La comunicación entre neuronas, la base de todo pensamiento, sentimiento y acción, ocurre principalmente en las sinapsis. En estos puntos de contacto especializados, una neurona presináptica libera mensajeros químicos, llamados neurotransmisores, que actúan sobre la neurona postsináptica. Estos neurotransmisores pueden excitar o inhibir la célula receptora, cambiando su actividad eléctrica. Uno de los eventos eléctricos fundamentales que podemos medir en la neurona postsináptica en respuesta a un impulso excitatorio es la Corriente Postsináptica Excitatoria, o EPSC.
¿Qué es una Corriente Postsináptica Excitatoria (EPSC)?
Para entender qué es una EPSC, primero debemos hablar de cómo los neurocientíficos estudian estos eventos eléctricos diminutos. Una técnica clave es el método de patch clamp. Este método permite a los investigadores 'pinzar' una pequeña porción de la membrana celular o incluso toda la célula para registrar las corrientes iónicas que la atraviesan o los cambios en su potencial eléctrico.
Dentro del método patch clamp, existen diferentes modos de registro. En el modo de "fijación de voltaje" o voltage clamp, el experimentador mantiene constante el voltaje a través de la membrana celular postsináptica. Al mantener el voltaje fijo, cualquier cambio en el flujo de iones a través de los canales iónicos abiertos por los neurotransmisores se registra directamente como una corriente eléctrica. Cuando esta corriente es el resultado de la liberación de neurotransmisores por el terminal presináptico y la apertura de receptores ionotrópicos en la célula postsináptica, se le llama "corriente postsináptica" (PSC).
En el caso de una sinapsis excitatoria, los neurotransmisores liberados (como el glutamato) se unen a receptores ionotrópicos que, al abrirse, permiten el paso de iones cargados positivamente (cationes), principalmente sodio (Na⁺) y a veces calcio (Ca²⁺), hacia el interior de la célula postsináptica. Este influjo de carga positiva tiende a despolarizar la célula (hacer su potencial de membrana más positivo). La corriente iónica resultante, medida en el modo de fijación de voltaje, es lo que definimos como una Corriente Postsináptica Excitatoria (EPSC).
EPSC vs. EPSP: La Diferencia Clave
Es crucial diferenciar la EPSC de otro evento eléctrico relacionado: el Potencial Postsináptico Excitatorio (EPSP). Ambos son respuestas de la neurona postsináptica a una entrada excitatoria, pero lo que se mide es diferente y se utiliza un modo de registro distinto del patch clamp.
Mientras que la EPSC se mide como una corriente manteniendo el voltaje constante (modo voltage clamp), el EPSP se mide como un cambio en el potencial de membrana cuando se permite que este potencial varíe libremente (modo de "fijación de corriente" o current clamp). En el modo current clamp, el experimentador inyecta una corriente constante (a menudo cero) en la célula y registra cómo cambia su voltaje de membrana. La apertura de canales iónicos excitatorios, como resultado de la unión del neurotransmisor, provoca el influjo de cationes que despolariza la membrana, generando así un EPSP.
Piénsalo de esta manera: la EPSC es la 'causa' (el flujo de carga) y el EPSP es el 'efecto' (el cambio de voltaje resultante). Medir la corriente (EPSC) en voltage clamp permite estudiar directamente la cinética y la amplitud de la conductancia sin la complicación de los cambios de voltaje de la membrana, mientras que medir el potencial (EPSP) en current clamp muestra cómo esa conductancia afecta el voltaje de la célula y su probabilidad de disparar un potencial de acción.
| Característica | EPSC (Corriente Postsináptica Excitatoria) | EPSP (Potencial Postsináptico Excitatorio) |
|---|---|---|
| Qué se mide | Corriente eléctrica (flujo de iones) | Cambio en el potencial de membrana (voltaje) |
| Modo de registro | Voltage clamp (fijación de voltaje) | Current clamp (fijación de corriente) |
| Unidades de medida | Amperios (picoamperios, pA) | Voltios (milivoltios, mV) |
| Causa subyacente | Flujo de cationes hacia el interior de la célula | Despolarización de la membrana celular |
| Efecto en la célula postsináptica | Tiende a despolarizar la célula | Despolariza la célula |
Para las sinapsis inhibitorias, los eventos correspondientes se llaman Corrientes Postsinápticas Inhibitorias (IPSCs) y Potenciales Postsinápticos Inhibitorios (IPSPs). En este caso, la unión del neurotransmisor (como el GABA en el cerebro de vertebrados) a menudo abre canales de cloruro (Cl⁻), lo que típicamente hiperpolariza o estabiliza el potencial de membrana cerca del potencial de reposo o del potencial de inversión del cloruro, haciendo que sea menos probable que la neurona dispare.
Neurotransmisores y EPSCs
El principal neurotransmisor excitatorio en el sistema nervioso central de los vertebrados es el glutamato. Su presencia es tan generalizada en las sinapsis excitatorias que a menudo se le llama 'el neurotransmisor excitatorio' por excelencia. El glutamato media la gran mayoría de las EPSCs en el cerebro y la médula espinal de los vertebrados. En algunos invertebrados, el glutamato también es el principal transmisor excitatorio en la unión neuromuscular.
