Premio Nobel de Fisiología o Medicina 1944 — Erlanger y Gasser: múltiples señales en un solo nervio
Lo que aprenderá al leer este artículo
Comprenderá la historia de cómo dos investigadores, al observar los nervios ciáticos de ranas y gatos con un osciloscopio de tubos de vacío, descubrieron por qué el estímulo nervioso no llega como una única onda, sino como múltiples picos; y cómo este hallazgo sentó las bases del manejo actual del dolor (dianas de los opioides) y de las pruebas de conducción nerviosa (EMG/NCS).
Una historia contraria al sentido común — un solo nervio no es un único canal
Frecuentamente imaginamos los nervios como "cables". La imagen de que, si algo toca la punta de un dedo, ese estímulo viaja por un solo cable hasta el cerebro. Esta idea es solo parcialmente correcta. En realidad, un nervio no es un solo hilo, sino un cable compuesto por miles de fibras diminutas con diferentes grosores y velocidades agrupadas en un conjunto.
Y dentro de este cable fluyen simultáneamente diversos tipos de señales. Existen fibras gruesas y rápidas que transportan el tacto, fibras de velocidad intermedia que transportan el sistema autónomo y fibras delgadas y lentas que transportan el dolor. La razón por la que, al tocar una olla caliente, retiramos la mano primero (alerta rápida de tacto/dolor) y solo unos segundos después llega la sensación real de dolor (dolor lento) radica en esto. Dentro del mismo nervio, las señales de diferentes velocidades llegan con un desfase temporal.
Este hecho parece obvio hoy en día, pero nadie lo sabía hasta la década de 1920. La suposición de que un solo nervio era un canal de señal uniforme era el marco básico de la neurofisiología a principios del siglo XX. Para derribar esto, se necesitaban nuevas herramientas capaces de medir la actividad nerviosa con precisión de milisegundos, y dichas herramientas surgieron precisamente durante la era de los tubos de vacío. Esta es la historia de Erlanger y Gasser.
El panorama de la época — un año en que los tubos de vacío sacudieron la guerra y la ciencia
1944 fue el año en que la tecnología de tubos electrónicos cambió el mundo.
El 6 de junio comenzó el desembarco de Normandía. Una de las tecnologías decisivas para el éxito de esta operación fue el radar. A través del Canal de la Mancha, los sistemas de defensa antiaérea alemanes y el apoyo aéreo aliado libraron una batalla de información en tiempo real, en la que los sistemas de radar aliados llevaban la delantera. En agosto, París fue liberada y, en septiembre, los cohetes V-2 nazis comenzaron a atacar Londres. El V-2 fue el primer arma de producción masiva que utilizó circuitos basados en tubos de vacío para su sistema de guía automática.
El ancestro común de estas tecnologías que decidieron la guerra fue el tubo de rayos catódicos (CRT). Esta tecnología, que acelera electrones dentro de un tubo de vacío para que impacten contra una pantalla fluorescente, se convirtió en la pantalla del radar, en el eje temporal del osciloscopio y, más tarde, en la pantalla de la televisión. Y esta misma tecnología proporcionó herramientas decisivas para la neurofisiología. El osciloscopio utilizado por Erlanger y Gasser pertenecía exactamente a esta familia de dispositivos.
Existe una ironía de la época: la misma tecnología de tubos de vacío se convirtió en el circuito de guía de cohetes que causaba muertes en un laboratorio, mientras que en otro laboratorio se transformó en una herramienta para preservar las microseñales nerviosas. El Comité Nobel, tras reanudar los premios después de un vacío de tres años, reconoció la aplicación neurofisiológica de esta herramienta en el primer ciclo (1943–1945).
Al relacionarlo con la historia coreana, 1944 fue el año en que Yeoun Won-hyung fundó la Alianza para la Construcción de Corea. Mientras los intelectuales coreanos creaban organizaciones clandestinas para prepararse para la liberación, en Europa ocurrían paralelamente el desembarco de Normandía y las mediciones con osciloscopio. Era una época en la que diversos tipos de señales se acumulaban silenciosamente con desfases temporales.
