Enriquerubio.net El blog del Dr. Enrique Rubio

1 mayo 2019

Sinapsis: qué son, tipos y funciones

Filed under: ANATOMIA — Enrique Rubio @ 19:20

Sinapsis: qué son, tipos y funciones
El sistema nervioso es la estructura más importante de los seres vivientes y en los mamíferos superiores adquiere funciones y la complejidad extraordinaria.
En el homo sapiens regula la homeostasis, pero sobre todo se encarga de las funciones superiores. No cabe duda que la evolución de los homínidos ha conducido al homo sapiens que tiene unas características intelectuales muy superiores, y aunque toda nuestra arquitectura es imprescindible para la vida, el sistema nervioso es uno de los elementos más importantes para nuestra existencia y supervivencia, ya que permite la gestión, organización y funcionamiento del resto de sistemas corporales. La complejidad de este sistema es tan grande , que en la actualidad y pese a los sofisticado medios de investigación, sigue siendo muy desconocido. Unas sofisticada células, funcionan a través del envío de impulsos electroquímicos con diferentes informaciones y órdenes para las diferentes estructuras que forman parte de nuestro organismo.
Ramón y Cajal, por medio de tinturas de Golgi, permitió identificar que en realidad está formado por un conjunto de células separadas entre sí: las neuronas. Estas se encuentran separadas por pequeños espacios, pero no dejan de comunicarse entre sí. Estos espacios de de conexión interneuronal , se conoce como sinapsis.
Aunque el concepto de sinapsis, fue descrito por primera vez por Ramón y Cajal, fue Sherrington, el que llamó a la conexión entre dos neuronas, synapsis , caracterizada por la presencia de un pequeño espacio que sirve de vía para la transmisión de la información.
La función principal de esta conexión es la de permitir la transmisión de la información entre las diferentes neuronas. Posibilitando la realización y coordinación de todos los procesos que permiten realizar las diferentes funciones vitales, así como las capacidades físicas y mentales tanto básicas como superiores.
Esta conexión transmite información y además las regula . En el espacio sináptico , no sólo se liberan sustancias neurotransmisoras, sino que se recaptan y esto permite que la neurona presináptica pueda recaptar los neurotransmisores si se han liberado una cantidad excesiva. Asimismo, permite que los residuos generados por el funcionamiento neuronal sean eliminados por cada célula, impidiendo su desgaste por la concentración de residuos.
La sinapsis entre dos neuronas, la conexión y vinculación entre ellas permite que se transmita la información. Está compuesto por tres componentes : neurona presináptica, espacio sináptico y neurona postsináptica.

1. Neurona presináptica
Es la neurona que envía la información hacia otra. Y esto se hace en las tras la emisión de neurotransmisores por parte de las vesículas sinápticas, que son los botones terminales del final del axón, que a su vez serán recibidos por la membrana de la neurona postsináptica.
2. Espacio sináptico
El espacio sináptico o hendidura sináptica es el espacio existente entre dos neuronas, generalmente de entre veinte a cuarenta nanómetros. Se trata del espacio en que se produce en sí la transmisión de la información entre neuronas.
3. Neurona postsináptica
Se trata de la parte receptora en la relación entre neuronas. Más que la neurona en sí, se haría referencia a la parte de esta que recibe la información proveniente de la neurona presináptica. Generalmente se trata de las dendritas, aunque dependiendo del tipo de conexión también pueden ser el soma o el axón.
Las sinapsis pueden encontrarse en diferentes clasificaciones y tipologías en función de diferentes parámetros, como el lugar en que generan la conexión con otra neurona o el tipo de elementos que circula entre ellas. Así, podemos encontrar entre otros los siguientes tipos.
Tipos según lo que se transmita
Según el tipo de elemento que se transmite entre neuronas, podemos encontrar los siguientes. Pese a su distinción, hay que tener en cuenta que es frecuente que una misma neurona pueda tener una conexión de tipo químico y eléctrico a la vez, así como el hecho de que la información que recorre el sistema es por lo general bioeléctrica (es decir, aunque se transmitan elementos químicos entre neuronas lo que estos generan son alteraciones de tipo eléctrico).
Sinapsis químicas
Se trata del tipo de sinapsis mayoritario en nuestro organismo. En estas sinapsis la información se transmite de forma química, a través del envío por parte de la neurona presináptica de diferentes neurotransmisores que la neurona postsináptica capta mediante diferentes receptores, cuya acción genera una alteración en forma de potencial excitatorio o inhibitorio postsináptico que puede terminar o no con la generación de un potencial de acción por parte de la neurona postsináptica. Son sinapsis versátiles, puesto que algunas neuronas pueden inhibir la acción de otras dependiendo de qué se active. No existe contacto físico entre ambas neuronas.
Sinapsis eléctricas
En este tipo de sinapsis, la información se transmite directamente a nivel eléctrico al fluir directamente los iones entre el componente pre y postsináptico. No tienen versatilidad, ya que su actuación no permite que una neurona inhiba la acción de otra. En este tipo de sinapsis existe en realidad un contacto entre neurona pre y postsináptica, a través de las uniones gap o canales formados por proteínas.
Son propias del nervio óptico y su conexión con conos y bastones en el ojo. También de animales invertebrados.
La interacción entre neuronas puede tener principalmente dos efectos, que se corresponden con los siguientes tipos de sinapsis.
Sinapsis excitatoria
Tipo de sinapsis en el que la transmisión de información tiene efectos excitatorios, facilitando que la neurona postsináptica realice un potencial de acción y se continúe la transmisión del mensaje al generar la despolarización de su membrana.
Sinapsis inhibitoria
En este caso, la actuación o activación de este tipo de sinapsis dificulta la aparición de un potencial de acción al hiperpolarizar la célula postsináptica. Se hace más difícil que la información se transmita a través de la neurona postsináptica hacia otras conectadas con ella.
Según lugar de conexión
Según el lugar en que se conecten entre sí, podemos encontrar los siguientes tipos de sinapsis.
Sinapsis axodendríticas
El tipo de conexión más frecuente y prototípico. La conexión sináptica se da entre el axón de la neurona presináptica y las dendritas de la neurona postsináptica. Generalmente tiene efectos excitatorios.
Sinapsis axosomáticas
En este tipo de sinapsis, el axón de la neurona presináptica se conecta con el soma o núcleo de la postsináptica. Generalmente tiene efectos inhibitorios en la segunda.
Sinapsis axo-axónicas
Este tipo de conexión suele darse de manera que se ejercen efectos moduladores a la hora de que una neurona libere determinadas cantidades de neurotransmisor hacia otra. Se produce una conexión entre el axón de la neurona presináptica y la postsináptica, alterando la posibilidad de que esta libere determinadas cantidades de neurotransmisores a una tercera con la que se conecta por otra vía.
Referencias bibliográficas
Kandel, E.R.; Schwartz, J.H. & Jessell, T.M. (2001). Principios de neurociencia. Cuarta edición. McGraw-Hill Interamericana. Madrid.
por Oscar Castillero Mimenza

1 abril 2019

CELULAS MADRE QUE SON Y QUE HACEN

Filed under: ANATOMIA — Enrique Rubio @ 13:38


Células madre: las células maestras del cuerpo

Las células madre son la materia prima del cuerpo; a partir de ellas se generan todas las demás células con funciones especializadas. Bajo las condiciones adecuadas en el cuerpo o en un laboratorio, las células madre se dividen para formar más células llamadas células hijas.
Estas células hijas se convierten en nuevas células madre (autorrenovación) o en células especializadas (diferenciación) con una función más específica, como células sanguíneas, células cerebrales, células del músculo cardíaco o células óseas. Ninguna otra célula del cuerpo tiene la capacidad natural de generar nuevos tipos de células.
Los estudios con células madre puedan ayudar a lo siguiente:
• Aumentar la comprensión sobre cómo ocurren las enfermedades.
• Generar células sanas para reemplazar las células enfermas (medicina regenerativa). .
Las personas que podrían beneficiarse de las terapias con células madre incluyen aquellas con lesiones de la médula espinal, diabetes tipo 1, enfermedad de Parkinson, esclerosis lateral amiotrófica, enfermedad de Alzheimer, enfermedad cardíaca, accidente cerebrovascular, quemaduras, cáncer y osteoartritis.
..
• Probar nuevos medicamentos en cuanto a seguridad y eficacia. Antes de usar medicamentos experimentales en personas, los investigadores pueden usar algunos tipos de células madre para probar la seguridad y calidad de los medicamentos. .
Por ejemplo, se pueden generar células nerviosas para probar un nuevo medicamento para una enfermedad nerviosa. Las pruebas podrían mostrar si el nuevo medicamento tuvo algún efecto sobre las células y si las células fueron dañadas.

Son varias las fuentes de células madre:
• Células madre embrionarias.
• provienen de embriones que tienen de tres a cinco días de vida. En esta etapa, un embrión se llama blastocisto y tiene alrededor de 150 células.
Estas son células madre pluripotentes, lo que significa que pueden dividirse en más células madre o pueden convertirse en cualquier tipo de célula del cuerpo. Esta versatilidad permite que las células madre embrionarias se utilicen para regenerar o reparar tejidos y órganos enfermos.
• Células madre adultas. Estas células madre se encuentran en pequeñas cantidades en la mayoría de los tejidos adultos, como la médula ósea o la grasa. En comparación con las células madre embrionarias, las células madre adultas tienen una capacidad más limitada para generar diferentes células del cuerpo.
Las células madre de la médula ósea podrían crear células óseas o del músculo cardíaco.
• Células adultas modificadas para que tengan las propiedades de las células madre embrionarias (células madre pluripotentes inducidas). Mediante la reprogramación genética. Al modificar los genes de las células adultas, los investigadores pueden reprogramar las células para que actúen de manera similar a las células madre embrionarias.
• Células madre perinatales. Los investigadores han descubierto células madre en el líquido amniótico, así como en la sangre del cordón umbilical. Estas células madre también tienen la capacidad de convertirse en células especializadas.
• Las células madre embrionarias se obtienen a partir de embriones en etapa temprana, un grupo de células que se forman cuando el óvulo de una mujer es fecundado con el espermatozoide de un hombre en una clínica de fertilización in vitro. Debido a que las células madre embrionarias humanas se extraen de embriones humanos, se han planteado varias preguntas y cuestiones sobre la ética de la investigación con células madre embrionarias.
Los National Institutes of Health (Institutos Nacionales de Salud) crearon pautas para la investigación con células madre humanas en 2009. Las pautas definen a las células madre embrionarias y cómo pueden utilizarse en la investigación, e incluyen recomendaciones para la donación de células madre embrionarias. Además, las pautas establecen que las células madre embrionarias de embriones creados mediante fertilización in vitro solo se pueden utilizar cuando el embrión ya no es necesario.
Los embriones que se utilizan en la investigación de células madre embrionarias provienen de óvulos que fueron fertilizados en clínicas de fertilización in vitro pero que nunca fueron implantados en el útero de una mujer. Las células madre son donadas con el consentimiento informado de los donantes. Las células madre pueden vivir y crecer en soluciones especiales en tubos de ensayo o placas de Petri en los laboratorios.
Las células madre adultas podrían no ser tan versátiles y duraderas como las células madre embrionarias. Las células madre adultas también son más propensas a tener alteraciones debido a peligros ambientales, tales como toxinas, o por errores adquiridos por las células durante la replicación. Sin embargo, los investigadores han descubierto que las células madre adultas son más adaptables de lo que se pensaba al principio.
Pueden tomarse grupos de células de una línea de células madre y congelarse para su almacenamiento o compartirlos con otros investigadores.
La terapia con células madre, también conocida como medicina regenerativa, promueve la reparación de tejidos enfermos, disfuncionales o lesionados utilizando células madre o sus derivados. Los investigadores cultivan células madre en un laboratorio. Estas células madre se manipulan para especializarse en tipos específicos de células, como células del músculo cardíaco, células sanguíneas o células nerviosas.
Los investigadores ya han demostrado que las células adultas de médula ósea guiadas para convertirse en células similares a las del corazón pueden reparar el tejido cardíaco en las personas, y hay más investigación en curso.
Se han realizado trasplantes de células madre, también conocidos como trasplantes de médula ósea. En estos trasplantes, las células madre reemplazan a las células dañadas por la quimioterapia o la enfermedad o sirven como una forma en que el sistema inmunológico del donante combate ciertos tipos de cáncer y enfermedades relacionadas con la sangre, como la leucemia, el linfoma, el neuroblastoma y el mieloma múltiple. Estos trasplantes utilizan células madre adultas o sangre del cordón umbilical.
Se han descubierto formas de orientar a las células madre para que se conviertan en tipos específicos de células, por ejemplo, orientar células madre embrionarias para que se conviertan en células del corazón. Las células madre embrionarias también pueden crecer de forma irregular o especializarse en diferentes tipos de células espontáneamente.
Las células madre embrionarias también pueden desencadenar una respuesta inmunitaria en la que el cuerpo del receptor ataca a las células madre como si fuesen invasores extraños. Las células madre también pueden no funcionar normalmente, con consecuencias desconocidas
La clonación terapéutica, también llamada transferencia nuclear de células somáticas, es una técnica para crear células madre versátiles e independientes de los óvulos fertilizados. En esta técnica, el núcleo, que contiene el material genético, se extrae de un óvulo no fertilizado. El núcleo también se extrae de la célula de un donante.
Este núcleo de donante se inyecta en el óvulo, reemplazando al núcleo que fue extraído, en un proceso llamado transferencia nuclear. El huevo se divide y pronto forma un blastocisto. Este proceso crea una línea de células madre que es genéticamente idéntica a las células del donante: en esencia, un clon.
Algunos investigadores creen que las células madre derivadas de la clonación terapéutica pueden ofrecer beneficios respecto de las de los óvulos fertilizados, porque es menos probable que las células clonadas sean rechazadas una vez trasplantadas de nuevo al donante y pueden permitir que los investigadores vean exactamente cómo se desarrolla una enfermedad.
Los investigadores no han podido realizar con éxito la clonación terapéutica con seres humanos a pesar del éxito en otras especies.
Sin embargo, en estudios recientes, los investigadores han creado células madre pluripotentes humanas al modificar el proceso de clonación terapéutica. Los investigadores continúan estudiando el potencial de la clonación terapéutica en las personas.
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Las células madre se identificaron y caracterizaron en la médula ósea en los años 50 y 60, en un esfuerzo por comprender y tratar las consecuencias de la exposición a la radiación después de la Segunda Guerra Mundial. Aquellas células hematopoyéticas eran raras, se dividían con lentitud y podían renovarse y diferenciarse en cualquier tipo celular sanguíneo. Fue el comienzo de los trasplantes de médula ósea y de una carrera investigadora para descubrir otras células madre regeneradoras de lesiones y enfermedades. En 1998, James Thomson anunció en Science la primera derivación de células madre embrionarias humanas; poco después se descubrían células madre en los tumores, y en 2007 el equipo de Yamanaka informó del hallazgo de las células madre pluripotentes inducidas (iPS), revirtiendo la diferenciación celular a un estado cuasi-embrionario. Desde entonces, el pulso entre embrionarias e iPS se ha ido decantando hacia estas últimas: son más fáciles de derivar, no implican reparos éticos y tienen menos riesgo de rechazo y de teratogenicidad. Basta echar un vistazo al Banco Nacional de Líneas Celulares del Instituto de Salud Carlos III, y a otros bancos similares en el mundo, para apreciar quién se ha impuesto.
La fiebre del oro celular iniciada en 1998 ha originado miles de estudios sobre la conversión de estas células pluripotentes (embrionarias e iPS) en numerosos tejidos y organoides, aunque su traslación a la clínica apenas ha comenzado: al igual que otros grandes avances básicos, la terapia celular o medicina regenerativa se está encontrando con más obstáculos de los previstos. Aun así, en el imaginario popular las células madre se presentan como una entidad mágica con efectos rejuvenecedores. De ahí que su aparentemente fácil aislamiento de la médula o del tejido adiposo haya impulsado una industria descontrolada -casi 400 compañías en Estados Unidos y 600 clínicas específicas- que promete aliviar dolores, curar lesiones medulares, ictus y cartílagos deshechos, y que amparándose en el sufrimiento ajeno inyecta más placebo que soluciones, por no hablar de los riesgos de una práctica asilvestrada que ha causado infecciones, cegueras, parálisis y muertes.
En la raíz del hechizo que suscitan, y de los fracasos que cosechan, se camufla cierto desconcierto científico y una enorme desorientación de la opinión pública sobre el origen, potencialidad y funcionalidad de los distintos tipos de células troncales: desde las totipotentes a las fetales y mesenquimales.
El genetista molecular Hans Clevers, director del Instituto Hubrecht, de la Universidad holandesa de Utrecht, explicaba en diciembre pasado en Proceedings of the Nacional Academy of Sciences que el éxito de las células hematopoyéticas ha “contaminado” el campo de la terapia celular. Muchos tejidos, como la piel, se reparan a sí mismos de maneras muy ingeniosas y distintas; no hay una estrategia común. Los numerosos tipos de células madre expresan genes diferentes y marcadores específicos de cada tejido, se dividen a ritmos diversos y en cantidades diferentes. Clevers coordinaba un trabajo en el que enterraba la existencia de células madre cardiacas, uno de los tesoros más buscados por los científicos: la regeneración del corazón infartado ha propiciado hasta ahora más de 200 ensayos sin resultados llamativos. Símbolo de esta frustración es el auge y caída del italiano Piero Anversa, del Hospital Brigham and Women’sy de la Universidad de Harvard, y uno de los líderes mundiales en regeneración cardiaca: ya se han retirado 31 trabajos suyos en revistas científicas de primera línea por incorrecciones y falsificaciones. Esto no descarta otras vías regeneradoras del corazón a través, por ejemplo, de la reprogramación en cardiomiocitos de otras células madre.
Mientras se van descubriendo células madre en varios tejidos, el corazón y el cerebro son lógicamente los órganos en los que más se batalla y discute sobre su auto o heterorregeneración. El hígado, apunta Clevers, sería el epítome de la regeneración eficiente de órganos: todas sus células diferenciadas pueden actuar como células madre cuando sea necesario. Y añade que sería más útil descubrir cómo un tejido en particular activa sus células madre peculiares, que identificar células madre genéricas, “un espectro nebuloso, variable en potencia y comportamiento”, que obstaculiza los avances y los consensos científicos.
Pamela Robey, bióloga de los Institutos Nacionales de la Salud de Estados Unidos, sugería en Nature que unas células madre aisladas hacía poco en tejido óseo podrían ser en realidad células progenitoras, por tanto, no multipotentes sino unipotentes. Y con ese motivo aludía al debate sobre la capacidad de las tan famosas y omnipresentes células madre mesenquimales, que la mayoría de los investigadores ya no las consideran células madre. En el año 2017 se publicaron 3.500 estudios científicos bajo el paraguas de células madre mesenquimales.
Según Robey, muchas serían de otro tipo, sobre todo progenitoras, y con niveles diversos de multipotencia. “El nombre no debería usarse tan a la ligera”. La designación fue acuñada en 1991 por el biólogo Arnold Caplan, de la Universidad Case Western Reserve, para describir células del estroma de la médula ósea que podrían dar lugar a hueso y cartílago. Desde entonces se han aislado células mesenquimales en varios tejidos. En 2006 la Sociedad Internacional de Terapia Celular propuso el nombre de células estromales mesenquimales multipotentes. Pero apenas se ha hecho caso de aquella sugerencia. “Distinguir mediante la genómica y la transcriptómica la función y potencia de cada célula madre que se vaya aislando ayudaría a clarificar un campo bastante confuso”, concluía Robey.
Bibliografia
1998, James Thomson anunció en Science
2007 el equipo de Yamanaka informó del hallazgo de las células madre pluripotentes inducidas
Multipotencia. “La designación fue acuñada en 1991 por el biólogo Arnold Caplan, de la Universidad Case Western Reserve,
2006 la Sociedad Internacional de Terapia Celular propuso el nombre de células estromales mesenquimales multipotentes.
Hans Clevers, del Instituto Hubrecht, Proceedings of the Nacional Academy of Sciences
Piero Anversa, Hospital Brigham and Women’sy . Universidad de Harvard,
Pamela Robey, bióloga de los Institutos Nacionales de la Salud de Estados Unidos, Nature

