Los axones del cerebro son collares de perlas, no tubos lisos

Durante más de un siglo los libros de texto han dibujado los axones, los cables que conectan unas neuronas con otras, como tubos lisos y uniformes. Un equipo de la Universidad Johns Hopkins, con Shigeki Watanabe al frente, ha publicado en Nature Neuroscience que esa estructura está mal: en los axones sin mielina del ratón, esos cables están hechos de pequeñas perlas de unos 200 nanómetros unidas por tramos mucho más finos, de unos 60 nm. Y esas perlas no son decoración: cambian de tamaño cuando la neurona se activa, y eso modifica la velocidad a la que viaja el impulso eléctrico.

El hallazgo obliga a repensar una estructura básica del cableado cerebral y abre una pregunta nueva: si la forma del axón depende de la física de la membrana y de su colesterol, cualquier cosa que altere esa física (envejecimiento, fármacos, enfermedades) podría estar tocando algo que ni siquiera sabíamos que existía. Para situar estos cables en el mapa general del cerebro, el último atlas de sustancia blanca ordena 52 tractos según las funciones que conectan.

Por qué este dibujo cambia lo que creíamos saber¶

Los axones son las prolongaciones que llevan la señal eléctrica desde el cuerpo de una neurona hasta la siguiente célula. La imagen clásica, repetida en manuales y en pósters de laboratorio, es la de un cilindro fino y liso, interrumpido solo por abultamientos grandes: las sinapsis, donde se liberan los neurotransmisores.

El equipo de Johns Hopkins usó una técnica llamada criofijación de alta presión, que congela las muestras tan rápido que la célula no tiene tiempo de deformarse. Después las observaron con microscopía electrónica. En decenas de miles de imágenes tomadas de neuronas de ratón crecidas en laboratorio, de ratones adultos y de embriones, apareció el mismo patrón: el axón no era un tubo, sino una sucesión de pequeños abultamientos repetidos, como un collar de perlas.

«Estos hallazgos desafían un siglo de conocimiento sobre la estructura del axón», resumió Watanabe en la nota de prensa de la universidad.

Cómo se ve un axón con perlas de verdad¶

Las medidas que publica el artículo son concretas:

No es un detalle al microscopio. Es un patrón geométrico que se repite a lo largo de todo el axón, lo bastante regular como para que un modelo físico pueda predecirlo.

Las perlas descritas aquí no son sinapsis. El equipo las llamó varicosidades no sinápticas: abultamientos que no contienen los mensajeros químicos que usa la neurona para hablar con otra. También se han visto engrosamientos en axones dañados, por ejemplo en párkinson o en células que están muriendo, pero esos son mucho más grandes y aparecen junto a señales de lesión. Las perlas de este estudio están ahí en condiciones normales.

Qué determina esa forma: la física de la membrana¶

La hipótesis inicial era que el patrón dependía de un esqueleto interno de proteínas, el citoesqueleto, que sostiene al axón desde dentro. El equipo lo desmontó: al alterar ese andamio, las perlas seguían ahí.

Entonces miraron hacia fuera, hacia la membrana que envuelve al axón. Construyeron un modelo matemático basado solo en las propiedades mecánicas de esa membrana (tensión, rigidez, curvatura) y el modelo reproducía el patrón. Tres experimentos lo confirmaron:

• Si se sube la concentración de azúcar en el medio (solución hipertónica), las perlas se hacen más pequeñas.
• Si se altera la tensión de la membrana en el modelo, las perlas también cambian de tamaño.
• Si se elimina colesterol de la membrana (se la hace más blanda), las perlas se modifican y la velocidad del impulso eléctrico cae.
• Si se inhibe la miosina II no muscular, una proteína que tensa la membrana, el patrón de perlas también cambia.

«Un espacio más ancho dentro del axón permite que los iones pasen más rápido y evita atascos», explicó Watanabe. La conclusión es directa: la forma del axón emerge de la física de la membrana, no de un molde interno que la célula mantenga desde dentro.

Las perlas cambian cuando la neurona trabaja¶

Lo más llamativo del estudio es que las perlas no son fijas. Cuando los investigadores estimularon las neuronas con descargas eléctricas a alta frecuencia, las perlas se hicieron de media un 8 % más largas y un 17 % más anchas, y el efecto duró al menos 30 minutos. En paralelo, la velocidad a la que el impulso viajaba por el axón bajó, y el frenazo se mantuvo más de una hora.

Si antes de estimular se quitaba colesterol, los cambios estructurales seguían apareciendo, pero las perlas eran más pequeñas y la caída de velocidad no era tan clara. Es decir: la membrana no solo define la forma, también amortigua cuánto puede deformarse cuando la neurona trabaja mucho.

Esa plasticidad abre una vía de investigación nueva. Los axones sin mielina, los que están «desnudos», sin la vaina grasa que acelera la conducción, son mayoría en ciertas regiones del cerebro, como la corteza. Si su geometría cambia con la actividad, quizá participaban en cómo el cerebro regula su propia velocidad de procesamiento, algo que hasta ahora se atribuía casi en exclusiva a la mielina.

Qué cambia y qué no en lo que sabíamos¶

Conviene separar tres cosas que a menudo se mezclan cuando una noticia de este tipo se viraliza:

1. Lo que cambia: la imagen del axón como tubo pasivo. Ahora sabemos que su forma depende de la física de la membrana, cambia con la actividad y puede modular la velocidad de conducción. Esto obligará a revisar modelos y simulaciones de cableado neuronal.
2. Lo que no cambia: las grandes enfermedades neurológicas siguen teniendo sus mecanismos conocidos (proteínas mal plegadas, inflamación, pérdida de mielina). Las perlas nanométricas de este estudio no son una pista clínica nueva sobre alzhéimer o párkinson; los abultamientos visibles en esas enfermedades son otro fenómeno.
3. Lo que aún no se sabe: qué ocurre en axones mielinizados humanos, cuánto dura el efecto en tejido vivo y si esa plasticidad se puede modular con fármacos que ya existen.

«Entender la estructura de los axones es importante para entender la señalización cerebral», recordó Watanabe. Los axones son los cables que conectan el tejido cerebral y permiten aprender, recordar y movernos. Ahora sabemos que su forma no es estática: depende de la física de la membrana y de la actividad de la neurona.

Lo que aún no sabemos de la estructura de los axones sin mielina¶

Quedan al menos tres preguntas abiertas:

• ¿Cuánto se deforman las perlas en cerebros vivos? El estudio midió el cambio en cultivos y en rodajas de cerebro de ratón; medirlo en una persona sin abrirle la cabeza no es trivial.
• ¿Por qué la velocidad del impulso baja cuando las perlas crecen? La hipótesis es que los tramos finos entre perlas se estrechan y ofrecen más resistencia, pero el modelo aún no lo cierra del todo.
• ¿Se puede intervenir? Si el colesterol de la membrana regula la forma, ¿cambiar la dieta o dar un fármaco que module el colesterol local modificaría la señalización? Hoy es especulación.

Mientras tanto, los libros de texto de neurociencia tienen un pie de página pendiente de reescribir.

Fuentes¶

• Watanabe S, Griswold J y colaboradores. Membrane mechanics dictate axonal pearls-on-a-string morphology and function. Nature Neuroscience, 2025. DOI: 10.1038/s41593-024-01813-1. PubMed: 39623218.
• Johns Hopkins Medicine. Textbooks may have misdrawn this basic brain structure for 100 years. Nota de prensa, diciembre de 2024.