Descubren diminutos «cuellos de botella» en las neuronas que pueden cambiar cómo el cerebro procesa información

Neurobiología
Escrito por Enrique Coperias Jimenez

Ocultos en las dendritas, unos estrechamientos nanométricos podrían dividir las neuronas en pequeños compartimentos capaces de realizar cálculos locales. El hallazgo cuestiona la imagen clásica de estas prolongaciones neuronales como simples cables telefónicos y abre una nueva vía para comprender el aprendizaje y la memoria.

Por Enrique Coperías, periodista científico

Neuronas piramidales y sus extensas dendritas, visualizadas en la corteza cerebral de un ratón. Estas prolongaciones reciben e integran miles de señales nerviosas y, según el nuevo estudio, albergan diminutos estrechamientos capaces de influir en su procesamiento. Cortesía: Dr. Alexandre William Moreau / Instituto de Neurología, University College London (UCL) / Nikon Small World

Los manuales de neurociencia suelen representar las dendritas como una red de cables ramificados y relativamente uniformes. Estas prolongaciones de las neuronas reciben miles de señales procedentes de otras células nerviosas, a través de las sinapsis, y las conducen hacia el cuerpo celular, donde se decide si la neurona responde o no.

La imagen era útil, pero incompleta. Un equipo internacional dirigido por el Hospital Universitario de Bonn, la Universidad de Bonn y el Centro Alemán de Enfermedades Neurodegenerativas (DZNE) acaban de descubrir que esos cables, que los divulgadores los asemejan a los de una centralita telefónica, poseen diminutos estrechamientos, hasta ahora inadvertidos, capaces de modificar el flujo de la información.

El hallazgo, publicado en la revista científica Science Advances, pone sobre la mesa un nuevo nivel de organización dentro de las neuronas y sugiere que una sola dendrita puede estar dividida en pequeñas unidades de procesamiento parcialmente independientes.

Qué son las constricciones del tallo dendrítico

Los investigadores han bautizado estas estructuras como dendritic shaft constrictions o constricciones del tallo dendrítico. Se trata de segmentos en los que el calibre de la dendrita se reduce de manera brusca, en ocasiones hasta quedar por debajo de los 100 nanómetros.

En los ratones, la mayoría de estos cuellos de botella mide entre unos 100 y 500 nanómetros de ancho y alrededor de uno o dos micrómetros de longitud. Es decir, pueden ser entre 500 y 1.000 veces más estrechos que un cabello humano.

Los autores del estudio sostienen que aparecen en diferentes tipos de neuronas excitadoras del hipocampo y de la corteza, tanto de ratón como humanas. Su presencia en distintas regiones, tipos celulares y preparaciones de tejido indica que no se trata de una anomalía exclusiva de una clase concreta de neurona.

Las dendritas no son simples cables

Las dendritas son mucho más que simples antenas. Su forma condiciona cómo una neurona combina señales excitadoras e inhibidoras, separa unas entradas de otras y modifica sus conexiones durante el aprendizaje.

En su superficie sobresalen las conocidas espinas dendríticas, pequeñas protuberancias donde se establece la mayoría de las sinapsis excitadoras. Cada espina posee una cabeza bulbosa conectada con la dendrita mediante un cuello muy fino. Esa forma permite aislar parcialmente las señales eléctricas y químicas generadas en una sinapsis. La geometría de la espina influye así en la intensidad de la comunicación neuronal y en los cambios asociados al aprendizaje.

Hasta ahora, el tallo del que sobresalen esas espinas se consideraba una estructura mucho más uniforme. Los nuevos estrechamientos indican que la propia rama dendrítica también puede estar compartimentada.

🗣️ «Mientras que las espinas dendríticas se conocen desde hace mucho tiempo por su abundancia, las constricciones del diámetro del tallo que hemos descubierto no se habían documentado antes” —explica  Tony Kelly, investigador del Instituto de Epileptología Experimental e Investigación Cognitiva de Bonn y primer autor del trabajo. Y añade—: Su diámetro oscila entre unas pocas decenas y unos pocos cientos de nanómetros, por debajo del límite de resolución de la microscopía óptica convencional».

