John Carew Eccles entre 1957 y 1964 logró acumular una cantidad considerable de pruebas que demostraron que la ACh es la sustancia transmisora para una sinapsis exitadora en el sistema nervioso central. Estas sinapsis están formadas por la colateral recurrente (rama de una fibra que se incurva hacia atrás en dirección del cuerpo celular) del axon de las neuronas motoras espinales, rama que establece sinapsis con una pequeña interneurona denominada célula de Renshaw. Ésta célula, a su vez establece sinapsis hacia atrás con el cuerpo celular de la motoneurona y con los de las células vecinas. Esta cadena de dos neuronas constituye otro ejemplo de un sistema inhibitorio bisináptico. Cuando la neurona motora descarga un potencial en espiga a lo largo de su axon, la colateral recurrente activa la célula de Renshaw a través de la sinapsis excitadora en a. La célula de Renshaw, a su vez, induce efectos inhibitorios possinápticos hacia atrás sobre la neurona motora mediante una sinapsis inhibitoria b. El sistema puede actuar en general como un mecanismo de freno. Si la neurona motora descarga con gran rapidez, produciendo contracciones muy intensas de un músculo, las células de Renshaw se activan también y producen una disminución de la actividad de la neurona motora, impidiendo de este modo una contracción excesiva del músculo. El sistema de Renshaw puede activarse con propósitos experimentales mediante la estimulación antidrómica del axón de la neuromotora c.
El axón principal de una neurona motora llega a conectarse con las fibras musculares a través de la unión neuromuscular y en esta última ya sabemos que la sustancia transmisora es la acetilcolina. Puesto que la fibra colateral recurrente que establece sinapsis con la célula de Renshaw es una porción del mismo axón, la sustancia transmisora en este caso debe ser también la acetilcolina. Este hecho por sí solo no constituye desde luego una prueba; es necesario obtener otras pruebas directas adicionales. El curare y las sustancias curarizantes bloquean la transmisión en la unión neuromuscular y en otras uniones en las cuales la ACh es el agente transmisor. La prueba aludida se obtiene cuando vemos que el curare también bloquea la activación de las células de Renshaw.
La acetilcolinesterasa (AChE), enzima que se halla en la unión neuromiscular y que destruye la acetilcolina, evita fenómenos de activación continua producidos por una liberación única de ACh en las terminales axónicas. Existen compuestos que se denominan anticolinesterasas que inactivan la AChE 8por ejemplo, el DFP y la prostigmina). Si uno de estos compuestos anticolinesterasa es inyectado en la vecindad de un grupo de uniones neuromusculares inactivará la AChE presente. Después de la activación de los axones de las motoneuronas, se libera ACh en las terminales axónicas en la unión neuromuscular. Esto produce, en condiciones normales, una breve y única contracción del músculo, puesto que la ACh es desdoblada rápidamente por la AChE. Sin embargo, si la AChE ha sido activada en la sinapsis y continuará despolarizando las fibras musculares, lo cual produce una contracción permanente. Un estímulo simple antidrómico, aplicado a los axones de una neurona motora, producirá una breve descarga de la célula de Renshaw que durará alrededor de 80 mseg. Después de la inyección de un antiAChE en la vecindad de la sinapsis, un estímulo simple antidrómico producirpa ahoar descargas repetidas en las ceélulas de Renshaw son, por tanto, bloqueadas por el curare y su acción se prolonga por los antiAChE en una forma idéntica a la que tiene lugar en la unión neuromiscular. Recordemos que las terminales presinápticas en ambos casos provienen del axón de la misma motoneurona.
Además, se ha encontrado que la inyección de ACh en la vecindad de la sinápsis activa las células de Renshaw.
Son muchas las sustancias a las cuales se les ha atribuido la capacidad de ser agentes transmisores en las diversas sinapsis excitadoras e inhibidoras del SNC. Los procedimientos experimentales para valorar la acción de dichas sustancias incluyen la extracción de ellas a partir del tejido nervioso y la activación que pueden producir al aplicarlas mediante la inyección electroforética, realizando los registros eléctricos correspondientes de la actividad celular. Las sustancias excitadoras que se han sugerido incluyen a la ACh, ATP, el compuesto P, la epinefrina, la histamina y diversos aminoácidos. Parecen, por los estudios recientes, muy prometedoras las sustancias que están en relación con los aminoácidos, como el ácido homeocisteico y el ácido n-metil-D-aspártico, que se revelan como poderosos excitadores de las neuronas (Curtis y Watkins, 1961; Curtis, Phillis y Watkins, 1961). Las sustancias propuestas como inhibidoras incluyen el factor I, el ácido gamma aminibutírico (GABA), la sustancia P, la 5-hidroxitriptamina, etc. Sin embargo no se ha comprobado en definitiva, alguna de estas sustancias esté realmente implicada en la transmisión.