Energía y actividad neuronal: un enfoque convergente en neurociencia para repensar el cerebro

En la cultura popular se suele decir que “el cerebro es como un computador”. La comparación es atractiva, pero se queda corta en un punto importante: en un computador, el flujo de información y el suministro de energía son dos cosas claramente separadas; en el cerebro, no. Las neuronas no son cables alimentados externamente sino frágiles células, partes de un complejo sistema en el que la actividad eléctrica y la producción de energía se influyen mutuamente, en un bucle cerrado.

Esa es la idea central de un artículo publicado en Cell Metabolism liderado por el Dr. Felipe Barros, académico de la Facultad de Medicina de la Universidad San Sebastián en Valdivia y director del Centro de Estudios Científicos (CECs), en colaboración con investigadores de la Universidad de Burdeos y de la Universidad de Zúrich. El trabajo propone superar una separación histórica entre dos campos que han avanzado casi en paralelo: por un lado, el estudio de cómo las neuronas se comunican entre sí, y por otro, cómo el cerebro produce y utiliza la energía que necesita para funcionar. Los autores plantean que la energía misma forma parte del lenguaje con que las neuronas organizan y regulan su actividad.

En el cerebro, la información y la energía fluyen en escalas distintas. Las señales eléctricas de las neuronas viajan en milisegundos y pueden conectar regiones separadas por centímetros, mientras que la producción de energía está limitada por la difusión relativamente lenta de glucosa y oxígeno desde los capilares hacia pequeños vecindarios celulares de menos de un milímetro. El artículo muestra cómo esa diferencia de escalas genera un posible desajuste: las grandes redes neuronales pueden llegar a exigir más de lo que las pequeñas unidades locales de suministro energético son capaces de ofrecer.

Aunque en el cerebro sigue existiendo una cierta división del trabajo, con algunas células más enfocadas en transmitir señales y otras más dedicadas a sostenerlas y nutrirlas, esa frontera es mucho más difusa de lo que se pensaba. El estudio muestra que varias moléculas asociadas al suministro de energía (metabolitos), también funcionan como señales entre células. Por ejemplo, el lactato se une a receptores específicos en las neuronas y puede cambiar la forma en que éstas responden a los estímulos.

Algo similar ocurre con otras “moléculas energéticas”, como el ATP o los cuerpos cetónicos, que en determinadas condiciones se liberan al entorno y ayudan a ajustar el ritmo de la red y a activar mecanismos de adaptación y protección. Es decir, el cerebro interpreta sus propios niveles de energía en tiempo real: cada metabolito actúa como una señal del estado interno, un “semáforo” que indica a las redes cuándo pueden exigir más y cuándo conviene bajar el ritmo.

Hay neurocientíficos interesados en la comunicación entre neuronas y otros interesados en el bienestar de las neuronas. Tal parece que estas dos dimensiones son caras de la misma moneda”, explica el Dr. Barros.

Dr. Felipe Barros, profesor titular de la Facultad de Medicina USS sede Valdivia.

Implicancias en salud y enfermedad

Según esta perspectiva, el cerebro funciona como un sistema autorregulado: los circuitos neuronales “escuchan” la información metabólica para ajustar su actividad. Si bajan los niveles de glucosa u oxígeno, aumenta la liberación de ciertas señales, como la adenosina, y las neuronas ralentizan su trabajo, favoreciendo estados de reposo o sueño que reducen el consumo energético. En cambio, cuando hay un buen respaldo metabólico, predominan señales que refuerzan la actividad y la plasticidad.

Si este equilibrio se rompe de manera brusca o sostenida, las consecuencias pueden ser graves. Cuando la demanda de una gran red neuronal supera de forma repetida la capacidad de las unidades locales que la alimentan, se produce daño celular acumulativo y muerte de neuronas. Algo así ocurre, señalan los autores, en crisis epilépticas, privación de sueño o abuso de sustancias: situaciones en las que el cerebro funciona por encima de lo que su metabolismo local puede sostener. Estos procesos se consideran factores que contribuyen al desarrollo de enfermedades neurodegenerativas y de trastornos psiquiátricos graves.

Las implicancias son tanto conceptuales como prácticas. Los autores llaman explícitamente a una convergencia entre campos que hasta ahora han avanzado por carriles separados, promoviendo nuevas colaboraciones entre quienes estudian neurotransmisores y redes neuronales y quienes se dedican al metabolismo, la bioenergética o la microcirculación cerebral.

Enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y enfermedades psiquiátricas graves como la esquizofrenia presentan trastornos energéticos muchos años antes del diagnóstico. Comprender mejor la ‘conversación energética’ del cerebro puede ayudar a identificar vulnerabilidades tempranas y diseñar nuevas estrategias neuroprotectoras”, detalla el Dr. Barros.

Así, en lugar de imaginar un sistema activo que “piensa” y otro pasivo que lo “alimenta”, esta perspectiva invita a concebir un circuito entrelazado, que debe abordarse a través de miradas conjuntas.