27 marzo 2019

NEUROGENESIS, MAS DE LO MISMO

Filed under: ANATOMIA — Enrique Rubio @ 21:54

NEUROGENESIS, MAS DE LO MISMO

Don Santiago Ramon y Cajal no creía en la NEUROGENESIS, en la actualidad, aunque no solucionado el problema, la Neurogenesis , sigue teniendo una gran presión en los estudios científicos del sistema nervioso.
En 1963, Joseph Altman realizó experimentos que demostraban que el cerebro de gatos y ratas producían neuronas aún en la etapa adulta.
La neurogénesis solo se admitía que la producción de nuevas neuronas sólo ocurría en los bebés antes de nacer.
Varios trabajos que la neurogenesisis existe y lo hace en en el hipocampo y en el bulbo olfatorio de mamíferos adultos. Las neuronas son capaces de generar nuevas neuronas, algunas de las cuáles se integran en circuitos funcionales y parecen ser imprescindibles para procesos como la memoria y el aprendizaje.

Julia Freund et al., “emergence of individuality in genetically identical mice,” science 340: 756-759, 10 may 2013. Afirma que en el cerebro adulto la neurogénesis asi como la generación de nuevas células gliales es mucho más común de lo que se creía y hay pruebas de que también influye en la plasticidad neural. Los oligodendrocitos, que forman la vaina de mielina que envuelve los axones de las neuronas, cuya misión es aumentar la velocidad del impulso no pueden controlar a cantidad de mielinización, por lo que la mielina nueva requiere la generación de nuevos oligodendrocitos y por ello la mayor parte de la proliferación celular en el sistema nervioso es la producción de estas células gliales.
Cinco años más tarde , un articulo en Nature, afirma que la neurogénesis desaparece en la edad adulta y en el en el hipocampo no nacen nuevas neuronas. Este estudio demuestra que el desarrollo de nuevas neuronas en el hipocampo disminuye progresivamente en los niños y se detiene por completo en la edad adulta.

García Verdugo, de la universidad de Valencia. Junto a Arturo Álvarez-Buylla, junto con el grupo de Zengang Yang, de la universidad de Shangai. Encontraron que las nuevas neuronas se producen temprano en la vida, pero esa tasa de formación de neuronas disminuye rápidamente a medida que los sujetos envejecen.
en el hipocampo
De nuevo el | 2018-04-16 aparece un artículo donde se debate sobre la existencia de la neurogénesis adulta
Con apenas un mes de diferencia en su publicación, dos estudios científicos proponen conclusiones opuestas. reflejan así las posiciones encontradas en la comunidad científica sobre una cuestión que, al margen de lo que pueda aportar sobre el funcionamiento cerebral y los procesos de aprendizaje y memoria, tiene implicaciones en potenciales tratamientos para enfermedades neurodegerativas como el mal de alzheimer.
Maura Boldrini , Neurobióloga de la Universidad de Columbia en un trabajo aparecido en Stem Cell. afirma que » que la neurogénesis no disminuye con el envejecimiento, ni tampoco aumenta el volumen del giro dentado. en cambio, ya que disminuye el número de células que expresan el marcador de plasticidad psa-ncam. esto puede significar que estas neuronas posiblemente establezcan menos conexiones y sean menos activas en el circuito».
Estudios previos también han encontrado neurogénesis en cerebros humanos de mayor edad. Boldrini , Fred Gage en Nature Medicine, en 1998.
Álvarez-Buylla. Buscó y encontró en roedores neuronas jóvenes en la circunvolución dentada del hipocampo adulto, «pero no lo vieron en el cerebro humano»,
» Boldrini recuerda que en la dependencia exclusiva del nuevo estudio de etiquetar proteínas celulares asociadas con neuronas nuevas no es evidencia suficiente para concluir que las células que se observan realmente sean neuronas nuevas. según las imágenes que presentan, las células que denominan nuevas neuronas en el hipocampo adulto son muy diferentes en forma y apariencia de lo que se consideraría una neurona joven en otras especies, o lo que hemos observado en niños pequeños. esta es la razón por la cual en nuestro estudio también realizamos un análisis cuidadoso de la forma y estructura celular con microscopios óptico y electrónico, que revelaron que las células marcadas de manera similar en nuestras muestras cerebrales adultas demostraron que no eran ni neuronas jóvenes ni progenitores neuronales, sino células gliales no neuronales que expresan marcadores moleculares similares».
Gage. Boldrini creen que «las nuevas neruonas en el hipocampo han demostrado ser necesarias para la memoria y la respuesta emocional al estrés».
Los científicos que declaran que no se produce esa formación de nuevas neuronas no lo consideran un hecho necesariamente negativo, sino que lo plantean como una apuesta de nuestra especie en la que se favorece la plasticidad sináptica.
El problema sigue siendo el mismo, no se dispone todavía de las herramientas adecuadas y se ponen en duda algunos métodos empleados en los trabajos que avalan la neurogénesis:
Jonas Frisen, del Instituto Karolinska, recurrió al carbono 14. como resultado de las pruebas con bombas nucleares durante la guerra fría, este elemento se incorporó a través de las plantas a la cadena alimentaria. el rastreo del isótopo le sirvió a Frisen para datar las células en cerebros ancianos y concluir, en un estudio que se divulgó en 2013, hasta el número concreto de neuronas nuevas que aparecían cada día: 700, según sus cálculos. «sin embargo, esto no ha sido replicado por otros y probablemente, seguirá siendo una especialidad de ese laboratorio», apunta Sutherland sobre el original experimento.
En cuanto al de Fred Gage, «obtuvieron tejido cerebral de pacientes con cáncer previamente inyectados con el marcador de adn, brdu. brdu solo se incorporaría a la mitosis (nueva producción celular) y encontraron neuronas positivas para brdu.
E trabajo con brdu fue fortuito, y nunca se podría inyectar estos compuestos citotóxicos en personas en un entorno de investigación». Sutherland es taxativo: «en mi opinión hay un declive brusco en la neurogénesis del hipocampo sugranular (sgz) y subventricular (svz) en la primera infancia y las raras apariciones tras ese periodo parecen no tener significado funcional».

NEUROGÉNESIS HIPOCAMPAL ADULTA 25 marzo, 2019
El giro dentado produce nuevas neuronas hasta los noventa años de vida, Este mecanismo, denominado neurogénesis hipocampal adulta, se encuentra dañado en pacientes con enfermedad de Alzheimer. Los resultados del trabajo han sido publicados en la revista Nature Medicine.
“A pesar de producirse una ligera reducción en la cantidad de neuronas generadas durante el envejecimiento, un gran número de estas neuronas se encuentra aún presente en el giro dentado de individuos que no padecen ninguna enfermedad neurológica al menos hasta los 87 años de edad”, ha explicado María Llorens-Martín, investigadora en el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa, y coordinadora del estudio.
El nacimiento de nuevas neuronas en el cerebro humano adulto posee una gran importancia para la medicina moderna, ya que este tipo especial de neuronas generado en el hipocampo participa en la adquisición de nuevos recuerdos y en el aprendizaje en ratones.
Trabajos referentes a la Neurogenesis si o no, se vienen publicando desde hace muchos años. Aunque los medios utilizados no solo abarcan la celularidad de las áreas temporo basales, y su expresión química, los resultados son contradictorios según los distintos autores
Los mediadores químicos utilizados para demostrar la existencia de neurogénesis, demuestran que los tratamientos químicos a los que es necesario someter las muestras de tejido cerebral humano para su posterior estudio afectan de manera crítica a la detección de la presencia de las neuronas inmaduras. Los investigadores demostraron que, tras someter muestras obtenidas de los mismos sujetos a distintos tratamientos químicos, se observaban números de células muy diferentes. Además, cuando dichos tratamientos eran más agresivos o prolongados en el tiempo, la señal emitida por las nuevas neuronas desaparecía completamente.
“Una combinación de métodos permite visualizar la neurogénesis en el giro dentado humano adulto. Esta metodología ha permitido conocer, por primera vez, datos únicos acerca de la maduración de las nuevas neuronas generadas en esta región del cerebro. Se ha podido estudiar en profundidad las etapas que atraviesan las nuevas neuronas antes de madurar totalmente, qué proteínas sintetizan, y cómo van cambiando de forma y de posición dentro del giro dentado. Ese proceso de maduración comparte varias características con las descritas en otras especies de mamíferos”.