Ejemplos de constricciones del tallo dendrítico, señaladas con puntas de flecha y observadas mediante microscopía de expansión (izquierda), microscopía STED de superresolución (centro) y microscopía electrónica (derecha).

Ejemplos de constricciones del tallo dendrítico, señaladas con puntas de flecha y observadas mediante microscopía de expansión (izquierda), microscopía STED de superresolución (centro) y microscopía electrónica (derecha). La coincidencia entre las tres técnicas respalda que se trata de estructuras reales y no de artefactos de imagen. Cortesía: University Hospital Bonn / Tony Kelly.

Por qué nadia antes las vio

El hallazgo obliga a preguntarse cómo pudieron pasar desapercibidas unas estructuras presentes incluso en imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica.

Kelly apunta a un sesgo de interpretación: «Incluso en conjuntos de datos de microscopía electrónica de alta resolución, estas variaciones locales del diámetro pueden haberse considerado irregularidades aleatorias y no estructuras biológicamente significativas».

Las reconstrucciones digitales, además, tienden a suavizar los contornos de las dendritas, y borran precisamente las variaciones que ahora han resultado interesantes.

Cuatro técnicas de microscopía confirman el descubrimiento

Para demostrar que las estrechaduras eran reales y no deformaciones ocasionadas durante la preparación del tejido, los investigadores utilizaron varias técnicas independientes:

✅ Microscopía de expansión, que aumenta físicamente el tamaño de una muestra y permite observar estructuras antes inaccesibles.

✅ Microscopía STED de superresolución, capaz de superar el límite de resolución de la microscopía óptica convencional.

✅ Microscopía de barrido de imagen, que ofrece una buena relación entre resolución y calidad de la señal.

✅ Microscopía electrónica en serie, utilizada para reconstruir las dendritas en tres dimensiones con precisión nanométrica.

Las constricciones aparecieron en tejido fijado y también en cortes cerebrales vivos. Su tamaño y distribución fueron similares con los distintos métodos, lo que refuerza la idea de que son estructuras reales y no artefactos.

En las células granulares del giro dentado del hipocampo, una región esencial para la formación de recuerdos, cada dendrita analizada presentó una media de cinco estrechaduras, aunque algunas contenían hasta diez. Se concentraban sobre todo en las zonas distales, alejadas del cuerpo neuronal, y delimitaban segmentos de unos 17 micrómetros de longitud.

También fueron observadas en las finas dendritas de las neuronas piramidales de la corteza visual del ratón y en neuronas del hipocampo. En el tejido humano aparecieron tanto en ramas apicales como basales de neuronas piramidales corticales, con mayor abundancia en las primeras.

La inhibición de la enzima LIMK1 parece aumentar la longitud y la densidad de las espinas dendríticas, visualizadas en verde.

La inhibición de la enzima LIMK1 parece aumentar la longitud y la densidad de las espinas dendríticas, visualizadas en verde. La conservación de estas estructuras, esenciales para la comunicación entre neuronas, podría ejercer un efecto protector frente a la enfermedad de Alzheimer. Crédito: UAB.

Cómo pueden modificar las señales nerviosas

La física permite anticipar el efecto de estas estructuras angostas. Cuando una tubería o un conductor se estrecha, aumenta su resistencia. Las constricciones podrían funcionar como cuellos de botella eléctricos: la señal generada al otro lado del estrechamiento se intensificaría en su entorno inmediato, pero llegaría más debilitada al cuerpo de la neurona.

Los cálculos del equipo indican que una constricción puede elevar hasta más de cinco veces la resistencia axial por unidad de longitud de la dendrita.

Las simulaciones informáticas reprodujeron esa doble consecuencia. Al introducir entre una y siete constricciones en un modelo de dendrita, las señales sinápticas distales aumentaron localmente entre un 10% y un 49%. Al mismo tiempo, su repercusión eléctrica en el cuerpo neuronal disminuyó hasta un 14%. Las señales generadas cerca del soma apenas se vieron afectadas.

