El premio Nobel de Fisiología o Medicina 1963 lo compartieron Sir John Carew Eccles, Sir Alan Lloyd Hodgkin y Sir Andrew Fielding Huxley «por sus descubrimientos sobre los mecanismos iónicos relacionados con la excitación e inhibición en las partes periféricas y centrales de la membrana de la célula nerviosa».

John C. ECCLES (1903, Melbourne – 1997, Contra, Suiza) estudió con Sherrington en Oxford, fue su asistente de investigación y publicó trabajos con él. Se doctoró en 1929 con una tesis sobre excitación e inhibición nerviosa y estuvo en la batalla entre los partidarios de la transmisión eléctrica o química del impulso nervioso, finalmente decantada a favor de los últimos. En 1951 fue profesor de Fisiología en la Australian National University, Canberra, donde él y otros fueron los primeros en insertar microelectrodos en las células del sistema nervioso central, midiendo en varias partes del organismo: cerebro, médula, tálamo, hipocampo y cerebelo. En 1966 fue profesor del Institute of Medical Research, Chicago, y en 1968 de la State University of New York, Bufalo.

El artículo dedicado a Eccles en la Biblioteca Británica explica que el impulso nervioso que excita la célula de la sinapsis suelta en la célula vecina una sustancia, probablemente acetilcolina, que ensancha los poros de las membranas del nervio. Estos poros permiten el paso de Na+ en la célula vecina y cambian la polaridad de la carga eléctrica. Esta onda de carga, que constituye el impulso nervioso, se conduce de una célula a otra. Eccles encontró que una célula excitada induce otro tipo de sinapsis que segrega en la célula vecina una sustancia que promueve el paso de K+ a través de la membrana, reforzando la polaridad e inhibiendo la transmisión del impulso. El trabajo de Eccles estuvo apoyado en los trabajos de Hodgkin y Huxley y tuvo una gran influencia en el tratamiento médico de los trastornos nerviosos de las funciones del riñón, corazón y cerebro.

En la lección dictada en la recepción del Nobel, titulada «El mecanismo iónico de la inhibición postsináptica», Eccles dijo que había empleado la microscopía electrónica para obtener datos sobre la fase química de la transmisión de impulsos a través de las sinapsis. Mostró imágenes en las que se ve la membrana, de 70 Aº de espesor, y la protuberancia sináptica con numerosas vesículas en su interior. Estas vesículas contienen las sustancias químicas responsables de la transmisión, explicó. La hendidura entre células medía unos 200 Aº. Insertando microelectrodos de 0,5 micras de diámetro en la neurona comprobó que la membrana de la célula nerviosa separaba dos disoluciones acuosas de composición iónica diferente: en el interior era mayor la concentración de K+ y en el exterior la de Na+; una diferencia de potencial produce la difusión de los iones. Eccles denominó sinapsis excitantes (SE) a las que descargan impulsos y potenciales postsinápticos excitantes (PPE) a los que las SE producen en la membrana postsináptica. Los potenciales postsinápticos inhibidores (PPI) son la imagen en el espejo de los PPE. Eccles probó que la permeabilidad iónica de la membrana postsináptica controla la composición iónica intracelular y que zonas especializadas de la membrana desarrollan en milisegundos una permeabilidad iónica específica bajo la influencia del transmisor inhibitorio. Las corrientes se producen al aumentar la permeabilidad iónica de la membrana. Eccles estudió la correlación entre el tamaño de los iones hidratados (Na+, K+ y muchos aniones) y los efectos en el PPI. Dedujo que la permeabilidad está únicamente determinada por el tamaño de los iones hidratados, tanto aniones como cationes, y postuló que el tamaño de los poros de la membrana es uniforme. Como conclusión, Eccles dijo que la membrana hace de tamiz, que los iones cloruro y potasio se mueven a su través en un flujo intenso que produce el PPI y que contra actúa la acción despolarizante de las SE, efectuando la inhibición.

Alan Lloyd HODGKIN (1914, Banbury, UK, – 1998, Cambridge) inició su colaboración con Huxley en 1938. Durante la guerra ambos trabajaron en el radar y después continuaron su relación investigadora. Con R. D. Keynes trabajó en los mecanismos iónicos de las células vivas asesorados por Lord Adrian. En 1951 fue nombrado profesor de investigación de la Royal Society y en 1966 profesor de Biofísica.

