La capacidad de aprender algo nuevo, tomar decisiones o incluso recordar dónde dejaste las llaves comienza con una "chispa" en nuestro cerebro. Este fenómeno no es solo una metáfora poética, sino un proceso físico genuino activado por diminutas moléculas que trabajan en conjunto para generar pensamientos. Millones de estos procesos suceden a lo largo del día sin que tú lo sepas. Pero, ¿cómo ocurre realmente? Un reciente equipo de investigadores ha logrado observar este proceso con una precisión asombrosa, congelando en el tiempo el instante en que se activa este "interruptor" molecular.

Este increíble descubrimiento ha sido hecho posible gracias a una técnica innovadora conocida como criomicroscopía electrónica (cryo-EM). Los científicos pudieron observar cómo una molécula llamada glutamato interactúa con los receptores neuronales para abrir canales que permiten el flujo de señales eléctricas. El estudio, que ha visto la luz en la prestigiosa revista Nature, ha sido liderado por Edward Twomey, de la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, junto con investigadores de UTHealth Houston. Este hallazgo podría ser vital no solo para comprender mejor el proceso de la memoria y el aprendizaje, sino también para desarrollar tratamientos para enfermedades como la epilepsia y otros trastornos cognitivos.

El mecanismo de entrada de los pensamientos

En el cerebro humano, las neuronas se comunican entre sí a través de sustancias químicas conocidas como neurotransmisores, siendo el glutamato uno de los más importantes. Al liberar glutamato, una neurona se une a los receptores de la siguiente neurona, denominados receptores AMPA, lo que desencadena la apertura de un canal que permite la circulación de cargas eléctricas. Esta actividad es fundamental para que los pensamientos y acciones fluyan adecuadamente.

Aunque se conocía que este proceso ocurría, el misterio residía en cómo se producía el instante exacto en que el canal se abría. En este estudio, los investigadores pudieron visualizar el receptor AMPA “en acción”, viendo cómo el glutamato encajaba en él, como si fuera una llave, provocando una transformación en la forma del receptor que finalmente daba paso a la apertura del canal iónico. "El glutamato actúa como una llave que desbloquea la puerta del canal", explican los autores del estudio.

Una técnica que atrapa el tiempo

El avance de este descubrimiento ha venido de la mano de la criomicroscopía electrónica, una herramienta que permite observar estructuras moleculares con una resolución atómica impresionante. Para este estudio, se tomaron más de un millón de imágenes, reconstruyendo en 3D las diferentes etapas del receptor AMPA durante su activación.

Este método congela las moléculas en un abrir y cerrar de ojos, evitando que se degraden o alteren mientras se examinan. Al hacerlo justo después de la activación del receptor con glutamato, los científicos pudieron capturar una serie de “fotogramas” del proceso como en una película en cámara lenta.

Una de las observaciones más sorprendentes fue la manera en que el receptor AMPA, que tiene una estructura parecida a una concha, se cerraba sobre el glutamato y, al moverse, "tiraba" de la parte inferior del canal para abrirlo. Este mecanismo es extremadamente preciso y requiere una coordinación exquisita de estructuras moleculares minúsculas.

De laboratorio a tratamientos médicos

Este descubrimiento no solo amplía nuestro conocimiento sobre el funcionamiento básico del cerebro, sino que también sienta las bases para el desarrollo de nuevos fármacos. Edward Twomey, uno de los autores, ha estudiado cómo actúan medicamentos como el perampanel, indicado para tratar la epilepsia. Este fármaco actúa como un mecanismo de bloqueo que previene la apertura excesiva del canal AMPA.

Con esta nueva comprensión del proceso de apertura, se tendrán la capacidad de diseñar fármacos más específicos que modulenen la actividad de estos receptores de manera más precisa. Esto significaría la posibilidad de bloquearlos en situaciones de exceso de excitación, como durante las crisis epilépticas, o de estimularlos cuando la señal química es insuficiente, lo que ocurre en ciertos trastornos del aprendizaje y enfermedades neurodegenerativas.

"Cada nuevo hallazgo nos proporciona los bloques de construcción que permiten el correcto funcionamiento de nuestro cerebro", comparte Twomey en la publicación oficial de Johns Hopkins.

Un hallazgo que transforma nuestra comprensión del pensamiento

Más allá de sus implicaciones clínicas, estos estudios son fundamentales para desentrañar la base molecular del pensamiento y la memoria. Cada vez que aprendemos algo nuevo, nuestro cerebro se transforma: se fortalecen conexiones entre neuronas, se crean nuevas rutas de comunicación y cambia la actividad cerebral. Todo esto comienza con eventos microscópicos que han sido visualizados en este estudio.

Los receptores AMPA están presentes en casi todas las neuronas del cerebro. Su activación es crucial para la plasticidad sináptica, el proceso que permite a las neuronas adaptarse y modificar su fuerza en función del uso. Es el pilar fundamental sobre el que se basa la memoria a largo plazo, el aprendizaje y la flexibilidad mental. Este hallazgo no solo enriquecerá nuestra comprensión de las neurociencias, sino que también promete revolucionar tratamientos para diversas condiciones neurológicas.