Veinte años de colaboración entre dos personas
Joseph Erlanger fue un fisiólogo estadounidense formado en Johns Hopkins. Desde 1910 trabajó en la Universidad de Washington en St. Louis y ya había consolidado una posición firme en la comunidad académica gracias a su trabajo en electrofisiología cardíaca. Herbert Spencer Gasser fue estudiante de Erlanger. La relación maestro-discípulo, que comenzó cuando Gasser realizó su formación postdoctoral en el laboratorio de Erlanger en St. Louis, derivó en una colaboración que se extendería por más de 20 años.
El encuentro decisivo entre ambos ocurrió en 1921, cuando Erlanger mostró interés por una nueva herramienta: el amplificador de tubos de vacío y el osciloscopio de rayos catódicos desarrollados por Western Electric. ¿Por qué fue decisiva esta combinación? Hasta entonces, para medir la actividad nerviosa se utilizaba un galvanómetro, pero este instrumento tenía una velocidad de respuesta demasiado lenta, lo que impedía capturar las formas de onda de los potenciales de acción en el orden de los milisegundos. El osciloscopio ofrecía una velocidad de respuesta abrumadoramente superior, permitiendo por primera vez observar visualmente la forma de onda real del potencial de acción.
Ambos comenzaron a estimular muestras del nervio ciático y registrar la señal en otros puntos. Al medir el intervalo de tiempo entre la estimulación nerviosa y la llegada de la señal, podían calcular la velocidad de conducción; al registrar en múltiples puntos, podían observar la evolución temporal de la forma de onda. Esta fue la configuración experimental básica que repitieron durante 20 años.
Múltiples anchos de banda dentro de un solo cable
La primera observación resultó inesperada. La respuesta del nervio ciático que registraron no era una forma de onda suave, sino una forma de onda compleja en la que múltiples picos aparecían con desfases temporales. Poco después de la estimulación, llegaba un pico grande, seguido por varios picos más pequeños y, mucho más tarde, otro pico.
Ambos reconocieron que cada uno de estos picos era una señal proveniente de un grupo diferente de fibras. El nervio ciático es, en realidad, un cable compuesto por miles de axones agrupados en haces, y el grosor y la presencia de mielina de esos axones variaban entre sí. Los axones gruesos y mielinizados transmiten la señal rápidamente, mientras que los axones delgados y sin mielina lo hacen lentamente. Aunque el estímulo se transmita simultáneamente por todo el cable, en el punto de llegada las señales con diferentes velocidades de desplazamiento llegan de forma secuencial.
Ambos organizaron esta observación para clasificar las fibras nerviosas en tres grupos. Las fibras A (gruesas y mielinizadas, 30～120 m/s) transportan tacto, movimiento y propiocepción; las fibras B (intermedias, 3～15 m/s) transportan señales presinápticas autonómicas; y las fibras C (delgadas y sin mielina, 0.5～2 m/s) transportan dolor y temperatura. Las fibras A se subdividen a su vez en subgrupos (Aα, Aβ, Aγ, Aδ). Esta clasificación se incluye tal cual en los libros de texto de neurología de hoy.
Ahora, el lenguaje de las ciencias de la computación (CS) atraviesa esto de forma natural. El nervio ciático era un cable con multiplexación por cable (wire multiplexing). Dentro de un único cable físico existen múltiples canales lógicos en paralelo, y cada canal posee su propio ancho de banda (velocidad de conducción). El estímulo se transmite simultáneamente a todos los canales (broadcast), pero el receptor separa e interpreta cada canal según su tiempo de llegada.
El osciloscopio era, en este escenario, un analizador de protocolos (protocol analyzer). Capturaba las señales del enlace físico con resolución de milisegundos para visualizar qué señal de qué canal llegó en qué momento. El tipo de tarea que un ingeniero de redes realiza hoy con Wireshark para separar flujos de paquetes, Erlanger y Geser ya lo estaban realizando en los nervios entre las décadas de 1920 y 1940.
Esta analogía se rompe parcialmente aquí. La separación de canales en una red suele ser una distinción lógica a nivel de software, pero la separación de canales en el nervio es la diferencia de grosor del propio cable físico (axón). Es decir, la multiplexación nerviosa es una paralelización a nivel de hardware, no de software. Por qué esta característica se mantuvo evolutivamente es la siguiente pregunta crucial: es el resultado de una optimización evolutiva que separa y procesa con diferentes anchos de banda las señales donde la velocidad de respuesta es extremadamente crítica (reflejos, respuestas de evitación) de aquellas que son relativamente menos urgentes (dolor sordo, regulación autónoma), ahorrando así recursos de procesamiento.
