Entre los numerosos enfoques con los que se estudia el sistema nervioso (como son por ejemplo la neurofisiología, la neuroquímica, o la neuropatología), la neuroanatomía ha resultado ser uno de los pilares básicos para comenzar a entender cómo funciona dicho sistema. La neuroanatomía no sólo estudia la estructura de los diferentes centros nerviosos, sino también el tipo de conexiones que se establecen entre unos centros y otros, es decir cómo se comunican unas regiones del sistema nervioso con otras.
Para establecer los circuitos neuronales es necesario conocer el origen, la naturaleza química y el tipo y disposición de los contactos sinápticos que llegan a una determinada neurona o grupo de neuronas. Igualmente, es importante conocer la morfología, la naturaleza química y las salidas sinápticas de las neuronas que reciben las conexiones desde el centro de origen. Así, para conocer los circuitos de un área particular del cerebro (por ejemplo la neocorteza o el hipocampo) es necesario combinar diferentes aproximaciones metodológicas en un mismo animal de experimentación.
Las primeras descripciones detalladas de las conexiones cerebrales datan de principios de siglo (mucho antes de que se conociera la actividad de las neuronas individuales), y se deben a los trabajos del considerado padre de las modernas ciencias del cerebro, Santiago Ramón y Cajal (Histología del Sistema Nervioso del Hombre y los Vertebrados, 1911), que con técnicas de impregnación argéntica describió las principales vías de comunicación entre las distintas regiones cerebrales. Aportó numerosas pruebas para demostrar que las interconexiones increíblemente complejas entre las neuronas no se hacían al azar, sino que eran muy específicas y estaban altamente estructuradas. Cajal identificó y clasificó en cada caso las diferentes neuronas, demostrando en ocasiones, hasta donde sus métodos le permitían, de qué modo se hallaban interconectadas las mismas.
Ya en los años cincuenta, uno de los métodos que se emplearon más a fondo para cartografiar las conexiones entre las distintas estructuras nerviosas fue el método de la degeneración. Esta técnica se basa en que los axones degenerados poseen diferente afinidad tintorial que los axones intactos. Así, si se destruye un grupo de neuronas por medios mecánicos, eléctricos, o por el calor, el tracto nervioso que procede de ellas degenera (el proceso se denomina cromatolisis), y antes de desaparecer por completo, puede ser teñido de manera diferente respecto a sus vecinos normales. La presencia de axones teñidos selectivamente en otra región significa que esta segunda región recibe fibras nerviosas de la parte destruida. Este método ha posibilitado la obtención de una mapa relativamente detallado de las principales vías de conexión en el cerebro, pero la escasa de sensibilidad del método y los problemas de interpretación de los datos son los principales obstáculos a esta técnica.
En los últimos veinte años se han desarrollado una serie de nuevas técnicas encaminadas a descifrar con más detalle los circuitos neuronales y que han aportado avances significativos. Entre estas técnicas se pueden mencionar (ver esquema):

Dibujo esquemático en vista sagital del cerebro de rata. Se representan varios experimentos (de izquierda a derecha): 1. Inyección de leucina tritiada en el cerebelo (CER), se marcan neuronas tanto dentro del cerebelo como fuera. 2. Inyección de HRP en una región de la neocorteza (NEOC). Se detectan células en la propia corteza y en el tálamo dorsal (T. DOR). 3. Inyección combinada de PHA-L en el globo pálido (GP) y de Biocitina en el estriado (EST). Con este experimento se demuestra que existen abundantes axones de ambas regiones que se solapan en la substancia nigra (SN).