En lugar de limitarse a conducir información, cada segmento distal podría convertirse así en una pequeña unidad capaz de realizar operaciones locales antes de enviar un resultado al resto de la neurona.

Una posible relación con el aprendizaje y la memoria

El aumento local del voltaje favoreció además la activación de los receptores NMDA, proteínas esenciales para la plasticidad sináptica, el aprendizaje y la memoria. Para abrirse, necesitan que el neurotransmisor glutamato esté presente y que la membrana neuronal alcance una despolarización suficiente. Cuando se activan, los receptores NMDA permiten la entrada de calcio y ponen en marcha procesos celulares capaces de fortalecer o debilitar las conexiones entre neuronas.

Las constricciones podrían facilitar esa despolarización y restringir las señales de calcio a pequeños segmentos de una dendrita. De este modo, grupos cercanos de sinapsis podrían colaborar entre sí sin afectar de la misma manera a los compartimentos vecinos.

Para comprobar las predicciones, los investigadores liberaron glutamato con pulsos láser extremadamente precisos sobre grupos de espinas dendríticas. Las señales situadas cerca del cuerpo celular se sumaron de manera aproximadamente lineal. En las regiones distales, en cambio, la suma fue sublineal: añadir más estímulos produjo un incremento cada vez menor de la señal que alcanzaba el soma.

Esas zonas distales necesitaron, sin embargo, menos estímulos para generar aumentos locales de calcio dependientes de los receptores NMDA. El resultado coincide con la idea de que las constricciones atenúan la comunicación a larga distancia mientras potencian el procesamiento local.

Lo que el estudio todavía no demuestra

La coincidencia entre los modelos informáticos y los experimentos fisiológicos no demuestra por sí sola que las constricciones sean responsables de ese comportamiento eléctrico. Por tanto, han demostrado su existencia anatómica y calculado sus posibles efectos, pero no han establecido una relación causal directa.

«Nuestros experimentos fisiológicos y nuestras simulaciones indican una mayor despolarización local, una suma sublineal y una activación facilitada de los receptores NMDA, pero todavía debe establecerse un vínculo causal directo», advierten en el artículo.

El matiz es importante. Lo firmemente demostrado es la existencia de las constricciones y su presencia en varias clases de neuronas de ratón y humanas. Su papel como fronteras eléctricas resulta compatible con las leyes biofísicas y con los resultados experimentales, pero sigue siendo una explicación muy plausible, no una función probada mediante manipulación directa.

Una neurona puede contener múltiples unidades de cálculo

«Nuestros hallazgos revelan una característica estructural hasta ahora desconocida que podría permitir a las dendritas procesar información localmente, en vez de limitarse a transmitirla —resume Heinz Beck, autor principal del estudio.— Las constricciones podrían representar un nuevo elemento fundamental de las complejas operaciones que realizan las neuronas, aunque todavía debemos determinar su función biológica exacta y cómo se forman».

El descubrimiento encaja con una transformación más amplia de la neurociencia. Las dendritas han dejado de considerarse componentes pasivos para ser estudiadas como unidades activas de computación neuronal.

Sin ir más lejos, en 2025, William J. Wright, Nathan G. Hedrick y Takaki Komiyama, de la Universidad de California en San Diego, demostraron en la revista Science que el aprendizaje motor no modifica por igual todas las conexiones de una neurona. Mediante imágenes longitudinales in vivo con resolución de una sola sinapsis en la corteza motora de ratones, comprobaron que las dendritas apicales y basales de las neuronas piramidales siguen reglas diferentes de plasticidad: las primeras refuerzan sus sinapsis cuando su actividad coincide con la de otras conexiones cercanas, mientras que en las segundas resulta determinante la coincidencia con el disparo de la propia neurona. El hallazgo reforzó la idea de que una sola célula nerviosa puede aprender de manera diferente en cada compartimento dendrítico.