En la unión neuromuscular de los vertebrados (la sinapsis entre una neurona motora y una fibra muscular), los eventos excitatorios son mediados por la acetilcolina. Los potenciales registrados en esta sinapsis se llaman potenciales de placa terminal (EPPs), que son un tipo de EPSP/EPSC, típicamente mucho más grandes que los que se ven en las sinapsis del SNC debido a la mayor cantidad de receptores y liberación de neurotransmisor.
Es importante señalar que la clasificación de un neurotransmisor como puramente excitatorio o inhibitorio es una simplificación. El efecto final de un neurotransmisor en una sinapsis postsináptica depende del tipo de receptor al que se une y del estado iónico de la célula postsináptica.
Análisis Cuantal y EPSCs Miniatura
La liberación de neurotransmisores desde la célula presináptica ocurre en paquetes discretos, o 'cuantos', cada uno correspondiente al contenido de una única vesícula sináptica. Este proceso es probabilístico. De hecho, incluso sin estimulación presináptica, una sola vesícula se libera ocasionalmente en la sinapsis, generando eventos espontáneos y pequeños. Estos eventos se conocen como Potenciales Postsinápticos Excitatorios miniatura (mEPSPs) si se registran en current clamp, o Corrientes Postsinápticas Excitatorias miniatura (mEPSCs) si se registran en voltage clamp.
Bernard Katz fue pionero en el estudio de estos mEPSPs (a menudo llamados potenciales de placa terminal miniatura en la unión neuromuscular) en 1951, revelando la naturaleza cuantal de la transmisión sináptica. El 'tamaño cuántico' se define como la respuesta sináptica a la liberación de neurotransmisor de una sola vesícula. El 'contenido cuántico' es el número de vesículas efectivas liberadas en respuesta a un impulso nervioso.
El análisis cuantal se refiere a los métodos utilizados para determinar, para una sinapsis particular, cuántos cuantos de transmisor se liberan y cuál es el efecto promedio de cada cuanto en la célula postsináptica, medido en términos de flujo iónico (carga) o cambio en el potencial de membrana.
Registros de Campo y fEPSPs
Los EPSPs y EPSCs suelen registrarse utilizando electrodos intracelulares (o parches adheridos a la célula), que miden la actividad de una sola neurona. Sin embargo, el registro de la señal extracelular de una sola neurona es extremadamente pequeño y difícil de detectar en el cerebro humano. En ciertas áreas del cerebro, como el hipocampo, las neuronas están dispuestas de tal manera que reciben entradas sinápticas en la misma área y tienen una orientación similar. Debido a esta alineación, las señales extracelulares de la excitación sináptica no se cancelan, sino que se suman, generando una señal que puede registrarse fácilmente con un electrodo de campo extracelular. Esta señal extracelular registrada de una población de neuronas se llama potencial de campo.
En estudios de plasticidad sináptica, como la potenciación a largo plazo (LTP) en el hipocampo, a menudo se muestran figuras que registran el potencial de campo postsináptico excitatorio (fEPSP, por sus siglas en inglés) en el stratum radiatum del área CA1 en respuesta a la estimulación de las fibras colaterales de Schaffer (axones excitatorios provenientes de CA3). Este es el potencial que detecta un electrodo extracelular colocado en la capa de dendritas apicales de las neuronas piramidales de CA1.
Las colaterales de Schaffer forman sinapsis excitatorias en estas dendritas, por lo que cuando se activan, hay un 'sumidero de corriente' (entrada de carga positiva a las dendritas) en el stratum radiatum, lo que genera el fEPSP. Curiosamente, la deflexión de voltaje registrada durante un fEPSP es típicamente negativa (extracelularmente), mientras que un EPSP registrado intracelularmente es positivo. Esta diferencia se debe a la dirección relativa del flujo iónico (principalmente sodio) hacia el interior de la célula: en el caso del fEPSP, la carga positiva se aleja del electrodo extracelular, mientras que para un EPSP intracelular, la carga positiva se mueve hacia el interior de la célula y hacia el electrodo intracelular.
Después de un fEPSP, el electrodo extracelular puede registrar otro cambio en el potencial eléctrico llamado 'descarga de población' (population spike), que corresponde a la población de células disparando potenciales de acción. En otras regiones cerebrales, el fEPSP puede ser más complejo y difícil de interpretar debido a la menor organización neuronal y la posible liberación de múltiples neurotransmisores.
La Interacción EPSC-IPSC: Un Equilibrio Crucial
En muchas sinapsis, la activación de una neurona presináptica no solo provoca una respuesta excitatoria directa en la neurona postsináptica, sino que también puede activar interneuronas locales que, a su vez, ejercen una influencia inhibitoria. Esto resulta en una respuesta postsináptica 'mixta' que contiene tanto una componente excitatoria (EPSC) como una inhibitoria (IPSC).