En su lectura de aceptación del premio Nobel, titulada «Las bases iónicas de la conducción nerviosa», Hodgkin explicó que, con Huxley, se enfrentaron con el problema de probar experimentalmente que el potencial de acción es el agente que causa la propagación del impulso nervioso. Trabajaron con el nervio simple de un calamar gigante en el que insertaron, siguiendo el método de Eccles, microlectrodos de 0,5 micras de diámetro externo. Midieron la diferencia de potencial entre el electrodo del interior de la fibra nerviosa y la disolución externa y demostraron que el potencial eléctrico de la fibra durante la conducción de un impulso era mayor que el potencial en reposo, lo que era incompatible con la teoría aceptada que postulaba una rotura de la membrana del nervio durante la conducción del impulso. Hicieron la hipótesis de que el potencial de acción estaría muy influenciado por la concentración de iones sodio en el fluido externo, consiguieron medir por separado los flujos de corriente iónicos de Na+ y K+ a través de la membrana demostrando que cuando el voltaje cambia de – 65 mV a 0 mV, se produce un flujo de Na+ hacia el interior en el primer microsegundo, seguida de un flujo de K+ hacia el exterior. Estos resultados experimentales, logrados en 1952, indicaron que la membrana del nervio permite que el K+ entre en la fibra durante la fase de descanso y que el Na+ penetre cuando la fibra es excitada. Los movimientos iónicos en sentidos opuestos daban lugar a corrientes eléctricas. Aunque no conocíamos, dijo Hodgkin, ni la química ni la estructura fina de la membrana, fuimos capaces de dar la forma, la duración y la amplitud del potencial de acción, la velocidad de conducción, los cambios de impedancia y el comportamiento oscilatorio de los movimientos iónicos. Pero persistía una deficiencia fundamental que subsanó el bioquímico danés Jens Skou en 1957 describiendo la primera bomba molecular: una enzima localizada en la membrana, la ATPasa, que transportaba Na+ y K+ y mantenía los gradientes de sodio y potasio dentro y fuera de la célula, una máquina eficiente que convertía la energía química de la hidrólisis del ATP en el trabajo de transportar cationes en contra del gradiente electroquímico distinguiendo los iones sodio de los de potasio. (A Jens le concedieron el premio Nobel en 1997, ‘sólo’ cuarenta años después de su sensacional trabajo).

Andrew Fielding HUXLEY (1917, London – 2012, Grantchester) era nieto de T.H. Huxley, el famoso defensor de Darwin, hijo de Leonard Huxley, y medio hermano de Aldous y Julian. Fue, como su maestro Hodgkin, profesor de investigación de la Royal Society (1969). Además de su cooperación en los trabajos que merecieron el premio Nobel expuestos antes, hizo investigaciones publicadas sobre el proceso de contracción de la fibra muscular en colaboración con Rolf Niedergerbe. Utilizaron un microscopio de interferencia para estudiar las fibras y desarrollaron la teoría del filamento deslizante según la cual los filamentos gruesos de miosina de las fibras resbalan sobre los delgados de actina durante la contracción muscular.

En su discurso de recepción del Nobel, titulado «El análisis cuantitativo de la excitación y la conducción en el nervio», exhibió el aparato, dotado de electrodos y terminales, con el que hicieron las medidas, señalando que las registraban en un osciloscopio de rayos catódicos y las fotografiaban. De las mediciones dedujeron que la conductancia de la corriente total es la suma de las dos corrientes iónicas de sodio y potasio a través de la membrana. Además, desarrollaron uno de los primeros modelos computacionales en bioquímica, con ecuaciones en derivadas parciales (que no fueron expuestas en la conferencia). Aunque emplearon las computadoras de aquellos lejanos tiempos, «la concordancia de los resultados computados y los cambios de potencial registrados en las fibras nerviosas reales es prometedor, dijo Huxley, pero no creemos que nuestras ecuaciones sean definitivas porque sólo cubren sucesos inmediatamente después del potencial de acción. Nuestras ecuaciones pueden considerarse una primera aproximación que necesita ser refinada».