El estudio también analiza de manera comparada el proceso de neurogénesis hipocampal adulta en un grupo de 13 individuos sanos y 45 pacientes de la enfermedad de Alzheimer. Los autores han descubierto que el número de nuevas neuronas disminuye de manera drástica en los estadíos iniciales de la enfermedad para continuar decreciendo progresivamente a medida que avanza la dolencia. Además, estas células encuentran problemas en distintas etapas del proceso madurativo de las neuronas. Como consecuencia de este bloqueo, el número de neuronas generadas que finalmente alcanza la maduración total es mucho menor en estos pacientes.
Teóricamente al menos podría abreviar el diagnóstico de Alzheimer y frenar y a evolución de esta enfermedad, aportaLlorens-Martín.
No obstante y pese a la ilusión que hace que la Neurogénesis existe en el adulto y que puede ser muy útil en muchos procesos, hay que ser cuidadoso, y creer solo lo que se puede demostrar por muchos investigadores y muchas veces.
Mientras tanto esperar y ver
Nature Medicine Neurogénesis hipocampal adulta,
Enriquerubio.Net ¿Existe en el adulto humano “La neurogénesis”? 9 Marzo 2018
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El cerebro TRIUNO y EL SISTEMA POLIVAGAL

Filed under: ANATOMIA — Enrique Rubio @ 14:50

El cerebro TRIUNO y EL SISTEMA POLIVAGAL

Uno el cerebro Triuno, se refiere al CEREBRO TRIUNO DE MACCLEN. Su expresión es casi puramente anatómica,
Los tres cerebros colocados en batería, Reptiles, mamíferos y hominidos. Su funcionalidad viene después.
El otro es el SISTEMA POLIVAGAL DE PORGES, que se refiere al funcionameineto de un nervio mas antiguo, que es el nervio más largo y antiguo de nuestra biología y es un componente del sistema parasimpático y al que se le atribuye la misión de producir paz y que esta en equilibrio con el sistema simpático que nos prepara para la batalla.
Estudios recientes demuestran las múltiples funciones de este nervio o mejor del sistema colinérgico como tiende a llamarse en la actualidad, que no sólo está encargado del equilibrio con el sistema adrenérgico o simpático, para mantener el equilibrio y mantener la homeostasis de nuestro organismo, sino que participa intensamente en el control de nuestras funciones psíquicas.
La teoría polivagal (gr. “Polus ‘”, “muchos” “+” vago “,”‘ Nervio Vago ‘”) fue propuesta y desarrollada por el Dr. Stephen Porges, Director del Centro de Cerebro-Administración en la Universidad de Illinois en Chicago. Esta teoría parte de la distinción entre las dos ramas del nervio vago, craneal, que tienen relaciones distintas ante el estrés evolutivo en los mamíferos y sobre todo en el hombre.
La rama más primitiva provoca comportamientos de inmovilización (por ejemplo, fingiendo la muerte), mientras que la rama más evolucionada está vinculada a la comunicación social y las conductas de relajación.
Estas funciones siguen una jerarquía filogenética, donde los sistemas más primitivos sólo se activan cuando las estructuras más evolucionadas fallan. Estas vías neuronales regulan el estado autonómico y la expresión de la conducta emocional y social. Por lo tanto, según esta teoría, el estado fisiológico dicta el rango de comportamiento y experiencia psicológica. La teoría polivagal tiene muchas implicaciones en el estudio del estrés, las emociones y el comportamiento social. Tradicionalmente, la frecuencia cardíaca y el nivel de cortisol se han utilizado como índices periféricos de la excitación vagal. La medición del tono vagal en los seres humanos se ha convertido en un índice de vulnerabilidad al estrés y ha permitido estudiar la reactividad en muchas poblaciones con trastornos afectivos, como los niños con problemas de conducta y los que sufren de trastorno límite de la personalidad.
El nervio vago es un componente primario del sistema nervioso autónomo. La teoría polivagal describe la estructura y función de las dos ramas distintas de las vago, las dos se originan en la médula oblonga. [1] Más específicamente, cada rama está asociada con una estrategia de comportamiento adaptativo diferente, ambos de los cuales son de naturaleza inhibidora a través de la sistema nervioso parasimpático (SNP). El sistema vagal está en oposición al sistema simpático-adrenal, que está implicado en conductas de movilización. Según la teoría polivagal, estos sistemas opuestos están filogenéticamente emparejados. [1]
El complejo vagal dorsal (DVC)
Es la rama dorsal del nervio vago se origina en el núcleo motor dorsal y es considerada la rama filogenéticamente más antigua. [2] Esta rama es amielínica y existe en la mayoría de los vertebrados y se la conoce como el “vago vegetativo”, ya que se asocia con las estrategias de supervivencia primarios de vertebrados primitivos, reptiles y anfibios. [2] Ante un potente estrés, estos animales se congelan cuando se sienten amenazadas, la conservación de sus recursos metabólicos.
Proporciona control primario de los órganos viscerales subdiafragmáticos, como el tracto digestivo. En condiciones normales, el DVC mantiene la regulación de estos procesos digestivos. Sin embargo, la desinhibición prolongada puede ser letal para los mamíferos, ya que da lugar a apnea y bradicardia. [1]
El complejo vagal ventral
El aumento de la complejidad neuronal observada en mamíferos (debido al desarrollo filogenético) dio lugar a un sistema más sofisticado para enriquecer las respuestas conductuales y afectivas a un entorno cada vez más complejo. [1] La rama ventral del nervio vago se origina en el núcleo ambiguo y está mielinizada para proporcionar más control y velocidad en la respuesta. [1] Esta rama también se conoce como el “vago inteligente”, ya que se asocia con la regulación de la “lucha o huida” en el servicio de los comportamientos sociales. [2] Estos comportamientos ocurren en las relaciones sociales y son tranquilizantes y relajantes en general. [1] Es decir esta rama del nervio vago puede inhibir o desinhibir circuitos límbico defensivos, dependiendo de la situación. El VVC proporciona control primario de los órganos viscerales supra diafragmáticos, tales como el esófago, bronquios, la faringe y la laringe. El VVC también ejerce influencia importante en el corazón. Cuando el tono vaga es alto, este nervio tiende a tranquilizar el corazón y produce bradicardia o al menos disminuye la frecuencia del ritmo. En otras palabras, el vago actúa como un freno de la frecuencia cardíaca. Sin embargo, cuando el tono vagal decrece o desaparece , hay poca inhibición, y aumenta el ritmo de los latidos de manera rápida (“lucha / huida”) puede ser activado en momentos de estrés, pero sin tener que comprometer el sistema simpático-adrenal. [1]
EL CEREBRO TRIUNO DE MACCLEAN
Paul D. MacLean (1 de mayo de 1913 – 26 de diciembre de 2007) fue un médico norteamericano y neurocientífico que hizo importantes avances en los campos de la psicología y la psiquiatría : Su teoría evolutiva del cerebro triúnico propone que el cerebro humano es en realidad tres cerebros en uno: el reptiliano, el sistema límbico y la neocorteza. Amplió la teoría de James Papez que habría desaparecido y hubiera pasado a la historia si no hubiera constituido la principal fuente de inspiración en la teoría de MacLean
El Neurólogo Paul MacLean fue el primero en proponer que el cerebro humano tiene tres porciones que son la suma de los cerebros que han pertenecido a otros animales en la evolución y cada una de ella creció encima de la otra. A lo largo de su evolución, el cerebro humano adquirió tres componentes que fueron surgiendo y superponiéndose.
1. Cerebro primitivo (arquipálio), constituido por la estructuras del tronco cerebral: Bulbo, cerebelo, puente y mesencéfalo, con el más antiguo núcleo en la base, el globo pálido y bulbos olfatorios. Se dice que corresponde al cerebro reptiliano, también llamado complejo-R por el neurofisiologo Paul MacLean.
2. Cerebro intermedio (paleopálio), formado por las estructuras del sistema límbico. Y se corresponde al cerebro de los mamíferos inferiores.
3. Cerebro superior o racional (neopálio situado en la capa superior), que comprende la mayor parte de los dos hemisferios cerebrales (formado por el neocórtex) y algunos grupos neuronales subcorticales. Este último solo es compartido por los mamíferos superiores, incluyendo a los primates y el hombre.
Los tres cerebros están interconectados como computadoras biológicas y cada uno tiene su propia inteligencia especial, su propia subjetividad, su propio sentido del tiempo y del espacio y su propia memoria
Esta hipótesis se convirtió en paradigma e interpretó primero que el neocortex dominaba los otros niveles mas bajos. MacLean cree que esto no es asi y que el cerebro o lóbulo limbico de situación inferior y que controla las emociones, puede controlar las funciones del neocortex cuando lo necesita
El Complejo Reptiliano
El Complejo-R se compone del tronco cerebral y del cerebellum. Su objetivo está estrechamente relacionado con la supervivencia física real y el mantenimiento del cuerpo.
Los tres cerebros se desarrollan superponiéndose durante la evolución embrionaria del feto. Y también cronológicamente en la evolución de las especies (filogenia), desde el lagarto hasta el homo sapiens. En palabras de Mclean, son como tres computadoras biológicas que, aunque íntimamente interconectadas, conservan cada una sus propias formas peculiares de inteligencia, subjetividad, sentido del tiempo y del espacio, memoria, motricidad y otras funciones menos específicas.
La parte más primitiva del cerebro básico, es el cerebro instintivo y reptiliano. Esta parte del cerebro está formada por los ganglios basales, el tallo cerebral y el sistema reticular. Es esa parte la que se ocupa de las actividades intuitivas. Alojado en el tronco cerebral, es la parte más antigua del cerebro y se calcula que se desarrolló hace unos 500 millones de años. Se encuentra presente primordialmente en los reptiles.
Los reptiles son las especies animales con un menor desarrollo cerebral. El suyo, está diseñado para manejar la supervivencia desde un sistema binario: huir o pelear, con muy poco o ningún proceso sentimental. Tiene un papel muy importante en el control de la vida instintiva y se encarga de autorregular el organismo. Por lo tanto este cerebro no está capacitado para pensar, ni sentir. Su función es la de actuar, cuando el estado del organismo así lo demanda. El complejo reptiliano, en los seres humanos, incluye conductas que se asemejan a los rituales animales como el de aparearse. La conducta animal e instintiva está en gran medida controlada por esta área del cerebro.
Se trata de un tipo de conducta instintiva programada y poderosa y, por lo tanto, es muy resistente al cambio. Es el impulso por la supervivencia: comer, beber, mantener la temperatura corporal, sexo, territorialidad, necesidad de cobijo y de protección. Es un cerebro funcional, territorial, responsable de conservar la vida y el responsable de las mayores atrocidades. Nos sitúa en el presente, sin pasado ni futuro y por tanto es incapaz de aprender o preveer. No piensa ni siente emociones y es pura impulsividad. En el cerebro reptiliano se procesan las experiencias primarias, no verbales, de aceptación o rechazo.
Aquí se organizan y procesan las funciones que tienen que ver con el hacer y el actuar, lo cual incluye: las rutinas, los hábitos, la territorialidad, el espacio vital, las adicciones, los rituales, los ritmos, las imitaciones, las inhibiciones y la seguridad. Es el responsable de las conductas automáticas, tales como las que se refieren a la preservación de la especie y a los cambios fisiológicos necesarios para la sobrevivencia.
En síntesis: este cerebro se caracteriza por la acción: El sistema básico o reptiliano controla la respiración, el ritmo cardíaco, la presión sanguínea e incluso colabora en la continua expansión-contracción de nuestros músculos. Este primer cerebro es sobre todo como un guardián de la vida, pues en él están los mayores sentidos de supervivencia y lucha. Y además, mantiene la interrelación con los poros de la piel, los cuales son como una especie de interfase que poseemos con el mundo externo. Este primer cerebro es nuestro agente avisador de peligros para todo el cuerpo. Permite la adaptación con rapidez por medio de respuestas elementales poco complicadas emocional o intelectualmente. Esta conducta no está basada en consideraciones basadas en las experiencias previas ni en los efectos a medio o largo plazo.
El cerebro de Macclean es anatomico y complementario, el de Porges, es la función del vago, pero a nivel del segmento Troncoenfcefalico es decir el reptiliano de Macclean.
Es difícil concatenar estas dos porciones, una anatómica y otra funcional, pero es lo que mas se parece a lo anatomico funcional.
Es difícil, explicar las ramas vagales, que inervan estructuras cerebrales, pero seguro que una explicación mas detallada nos harán comprenderlas.
Como siempre anatomía y función se complementan

Bibliografia
Porges, Stephen. (2001). The polyvagal theory: phylogenetic substrates of a social nervous system.. International Journal of Psychophysiology, 42, 123-146.
Beauchaine, T. P., Gatzke-Kopp, L., & Mead, H. K. (2007). Polyvagal theory and developmental psychopathology: Emotion dysregulation and conduct problems from preschool to adolescence. Biological Psychology, 74, p. 3.
Porges, S. (2011). The polyvagal theory: Neurophysiologial foundations of emotions, attachment, communication, and self-regulation. New York: W. W. Norton & Company.
Porges, S. (2011). The polyvagal theory: Neurophysiologial foundations of emotions, attachment, communication, and self-regulation. New York: W. W. Norton & Company. pg. 69.
Reed, S. F., Ohel, G., David, R., & Porges, S. W. (1999). A neural explanation of fetal heart rate patterns: A test of the polyvagal theory. Developmental Psychobiology, 35,p. 109,

8 marzo 2019

EL PROXIMO CEREBRO

Filed under: ANATOMIA,DEGENERATIVAS — Enrique Rubio @ 20:28

PROXIMO CEREBRO
Dr E. Rubio Garciá
Índice
1- El caníbal
2- Aprendizaje de la anatomía
3- Anatomía evolutiva
4- Cerebro Triuno
5- Cerebro de los reptiles
6.- Cerebro limbico emocional
7- Cerebro del Hominido
8- Como sera el proximo cerebro
La cantidad de catástrofes conque convivimos y su amplia divulgación por todos los medios, nos angustian y contribuyen a que tengamos malestar y al gran aumento de enfermedades crónicas degenerativas que estamos sufrienddo. Son las enfermedades neurodegenerativas.
No solo nos mortifican, sino tenemos la sensación que el cerebro que tenemos lo estamos utilizando mal. No funciona, tenemos que cambiarlo por otro
Vamos a resumir una serie de condiciones que dan veracidad a esto que digo.
Aunque describo solo un caso, es exponente de la cantidad de ellos que ocurren cada día,
Hace unos días una noticia de nuevo terrorífica.

Este joven es un caníbal y además no sabemos porque lo es.
Es posible que los restos que tenemos de Neandertal, del que poseemos un 3% de nuestro genoma y que muy posiblemente era caníbal, sea el responsable de este terrible acto y que además no es el único. Se repiten de igual forma o con variaciones, pero siempre matando.

1. El caníbal

3 marzo 2019

Cómo será el cerebro humano del futuro?

Filed under: ANATOMIA,FUNCIONES PSIQUICAS — Enrique Rubio @ 20:52

Cómo será el cerebro humano del futuro?

