasladarnos a una dirección que nos dan donde viviremos hasta que nos den nuevas instrucciones. Mi madre y yo andamos varias manzanas hasta la casa de una pareja judía, mayor y en mejor situación económica que nosotros, a los que no conocemos de nada. Aunque invadimos su privacidad nuestros designados anfitriones son cuidadosos y decentes. Me paso los días en tensión y asustado. La mayor fuente de ansiedad es mi padre –ha desaparecido repentinamente y no sabemos donde está. Después de varios días nos dejan volver a nuestra casa. El apartamento que conocíamos ya no es el mismo. Ha sido saqueado y las pocas cosas de valor que teníamos han desaparecido: el abrigo de piel de mi madre, la cubertería de plata, algunos trajes de mi padre y todos mis regalos de cumpleaños incluyendo aquel maravilloso coche azul. Para nuestro alivio, mi padre vuelve. Nos dice que ha sido detenido junto con otros cientos de hombres judíos jóvenes y encarcelado en barracones militares. Ha conseguido ser liberado porque pudo demostrar que había luchado en la I Guerra Mundial en el ejército austrohúngaro, al lado de Alemania.

Por sus estudios sobre la memoria y el aprendizaje, Eric Kandel recibió junto con Arvid Carlsson y Paul Greengard, especialistas también en traducción de señales en el sistema nervioso, el premio Nobel de Medicina y Fisiología.

Cuando Eric Kandel recibió el premio Nobel en 2000, su país natal, Austria, dijo que era un premio “austríaco” y alardeó de ello como de algo propio. Kandel no se calló. Dijo que había sido expulsado de la ciudad a los 9 años pero antes de escapar a Brooklyn había visto a los judíos ser obligados a limpiar las calles con sus cepillos de dientes. Dijo que aquella declaración era algo “típicamente vienés: muy oportunista, poco sincera y algo hipócrita” y declaró que “con certeza, no es un nobel austriaco, es un nobel judeo-americano”. GuentherZ_2007-04-27_2772_Wien04_Karlsplatz_Karl_LuegerEntonces, recibió una llamada de Thomas Klestil, presidente de la República Austriaca preguntando “¿Cómo podemos arreglar las cosas?” Kandel pidió tres respuestas: cambiar el nombre a la Plaza Doctor Karl Lueger, un alcalde antisemita de Viena y que era encima la dirección postal de la Universidad de Viena; crear becas para que la comunidad judía, estudiantes y profesores, volviera a Viena y realizar un simposio sobre la respuesta de Austria a los nazis. El nombre de la plaza fue cambiado a Universitätsring en abril de 2012. Después de recoger el premio Nobel en Estocolmo, Kandel volvió a Viena, yendo hasta su antigua casa en Severingasse 8. No llegó a entrar y se quedó mirando los reflejos del sol en la puerta descascarillada. A veces es mejor no dejar que los recuerdos nos encuentren, con una sensibilización tan marcada, con tanto sufrimiento ligado a un lugar, incluso el estímulo más inocuo nos traerá de vuelta aquellos fantasmas del pasado.

 

Para leer más:

Autor: José R. Alonso

Neurobiólogo. Catedrático de la Universidad de Salamanca. Escritor.

2 comentarios en “El hombre de las babosas”

  1. Muy buen artículo, escrito además con un lenguaje sencillo y ameno. Un gusto leerlo.
    Hace añares en la cátedra de DeRobertis en La facultad de medicina de Bs As unos investigadores trabajaban con caracoles del las islas del delta, grandes también, y los estudios eran sobre serotonina. Hasta aquí recuerdo lo que mi limitada memoria guardó.

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