Descubren cómo actúa el "interruptor" molecular que "enciende" tu cerebro cada vez que aprendes, piensas o recuerdas algo importante
Un equipo de científicos ha logrado capturar el momento exacto en que una señal química activa los canales del cerebro responsables del pensamiento y la memoria. Este avance podría transformar la comprensión de enfermedades como la epilepsia y los trastornos del aprendizaje.
Fuente: ChatGPT / E. F.
Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
Creado: 8.04.2025
Aprender algo nuevo, tomar una decisión o recordar dónde dejaste las llaves: todo eso empieza con una "chispa" en el cerebro. No es una metáfora, sino un proceso físico real, activado por moléculas diminutas que se abren paso entre neuronas para generar pensamientos. Este tipo de procesos ocurre millones de veces al día sin que te des cuenta. Pero ¿cómo sucede exactamente? Un equipo de científicos ha conseguido observarlo con un nivel de detalle sin precedentes, congelando en el tiempo el preciso momento en que se activa este “interruptor” molecular.
El descubrimiento ha sido posible gracias a una técnica sofisticada llamada criomicroscopía electrónica (cryo-EM), que permitió ver cómo una molécula llamada glutamato interactúa con los receptores de las neuronas y abre canales que permiten el flujo de señales eléctricas. El estudio, publicado en la revista Nature, ha sido liderado por Edward Twomey, de la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, junto a investigadores de UTHealth Houston. Más allá de su valor básico, este hallazgo puede ser clave para entender y tratar enfermedades como la epilepsia o ciertos trastornos cognitivos.
La puerta de entrada de los pensamientos
En nuestro cerebro, las neuronas se comunican a través de sustancias químicas llamadas neurotransmisores, como la serotonina. Uno de los más importantes es el glutamato, que actúa como un mensajero clave. Cuando una neurona libera glutamato, este se une a unos receptores en la siguiente neurona llamados receptores AMPA, activando un canal por el que fluyen cargas eléctricas. Esta corriente es lo que permite que el pensamiento o la acción continúe su camino.
Aunque se sabía que esto sucedía, lo que no se conocía con precisión era cómo se producía el momento exacto en que el canal se abría. En este estudio, los investigadores consiguieron visualizar el receptor AMPA “en acción”, observando cómo el glutamato se encaja como una llave en una cerradura, provocando un cambio en la forma del receptor que finalmente abre el canal iónico. “El glutamato actúa como una llave que desbloquea la puerta del canal”, describen los autores en el estudio.
Para capturar este proceso, los científicos primero calentaron los receptores AMPA a temperatura corporal —algo poco habitual en este tipo de experimentos— y luego los congelaron rápidamente justo después de exponerlos al glutamato. Así lograron una “fotografía molecular” del instante crítico.
Recreación digital de un receptor AMPA incrustado en la membrana de una célula, captando una molécula señalizadora. Esta ilustración no representa una imagen real, sino una visualización artística basada en datos científicos. Fuente: ChatGPT / E. F.
Una técnica que congela el tiempo
La herramienta principal de este avance ha sido la criomicroscopía electrónica, una técnica que permite ver estructuras moleculares con resolución atómica. En este caso, los investigadores tomaron más de un millón de imágenes para reconstruir en 3D los diferentes estados del receptor AMPA durante el proceso de activación.
Este tipo de microscopía funciona congelando las moléculas casi al instante, lo que evita que se degraden o cambien su forma mientras se estudian. Al hacerlo justo después de activar el receptor con glutamato, pudieron capturar varios “fotogramas” del proceso como si se tratara de una película a cámara lenta.
Una de las observaciones más llamativas fue la forma en que el receptor AMPA, que tiene una especie de estructura en forma de concha, se cierra sobre el glutamato y, con ese movimiento, “tira” de la parte inferior del canal para abrirlo. Es un mecanismo muy preciso y coordinado, que depende de una estructura extremadamente pequeña y compleja.
Estructura de la molécula de glutamato. Fuente: WikipediaDel laboratorio al tratamiento de enfermedades
Este descubrimiento no solo es relevante para entender el funcionamiento básico del cerebro, sino que abre la puerta al desarrollo de nuevos fármacos. Uno de los autores, Edward Twomey, ya había estudiado cómo actúan medicamentos como el perampanel, un fármaco usado en el tratamiento de la epilepsia. Este compuesto funciona como un tope que impide que el canal del receptor AMPA se abra en exceso.
Gracias a esta nueva comprensión del mecanismo de apertura, será posible diseñar drogas más precisas, que modulen la actividad de estos receptores de forma más controlada. Podrían bloquearlos si hay demasiada excitación —como ocurre en ataques epilépticos— o estimularlos si la señal química es débil, como puede suceder en algunos trastornos del aprendizaje o enfermedades neurodegenerativas.
“Con cada nuevo hallazgo, estamos descubriendo los bloques de construcción que permiten que nuestro cerebro funcione”, afirma Twomey, según se recoge en la publicación oficial de Johns Hopkins.
Un hallazgo que ayuda a comprender cómo pensamos
Más allá de su utilidad clínica, este tipo de estudios son fundamentales para entender la base molecular del pensamiento y la memoria. Cada vez que aprendemos algo nuevo, nuestro cerebro cambia: se refuerzan ciertas conexiones entre neuronas, se crean nuevas rutas de comunicación y se reorganiza la actividad cerebral. Todo esto comienza con eventos como el que se ha visualizado en este estudio.
Los receptores AMPA están presentes en casi todas las neuronas del cerebro. Su activación es fundamental para la llamada plasticidad sináptica, el proceso que permite a las neuronas adaptarse, fortalecerse o debilitarse en función del uso. Es la base de la memoria a largo plazo, del aprendizaje y de la flexibilidad mental.
Saber cómo se produce exactamente esta activación nos permite no solo diseñar mejores tratamientos, sino también entender cómo surgen procesos tan complejos como el razonamiento, la atención o la creatividad. Como señalan los autores del paper, entender el mecanismo de apertura del canal “proporciona una base estructural para interpretar cómo distintos compuestos pueden modular su función”.
Imágenes obtenidas con criomicroscopía electrónica que muestran cómo cambia la estructura de los receptores AMPA del cerebro al ser activados por glutamato a distintas temperaturas. Esta es una representación científica real y altamente detallada del proceso molecular. Fuente: Nature________________
Referencias
Anish Kumar Mondal, Elisa Carrillo, Vasanthi Jayaraman y Edward C. Twomey. Glutamate gating of AMPA-subtype iGluRs at physiological temperatures. Nature, 26 marzo 2025. DOI: 10.1038/s41586-025-08770-0.
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