Los investigadores identifican una clase de neuronas que son más activas durante el sueño no REM
Registro de muestra que muestra los potenciales de acción de una célula activa en estado DOWN (en puntos negros) que se disparan durante el estado DOWN (trazas grises claras) del sueño NREM , flanqueado por el potencial de acción de las células piramidales (puntos rojos) y otras interneuronas inhibidoras (puntos azules). Una sección histológica del cerebro a la izquierda muestra el tracto de posición de los electrodos en todas las capas corticales. (la histología puede no ser importante). Crédito: Valero et al.
Por lo general, las células piramidales y las interneuronas GABAérgicas del cerebro se activan simultáneamente. Sin embargo, un equipo de neurocientíficos de la Universidad de Nueva York identificó recientemente una clase única de neuronas que no se disparan al mismo tiempo que todas las neuronas, células e interneuronas principales. Curiosamente, el equipo descubrió que estas neuronas específicas son más activas durante el estado DOWN del sueño no REM (NREM), cuando todos los demás tipos de neuronas están en silencio.
«Como suele ser el caso en la ciencia, nuestro descubrimiento fue una verdadera casualidad», dijo a MedicalXpress Gyrgy Buzski, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. «Al recopilar registros del sueño en capas profundas de la corteza, observamos que ocasionalmente ocurrían picos de algunas neuronas raras durante las épocas del sueño llamadas ‘estado ABAJO’. Se suponía que ninguna neurona debía hacer tal cosa, ya que se conoce el estado ABAJO ( e identificado por) por su completo silencio neuronal (falta de picos).»
La neocorteza, un conjunto de capas en una región del cerebro llamada corteza cerebral, se reinicia miles de veces cada noche desde el transitorio (50-300 ms de duración) Estado ABAJO. En su estudio, Buzski y sus colegas identificaron una clase de neuronas que parecen estar más activas cuando todas las demás neuronas (es decir, neuronas piramidales excitatorias e inhibidoras) están en silencio, en el estado DOWN, durante las etapas NREM del sueño. En sus experimentos de seguimiento, demostraron que estas neuronas son células con forma de neuroglía que se encuentran en las capas más profundas de la neocorteza, que expresan específicamente genes conocidos como ID2 y Nkx2.1.
Cuando examinaron esta clase de Con más profundidad en las neuronas, Buzski y sus colegas observaron que tenían una relación completamente antagónica con todos los demás tipos conocidos de neuronas en todos los estados de vigilia (es decir, tanto cuando los mamíferos están despiertos como dormidos). Esto sugiere que estas neuronas podrían tener una función única que las diferencie de todas las demás células del cerebro.
«La razón por la que ni nosotros ni otros hemos visto estas neuronas antes es que son muy raras y requieren métodos para registrar grandes conjuntos de neuronas en animales que se comportan», explicó Buzski. «En varios registros de actividad cerebral recopilados de animales, encontramos ninguna, una y rara vez dos o más de estas neuronas entre los cientos que examinamos. Dada la novedad y la supuesta importancia de estas neuronas, Manuel Valero, becario postdoctoral de nuestro grupo, decidió hacer un experimento a gran escala examinando todos los tipos de interneuronas conocidas cuya identidad molecular permitía su identificación en un animal que se comportaba o dormía».
Inicialmente, Valero examinó un grupo de células llamadas neuronas que expresan óxido nítrico (nNOSs ), ya que hallazgos previos sugieren que la molécula volátil de óxido nítrico desempeña un papel clave en la mejora de las ondas cerebrales lentas durante el sueño NREM. Curiosamente, descubrieron que una fracción muy pequeña de nNOS se activaba durante los estados DOWN del sueño NREM.
Reconstrucción tridimensional del soma, las dendritas y la arborización axonal de una neurona lD2/Nkx2.1 intracelularmente llena. Crédito: Valero et al.
«Un día, mientras estábamos en el ascensor del edificio de ciencias de nuestra universidad, hablábamos con un colega que mencionó que estaban trabajando en un grupo inusual de células neurogliaformes en capas corticales profundas, lo que podría ser importante porque solo este grupo de interneuronas aumenta desproporcionadamente en el cerebro de los primates», dijo Buzski. «Este colega los llamó ID2/Nkx2.1, un pequeño subgrupo de la familia nNOS. Al final del viaje en ascensor, acordamos una colaboración».
Manuel Valero luego demostró que cuando esta clase única de interneuronas expresaba un canal sensible a la luz, la luz sobre ellas con luces LED microscópicas del tamaño de una neurona revelaba su identidad.
La La información más importante que aprendieron los investigadores es que casi todas las neuronas que expresan ID2/Nkx2.1 estaban activas específicamente durante los estados DOWN del sueño no REM. Este hallazgo podría tener implicaciones importantes, ya que sugiere que estas neuronas tienen funciones fisiológicas cruciales relacionadas con la actividad del cerebro de los mamíferos cuando los mamíferos u otros humanos están dormidos.
«Descubrir un nuevo tipo de neurona en el cerebro es un evento raro», dijo Buzzki. «Descubrir una neurona cuya actividad es antagónica en todas las formas posibles a todas las demás neuronas conocidas es realmente inesperado, casi como encontrar un perro de habla inglesa. Todas las demás interneuronas probadas inhibieron nuestras neuronas activas en estado DOWN. Pueden ser fundamentales para ajustar la duración de los estados silenciosos y afectando la secuencia de reclutamiento de las células piramidales cuando se reinician desde el estado silencioso, como mostró nuestro estudio».
Además de identificar esta clase de neuronas que es particularmente activa en los estados DOWN de NREM, Buzski y sus colegas demostraron que su activación artificial interfiere con la mejora de la memoria asistida por el sueño. Si bien la evidencia que recopilaron podría no ser lo suficientemente sustancial como para especular sobre el repertorio funcional completo de estas neuronas, su interacción inusual con otras células cerebrales sugiere su posible participación en una variedad de cálculos neuronales diferentes. Nuevos trabajos que examinen estas neuronas podrían ayudar a comprender mejor sus funciones, tal vez revelando su papel en procesos fisiológicos muy específicos.
«En nuestros próximos estudios, planeamos centrarnos en una serie de preguntas de investigación, como ¿La activación/desactivación de las neuronas que identificamos afecta la estructura del sueño? ¿Tienen tipos especiales de receptores que pueden ser dirigidos selectivamente por fármacos? ¿Qué hacen cuando se disparan durante la vigilia? ¿Están presentes en la misma proporción en cada región cortical o son se enriquecieron en algunas áreas? Y finalmente, ¿por qué estas neuronas son más comunes en el cerebro humano?»
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Para dormir profundamente: las neuronas del tronco encefálico que regulan el sueño no REM Más información: Duerme las interneuronas ID2/Nkx2.1 en estado activo en la neocorteza. Neurociencia de la naturaleza (2021). DOI: 10.1038/s41593-021-00797-6. Información de la revista: Nature Neuroscience
2021 Science X Network
Cita: Los investigadores identifican una clase de neuronas que son más activas durante la fase no REM sleep (2021, 16 de marzo) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-class-neurons-non-rem.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.