Otro trabajo aparecido ese mismo año en Nature Neuroscience mostró en ratones que recuerdos formados con poca diferencia temporal activan preferentemente los mismos segmentos dendríticos y añaden grupos de espinas en ramas compartidas. La dendrita, por tanto, parece organizar el aprendizaje por barrios y no como un territorio eléctricamente homogéneo.

Neuronas humanas cultivadas a partir de células de pacientes con párkinson. Cortesía: Dr. Regis Grailhe, Nasia Antoniou y Dra. Rebecca Matsas / Institut Pasteur Korea / Nikon Small World

Por qué las neuronas humanas resultan especialmente interesantes

Las neuronas corticales humanas poseen dendritas considerablemente más largas y elaboradas que las de los roedores. Esa distancia debería debilitar las señales procedentes de sus extremos, pero también proporciona espacio para establecer más compartimentos funcionales.

Una reconstrucción nanométrica de la corteza cerebral humana publicada en Science en 2024 reveló la extraordinaria complejidad de sus células, sinapsis y circuitos. Otro trabajo publicado en iScience un año después concluyó que la arquitectura dendrítica humana permite formar redes más complejas que las del ratón, a pesar de que las neuronas humanas están más separadas.

Los autores del nuevo estudio proponen que la abundancia de constricciones podría multiplicar los compartimentos capaces de realizar cálculos en paralelo dentro de una sola neurona humana. Algunas señales podrían procesarse localmente y, si alcanzan la intensidad necesaria, generar eventos eléctricos capaces de propagarse hasta el soma.

Esta interpretación es sugerente, pero todavía especulativa. El hallazgo no permite vincular las constricciones con la inteligencia humana ni con capacidades cognitivas específicas.

Las grandes preguntas que quedan en el aire

Los investigadores aún desconocen qué mecanismos moleculares forman estos estrechamientos. El citoesqueleto de actina y espectrina podría intervenir en su aparición, aunque tampoco se descarta la influencia de células vecinas, como los astrocitos.

Futuros estudios deberán determinar si las constricciones:

✅ Cambian durante el desarrollo del encéfalo.

✅ Se forman o desaparecen en respuesta a la actividad neuronal.

✅ Participan en el aprendizaje y la consolidación de recuerdos.

✅ Alteran el transporte de moléculas y orgánulos por las dendritas.

✅ Están modificadas en la epilepsia o en enfermedades neurodegenerativas.

✅ Aparecen también en neuronas inhibidoras y en otras especies.

La respuesta podría transformar de nuevo la imagen clásica de la neurona. El cerebro no estaría compuesto únicamente por células que reciben y suman mensajes, sino por redes de compartimentos microscópicos que seleccionan, amplifican y procesan información antes de decidir qué señales merecen llegar al centro neuronal.▪️(13-septiembre-2026)

⏱️ LO MÁS IMPORTANTE DEL ESTUDIO, EN 30 SEGUNDOS

  • Las dendritas no son cables uniformes: los investigadores han descubierto diminutos estrechamientos en estas prolongaciones receptoras de las neuronas.
  • Son estructuras nanométricas: en ratones, las constricciones miden aproximadamente entre 100 y 500 nanómetros de diámetro y también se han observado en neuronas humanas.
  • El hallazgo aparece en distintas regiones cerebrales: se identificaron en neuronas excitadoras del hipocampo y la corteza cerebral mediante cuatro técnicas avanzadas de microscopía.
  • Podrían crear compartimentos eléctricos: estos «cuellos de botella» parecen reforzar las señales en pequeños segmentos de la dendrita y atenuar su transmisión hacia el cuerpo neuronal.
  • Pueden favorecer la plasticidad neuronal: los modelos y experimentos apuntan a una mayor activación de los receptores NMDA, fundamentales para el aprendizaje y la memoria.
  • La función exacta aún debe demostrarse: la existencia anatómica de las constricciones está confirmada, pero todavía falta probar que sean la causa directa de los efectos eléctricos observados.

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