Creo que nuestra generación no es absolutamente consciente de que estamos evolucionando intelectualmente. Nuestras capacidades no son comparables con la de otros grupos de homínidos que nos han precedido.
La lentitud de la evolución, nos pierde, la evolución no depende solo de la forma, de la anatomía. Otras proyecciones , que entran dentro del capitulo de lo mental, funciona desde lo organizado.
Ninguna generación de homínidos, ha vivido inmersa en tanto desarrollo, desde la tracción animal a los altos rendimientos de la computación 3D

Preguntarse cómo será nuestro cerebro en el futuro, es lo mismo que pensar qué pasará con nosotros mismos, los seres humanos. ¿Será competitivo con nosotros mismo y competirá con nuestras capacidades humanas? ¿Se fabricará una mente similar o superior a la nuestra? ¿Es comparable la Inteligencia Artificial con la humana? ¿O la Inteligencia Artificial es (y seguirá siendo) una herramienta que permita potenciar nuestras naturales (y aprendidas) capacidades?
Las máquinas son más eficaces que la mente humana en algunas áreas específicas: por ejemplo, Internet lo recuerda todo y una simple calculadora científica nos aventaja en la velocidad de procesamiento matemático. La computadora más poderosa no es ni remotamente comparable a un ser humano en cualidades como la intuición, la perspicacia, el ingenio, y mucho menos en su empatía, creatividad, capacidad de sentir y de tener expresiones morales, cualidades que han sido desarrolladas durante millones de años de evolución. Las computadoras, además, carecen de conciencia y autodeterminación; no tienen creencias, deseos ni motivaciones.
Hoy sabemos que los circuitos neuronales que subyacen a la cognición y la emoción son interdependientes e interactúan en el funcionamiento de los procesos más básicos, como la percepción temprana, y los más complejos, como la toma de decisiones, el razonamiento y la conducta moral y social. Esto quiere decir, por ejemplo, que no procesamos la información nueva de manera enteramente racional, sino que la integramos con información sobre nuestras experiencias pasadas y con sensaciones corporales para interpretar lo que sucede a nuestro alrededor a través de inferencias y tomar decisiones con el fin de actuar. Ser capaz de traducir instantáneamente un lenguaje no es equivalente a comprender el lenguaje. De manera similar, que un dispositivo sea capaz de detectar rostros no es equivalente a reconocer las expresiones faciales, inferir lo que significan en un contexto determinado y adaptar el comportamiento en función de dicha información.
El hardware de nuestro cerebro, necesita del aprendizaje y de nuestras vivencias emocionales y precisamos la experiencia con un entorno físico a través de nuestro propio cuerpo.
La Inteligencia Artificial y la humana están lejos de ser comparables, y de que aparecera una especie de ente artificial consciente y autónomo en las próximas y reconocer que estamos entrando en una nueva era respecto de la interacción entre la tecnología y nuestras capacidades humanas.
Pero la inteligencia humana es mucho más que velocidad de procesamiento y análisis de datos. Son capaces capaces de realizar tareas automatizadas, analizar enormes cantidades de datos, encontrar y solucionar problemas específicos con asombrosa rapidez y precisión, pero son incapaces de sentir, adaptarse flexiblemente a nuevas situaciones y tener la maravillosa capacidad creativa de un ser humano. Tampoco tienen emociones, sensibilidad, ni conciencia. Las computadoras son formidables instrumentos que ayudan y potencian a quienes las crearon: nosotros, los seres humanos.
Es de esperar una nueva dualidad.
Aunque la computadora puede realizar con gran rapidez y precisión operaciones matemáticas y otras tareas lógicas; el cerebro humano, por su parte, tiene gran capacidad de interpretar la complejidad del mundo exterior y de imaginar otros mundos posibles. También, digámoslo, el cerebro humano logra inventar computadoras y tecnología para interactuar con el propio cerebro. La investigación en neurociencia cognitiva ha revelado muchas diferencias importantes entre los cerebros y las computadoras. En principio, los cerebros son analógicos (procesan señales continuas), mientras que las computadoras son digitales (procesan señales en unidades discretas como 0s y 1s); el cerebro procesa información masiva involucrando muchas áreas que realizan procesamientos diferentes al mismo tiempo; por el contrario, las computadoras pueden ejecutar varias operaciones al mismo tiempo, pero tienen que dividir esas operaciones en pequeñas tareas que son distribuidas en distintos módulos de preprocesamiento. Así, debe terminar de hacer una parte de la tarea para que otra parte pueda empezar. Nuestro cerebro, en cambio, procesa e integra información múltiple proveniente de nuestros sentidos, de nuestra memoria y de nuestras sensaciones viscerales internas, y todo esto lo puede hacer en fracción de segundos.
El cerebro tiene lo que los filósofos llaman “Qualia”, que refiere a la experiencia subjetiva y personal de la percepción y el flujo de conciencia ya que cuando dos personas piensan en el concepto del amor, no piensan exactamente en lo mismo. Entonces, ¿cómo se podrá simular conceptos humanos en una computadora si estos no son iguales para todos?. Sabemos que nuestra experiencia modula las conexiones neurales y nuestra genética.
Somos también nuestras emociones o pasiones, nuestras frustraciones, nuestros sueños y nuestra esperanza e imaginación. ¿Cómo desarrollarán las computadoras la actividad que genera nuestro lóbulo frontal? Solo así tendrá la capacidad para desarrollar un plan y ejecutarlo, para tener un pensamiento abstracto, para tomar decisiones, para inferir los sentimientos y pensamientos de los otros, para inhibir impulsos y para tantas otras funciones que nos vuelven hábiles para vivir en sociedad. También para la metacognición, es decir, la habilidad que poseemos para monitorear y controlar nuestra propia mente y nuestra conducta.
Las neurociencias, gracias a la interfaz cerebro-máquina logran que pacientes parapléjicos o con otras lesiones severas puedan usar la actividad eléctrica de su cerebro para controlar el movimiento de dispositivos y realizar así tareas sencillas. Ahora bien, ¿será posible conseguir nuevas formas de pensamiento a través de la interconexión entre cerebros? ¿Se logrará una especie de “supermente”? A medida que la investigación sobre la conexión con las máquinas fue creciendo, la posibilidad de conectar un cerebro con otro pareció ser más factible.
Predecir lo que no se conoce, necesita de circunstancias que no existen, pero que cuando estas cambien podrá nuestro cerebro hacer cosas, que ahora no imagina, o que solo imaginan algunos

*Extractos de “El cerebro del futuro”, de Facundo Manes y Mateo Niro, Ed. Grupo Editorial Planeta

1 febrero 2019

HIPOTALAMO Y FUNCIONES SUPERIORES

Filed under: ANATOMIA — Enrique Rubio @ 20:31

HIPOTALAMO Y FUNCIONES SUPERIORES
La unión de lo orgánico con lo funcional, es entendible, pero enlazarlo con la vida psíquica invita a imaginar y esto nuestro cerebro no lo tiene aun orquestado
La evolución es interpretada de dos formas
La primera es referirnos a unas especies como antiguas, y más antiguas que otras. Aparecieron antes que las demás. Decimos, por ejemplo, que las esponjas son muy antiguas.
La segunda es que todos descendemos del mismo linaje hasta las primeras formas de vida que aparecieron sobre la faz de la Tierra y fueron capaces de dejar descendencia tras de sí generación tras generación y por tanto, somos herederos de aquellas formas , por lo tanto, todos los linajes, sean del reino que sean, o de la familia o género que sean, tienen la misma antigüedad, tanta como la vida terrestre tiene.
Esto quiere decir, que unos lo interpretan como una sucesión de formas biológicas sucesivas hasta llegar al homínido, entre otros, como todo al mismo tiempo.
Un grupo de investigadores ha reconstruido la evolución del hipotálamo, una región del cerebro, hasta unos antepasados marinos similares al gusano. Esta labor, que ha sido financiada por la UE, ayuda a esclarecer la evolución del cerebro de los vertebrados.
Posiblemente esto nos llevaría al lenguaje romántico de muchos investigadores, que tienen una base de partida sólida y casi objetiva y el resto lo imaginan.
Quiero discutir como el cerebro Triuno de Mcclean , tiene una objetividad anatómica, aquí se expresan tres cerebros, pertenecientes a reptiles, mamíferos y homínidos, al mismo tiempo y sobre todo tienen una anatomía indiscutible, de estos tres grupos de seres viviente.
El cerebro del hombre esta compuesto por tres cerebros.
EL CEREBRO TRIUNO DE MACCLEAN
Paul D. MacLean (1 de mayo de 1913 – 26 de diciembre de 2007) fue un médico norteamericano y neurocientífico que hizo importantes avances en los campos de la psicología y la psiquiatría : Su teoría evolutiva del cerebro triúnico propone que el cerebro humano es en realidad tres cerebros en uno: el reptiliano, el de los mamiferos y el del hombres. James Papez ya había acuñado esta teoría.
El Neurólogo Paul MacLean fue el primero en proponer que el cerebro humano tiene tres porciones que son la suma de los cerebros que han pertenecido a otros animales en la evolución y cada una de ella creció encima de la otra. A lo largo de su evolución, el cerebro humano adquirió tres componentes que fueron surgiendo y superponiéndose.
1. Cerebro primitivo (arquipálio), constituido por la estructuras del tronco cerebral: Bulbo, cerebelo, puente y mesencéfalo, con el más antiguo núcleo en la base, el globo pálido y bulbos olfatorios. Se dice que corresponde al cerebro reptiliano, también llamado complejo-R por Paul MacLean.
2. Cerebro intermedio (paleopálio), formado por las estructuras del sistema límbico. Y se corresponde al cerebro de los mamíferos inferiores.
3. Cerebro superior o racional , el Neopálio, situado en la capa superior), que comprende la mayor parte de los dos hemisferios cerebrales (formado por el neocórtex) y algunos grupos neuronales subcorticales. Este último solo es compartido por los mamíferos superiores, incluyendo a los primates y el hombre.
Los tres cerebros están interconectados como computadoras biológicas y cada uno tiene su propia inteligencia especial, su propia subjetividad, su propio sentido del tiempo y del espacio y su propia memoria

El Complejo Reptiliano
El Complejo-R se compone del tronco cerebral y del cerebelo. Su objetivo está estrechamente relacionado con la supervivencia física real y el mantenimiento del cuerpo.
Los tres cerebros se desarrollan superponiéndose durante la evolución embrionaria del feto. Y también cronológicamente en la evolución de las especies ,filogenia, desde el lagarto hasta el homo sapiens. En palabras de MacLean, son como tres computadoras biológicas que, aunque íntimamente interconectadas, conservan cada una sus propias formas peculiares de inteligencia, subjetividad, sentido del tiempo y del espacio, memoria, motricidad y otras funciones menos específicas.
La parte más primitiva del cerebro básico, es el cerebro instintivo y reptiliano y esta formado por los ganglios basales, el tallo cerebral y el sistema reticular. Es esa parte la que se ocupa de las actividades intintivas. Se aloja en el tronco cerebral y se calcula que se desarrolló hace unos 500 millones de años. Se encuentra presente primordialmente en los reptiles, que son las especies animales con un menor desarrollo cerebral. El suyo, está diseñado para manejar la supervivencia desde un sistema binario: huir o pelear, con muy poco o ningún proceso sentimental. Tiene un papel muy importante en el control de la vida instintiva y se encarga de autorregular el organismo. Este cerebro no está capacitado para pensar, ni sentir. Su función es la de actuar, cuando el estado del organismo así lo demanda. La conducta animal e instintiva está en gran medida controlada por esta área del cerebro.
Se trata de un tipo de conducta instintiva programada y poderosa y, por lo tanto, es muy resistente al cambio. Es el impulso por la supervivencia: comer, beber, mantener la temperatura corporal, sexo, territorialidad, necesidad de cobijo y de protección. Es un cerebro funcional, territorial, responsable de conservar la vida y el responsable de las mayores atrocidades. Nos sitúa en el presente, sin pasado ni futuro y por tanto es incapaz de aprender o prever. No piensa ni siente emociones y es pura impulsividad. En el cerebro reptiliano se procesan las experiencias primarias, no verbales, de aceptación o rechazo.
Aquí se organizan y procesan las funciones que tienen que ver con el hacer y el actuar. Es el responsable de las conductas automáticas, tales como las que se refieren a la preservación de la especie y a los cambios fisiológicos necesarios para la sobrevivencia. El sistema básico o reptiliano controla la respiración, el ritmo cardíaco, la presión sanguínea e incluso colabora en la continua expansión-contracción de nuestros músculos. Este primer cerebro es sobre todo como un guardián de la vida, pues en él están los mayores sentidos de supervivencia y lucha. Y además, mantiene la interrelación con los poros de la piel, los cuales son como una especie de interfase que poseemos con el mundo externo. Este primer cerebro es nuestro agente avisador de peligros para todo el cuerpo. Permite la adaptación con rapidez por medio de respuestas elementales poco complicadas emocional o intelectualmente. Esta conducta no está basada en consideraciones basadas en las experiencias previas ni en los efectos a medio o largo plazo.
Las conductas de las personas calificadas como de psicópatas, las que carecen de sentimientos de culpa y de paranoicos se ajustan a este patrón de conducta. En la psicopatía se juega el papel de depredador y en la paranoia el de presa. Es en este primer cerebro donde las adicciones son muy poderosas, tanto a algo como a alguien o a una forma de actuar. Por decirlo de alguna forma rápida, este primer cerebro es una herencia de los períodos cavernarios, donde la supervivencia era lo esencial.
Desempeña un papel crucial en el establecimiento de territorio, la reproducción y la dominación social. Las características primordiales de los comportamientos del Complejo-R es que son automáticos, tienen una cualidad ritual, y son muy resistentes al cambio.
SISTEMA LÍMBICO
La parte media del cerebro es llamada “sistema limbico ” Puede también ser llamado el paleopallium o el cerebro intermedio o cerebro de los viejos mamíferos. Aquí se asientan las emociones y los instintos, alimentación, lucha y huida, y comportamiento sexual. En este sistema se acumula lo agradable o desagradable y la supervivencia depende de evitar el dolor y obtener el placer.
El sistema Limbico en su totalidad parece ser el asiento primario de la emoción, de la atención, y de las memorias afectivas. Anatómicamente incluye el hipotálamo, el hipocampo, la amigdala.
Los Budistas afirman que aquí se alojan la determinación de la valencia positiva o negativa hacia algo y el comportamiento creativo. Las conexiones de este cerebro con el neocórtex son amplias en ambos sentidos de forma que las reacciones son una mezcla en sus respuestas de lóbulo limbico y telencefalo
Según MacLean el sistema Limbico tiene una tendencia dogmática y paranoica y la base biológica para la tendencia del pensamiento como sensación subordinada a racionalizar deseos. En opinión de McClean este cerebro intermedio aloja juicios de valor en vez de alojarse en el neocortex, motivando o produciendo con frecuencia confusiones .
EL NEOCORTEX
Neocortex es la corteza del cerebro también conocido como el cerebro neo mamífero ,neo mamalian, y aloja lo racional y superior y se extiende a prácticamente a los hemisferios cerebrales y algunos grupos neuronales subcorticales.
Es la ultima adquisición de los homínidos y ocupa dos tercios de la masa total del cerebro. Todos los animales también tienen un neocortex, es relativamente pequeño, con escasos pliegues y menor complejidad y desarrollo, de forma que anatómicamente los tres modelos no estan perfilados de forma que a nivel de anécdota, se puede explicar como los mamíferos pueden aprender aunque con dificultad.
El cerebro de los primates y, por lo tanto, de la especie humana, aloja las funciones cognoscitivas más altas que distinguen a hombre de los animales. MacLean llama a la corteza del cerebro “la madre de la invención y el padre del pensamiento abstracto “. La corteza se divide en los hemisferios izquierdos y derechos. La mitad izquierda de la corteza controla la parte derecha del cuerpo y el cerebro derecho, el lado izquierdo del cuerpo. También, el cerebro derecho es más espacial, abstracto, musical y artístico, mientras que el cerebro izquierdo más linear, racional, y verbal.