1. Transporte de aminoácidos marcados: Esta técnica de trazado está basada en las propiedades fisiológicas de las neuronas más que en los cambios que siguen a una lesión experimental. La idea básica en la que se fundamenta esta técnica es la de inyectar en una región determinada del cerebro una sustancia radiactiva (aminoácidos como la leucina o la prolina marcados con tritio). En dicha región, los cuerpos celulares la toman y la transportan a lo largo de los axones. Este transporte puede ser seguido en el tiempo al registrarse la radiación en una emulsión fotográfica. De este modo se puede determinar con cierta precisión la vía que siguen los axones procedentes de las neuronas situadas en los lugares de inyección.
2. Trazado con marcadores retrógrados y anterógrados: La idea básica es la misma que en el caso anterior, pero tienen la ventaja de no utilizar sustancias radiactivas.
2.1 Marcaje con sustancias transportadas retrógradamente: El neuropatólogo sueco Krister Kristenson descubrió que la enzima peroxidasa de rábano (en inglés HRP) era transportada retrógradamente por los axones. La técnica comienza con la inyección de HRP en una determinada región del sistema nervioso. La HRP es tomada principalmente por los terminales axónicos y es conducida retrógradamente hacia los somas. Transcurrido un determinado tiempo (que se determina experimentalmente dependiendo del animal y de las condiciones de inyección), el tejido se procesa aprovechando la actividad enzimática de la peroxidasa: si se le añade un substrato (peróxido de hidrógeno) al enzima, junto con un cromógeno soluble (diaminobenzidina o tetrametilbenzidina), se da una reacción de óxido-reducción donde el peróxido de hidrógeno es reducido, y el oxígeno liberado se combina con el cromógeno resultando un pigmento visible tanto a microscopía óptica como electrónica. Con esta reacción histoquímica relativamente simple, los cuerpos neuronales marcados con HRP revelan hacia dónde mandan sus axones. Actualmente existe toda una familia de trazadores retrógrados basados en la HRP.
2.2 Marcaje con sustancias transportadas anterógradamente: Se suele utilizar una lectina, obtenida de la judía, denominada Phaseolus vulgaris-leucoaglutinina o PHA-L o la biocitina (una lisina biotinizada). Estas sustancias son inyectadas y son tomadas principalmente por el cuerpo celular y las dendritas. Tras un tiempo de supervivencia adecuado, se detecta la presencia de PHA-L mediante anticuerpos que la reconocen. Este procedimiento revela detalles morfológicos, estudiables a microscopía óptica y electrónica, de las proyecciones axonales que no podían ser visualizados con otros métodos de marcaje.
3. Mapeo de circuitos con virus herpes a: Los aspectos más destacables de esta técnica se basan en la capacidad de estos virus para pasar transneuronalmente y replicarse en poblaciones de neuronas conectadas sinápticamente. El virus es transportado a través de vías multisinápticas y la concentración intracelular de virus aumenta progresivamente con el tiempo. Su distribución por el tejido nervioso se pone de manifiesto utilizando anticuerpos que reconocen a los virus. Aunque las condiciones experimentales de esta técnica requieren muchas precauciones, una de las ventajas de utilizar virus herpes para identificar circuitos neuronales se basa en la asunción de que estos virus se replican dentro de las uniones sinápticas entre neuronas, y que la infección es consecuencia del paso transináptico del virus más que de la liberación lítica (por rotura de la membrana plasmática neuronal) de virus al espacio extracelular.
Cada una de estas técnicas ha revelado mapas topográficos ordenados de la finísima precisión que alcanza el conexionado cerebral. Si la información que se obtiene de cada una de ellas por sí sola acerca de los elementos neuronales es valiosa, la combinación de los marcajes retrógrados y anterógrados en un mismo experimento, y la utilización del marcaje axonal junto a la caracterización química (neurotransmisores, neuromoduladores) de determinadas poblaciones neuronales, está proporcionando una información muy importante a los neurobiólogos.
El conocimiento de los circuitos neuronales ha permitido, además, hacer estudios evolutivos comparando determinadas vías de conexión entre los distintos vertebrados amniotas (reptiles, aves y mamíferos), y que han llevado a la creación de nuevas hipótesis sobre cómo eran las conexiones en los vertebrados ancestrales a dichos amniotas actuales [Buttler, A.B. Brain Res. Rev., 19, 66 (1994)].
Es cierto que hasta ahora sólo existe un esbozo tosco de la estructura y funcionamiento del sistema nervioso, y más en concreto del cerebro. Por ejemplo, se desconocen en gran medida las conexiones entre determinadas regiones de la corteza cerebral y los grandes centros subcorticales, pero si se tiende a agrupar toda la información procedente de los distintos campos de la neurobiología, en un futuro, quizás lejano, se comenzará a desvelar la imagen real del funcionamiento del cerebro.

Jesús Padial Azuaga es doctorando en Neurobiología.