Dos circuitos distintos impulsan la inhibición en el tálamo sensorial del cerebro, según un estudio
Esta investigación ofrece información fundamental sobre las subredes talámicas sensoriales y permitirá nuevas y poderosas estrategias para probar las funciones conductuales y perceptivas de estos circuitos distintos. Crédito: UAB
El tálamo es una «Gran Estación Central» para la información sensorial que llega a nuestro cerebro. Casi cada vista, sonido, sabor y tacto que percibimos viaja a la corteza de nuestro cerebro a través del tálamo. Se teoriza que el tálamo juega un papel importante en la conciencia misma. La información sensorial no solo pasa a través del tálamo, sino que también es procesada y transformada por el tálamo para que nuestra corteza pueda comprender e interpretar mejor estas señales del mundo que nos rodea.
Un tipo poderoso de transformación proviene de las interacciones entre las neuronas excitatorias que transportan datos al neocórtex y las neuronas inhibitorias del núcleo reticular talámico, o TRN, que regulan el flujo de esos datos. Aunque la TRN se ha reconocido durante mucho tiempo como importante, se sabe mucho menos sobre qué tipos de células hay en la TRN, cómo están organizadas y cómo funcionan.
Ahora, un artículo publicado en la revista Nature aborda esas preguntas Los investigadores dirigidos por el autor correspondiente Scott Cruikshank, Ph.D., y los coautores Rosa I. Martinez-Garcia, Ph.D., Bettina Voelcker, Ph.D. y Barry Connors, Ph.D., muestran que el sistema somatosensorial parte de la TRN se divide en dos subcircuitos funcionalmente distintos. Cada uno tiene sus propios tipos de neuronas definidas genéticamente que están segregadas topográficamente, son fisiológicamente distintas y se conectan recíprocamente con núcleos talamocorticales independientes a través de sinapsis dinámicamente divergentes.
«Estos resultados brindan información fundamental sobre cómo las subredes de neuronas TRN pueden diferenciarse procesar distintas clases de información talámica», dijo Cruikshank. «Las distinciones genéticas agregan algo de entusiasmo a nuestros principales hallazgos porque permitirán nuevas y poderosas estrategias optogenéticas y quimiogenéticas para probar las funciones conductuales y perceptivas de estos subcircuitos TRN. Un objetivo a largo plazo para muchos de los que trabajamos en esta área es aprender cómo la TRN orquesta el flujo de información hacia y desde la neocorteza, dirigiendo la atención hacia estímulos importantes y suprimiendo las distracciones. Si finalmente se logra tal comprensión, podría ayudar a aclarar cómo se pierde la conciencia durante una forma de epilepsia de ausencia de epilepsia que involucra críticamente a la TRN».
Cruikshank es profesor asistente en el Departamento de Neurobiología de la Universidad de Alabama en Birmingham. El trabajo experimental se realizó en la Universidad de Brown, Providence, Rhode Island, donde Cruikshank fue profesor de investigación antes de unirse a la UAB en noviembre pasado.
En algunos de los detalles del estudio, los investigadores descubrieron por primera vez que el TRN somatosensorial tiene dos conjuntos de neuronas. En un núcleo central del TRN hay neuronas que expresan la proteína calbindina y el ARNm. Este núcleo está rodeado por una capa de neuronas que expresan la proteína somatostatina y el ARNm.
También hay dos núcleos talamocorticales somatosensoriales, es decir, núcleos que transmiten información sensorial desde el tálamo hasta la neocorteza. Uno es el núcleo posterior ventral de primer orden, o VP, y el otro es el núcleo talámico medial posterior de orden superior, o POM. Estos dos núcleos envían información distinta a diferentes objetivos neocorticales y también envían axones colaterales al TRN. Entonces, los investigadores buscaron aclarar la organización de esos circuitos, centrándose en cómo los núcleos talamocorticales de primer orden y de orden superior se comunican con los dos subtipos de neuronas TRN. «Esto es esencial para comprender el procesamiento de la información talámica», dijo Cruikshank.
Cruikshank y sus colegas usaron un método de rastreo anterógrado de proteína fluorescente amarilla canalrodopsina del VP o POM para mapear sus entradas a la TRN. Encontraron una marcada segregación anatómica de proyecciones que se alineaban con la segregación de los tipos de células TRN. Los axones VP establecieron fuertes conexiones sinápticas con células en la zona central rica en calbindina del TRN; Los axones POM hicieron sinapsis con células a lo largo de los bordes densos en somatostatina. Las proyecciones segregadas fueron en gran medida recíprocas, es decir, los dos tipos de células TRN inhibieron predominantemente los mismos núcleos talamocorticales que los impulsaron.
Los investigadores demostraron además que los subcircuitos TRN tenían mecanismos fisiológicos funcionalmente diferentes que conducen a un procesamiento distinto. . «Nuestros experimentos revelaron que las células centrales y de borde transforman diferencialmente sus entradas talámicas excitatorias nativas en distintas salidas de picos a través de diferencias tanto en la dinámica de sus entradas sinápticas como en su ráfaga intrínseca», dijo Cruikshank. «Estábamos intrigados de que los patrones de respuesta de TRN parecían coincidir con los tipos de información transportada en los dos subcircuitos. Las células centrales primarias tenían picos fuertes pero transitorios, ideales para procesar eventos sensoriales discretos. Las respuestas de las células de borde fueron más estables y sostenidas de acuerdo con temporalmente. señales distribuidas de orden superior integradas de múltiples fuentes.
Cuando los investigadores observaron el TRN visual, encontraron subcircuitos similares al TRN somatosensorial. Esto, a su vez, sugiere, dicen los investigadores, que un núcleo central primario flanqueado por neuronas de borde de orden superior puede ser un motivo TRN generalizado.
Los hallazgos desafían una hipótesis de larga data sobre la forma en que TRN implementa su función como guardián del flujo de información. -La conversación entre distintos circuitos talámicos puede permitirles regularse entre sí localmente», dijo Cruikshank. «Sin embargo, la segregación aguda y recíproca de los subcircuitos que observamos sugiere que en la diafonía tratalámica puede jugar un papel menor, y tal vez deberíamos buscar otros mecanismos para la regulación entre sistemas».
«Este trabajo de Scott Cruikshank separa una bolsa de células nerviosas que de otro modo estaría desordenada en elegantes sub- circuitos que cumplen funciones distintas con propiedades y proyecciones distintas», dijo Craig Powell, MD, Ph.D., presidente de Neurobiología en la UAB. «Los resultados nos ayudan a comprender mejor cómo el cerebro procesa los diferentes tipos de entradas sensoriales. El TRN es una región cerebral clave responsable de las convulsiones de inicio en la infancia llamadas convulsiones de ausencia, por lo que este trabajo puede ayudar a identificar terapias novedosas para esta epilepsia infantil que es común en trastornos del neurodesarrollo y es un foco del Centro Internacional de Investigación Civitan de la UAB.»
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Mapeo del guardián sensorial del cerebro Más información: Rosa I. Martinez-Garcia et al, Dos circuitos dinámicamente distintos impulsan la inhibición en el tálamo sensorial, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2512-5 Información de la revista: Nature
Proporcionado por la Universidad de Alabama en Birmingham Cita: Dos circuitos distintos impulsan la inhibición en el sentido thalamus of the brain, hallazgos de estudio (2020, 23 de julio) consultado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-distinct-circuits-inhibition-sensory-thalamus.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.