Hoy se cree: que en el funcionamiento del cerebro no importa tanto la función que realizan las partes del cerebro por sí solas como el modo en el que se conectan entre sí para trabajar en conjunto y en tiempo real.
Además, por lo que se sabe la evolución no va haciendo que componentes nuevos vayan integrándose sobre los antiguos, sin alterarlos.
Cada vez que aparece una mutación hace que un rasgo se generalice, altera el funcionamiento del organismo en su totalidad y el modo en el que funcionan las partes que habían evolucionado antes, no se limita a “expandir” capacidades. Es por eso que la idea de que órganos cerebrales “encargados de lo racional” se acoplan sobre los anteriores no ha sido bien aceptada.
Las funciones que supuestamente realizaban cada uno de los tres cerebros definen bien el comportamiento característico de los grupos de animales que, según él, representan el momento de la evolución en el que aparecieron estas estructuras.
Posiblemente, cada uno de estos cerebros tiene funciones del cerebro anterior y del posterior en forma de excitación o inhibición de los cerebro que están encima o bajo el anterior y la alteración de cada uno libera al inferior como estableció Sherrington. La visión actual de los ganglios basales (que formarían parte del cerebro reptiliano) es que no se activan por acciones programadas genéticamente, sino que están asociados a la realización reiterada de movimientos voluntarios que después de haber sido muy practicados, se han vuelto automáticos, como el tan cacareado ejemplo de ir en bicicleta.
Los seres humanos, hemos evolucionado desde siempre, para adaptarnos a nuestro entorno. La división de nuestra mente en 3 partes, parece ser la teoría más aceptada, por su forma de aplicarse en la vida real. Nuestra mente es nuestra mejor ventaja evolutiva.

Lo cierto es que anatómicamente coexisten estos tres cerebros en el homo, y funcionalmente sucede esto.
El HIPOTALAMO es la glándula productora de hormonas que regula toda nuestra biología y es necesario hacer un esfuerzo para entender que esta glándula sea capaz de fabricar hormonas selectivas para cada función organica, pero como siempre tropezamos con las funciones superiores.
Como una hormona es capaz de sublimar nuestra biología ¿ que es reproducir la frase de Francisco Mora de una manera dramática dice “” como un montón de neuronas enmarañadas unas con otras pueden dar lugar a un a un individuo que piensa y siente, que llora y ríe y con ello levanta su mirada hacia el infinito universo y se pregunta por su existencia y su sentido
HIPOTALAMO
El hipotálamo de los vertebrados produce hormonas, señales químicas que controlan el crecimiento, el metabolismo, la reproducción y muchos otros procesos fisiológicos. Los insectos y los gusanos nematodos también producen hormonas, pero el aspecto de éstas es muy distinto al de las hormonas de los vertebrados, lo que hacía suponer a la comunidad científica que estas regiones del cerebro secretoras de hormonas habían aparecido con posterioridad a la separación evolutiva de los vertebrados y los invertebrados.

Sin embargo, la comunidad investigadora descubrió después hormonas similares a las de los vertebrados en gusanos y moluscos, lo que indica que estas estructuras podrían ser más antiguas de lo que se pensaba.

En un artículo publicado en la revista Cell, científicos del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) y de la Universidad Libre de Berlín describen de qué modo compararon las células neurales secretoras de hormonas del pez cebra (un vertebrado) y del gusano anélido.

Hallaron similitudes asombrosas entre ambos grupos; ambas clases de células tenían un aspecto similar y se hallaban en la misma posición en los cerebros en desarrollo de las dos especies. Además, mostraban la misma configuración molecular. Estas similitudes no pueden atribuirse simplemente a una coincidencia y delatan un origen evolutivo común de estas células.

«Es probable que ya existieran en los últimos antepasados comunes conocidos de los vertebrados, los insectos y los gusanos»,
Las células estudiadas son multifuncionales; además de ser capaces de secretar hormonas, tienen propiedades sensoriales, ya que responden a la luz y a ciertas sustancias químicas. Los investigadores creen que estos tipos de células «sensoriales-neurosecretoras» están entre los tipos más antiguos de células nerviosas. Habrían permitido responder directamente a cambios en el entorno marino. Con el tiempo estas células multifuncionales fueron formando grupos a modo de centros cerebrales y se diversificaron en diversas diferentes especialidades, como se observa en el cerebro de los vertebrados modernos.

«Estos hallazgos cambian drásticamente el modo en que entendemos el cerebro», según Kristin Tessmar-Raible, autora principal del artículo. «Hasta ahora siempre lo veíamos como una unidad de procesado, similar a un ordenador que integra e interpreta la información sensorial que recibe. Ahora sabemos que el cerebro es en sí mismo un órgano sensorial y que es así desde tiempo inmemorial.
Lo único que aporta esto es que los limites de los parénquimas, en este caso el cerebro triuno, no es funcional, sino que se combinan las capacidades de cada uno y dan unas funciones superiores, independientemente de cuando han aparecido cada uno de los cerebro. Están junto, colaboran y la química no seria muy difícil de explicar
El problema viene cuando nos preguntamos. Que función superior las organiza y como hace esto?.
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29 enero 2019

EL CEREBRO TRIUNO

Filed under: ANATOMIA — Enrique Rubio @ 21:42

Las partes del encéfalo según Paul MacLean
A lo largo de su evolución, el cerebro humano adquirió tres componentes que fueron surgiendo y superponiéndose.
Estos cerebros se pueden llamar:
1. Cerebro primitivo (arquipálio), constituido por la estructuras del tronco cerebral: Bulbo, cerebelo, puente y mesencéfalo, con el más antiguo núcleo en la base, el globo pálido y bulbos olfatorios. Se dice que corresponde al cerebro reptiliano, también llamado complejo-R por el neurofisiologo Paul MacLean.
2. Cerebro intermedio (paleopálio), formado por las estructuras del sistema límbico. Se dice que corresponde al cerebro de los mamíferos inferiores.
3. Cerebro superior o racional (neopálio situado en la capa superior), que comprende la mayor parte de los dos hemisferios cerebrales (formado por el neocórtex) y algunos grupos neuronales subcorticales. Este último solo es compartido por los mamíferos superiores, incluyendo a los primates y el hombre
Los humanos nacemos con un cerebro de reptil que se encarga de las funciones de supervivencia y reproducción. A los cinco años desarrollamos el cerebro límbico, aparece el cerebro límbico que entiende el significado de las cosas aunque termina convirtiéndose en inconsciente. Acumula las experiencias más tempranas de la vida, que son poderosas y se mantienen independientemente del entorno
Está compuesto por ganglios basales, responsable de movimientos voluntario, y aprendizaje de las funciones motores, y el tallo cerebral que controla la suceden automática pero mantienen vivo
El cerebro límbico aparece entre los últimos 150 y 300 millones de años en los mamíferos , está situado encima del sistema reptiliano, entre los dos hemisferios cerebrales y se encarga de emociones y afectos, filtrando su experiencia y almacenando recuerdos en forma de reflejos difíciles de borrar. Probablemente su función principal es modular el entorno social integrándose y adaptándose al grupo. Su actuación más lenta que la de él cerebro reptiliano.
Por último aparece el neocortex propio de los primates y se asocia al pensamiento, a la imaginación , al sentido, y a la lenguaje abstracto. Soporta la razón, de la ideación y toma de decisiones.
Esta semblanza algo elemental, podría una vez desarrollada acertadamente, explicar los grupos de patología, sobre todo psiquiátrica que nos lesionan constantemente y de manera progresiva.
Hay tres cerebros, que a su vez son producto de millones de años de evolución, que consiguieron situarse en el homínido y es lógico que mantengan sus funciones en el, pero como siempre con injerencias del entorno, capaces de cambiar su estructura y función.

11 enero 2019

CELULAS DE LA ANSIEDAD EN UN CIRCUITO HIPOCAMPAL– HIPOTALAMICO

Filed under: ANATOMIA,FUNCIONES PSIQUICAS — Enrique Rubio @ 19:59

CELULAS DE LA ANSIEDAD EN UN CIRCUITO HIPOCAMPAL– HIPOTALAMICO
Este amplio estudio, enormemente complejo, se copia entero, y se deduce por su complejidad que son inimaginables, los mecanismos que utiliza el cerebro, para mantener los mecanismos de recompensa.
Es una revisión que se hace por:J C Jimenez, Katy su, A R Goldberg, L Paninski, R Hen, MQA Kheirbek

Los estímulos anxiogénicos se representan diferencialmente a lo largo del eje DV del HPC
La inhibición de la vHPC en ambientes ansiogénicos reduce el comportamiento de evitación
vCA1 se envía a LHA pero no a BA controla el comportamiento relacionado con la ansiedad
La mayoría de las neuronas de proyección vCA1-LHA representan estímulos ansiogénicos
Resumen
El hipocampo se piensa tradicionalmente para transmitir información contextual a las estructuras límbicas donde adquiere valencia. Usando imágenes de calcio y optogenética que se mueven libremente, mostramos que mientras la subregión CA1 dorsal del hipocampo se enriquece en el lugar de las células, el CA1 ventral (vCA1) se enriquece en las células de ansiedad que se activan en ambientes ansiogénicos y se requieren para el comportamiento de evitación. Las células de imagen definidas por su objetivo de proyección revelaron que las células de ansiedad estaban enriquecidas en la población vCA1 que se proyectaba al área hipotalámica lateral (LHA) pero no a la amígdala basal (BA). De acuerdo con esta selectividad, la activación optogenética de los terminales vCA1 en LHA pero no BA aumentó la ansiedad y la evitación, mientras que la activación de los terminales en BA pero no LHA afectó la memoria de miedo contextual. Así,
Introducción
El miedo y la ansiedad son respuestas emocionales a amenazas percibidas, con amenazas proximales que provocan miedo y amenazas distales que provocan ansiedad. En condiciones normales, los estados de ansiedad promueven comportamientos de evitación adaptativa que son críticos para navegar de forma segura en un entorno. La ejecución de comportamientos de evitación apropiados requiere el reconocimiento rápido de estímulos amenazadores y el enrutamiento de esa información a estructuras que puedan modular directamente estos comportamientos defensivos.
Si bien la evitación es adaptativa en condiciones normales, puede convertirse en una mala adaptación cuando las respuestas son excesivas e inapropiadas. En los seres humanos, una característica compartida de una serie de trastornos de ansiedad es la sobreestimación de la amenaza, que conduce a una mayor evitación (
Jovanovic y Ressler, 2010 Kheirbek et al., 2012 ). Sin embargo, los mecanismos y los circuitos neuronales por los cuales surgen conductas normales de evitación adaptativa y cómo estos circuitos se desordenan en enfermedades psiquiátricas, siguen siendo difíciles de alcanzar.
Si bien se sabe que el hipocampo (HPC) es crítico para los procesos cognitivos como la memoria episódica y la navegación espacial, también está implicado en la patogénesis del estado de ánimo y los trastornos de ansiedad. Una forma en que el HPC puede contribuir a los procesos cognitivos y relacionados con el estado de ánimo es a través de la heterogeneidad funcional a lo largo de su eje dorsoventral, con el HPC dorsal contribuyendo a funciones cognitivas como el aprendizaje y la memoria y el HPC ventral (vHPC) modulando la regulación emocional ( Fanselow y Dong, 2010 , Strange et al., 2014 ). Las lesiones del HPC ventral pero no dorsal son ansiolíticas, con un efecto mínimo en el aprendizaje espacial ( Bannerman et al., 2002 , Kjelstrup et al., 2002 , Moser et al., 1995), mientras que las lesiones dorsales de HPC afectan el aprendizaje espacial sin afectar las medidas relacionadas con la ansiedad. Además, las celdas de lugar, que se cree que contribuyen a una representación espacial del entorno, son más abundantes, estables y están sintonizadas en HPC dorsal en relación con la vHPC ( Ciocchi et al., 2015 , Jung et al., 1994 Keinath et al., 2014 , Royer et al., 2010 ). Además, estudios recientes de optogenética y farmacológicos indican que la manipulación de la vHPC o sus entradas y salidas corticales pueden afectar directamente el comportamiento relacionado con la ansiedad (Felix-Ortiz et al., 2013 Kheirbek et al., 2013 Kjaerby et al., 2016 Padilla-Coreano et al., 2016 Parfitt et al., 2017 Samuels et al., 2015. Wu y Hen, 2014 ).
A pesar de la evidencia acumulada que respalda el papel de la vHPC en los comportamientos anímicos y de ansiedad, poco se sabe acerca de cómo la vHPC representa información sobresaliente emocionalmente y cómo esas representaciones contribuyen al comportamiento. En el modelo de roedores, el comportamiento relacionado con la ansiedad puede evaluarse con tareas de evitación basadas en conflictos, que promueven el comportamiento de evitación adaptativa normal a amenazas distantes (Calhoon y Tye, 2015).
Por lo tanto, dilucidar cómo se representan los contextos ansiogénicos de forma innata en la vHPC será fundamental para comprender cómo puede guiar las conductas de evitación durante las tareas de ansiedad basadas en conflictos.
Ventral CA1 (vCA1) envía densas proyecciones a varias estructuras subcorticales como la amígdala basal (BA), el hipotálamo, el núcleo accumbens (NAc) y el núcleo del lecho de la estría terminal (BNST) (Canteras, 2002 Cenquizca y Swanson, 2006. Cenquizca y Swanson, 2007. Kishi et al., 2006 Tannenholz et al., 2014). Sin embargo, poco se sabe acerca de cómo vCA1 interactúa con estas regiones para organizar comportamientos emocionales. En particular, a pesar de décadas de trabajo que demuestran las interacciones hipocampal-hipotalámica en el amortiguamiento de las respuestas al estrés mediante la inhibición indirecta del eje hipotalámico-hipofisario-suprarrenal ( Jacobson y Sapolsky, 1991 Ulrich-Lai y Herman, 2009 ), la función de la vía hipotalámica HPC directa en el comportamiento modulador sigue endo desconocida. vCA1 envía directamente proyecciones densas a la BA y al área hipotalámica lateral (LHA), y estudios optogenéticos recientes han indicado que tanto la BA como la LHA pueden controlar el comportamiento relacionado con la ansiedad en tiempo real (Jennings et al., 2013 Tye et al., 2011). Sin embargo, aún no está claro cómo se representa la información relacionada con la ansiedad dentro de las neuronas de proyección vCA1 para impactar estas estructuras de salida.
Aquí, aplicamos imágenes de calcio y optogenética con libertad de movimiento para investigar cómo se representa la información relacionada con la ansiedad dentro de distintas poblaciones de neuronas de proyección vCA1.
De manera intrigante, encontramos «células de ansiedad» enriquecidas dentro de una población de neuronas proyectoras vCA1-LHA que representan ambientes ansiogénicos y causan un impacto causal en el comportamiento. Esto revela que el flujo de proyección vCA1-LHA puede servir como una ruta directa para que vCA1 controle rápidamente los comportamientos similares a la ansiedad.
Resultados
Representaciones de información relacionada con la ansiedad en vCA1
Primero determinamos cómo se activa vCA1 durante la exploración de entornos ansiogénicos de manera innata. Utilizamos la microendoscopia para realizar imágenes de calcio de las neuronas vCA1 que expresan GCaMP6f en ratones que se mueven libremente. Se implantó una lente de índice de refracción en gradiente (GRIN) sobre la subregión vCA1 ( Figuras 1 A y S1 A), y el indicador de Ca 2+ GCaMP6f se expresó de forma viral para visualizar la actividad de Ca 2+ devCA1 como se describió anteriormente (Resendez et al., 2016. Ziv et al., 2013 ). Este enfoque nos permitió registrar eventos transitorios de Ca 2+ en neuronas vCA1 individuales en el mismo campo de visión (FOV), mientras que los ratones exploraron libremente múltiples entornos ( Figura 1 A; consulte Métodos STAR ).

