Rapidez nerviosa por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

Desde el tiempo de Galeno (129 d.C.) se venía estudiando la cuestión de cómo trabajan los nervios. Nombres como Descartes y Borelli sugirieron que el espíritu animal era un fluido real que se comportaba como otros fluidos. Siguieron otros físicos que estudiaron la cuestión con detalle. Galvani, basándose en los estudios de la recientemente creada nueva disciplina, la Química y las propuestas de Volta, sugirió la importancia de la estructura de los nervios con una envoltura aislante y un conductor en su interior, que conciliaba los experimentos efectuados hasta ese momento.   Helmholtz en 1850 midió la velocidad a la que se transmitía el estímulo por el nervio ciático de una rana, hasta contraer el músculo del muslo, concluyendo que, aproximadamente, la velocidad de propagación era de unos 30 metros por segundo. No llegaba a un tercio de la velocidad del sonido, cuando, anteriormente, se había propuesto que llevaba la velocidad de la luz.

Posteriormente, se abordó la medida de la velocidad a la que se propagaba la diferencia de potencial de membrana de un nervio excitado, también en el nervio ciático de una rana. Du Bois-Reymond lo intentó, pero fracasó. Su discípulo Bernstein, lo heredó como trabajo de investigación y en 1868, 18 años después de Hemlholtz y, justamente, en su laboratorio de Heidelberg lo logró. Medir la propagación del potencial de acción fue más complicado que medir la velocidad de la señal que causaba la contracción del músculo. La única forma de medir cuando el potencial de acción llega a un punto del nervio suponía controlar el potencial de membrana en ese punto. La única forma de medir el potencial de membrana era usar un galvanómetro, que era muy lento de respuesta. Lo que ideó Bernstein fue realmente elegante. Sorprendentemente simple, en teoría, pero requiriendo una imaginación notable para llevarlo a la práctica. Para conocer la diferencia de potencial en la membrana del nervio en un punto determinado de éste y en un instante (breve momento) concreto, la única forma de lograrlo con un galvanómetro lento, era efectuar un montaje, de forma que el cable que conecta el nervio con el galvanómetro solo lo haga durante un breve tiempo. Pero debido a la lentitud del galvanómetro para tener suficiente sensibilidad a la respuesta, ésta dependerá del potencial eléctrico durante ese momento. Si se quiere saber cómo cambia el potencial en un punto concreto del nervio, como consecuencia de una estimulación de aquel en un punto distante (detectar la llegada del potencial de acción) se necesita analizar una sucesión de breves momentos elegidos para que empiecen a intervalos diferentes de la estimulación. Una vez establecido el patrón de cambio, se puede repetir el procedimiento estimulando el nervio en un punto más cercano al punto en el que registramos la respuesta. Encontraríamos que la respuesta es la misma, pero con un retardo más reducido y comparando la reducción del retardo con la reducción de la distancia entre el punto de estimulación y el de medida, se puede calcular la velocidad a la que el potencial de acción se ha propagado a través del nervio. Si la acción potencial se mueve a la misma velocidad que la señal que contrae el músculo, debería ser la velocidad de unos 30 metros por segundo.

Se llevó a cabo el experimento del siguiente modo: Se requería un sistema de estimulación que aplicara una descarga eléctrica para estimular el nervio; un sistema de registro de la diferencia de potencial entre cualquiera de los puntos escogidos sobre la superficie del nervio y el corte final y un sistema de medida del tiempo para controlar los momentos de la descarga estimulante y el comienzo y duración del periodo durante el que el galvanómetro está conectado. El primero se solventó con una bobina de inducción, una batería y un interruptor. El segundo, también parece sencillo y se puede pensar que se trata de un galvanómetro y dos hilos para conectarlo, pero hubo problemas. Como el galvanómetro tiene una resistencia eléctrica extremadamente baja, al conectarlo entre la superficie de la fibra de un nervio y el final del corte, tenía el efecto de producir un cortocircuito en la membrana del nervio. El efecto era que reducía mucho el potencial de membrana en las vecindades del punto de contacto entre el hilo y la superficie de la fibra del nervio y esto reducía la excitación del nervio. Bernstein introdujo en el circuito del galvanómetro una batería y un juego de resistencias dispuestas de forma que proporcionaba un voltaje que se equilibraba con el generado por la restante membrana del nervio. De esta forma, cuando el nervio estaba en reposo, no fluía corriente a través del galvanómetro y después de que era estimulado, la llegada del potencial de acción perturbaba el balance y el galvanómetro entonces respondía. El mayor problema que tuvo que solventar Bernstein fue el control del tiempo. Precisaba un coordinador que controlara tres operadores: uno que operara el interruptor del circuito para producir la descarga de estimulación; otro conectaría el galvanómetro al circuito de registro en un momento variable, pero conocido, tras la estimulación; el tercero desconectaría el galvanómetro al final de un periodo de control determinado. Lo consiguió sustituyendo el coordinador por una “caja de música” (un volante de latón horizontal que giraba a una velocidad controlada precisamente por un motor eléctrico). En diferentes puntos cerca del borde del volante, se situaron agujas dirigidas hacia abajo, operadas por interruptores, situados por debajo del volante. Ajustando las posiciones relativas de los interruptores se controló precisa y fácilmente el retardo entre la descarga de la estimulación y el comienzo del periodo en el que el galvanómetro controlaba los eventos y, por tanto, la duración del periodo.

Para adecuar la resolución del tiempo, redujo el periodo de control a un tercio de milisegundo, pero al ser tan corto el tiempo, implicaba que el flujo de la corriente durante un simple periodo, tenía muy poca incidencia en la aguja del galvanómetro. Esta dificultad la soslayó haciendo que el volante girara continuamente de forma que el nervio se estimulaba repetidamente y el resultado de los potenciales de acción fue controlado durante un tercio de milisegundo en el mismo punto del nervio y durante el mismo intervalo después del estímulo. Al responder el galvanómetro tan lentamente, los efectos de las muestras individuales se acumularon y (para una velocidad fija de rotación) la posición final de la aguja del galvanómetro reflejó la magnitud promedio del potencial de membrana durante los sucesivos periodos controlados por el galvanómetro.

Midiendo el potencial en puntos fijos sobre la superficie del nervio y variando el retardo entre la estimulación y el comienzo del periodo de control, Bernstein fue capaz de calcular la forma en la que el potencial eléctrico que cruza la membrana varía con el tiempo como el potencial de acción pasa a través del punto. Con esta técnica elegante e ingeniosa, comparó los tiempos entre el estímulo y el comienzo del potencial activo, cuando el nervio se estimulaba a dos distancias diferentes del punto de registro. A partir de la diferencia de los retardos, calculó la velocidad a la que el potencial de acción viajaba por el nervio. Encontró el valor de 28.7 metros por segundo, en excelente acuerdo con la estimación de Helmholtz que fue de unos 30 metros por segundo para la velocidad de la señal que causaba la contracción del músculo. Elegante y bellísimo forma de hacer Ciencia, aplicando el ingenio al diseño de las experiencias. ¡Cuánto hay que aprender de los maestros!