Estudios utilizando registros de patch clamp simultáneos en pares de neuronas, por ejemplo, en las células piramidales del área CA3 del hipocampo, han revelado que la fuerza de las conexiones sinápticas no es uniforme ni siempre está equilibrada entre excitación e inhibición. La estimulación de neuronas presinápticas puede elicitar combinaciones distintas de amplitudes de EPSC-IPSC en las neuronas postsinápticas.
Se ha observado, por ejemplo, que las secuencias EPSC-IPSC con EPSCs pequeñas a menudo presentan IPSCs grandes, mientras que las secuencias con EPSCs grandes tienen IPSCs pequeñas. Además de las diferencias en amplitud, la cinética (velocidad de inicio y decaimiento) de las EPSCs también puede variar, creando dinámicas temporales distintas entre excitación e inhibición. Las EPSCs más débiles tienden a tener cinéticas significativamente más lentas.
Variabilidad, Cinética y Oclusión
La observación de que las EPSCs débiles tienen una cinética más lenta y están acompañadas por IPSCs más grandes sugiere un mecanismo para modular la selectividad de entrada neuronal. Una EPSC con cinética lenta será 'ocluida' o contrarrestada de manera más eficiente por una IPSC que se activa poco después. Esto limita la capacidad de la EPSC lenta y débil para despolarizar la membrana postsináptica y contribuir al disparo de un potencial de acción.
En contraste, una EPSC fuerte con cinética rápida puede despolarizar la membrana postsináptica significativamente antes de que la inhibición (la IPSC) tenga tiempo de desarrollarse completamente y contrarrestar el efecto excitatorio. Esto crea una 'ventana de integración' más amplia, un período durante el cual la excitación es dominante y puede llevar al disparo neuronal.
La relación entre las conductancias excitatoria (gEPSC) e inhibitoria (gIPSC) también es informativa. Se ha encontrado que las entradas sinápticas 'fuertes' tienen una mayor proporción de conductancia excitatoria respecto a la inhibitoria (gEPSC: gIPSC) en comparación con las entradas 'débiles'. Esta desproporción contribuye a que las entradas fuertes sean más efectivas para excitar la célula.
Para estudiar la EPSC en aislamiento de la IPSC, se puede registrar la corriente postsináptica en un voltaje de membrana específico conocido como el potencial de inversión de la IPSC (Erev IPSC). A este voltaje, la corriente iónica a través de los canales de la IPSC es cero, permitiendo medir la EPSC 'pura'. Luego, esta EPSC pura puede escalarse al voltaje de membrana original para tener en cuenta las diferencias en la fuerza impulsora iónica.
La heterogeneidad en las combinaciones de EPSC-IPSC y sus dinámicas temporales sugiere que las células piramidales del hipocampo, y probablemente otras neuronas en el cerebro, utilizan este desequilibrio entre excitación e inhibición como un filtro. Este filtro podría mejorar la selectividad hacia conexiones excitatorias preferenciales, permitiendo que la red neuronal enfoque el procesamiento en diferentes tipos de información o patrones de entrada.
Preguntas Frecuentes sobre EPSC
¿Qué significa EPSC?
EPSC significa Corriente Postsináptica Excitatoria (Excitatory Postsynaptic Current).
¿Cuál es la causa principal de una EPSC?
Una EPSC es causada por la unión de neurotransmisores excitatorios, como el glutamato, a receptores ionotrópicos en la membrana de la neurona postsináptica. Esto provoca la apertura de canales iónicos que permiten el influjo de iones positivos (cationes), generando una corriente eléctrica.
¿Cómo se mide una EPSC?
Las EPSCs se miden típicamente utilizando la técnica de patch clamp en el modo de fijación de voltaje (voltage clamp). En este modo, el potencial de membrana se mantiene constante y se registra la corriente iónica que atraviesa la membrana.
¿Cuál es la diferencia entre EPSC y EPSP?
La diferencia principal radica en lo que se mide y el modo de registro. La EPSC es una corriente medida en modo voltage clamp, mientras que el EPSP es un cambio de potencial de membrana medido en modo current clamp. La EPSC es el flujo de carga, y el EPSP es el cambio de voltaje resultante de ese flujo.
¿Qué son las EPSCs miniatura?
Las EPSCs miniatura (mEPSCs) son pequeñas corrientes postsinápticas excitatorias que ocurren espontáneamente en la neurona postsináptica, incluso sin un potencial de acción presináptico. Representan la liberación de un único paquete (cuanto) de neurotransmisor desde una sola vesícula sináptica.
¿Qué es un fEPSP?
Un fEPSP (potencial de campo postsináptico excitatorio) es una señal eléctrica registrada extracelularmente que representa la suma de los EPSPs sincrónicos de una población de neuronas en un área específica del cerebro, como el hipocampo. Es una medida de la actividad sináptica excitatoria de una población neuronal.
¿Cómo interactúan las EPSCs y las IPSCs?
En muchas sinapsis, las respuestas excitatorias (EPSC) y inhibitorias (IPSC) pueden ocurrir juntas, a menudo con la inhibición siguiendo rápidamente a la excitación. La interacción entre la amplitud y la cinética de las EPSCs e IPSCs determina la respuesta eléctrica neta de la neurona postsináptica y puede actuar como un filtro para la información que procesa la neurona.
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