Figura 1 Representaciones de información relacionada con la ansiedad en vCA1
En el laberinto más elevado (EPM), encontramos que la mayoría de las neuronas vCA1 mostraron un aumento significativo en la actividad de Ca 2+ y en la tasa de transitorios de Ca 2+ durante la exploración del compartimento ansiogénico de brazo abierto en comparación con el compartimiento de brazo cerrado ( Figuras 1 B, 1C, S1 B y S1D). A continuación, comparamos la actividad de calcio promedio a través de entradas de comportamiento sucesivas y episodios de exploración de los brazos abiertos. Encontramos que la actividad de vCA1 aumenta durante la exploración de ambos brazos abiertos y disminuye al reingresar al compartimiento de brazos cerrados ( Figura 1RE). Este aumento de la actividad no fue impulsado simplemente por un cambio en la ubicación espacial, ya que el cambio entre los compartimentos de brazo cerrado no provocó una mayor actividad, mientras que la actividad mayor sostenida de cambio de brazo abierto ( Figura 1D). Además, esto no se debió a las diferencias en la velocidad del ratón entre los compartimentos, ya que las distribuciones de velocidad del brazo abierto y del brazo cerrado fueron similares entre los animales ( Figura S1 C). A continuación, consideramos si la actividad aumentada de vCA1 con el brazo abierto estaba relacionada con un aumento de la importancia espacial en el brazo abierto (en relación con el brazo cerrado), en lugar de su naturaleza aversiva. Imaginamos vCA1 mientras los ratones exploraban un campo de campo abierto familiar que incluía un objeto novedoso espacialmente sobresaliente que provocaba un enfoque ( Figura 1MI). A diferencia de nuestros hallazgos en los brazos abiertos del EPM, la exploración del cuadrante que contiene el objeto novedoso apetitivo no evocó aumentos en la actividad de vCA1 ( Figura 1 F), lo que indica que las neuronas vCA1 están sesgadas para representar características ansiogénicas del entorno en lugar de cambios en saliencia espacial.
A continuación, investigamos si la magnitud de la actividad evocada con el brazo abierto estaba correlacionada con el nivel de ansiedad de los animales individuales. La actividad evocada de brazo abierto vCA1 ( tasa transitoria de Ca 2+ abierto-cerrado ) se correlacionó estrechamente con el grado en que los ratones evitaban los brazos abiertos del laberinto (una medida de los niveles de ansiedad de referencia)), con más Animales ansiosos que exhiben mayores niveles de actividad. Es importante destacar que estos efectos en las diferencias de frecuencia de Ca 2+ de brazo abierto y cerrado no fueron un artefacto de muestreo de comportamiento escaso, ya que el cálculo de las tasas de eventos de Ca 2+ de brazo cerrado a partir de un número de muestras de comportamiento coincidente dio lugar a la misma correlación entre Actividad evocada por el brazo y evitación de los brazos abiertos. Además, mientras que la tasa media de eventos de Ca 2+ en el brazo abierto se correlacionó positivamente con el comportamiento de evitación, las tasas del brazo cerrado no se correlacionaron con la evitación del brazo abierto y S1H). Finalmente, se descubrió que la actividad del brazo abierto vCA1 aumenta aún más cuando los ratones se involucran en comportamientos de inclinación de cabeza altamente ansiogénicos en los bordes de los brazos abiertos. Estos resultados sugieren que vCA1 genera representaciones de estímulos ansiogénicos a través de un código de frecuencia que se correlaciona con el estado de ansiedad de referencia y las escalas con la naturaleza aversiva de la conducta.
Control en tiempo real del comportamiento de evitación por vCA1
A continuación, probamos si la actividad evocada de brazo abierto vCA1 era necesaria para el mantenimiento de la evitación de brazo abierto en el EPM. Los ratones se inyectaron bilateralmente en vCA1 con un virus de control o uno que expresaba ArchT y se implantaron con fibra óptica en la misma ubicación. Esto nos permitió silenciar las neuronas piramidales que expresan vCA1-ArchT con iluminación de luz de 532 nm . Activamos selectivamente el silenciamiento optogenético de la actividad de vCA1 solo cuando los ratones ingresaron a los brazos abiertos del EPM. Cuando se compararon con los controles de eYFP, los ratones silenciados con vCA1-ArchT pasaron significativamente más tiempo explorando los brazos abiertos del EPM. Este efecto también se encontró en la prueba de campo abierto (OFT), ya que el silenciamiento selectivo de las neuronas vCA1 durante la exploración de la zona central ansiogénica aumentó significativamente la cantidad de tiempo que los ratones pasaron explorando el centro. Esto no se debió a los efectos apetitivos de la inhibición de vCA1 inducida por la luz, ya que los ratones Arch y eYFP pasaron una cantidad similar de tiempo en el lado con iluminación de luz en un ensayo de preferencia de lugar en tiempo real (RTPP). Además, estos efectos no se debieron a cambios en la actividad locomotora o aumentos en el número de visitas de brazo abierto. Para evaluar si estos cambios en el comportamiento relacionado con la ansiedad fueron específicos para silenciar la actividad evocada con el brazo abierto o debido a la incapacidad de los ratones para reconocer dónde estaban en el laberinto, luego probamos un segundo grupo de ratones con estimulación con láser solo durante el período cerrado. – Combates de exploración del brazo. En contraste con el silenciamiento de brazo abierto en el EPM, el silenciamiento de brazo cerrado no causó cambios en el comportamiento de ansiedad. Estos datos sugieren que la actividad aumentada de vCA1 en ambientes ansiogénicos promueve el comportamiento de evitación.

Representaciones diferenciales de información relacionada con la ansiedad en el eje dorsoventral de CA1
A continuación, evaluamos la especialización y la estabilidad de la actividad relacionada con la ansiedad a lo largo del eje dorso-ventral del hipocampo. Se tomaron imágenes de las neuronas dCA1 en el EPM de una manera idéntica a la descrita anteriormente y se comparó la actividad con las neuronas con imagen vCA1. A nivel poblacional, encontramos que las neuronas dCA1 no mostraron cambios significativos en la tasa de eventos transitorios de Ca 2+ en los brazos abiertos del EPM y la actividad de dCA1 no se correlacionó con el nivel de ansiedad de los animales individuales. Uso de métodos estadísticos para clasificar las neuronas como significativamente más activas en compartimientos selectivos, encontramos que ∼51% de las neuronas vCA1 registradas eran de brazo abierto, y esta proporción fue significativamente mayor en relación con la población de dCA1 que exhibió una preferencia de selectividad distribuida más uniformemente.

Figura 3 Representaciones diferenciales de información relacionada con la ansiedad a lo largo del eje dorsoventral de CA1
A continuación, consideramos si las neuronas selectivas de brazo abierto CA1 en la EPM estaban especializadas para responder a estímulos ansiogénicos en contextos múltiples. Las neuronas vCA1 y dCA1 individuales se rastrearon a través de múltiples sesiones de imágenes, y se evaluó la actividad de las neuronas de brazo abierto EPM en la OFT que provoca ansiedad y la tarea de objeto novedoso apetitivo. De manera interesante, encontramos que las neuronas selectivas de brazo abierto vCA1 exhibieron una tasa significativamente mayor de eventos transitorios de Ca 2+durante la exploración de la zona central ansiogénica de la OFT en comparación con la periferia, pero no durante la exploración de un objeto novedoso preferido .
Además, estos efectos fueron específicos de las neuronas que prefieren el brazo abierto vCA1, ya que las neuronas del brazo abierto dCA1 no mostraron cambios en la actividad de Ca 2+ en el centro OFT. En un enfoque imparcial alternativo, definimos las neuronas selectivas de tarea vCA1 y dCA1 en las tareas EPM, OFT y objeto nuevo según su preferencia de actividad para los compartimentos ansiogénico (brazos abiertos; centro) o apetitivo (zona objeto nuevo) y comparamos los superposición de celdas selectivas reclutadas en todas las tareas. Encontramos que la población de neuronas vCA1 que eran selectivas para los brazos abiertos EPM se superponían significativamente con neuronas que eran selectivas para el centro OFT, pero no con neuronas selectivas a un objeto nuevo, lo que indica que las neuronas selectivas vCA1-brazo abierto son Preferentemente reclutados en ambientes ansiogénicos. En contraste, las neuronas dCA1 que eran selectivas para los brazos abiertos EPM no se superponían con las neuronas dCA1 OFT centradas en el centro por encima de los niveles de probabilidad ( Figura S3H), pero fueron reclutados preferentemente para un objeto novedoso apetitivo. Esto indica que las neuronas dCA1 que son selectivas para los brazos abiertos no son selectivas para ambientes ansiogénicos, sino que pueden ser sensibles a la novedad. Estos resultados sugieren la existencia de células que muestran representaciones estables de información relacionada con la ansiedad o «células de ansiedad» que son más abundantes en vCA1 que en dCA1.
Como nuestra estrategia de direccionamiento viral no pudo distinguir entre las células piramidales vCA1 y las interneuronas inhibitorias, se tomaron imágenes de las interneuronas inhibitorias vCA1 para determinar si las células de ansiedad estaban representadas en exceso en esta población. Expresamos viralmente un GCaMP6f dependiente de Cre en ratones vGAT-Cre (Vong et al., 2011) e imágenes de respuestas neuronales en la EPM. Encontramos que, en general, las neuronas vCA1-vGAT no exhibieron una mayor actividad en el compartimiento de brazo abierto, sino que la mayoría de las neuronas con imagen vCA1-vGAT eran preferenciales de brazo cerrado ( Figura 4 C). Estos resultados sugieren que las neuronas que prefieren el brazo abierto vCA1 se componen en gran parte de neuronas piramidales glutamatérgicas, en lugar de interneuronas inhibitorias.

Luego evaluamos si las neuronas vCA1 y dCA1 también podrían representar diferencialmente información espacial. Los ratones se tomaron imágenes en el mismo FOV mientras exploraban dos contextos con señales espaciales diferentes (contextos A y B), seguidos de una segunda exposición al contexto A (ABA), y se generaron mapas de velocidad de sus campos de disparo dentro de los contextos como se describió anteriormente . Encontramos que las neuronas dCA1 codificaban más información espacial Skaggs et al., 1996 y tenía campos de posición más estables en relación con vCA1, lo que indica que las neuronas dCA1 están más sintonizadas espacialmente que vCA1. Tomados en conjunto, estos datos sugieren que dCA1 está enriquecido en células de lugar, mientras que vCA1 está enriquecido en células de ansiedad.
Las neuronas de proyección del hipotálamo lateral vCA1 no se superponen significativamente con las proyecciones vCA1 a la amígdala basal o la corteza prefrontal medial
Dada la heterogeneidad de las respuestas de vCA1 en el EPM, a continuación identificamos a través de qué flujos subcorticales de vCA1 se pueden mediar estos efectos sobre el comportamiento relacionado con la ansiedad. Nos enfocamos en dos estructuras que reciben algunas de las proyecciones vCA1 más densas y se sabe que contribuyen al comportamiento relacionado con la ansiedad, el miedo aprendido y las respuestas al estrés: la amígdala basal (BA) y el hipotálamo lateral (LHA) (Canteras y Swanson, 1992 , Cenquizca y Swanson, 2006. Kishi et al., 2006 , Tannenholz et al., 2014).
La inyección de virus CaMKII-ChR2-eYFP en vCA1 reveló un marcaje terminal denso en el BA (dentro de la amígdala basomedial y basolateral) y el LHA con intensidades similares. Las grabaciones de cortes agudos en neuronas BA o LHA en ratones inyectados con eYFP ChR2 confirmaron que la entrada monosináptica de vCA1 a BA y LHA, ya que la estimulación con láser a 473 nm dentro de los subcampos BA o LHA fue suficiente para provocar corrientes glutamatérgicas, monosinápticas, excitadoras y sinápticas (EPSC) .