La estructura dual del dolor y su importancia clínica
El punto donde este descubrimiento fue particularmente explosivo clínicamente fue el dolor.
Cuando tocamos algo caliente, experimentamos dos tipos de dolor: primero, un dolor agudo y localizado (primer dolor, sharp) y, unos segundos después, un dolor sordo y difuso (segundo dolor, dull). Según la clasificación de Erlanger y Gasser, el primer dolor es transmitido por las fibras Aδ (5–30 m/s, delgadas y mielinizadas) y el segundo dolor por las fibras C (0.5–2 m/s, amielinizadas). Nuestro cuerpo nos alerta del peligro en dos etapas: una orden de evitación rápida y una señal nociceptiva lenta y prolongada.
Esta comprensión ha clarificado los objetivos de los fármacos para el manejo del dolor. Los analgésicos opioides inhiben la transmisión de la señal de las fibras C desde el asta dorsal de la médula espinal hacia la siguiente neurona. Es decir, bloquean los canales en la sinapsis entre neuronas. Por el contrario, los anestésicos locales como la lidocaína bloquean los canales de sodio en la propia fibra nerviosa, deteniendo todos los canales A, B y C. La diferencia en el espectro de acción de estos dos fármacos no podría explicarse con precisión sin la clasificación de Erlanger y Gasser.
Otra aplicación clínica es el estudio de conducción nerviosa (NCS). En la práctica neurológica actual, esta es una prueba frecuente para identificar la causa del entumecimiento o la parálisis en las extremidades de un paciente. Se colocan electrodos de estimulación y de registro en la superficie de la piel y se mide el tiempo de llegada de la señal tras la estimulación. Reproducir de forma no invasiva el experimento del nervio ciático de Erlanger y Gasser es lo que constituye el NCS en los hospitales hoy en día. Esta prueba permite diferenciar neuropatía diabética, síndrome del túnel carpiano y lesiones de las raíces nerviosas espinales, entre otras.
¿Por qué es importante?
Creo que la lección que nos dejaron Erlanger y Gasser es que "la comprensión de sistemas complejos viene acompañada de la precisión de las herramientas".
No es que los neurofisiólogos anteriores a la década de 1920 fueran negligentes o ignorantes. Simplemente, las herramientas que poseían (el galvanómetro) no podían visualizar señales en milisegundos, por lo que era natural ver el nervio como un único canal uniforme. Cuando apareció una nueva herramienta, el oscilógrafo, el marco conceptual se expandió hacia la multiplexación de múltiples canales paralelos. Las herramientas crearon los conceptos.
Este patrón se repite en la historia de la ciencia: microscopía óptica → descubrimiento de las células; microscopio electrónico → descubrimiento de los orgánulos; patch clamp → descubrimiento de los canales iónicos individuales; RMN → mapas 3D del cerebro vivo. Cada salto en las herramientas ha traído consigo un salto en la comprensión de los sistemas. Es muy probable que lo que aún no comprendemos del cerebro sean aquellas cosas que solo podrán ser vistas por herramientas que aún no poseemos.
Otra implicación es que "la complejidad es la paralelización de la simplicidad". La función de un solo nervio ciático puede parecer compleja, pero esa complejidad es, en realidad, el resultado de múltiples canales simples dispuestos en paralelo. Al intentar comprender hoy las complejas funciones de la corteza cerebral, es muy probable que dicha complejidad sea también el resultado de la paralelización masiva de unidades de cálculo relativamente simples. El descubrimiento de Erlanger y Gasser fue la primera evidencia de ello.
Que el Comité Nobel reconociera este hallazgo en 1944 fue la dirección precisa del ciclo de reanudación de premios (1943–1945). Un nuevo horizonte creado conjuntamente por la tecnología y la ciencia; la historia de cómo ese horizonte se arraigó realmente en la práctica clínica; y la narrativa completada mediante la silenciosa colaboración de dos generaciones de académicos. Esta fue la esencia del premio de aquel año.
Resumen de Erlanger y Gasser (1944): Mediante el uso de un osciloscopio de tubos de vacío para observar el nervio ciático, demostraron que dentro de un solo nervio existen en paralelo varios grupos de fibras (A, B y C) con diferentes grosores y velocidades. Esta clasificación constituye la base teórica actual de las pruebas de conducción nerviosa y de los fármacos para el tratamiento del dolor.
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