Censo cortical

DANIEL BERGER, XIAOLONG JIANG, FABIAN SINZ, XAQ PITKOW, ANDREAS TOLIAS Se ha catalogado la morfología y electrofisiología de aproximadamente 2.000 neuronas en las cortezas visuales de ratones adultos, junto con la conectividad entre más de 11.000 pares posibles de estas células. El censo resultante, publicado hoy (26 de noviembre) en la revista Science, revela una serie de nuevos tipos de células de interneuronas, así como patrones de conexiones locales hasta ahora no apreciados.

“I&rsquo ;Estoy increíblemente entusiasmado con lo que han hecho estos autores” dijo el neurocientífico Giorgio Ascoli del Instituto Krasnow de Estudios Avanzados en Fairfax, Virginia, quien no participó en el trabajo. «Es un tour de force realmente impresionante en términos de optimización de cada detalle experimental y analítico».

«La cantidad de trabajo que se ha realizado es realmente asombrosa». estuvo de acuerdo Arthur Toga, director del Laboratorio de Neuroimagen en Los Ángeles, quien tampoco participó en el estudio. “Ellos…

La neocorteza murina, la parte más externa de la corteza cerebral involucrada en funciones cerebrales superiores como la percepción sensorial, el pensamiento consciente, el lenguaje y el razonamiento. Para determinar cómo surgen funciones tan complejas, los investigadores primero deben comprender las neuronas presentes en el tejido, sus características y sus conexiones. Dos tipos principales de neuronas: las neuronas excitatorias, como las células piramidales y las interneuronas inhibitorias, están presentes en la neocorteza, pero mientras que las células piramidales son bastante estereotipadas y están bien caracterizadas, las interneuronas exhiben morfologías extremadamente diversas y no hay consenso sobre cuántos tipos diferentes existen. , y mucho menos cómo se interconectan.

Añadiendo a la dificultad de estudiar las interneuronas es que continúan desarrollándose a lo largo de la adolescencia hasta la edad adulta. Los análisis electrofisiológicos, sin embargo, generalmente se realizan en muestras de tejido cerebral juvenil porque tienden a ser más tratables y resistentes que las muestras de adultos.

Andreas Tolias del Baylor College of Medicine en Houston y sus colegas decidieron abordar estos desafíos de frente. Sé que otros han estado hablando y pensando en ello, pero supongo que simplemente decidimos hacerlo, le dijo a The Scientist. Pensamos que era mucho trabajo, pero se podía hacer.

Primero, los investigadores optimizaron un protocolo existente para cortar y preparar tejido cerebral adulto asegurándose de que pudieran registrar datos electrofisiológicos de manera sólida. Luego llevaron el potencial de grabación al límite al sondear simultáneamente ocho células en cada corte de cerebro. Esta técnica, llamada registro óctuple de células enteras, es tremendamente difícil y desafiante, dijo Hongkui Zeng del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro en Seattle, quien no participó en el estudio. Solo unas pocas personas en el mundo pueden hacerlo bien.

Las grabaciones de ocho vías permitieron al equipo estudiar no solo cada uno de los comportamientos electrofisiológicos de las células, sino también si las células se comunicaban eléctricamente con otras cercanas y , si es así, cómo.

Por último, el equipo perfeccionó una técnica para teñir las interneuronas que reveló la extensión total de sus morfologías de axones ramificados y dendritas. Para documentar las morfologías de las células, el coautor del estudio, Xiaolong Jiang, pasó muchas horas. . . trazándolas manualmente bajo un microscopio, explicó Tolias.

Basándose en las anatomías y electrofisiologías individuales de las células, el equipo identificó 15 tipos diferentes de interneuronas, muchas de las cuales no se habían descrito previamente.

Sin embargo, después de estudiar cómo estas células se conectaban entre sí, quedó claro que las interneuronas se dividían en tres subgrupos principales de conectividad. El primer grupo, que el equipo denominó reguladores maestros, se conectaba con cualquier otro tipo de interneurona o neurona excitatoria (células piramidales). El segundo grupo, llamado interneuronas dirigidas a neuronas piramidales (PTI), conectadas con células piramidales y otras interneuronas de la misma familia, sus hermanos, pero no sus primos, como dijo Ascoli. Y el tercer grupo, las interneuronas selectivas de interneuronas (ISI), interactuó solo con otros tipos de interneuronas, sus primos, pero no sus hermanos, dijo Ascoli. Estas tres reglas de conectividad fueron suficientes para explicar casi todos los datos de los equipos.

Aunque puede haber tipos adicionales de interneuronas con diferentes patrones de conectividad, el descubrimiento de estos tres tipos de conexión de interneuronas proporciona un marco que es extraordinariamente útil para relacionar diferentes tipos de observaciones de diferentes experimentos y diferentes grupos, dijo Toga.

Por ejemplo, se cree que el cableado incorrecto de los circuitos neuronales puede ser la raíz de una serie de trastornos psiquiátricos. Por lo tanto, dijo Zeng, este [documento] proporciona un punto de partida para que comparemos los circuitos de la enfermedad con los circuitos normales para ver cuáles son las anomalías.

X. Jiang et al., Principios de conectividad entre tipos celulares morfológicamente definidos en neocorteza adulta, Science, 350: aac9462-1-10, 2015.

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