A continuación, determinamos si diferentes poblaciones de neuronas vCA1 se proyectan a LHA y BA, como se vio recientemente con otras salidas a BLA, CeA, mPFC, septum lateral y NAc ( Cembrowski et al., 2016 , Jin y Maren, 2015 , Kim y Cho, 2017 , Lee et al., 2014b, Okuyama et al., 2016, Parfitt et al., 2017 Xu et al., 2016 ). La inyección de los trazadores retrógrados de la subunidad B de la toxina del cólera (CTB) CTB-555 y CTB-488 en el BA y LHA reveló que estos proyectores vCA1 eran en gran medida poblaciones no superpuestas, ya que solo el 3% de las neuronas etiquetadas enviaron proyecciones duales. De manera interesante, también encontramos que las neuronas proyectoras BA y LHA se segregaron anatómicamente y se organizaron de manera laminar, con neuronas vCA1-LHA ubicadas más profundamente en la capa piramidal CA1 en relación con las neuronas vCA1-BA. A continuación, evaluamos si las neuronas proyectoras de VCA1-LHA envían colaterales a la corteza prefrontal medial (mPFC), una vía que recientemente se ha descrito para modular el comportamiento relacionado con la ansiedad (Padilla-Coreano et al., 2016). Realizamos estudios de rastreo retrógrado similares a los descritos anteriormente e inyectamos CTB-555 en el mPFC y CTB-488 en el LHA y encontramos que, de forma similar a las vías vCA1-BA, las neuronas proyectantes vCA1-LHA no se superponían con las neuronas proyectoras vCA1-mPFC. En conjunto, estos estudios indican que las neuronas que proyectan vCA1-LHA surgen de poblaciones de células en gran medida no superpuestas en relación con las proyecciones de vCA1-BA y vCA1-mPFC y ocupan capas anatómicamente distintas dentro de vCA1.
Las proyecciones vCA1-Amygdala y vCA1-LHA contribuyen de manera diferencial al comportamiento relacionado con la ansiedad y las memorias contextuales de miedo
Dada la segregación anatómica de las proyecciones vCA1-BA y LHA, a continuación determinamos si la modulación de los proyectores vCA1-BA y vCA1-LHA contribuyen de manera diferencial al comportamiento. A los ratones se les inyectó ChR2-eYFP o un virus eYFP de control en vCA1, y se implantaron fibras ópticas en la amígdala (dirigida a los núcleos basales) o LHA. Luego, a los ratones se les hicieron pruebas de efectos de luz en pruebas de comportamiento relacionado con la ansiedad y condicionamiento del miedo contextual (CFC).

Los proyectores vCA1-Amygdala y vCA1-LHA contribuyen de manera diferencial al comportamiento relacionado con la ansiedad y al miedo aprendido
En CFC, los ratones exploraron el contexto de condicionamiento mientras recibían la estimulación con láser, después de lo cual recibieron un breve shock en el pie. El día dos, los ratones se colocaron de nuevo en el mismo contexto en ausencia de estimulación con láser para probar los efectos de luz en la codificación de CFC. Encontramos que los ratones vCA1-amígdala-ChR2 se congelaron significativamente menos que los controles, lo que indica que la interrupción de los patrones de actividad normal entre vCA1 y la amígdala fue suficiente para interrumpir la codificación del miedo contextual. Para determinar si se requirieron patrones de actividad vCA1-BA intactos para la recuperación, una cohorte diferente de ratones se entrenó con luz apagada y se probó la congelación en el día dos con la luz encendida. Los ratones vCA1-amígdala-ChR2 se congelaron menos que los controles, lo que indica que la actividad de vCA1-amígdala era necesaria tanto para la codificación como para la recuperación de la memoria de miedo contextual. Estos efectos se recapitularon con la inhibición del terminal vCA1-amígdala, lo que indica que los efectos de la excitación de ChR2 probablemente se debieron a una pérdida de la función. Sorprendentemente, realizar las mismas manipulaciones en la vía vCA1-LHA no afectó ni a la codificación ni a la recuperación del miedo contextual, y estos efectos negativos no fueron específicos de la frecuencia, que indica un rol selectivo para vCA1-amígdala en la codificación y recuperación del contexto.
A continuación, probamos la contribución de estas proyecciones de vCA1 al comportamiento relacionado con la ansiedad. Si bien el silenciamiento o la estimulación de los terminales vCA1-amígdala no tuvo ningún efecto sobre el porcentaje de la distancia al centro en la OFT), la estimulación disminuyó fuertemente la exploración del centro en los ratones vCA1-LHA-ChR2, un efecto que persiste La siguiente época de la luz apagada. Además, en un ensayo RTPP, mientras que la estimulación no produjo un efecto en los ratones vCA1-amígdala-ChR2, la estimulación en los ratones vCA1-LHA-ChR2 provocó evitación, como expresión de vCA1-LHA-ChR2 los ratones pasaron significativamente menos tiempo en la cámara de estimulación en relación con los controles. Es importante destacar que los efectos de la luz en los ratones vCA1-LHA-ChR2 no se debieron a cambios en la actividad locomotora. Estos estudios indican que la modulación de las neuronas de proyección vCA1-LHA pero no vCA1-amígdala puede afectar los comportamientos relacionados con la ansiedad y provocar evitación.
Estos resultados apoyan una disociación funcional entre las neuronas vCA1-amígdala y vCA1-LHA, con proyecciones de vCA1-BA que modulan la recuperación y codificación de la memoria de miedo contextual y las neuronas vCA1-LHA conducen el comportamiento y la aversión relacionados con la ansiedad.
La proyección vCA1-LHA está enriquecida en células de ansiedad
A continuación, investigamos si esta disociación funcional ya estaba presente en el nivel de vCA1. Se inyectó un virus adeno tipo 2-Cre canino retrógrado (CAV2-Cre) en el subcampo BA o LHA, y se inyectó un virus GCaMP6f dependiente de Cre en vCA1. Luego se implantó una lente GRIN sobre la región vCA1, y se realizó una imagen de la actividad de Ca 2+ específica de la proyección durante condiciones de comportamiento idénticas a las descritas anteriormente. Utilizando este enfoque, los terminales vCA1-GCaMP6f se visualizaron selectivamente en los subcampos BA o LHA, pero no en ambos, confirmando la expresión específica de proyección del indicador de Ca 2+ .

