Introducción a neurociencia: saber imprescindible para las Neural Networks (2)

La semana pasada, en el artículo Introducción a neurociencia: saber imprescindible para las Neural Networks (1), se había concluido con la generación de un spike. Este spike avanza hasta alcanzar el final del axón (o cuerpo de la neurona). ¿Y entonces? Es en ese momento cuando se entra en la sinapsis.

Sinapsis

La sinapsis es el punto de unión entre dos neuronas y puede ser de varios tipos:

Sinapsis eléctrica

En una sinapsis eléctica entre una neurona A y otra neurona B, cuando se produce actividad en la neurona A, esta se propaga a la neurona B. Lo que es lo mismo, cuando se produce un spike en la neurona A, tiene lugar un cambio en el voltaje de la neurona B. Esto se consigue a través de las uniones gap (gap junctions) que son, en esencia, canales iónicos:

Introducción a neurociencia, saber imprescindible para las Neural Networks 2

Un canal iónico es un tipo de proteína que se incrusta en la membrana de una célula permitiendo el paso de iones específicos a través de dicha membrana celular.

Como se aprecia en la ilustración, la peculiaridad de estos canales iónicos, que componen las uniones gap, es que se extienden a través de las membranas de ambas neuronas. De este modo, si se produce una excitación en la neurona A, motivada por un spike y la concentración de iones sodio (Na+) es mayor en la neurona A que en la neurona B, los canales iónicos facilitan la migración de ese tipo de iones hacía la neurona B. De esta forma, como resultado de cierta actividad en la neurona A, se produce un cambio en el potencial de la neurona B.

La sinapsis eléctrica es especialmente relevante en aquellos casos en los que se requiere la sincronización de un grupo de neuronas de manera que todas ellas se activen a la vez. Esto es un común, por ejemplo, en los actos reflejos de huida.

Sinapsis química

Introducción a neurociencia, saber imprescindible para las Neural Networks 2

En este tipo de sinapsis, todo empieza de la misma manera que en el anterior: con un spike que se genera en la neurona A y que se desplaza a lo largo de su axón… Pero, en esta ocasión, al final del camino existen unas bolsitas o vesículas que contienen moléculas neurotransmisoras. Debido al potencial generado en la neurona A, esas vesículas se fusionarán con la membrana celular. Así, liberarán los neurotransmisores que, a su vez, se depositarán en el pequeño hueco de la unión gap conocido como synaptic cleft (o hendidura sináptica)

Una vez liberados los neurotransmisores, estos se fusionan con los receptores de la neurona B (estos receptores son en realidad, canales iónicos) que controlarán la entrada y salida de los diferentes tipos de iones en función de la concentración de los mismos dentro y fuera de la neurona.

En la sinapsis química, todo comienza realmente con una actividad eléctrica (la que ocurre en la neurona A). Esta desencadena una actividad química (las moléculas neurotransmisoras liberadas de las vesículas en la neurona A, que se unirán con los receptores de la neurona B) que a su vez dé pie a otra actividad eléctrica motivada por la entrada de iones en la neurona B a través de los receptores.

Parece demasiado lío teniendo en cuenta que ya existe un tipo de sinapsis como es la sinapsis eléctrica. Entonces…¿por qué tomarse la molestia con la sinapsis química? Este tipo de sinapsis da un punto de flexibilidad adicional. Esto es porque permite cambiar cómo la neurona B es afectada por la neurona A, en función del número de canales iónicos que existan en la neurona B. Se cree que este tipo de sinapsis es la base del aprendizaje y de la memoria.

Todo esto nos lleva a una reflexión…

Con estos proceso tan intrincados…¿tiene sentido pensar todavía que las redes neuronales tratan de reflejar el comportamiento del cerebro? Pronto lo sabremos.

En el próximo artículo continuaremos con la sinapsis y la doctrina sináptica.


Alejandro Arranz. Data Engineer en datahack

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