La actividad de imagen en el EPM en las dos poblaciones reveló que, si bien las neuronas vCA1-BA y vCA1-LHA exhibían una mayor actividad en los brazos abiertos, la magnitud de la diferencia entre la actividad del brazo abierto y la del brazo cerrado fue mayor en las neuronas vCA1-LHA en relación con las neuronas que proyectan vCA1-BA. Además, encontramos que las neuronas vCA1-LHA estaban altamente enriquecidas en células de ansiedad en relación con las neuronas vCA1-BA, con células de ansiedad que representan el 79% de la población de vCA1-LHA. Es importante destacar que los grupos no difirieron significativamente en el porcentaje de tiempo de brazo abierto y la actividad de Ca 2+ en el compartimiento de brazo cerrado EPM no difirió según el tipo de proyección.
A continuación, analizamos la estructura de ajuste espacial y la información espacial de las poblaciones proyectadas como se describió anteriormente y no encontramos diferencias significativas entre las poblaciones de proyección vCA1-BA y vCA1-LHA Estos estudios sugieren que si bien las neuronas que proyectan vCA1-LHA están enriquecidas en respuestas de actividad relacionadas con la ansiedad en relación con los proyectores vCA1-BA, ambas corrientes de proyección codifican bajos niveles de información espacial.
Teniendo en cuenta el enriquecimiento de las células de ansiedad dentro de la vía vCA1-LHA, a continuación evaluamos si la actividad en estas neuronas era necesaria para evitar el comportamiento como se probó previamente en nuestras manipulaciones de población total. Inyectamos CAV2-Cre en la LHA y un ArchT dependiente de Cre o virus de control en vCA1 e implantamos fibra óptica en vCA1 ( Figuras 7 F y S6 H). Probamos ratones en el EPM, y activamos selectivamente la estimulación con láser cuando los ratones ingresaron al compartimiento de brazo abierto para silenciar la actividad de las células de ansiedad vCA1-LHA. Encontramos que el silenciamiento de las neuronas vCA1-LHA durante la exploración de brazos abiertos redujo significativamente la evitación de los brazos abiertos, recapitulando los efectos que encontramos en la manipulación de toda nuestra población.
Estos resultados apoyan la hipótesis de que la información de valencia negativa se representa a nivel de vCA1, se enriquece en las neuronas que se proyectan hacia el LHA y es necesaria para el comportamiento de evitación.
Discusión
Una representación de contextos anxiogénicos en vCA1
El HPC integra información sensorial diversa de la corteza entorrinal (CE) para generar representaciones complejas del entorno (
Canto et al., 2008 ), que puede combinarse con estímulos aversivos para apoyar el condicionamiento del miedo contextual (
Kim y Fanselow, 1992 Phillips y LeDoux, 1992). En contraste con esta visión puramente cognitiva de la HPC, nuestros estudios de imagen de vCA1 indican que las neuronas de la vHPC tienen una representación de estímulos ansiogénicos innatos. Encontramos que vCA1 está enriquecido en células de ansiedad que responden al compartimiento de brazo abierto del EPM. Además, estas neuronas son reclutadas preferentemente por otros entornos ansiogénicos, como el centro de la OFT, pero no por un nuevo objeto apetitivo. Además, nuestros experimentos de silenciamiento optogenético de circuito cerrado demuestran que este aumento en la actividad de vCA1 en contextos ansiogénicos es necesario para la expresión del comportamiento de evitación. Curiosamente, encontramos que las células de ansiedad vCA1 aumentan en gran medida su actividad después de la entrada en los brazos abiertos ansiogénicos del EPM, Jacinto et al., 2016 ]). Por lo tanto, vCA1 puede modular los comportamientos de ansiedad mediante la codificación directa de estímulos amenazadores a través de células de ansiedad que están especializadas para representar ambientes ansiogénicos innatos.
Esta representación ansiogénica puede originarse dentro del circuito de HPC o puede proporcionarse mediante entradas extra-hipocampo. Uno de esos aportes es el BLA, que se proyecta directamente a vCA3 y vCA1, y cuyos aportes han demostrado recientemente que afectan los comportamientos relacionados con la ansiedad (Felix-Ortiz et al., 2013 ). Sin embargo, esto se complica con las grabaciones de una sola unidad, que han demostrado que las neuronas BA son preferentemente activas en el compartimiento seguro de los brazos cerrados del EPM, en contraste con las células de ansiedad vCA1 ( Adhikari et al., 2015 Wang et al., 2011). Además, se encontró que las neuronas BLA que se proyectan a vCA1 responden a señales de valencia positiva y negativa ( Beyeler et al., 2016 ), en lugar de desviarse hacia estímulos de valencia negativos como en las células de ansiedad vCA1.
Alternativamente, esta representación ansiogénica en vCA1 podría surgir a través de entradas de la CE especializadas para reconocer características ambientales específicas que contribuyen a contextos ansiogénicos como el cambio de color, las diferencias en la iluminación, la elevación y la falta de paredes ( Diehl et al., 2017
Lu et al., 2013 ). Por lo tanto, las representaciones de valencia innata podrían surgir a través del enrutamiento selectivo de estas características a las poblaciones de vCA1 definidas por proyección que modulan el comportamiento de evitación. Por lo tanto, los estudios futuros que registran y controlan las regiones de entrada determinarán la contribución relativa de los circuitos EC, BLA y CA3 ascendente y del giro dentado en la generación de la señal ansiogénica en vCA1.
Corrientes de proyección divergentes vCA1
Recientemente se ha apreciado que el vCA1 envía proyecciones paralelas y en gran parte no superpuestas a mPFC, septum lateral, NAc, BLA y amígdala central (Ce) ( Cembrowski et al., 2016 Jin y Maren, 2015 Kim y Cho, 2017 Lee et al., 2014b Okuyama et al., 2016 Parfitt et al., 2017 , Xu et al., 2016), y aquí encontramos esta segregación también dentro de las vías de BA y LHA. De manera interesante, en contraste con las proyecciones vCA1 entremezcladas a BA y Ce, encontramos que las neuronas de proyección vCA1-BA y vCA1-LHA se organizaron de manera laminar dentro de CA1. Estudios recientes sobre la laminación de CA1 han demostrado que las neuronas piramidales en las capas profundas y superficiales de CA1 difieren en sus propiedades fisiológicas, entradas inhibitorias locales e entradas de largo alcance (Danielson et al., 2016b , Lee et al., 2014b , Li et al., 2017, Masurkar et al., 2017). Por lo tanto, las neuronas proyectoras vCA1-BA y vCA1-LHA pueden recibir diferentes entradas y exhibir diferentes propiedades fisiológicas, lo que permite el enrutamiento de información diferencial entre estas poblaciones.
vCA1-LHA como una ruta directa al comportamiento de evitación de control
Nuestros estudios revelaron un sorprendente control específico de la vía del comportamiento similar a la ansiedad en vCA1, ya que la activación de los terminales vCA1-LHA pero no vCA1-BA genera un comportamiento de evitación en las tareas de ansiedad. Además, nuestros estudios de imágenes de proyección específica mostraron un enriquecimiento de las células de ansiedad dentro de las proyecciones de vCA1-LHA en relación con las proyecciones de vCA1-BA, con aproximadamente el 80% de la población de vCA1-LHA con una representación de los brazos abiertos del EPM. El LHA puede entonces integrar esta representación de vCA1 con las que surgen de otras áreas, como el BNST, que se encontró que tenía una representación de los brazos cerrados del EPM, y envía una proyección directa al LHA que produce efectos ansiolíticos (Kim et al., 2013 ). Por lo tanto, el enrutamiento de las representaciones de ansiedad al LHA puede ser crítico para la generación de conductas de evitación.
Aunque apuntamos al LHA en nuestros estudios, vCA1 envía proyecciones directas a varios subnúcleos del hipotálamo ( Canteras y Swanson, 1992 ), muchos de los cuales contienen diversos tipos de células y son anatómicamente difíciles de seleccionar selectivamente (Canteras, 2002 ). Estudios elegantes han comenzado a analizar estos diversos circuitos hipotalámicos ( Jennings et al., 2013 Jennings et al., 2015 Kunwar et al., 2015 , Lee et al., 2014a , Lin et al., 2011 , Silva et al., 2013 ), y los estudios futuros que investigan los tipos de células hipotalámicas a través de los cuales vCA1 y otros insumos provocan efectos en las conductas de evitación serán críticos para comprender cómo esta estructura modula las conductas similares a la ansiedad.
Nuestros estudios revelan proyecciones de vCA1 a la LHA como una nueva vía por la cual la vHPC puede modular el comportamiento relacionado con la ansiedad. Estudios recientes indican que las neuronas de proyección de vHPC-mPFC también representan información relacionada con la ansiedad en el EPM y que la inhibición optogenética de las entradas de vHPC al mPFC reduce la evitación de brazos abiertos (Ciocchi et al., 2015 ). Mientras que las poblaciones de células glutamatérgicas en el LHA pueden conducir la evitación rápida y los comportamientos aversivos directamente ( Hakvoort Schwerdtfeger y Menard, 2008 Jennings et al., 2013 Kim et al., 2013), el mPFC probablemente modula los comportamientos relacionados con la ansiedad a través de salidas a la amígdala, el hipotálamo, el tálamo o el gris periacueductal ( Do-Monte et al., 2015 , Likhtik et al., 2014 , Radley et al., 2006 , Sesack et al., 1989 , Sotres-Bayon y Quirk, 2010). Una posibilidad intrigante es que la contribución de las vías vCA1-LHA y vCA1-mPFC al comportamiento relacionado con la ansiedad es análoga al “camino bajo” talámico y al “camino alto” cortical en el control del condicionamiento del miedo auditivo dependiente de la amígdala (LeDoux, 1996, LeDoux, 2000 ). En este modelo, el enrutamiento diferencial de las representaciones contextuales ansiogénicas entre las vías de vCA1 podría cumplir una función similar de soportar tanto una señal de evitación rápida (mediante el enriquecimiento de señales ansiogénicas en proyecciones directas de vCA1-LHA) como una representación más lenta y de mayor orden mediante la integración cortical mediante La vía vCA1-mPFC.
Las neuronas de proyección vCA1-BA median el miedo aprendido, pero el comportamiento no evasivo innato
Un aspecto interesante de nuestros estudios fue que se observaron menos células de ansiedad en la población de vCA1-BA en comparación con la vía de vCA1-LHA, y la manipulación de las proyecciones de vCA1 a BA no tuvo impacto en las tareas de ansiedad innata, a pesar de que los estudios demuestran que la vía inversa (BLA-vHPC) puede provocar conductas similares a la ansiedad (Felix-Ortiz et al., 2013 ). Más bien, las manipulaciones optogenéticas de la vía vCA1-BA en nuestro estudio y otros trabajos recientes (Xu et al., 2016 ) demuestran que este camino es importante en las asociaciones de contexto-miedo. Por lo tanto, esta vía puede ser más especializada para codificar asociaciones de valencia de contexto aprendidas (en lugar de representaciones de valencia ansiogénicas innatas), por lo que la entrada de contexto de vCA1 a BA se emparejará con estímulos aversivos en el nivel de BA. Además, la actividad en las células de ansiedad vCA1-BA puede no ser suficiente para conducir el comportamiento de evitación a contextos innatos ansiogénicos en ausencia de una asociación aprendida de miedo a contexto.
Nuestros estudios plantean la posibilidad intrigante de que las subpoblaciones de neuronas vCA1 están programadas para responder a entornos que producen evitación innata, mientras que otras poblaciones pueden estar programadas para responder a entornos que provocan un enfoque. Esto podría lograrse mediante el enrutamiento selectivo de la información sensorial a las poblaciones de vCA1 que pueden dirigir directamente las respuestas de comportamiento positivas o negativas a través de sus flujos de dianas límbicas segregadas. Mientras que los proyectores vCA1-LHA están enriquecidos en células de valencia negativa, los proyectores vCA1-NAc pueden enriquecerse en células de valencia positiva ( Britt et al., 2012 , Ciocchi et al., 2015 , Okuyama et al., 2016 ). Este modelo sería similar al descrito en el BLA, donde distintas subpoblaciones de neuronas responden a la calidad de valencia positiva o negativa ( Belova et al., 2007 , Gore et al., 015, , Namburi et al., 2015 , Paton et al., 2006 , Uwano et al., 1995). Si vCA1 estuviera organizado de manera similar, predeciríamos que las neuronas vCA1 individuales responderían a diversos tipos de estímulos sensoriales de la misma valencia para impulsar respuestas conductuales análogas. Un enfoque para probar esta hipótesis será evaluar si las células de ansiedad vCA1 también responden a otros estímulos sensoriales aversivos innatamente, como olores aversivos o estímulos dolorosos. Es importante destacar que en el estudio actual utilizamos imágenes de calcio para probar las respuestas celulares a los comportamientos que se ejecutan en escalas de tiempo lentas (segundos), que son compatibles con las limitaciones temporales de la dinámica del calcio. Las futuras grabaciones electrofisiológicas de una sola unidad específicas de la vía tanto en la vHPC como en las regiones objetivo pueden dilucidar las respuestas a conductas más rápidas relacionadas con la ansiedad,
Nuestros hallazgos proporcionan información novedosa sobre la representación de información innatamente adversa en la vHPC y el papel de las proyecciones subcorticales de vCA1 específicas de la vía en la generación de conductas relacionadas con la ansiedad. La identificación de un nuevo circuito vCA1-LHA que controla rápidamente el comportamiento relacionado con la ansiedad, sin afectar el miedo aprendido, puede proporcionar nuevos objetivos para el tratamiento del trastorno del estado de ánimo y la ansiedad.
Cirugías Estereotácticas
Para todos los procedimientos quirúrgicos, los ratones se anestesiaron con isoflurano al 1,5% a una velocidad de flujo de oxígeno de 1 l / min y se fijaron en un marco estereotáctico (David Kopf, Tujunga, CA). Los ojos se lubricaron con una pomada oftálmica y la temperatura corporal se mantuvo a 37 ° C con un recirculador de agua tibia T / pump (Stryker, Kalamazoo, MI). Se afeitó el pelo y se esterilizó el sitio de la incisión antes de comenzar los procedimientos quirúrgicos, y se proporcionaron solución salina subcutánea y carpofeno de forma perioperatoria y durante 2 días después de la operación para prevenir la deshidratación y para la analgesia.
Para la obtención de imágenes de Ca 2+ in vivo , los ratones se sometieron a una única cirugía en la que se inyectaron unilateralmente 500 nl de virus GCaMP6f con una jeringa Nanoject (Drummond Scientific, Broomall, PA) antes de implantar una lente GRIN en el lugar de la inyección. Las lentes GRIN fueron implantadas con métodos descritos previamente (Resendez et al., 2016 ). Brevemente, se realizó una craneotomía centrada en el sitio de implantación de la lente, y la duramadre se extrajo de la superficie del cerebro y se limpió con una corriente de solución salina estéril y lanzas de absorción (Fine Science Tools (FST), Foster City, CA) antes de bajar el GRIN Lente (no se aspiró tejido fuera del sitio). Se insertaron 3 tornillos de cráneo (FST, Foster City, CA) en lugares espaciados uniformemente alrededor del sitio de implantación, y la lente se bajó lentamente en pasos DV de 0,1 mm y luego se fijó al cráneo con cemento dental (Dentsply Sinora, Filadelfia, PA) . Para la obtención de imágenes de vCA1, se usó una lente GRIN de ∼0.5 mm de diámetro, 6.1 mm de largo, y para dCA1 se usó una lente de GRIN de ∼1.0 mm de diámetro, 4 mm de largo (Inscopix, Palo Alto, CA). Las coordenadas de la inyección viral fueron (en mm, del tejido cerebral en el sitio): (vCA1: −3.16 AP, 3.25 ML, −3.85, −3.50, −3.25 DV; dCA1: −2.15 AP, 1.85 ML, −1.55, −1. 65 DV) y las coordenadas de la lente fueron (en mm, desde el cráneo hasta la craneotomía): (vCA1: −3.16 AP, 3.50 ML, −3.50 DV; dCA1: −2.15 AP, 1.30 ML, −1.30 DV). Al término de la cirugía, la lente se protegió con caucho de molde líquido (Smooth-On, Lower Macungie, PA) y los experimentos de imágenes comenzaron 3 semanas después.
Para las cirugías optogenéticas, los ratones se sometieron a una cirugía única en la que se inyectaron 500 nl de virus de opsina en la subregión vCA1 con una jeringa Nanoject como se describe anteriormente, antes de implantar fibra óptica en el sitio objetivo. Las fibras ópticas se realizaron con procedimientos previamente publicados ( Kheirbek et al., 2013 ), y se cortaron a ∼5mm de longitud para la implantación. Se implantó un solo tornillo de cráneo para permitir una mejor adherencia del cemento dental a la superficie del cráneo. El virus se inyectó en vCA1 en las siguientes coordenadas para todas las manipulaciones optogenéticas (en mm): (−3.16 AP, 3.30 ML, −3.85, −3.50, −3.00 DV desde el cerebro en la craneotomía). El silenciamiento del cuerpo celular vCA1 se realizó con un implante bilateral de fibra óptica y virus en las siguientes coordenadas (en mm): (−3.20 AP, 3.35 ML, −3.50 DV del cerebro en la craneotomía). La activación terminal de vCA1-BA se realizó bilateralmente con implante de fibra óptica a (en mm, desde el cerebro a la craneotomía): (−1.70 AP, 3.00 ML, −4.00 DV), y vCA1-LHA se realizó con un virus unilateral y fibra óptica implantada en : (−1.95 AP, 0.50 ML, −4.75 DV). Las cirugías de silenciamiento del cuerpo celular vCA1-LHA-ArchT se realizaron de forma bilateral con CAV2-Cre inyección en LHA en las coordenadas anteriores. Para el silenciamiento del cuerpo celular vCA1, se permitió que los ratones se recuperaran durante 4 semanas antes de comenzar los experimentos de comportamiento. Para la activación terminal, los experimentos comenzaron 8 semanas después de la cirugía para permitir una expresión viral suficiente y el tráfico de opsina a los terminales de axones.
Para los estudios retrógrados de CTB, se inyectaron 290nl de CTB conjugado (Life Technologies, Carlsbad, CA) unilateralmente en las subregiones LHA y BA o LHA y mPFC en una sola cirugía en las siguientes coordenadas (en mm del tejido cerebral en el sitio): (LH : −2.0 AP, 0.75 ML, −5.25, −5.0, −4.75 DV; BA: −1.70 AP, 3.0 ML, −4.25, −4.0 DV; mPFC: +1.90 AP, 0.3 ML, −2.75, −2.50 DV) y los ratones se perfundieron 7 días después de la inyección para histología.
Electrofisiología Patch-Clamp
Para las grabaciones de corte de terminal vCA1-ChR2, se anestesiaron ratones con expresión viral vCA1 de la opsina estimulante ChR2-eYFP (8 semanas después de la inyección viral, para permitir el tráfico de terminales de opsina a axón) mediante inhalación de halotano o isoflurano, descapitado y cerebro eliminado rápidamente. Se cortaron cortes coronales (350 μm) que contenían BA y LHA en un vibratome Leica VT1000S en solución de líquido cefalorraquídeo artificial de sacarosa parcial enfriada con hielo (ACSF) que contenía (en mM): 80 NaCl, 3.5 KCl, 4.5 MgSO 4 , 0.5 CaCl 2 , 1,25 H 2 PO 4, 25 NaHCO 3, 10 glucosa y 90 sacarosa equilibradas con 95% de O2 / 5% de CO2 y almacenadas en la misma solución a 37 ° C durante 30 minutos, luego a temperatura ambiente hasta su uso. Las grabaciones se realizaron a 30-32 ° C (TC324-B; Warner Instrument Corp) en ACSF (en mM: 124 NaCl, 2,5 KCl, 1 NaH 2 PO 4 , 25 NaHCO 3 , 20 glucosa, 1 MgCl 2 , 2 CaCl 2). Los terminales axones fluorescentes vCA1-ChR2-eYFP se ubicaron primero dentro de BA y LHA en un microscopio vertical Axioskop-2 FS (Zeiss). Las células rodeadas por estos axones se visualizaron luego a través de la óptica de contraste de interferencia de infrarrojo diferencial (IR-DIC) y se seleccionaron aleatoriamente para grabaciones de tensión de sujeción. Se utilizó una solución interna a base de cesio (en mM): 125 Cs-metanosulfonato, 4 NaCl, 10 HEPES, 1 EGTA, 4 MgATP, 0,3 Na 2.GTP, 10 Na-fosfocreatina, 5 QX 314-Cl). Las pipetas de parche se hicieron de vidrio de borosciliate (AM Systems) utilizando un extractor de micropipetas (Modelo P-1000; Sutter Instruments). En el baño, la resistencia inicial de la pipeta fue de 4.5-6.5 MΩ. Las grabaciones se realizaron sin corrección de potenciales de unión. Las señales de corriente y voltaje se registraron con un amplificador MultiClamp 700B (Molecular Devices, EE. UU.), Se digitalizaron a 5–10 kHz y se filtraron a 2,5–4 kHz. Los datos fueron adquiridos y analizados utilizando Axograph (Axograph Scientific, Sydney, Australia).
Para la estimulación óptica, se generaron pulsos de luz de 473 nm utilizando un láser DPSS de 100 mW (Opto Engine LLC, Midvale, UT) y se entregaron a través de un objetivo de 40X. Se utilizaron pulsos de luz individuales (1 ms de duración) cada 20 s para activar las fibras de vCA1 en el BA y el LHA mientras se registraban las EPSC monosinápticas evocadas por la luz en neuronas elegidas al azar.
Para los registros de cortes de cuerpos de células vCA1-ArchT, se anestesiaron ratones con expresión de ArchT (4 semanas después de la inyección viral) y se perfundieron con ACSF de sacarosa modificada que contiene (en mM) 75 NaCl, 2,5 KCl, 3,3 MgSO 4 , 0,5 CaCl 2 , 1NaH 2 PO 4 , 26.2 NaHCO 3, 22 glucosa, 52,6 sacarosa, 10 HEPES, 10 cloruro de colina, 1 piruvato, 1 L-ácido ascórbico (300 mOsml, pH 7,4). Se diseccionó el cerebro y se cortaron rodajas de 300 μm de grosor y se colocaron en una cámara de interfaz que contenía la misma solución modificada de sacarosa. Las rodajas se incubaron a 32 ° C durante 30 min, luego se mantuvieron a temperatura ambiente (23 ° C) en la cámara de interfaz durante al menos 1 h. Las grabaciones se realizaron a temperatura ambiente y se perfundieron con ACSF oxigenado que contenía (en mM) 119 NaCl, 2.5 KCl, 1.3 MgCl 2 , 2.5 CaCl 2 , 1.3 NaH 2PO 4 , 26.0 NaHCO 3 , 20 glucosa (∼300 mOsml) a 23 ° DO.
Los registros se hicieron a temperatura ambiente usando pipetas de parche tirados (5-7 mO) llenas con solución interna que contiene (en mM) 150 K-Gluconato, 1,5 MgCl 2 , 5,0 HEPES, 1 EGTA, 10 de fosfocreatina, 2,0 ATP, y 0,3 GTP. La luz verde se suministró a través de una lámpara de arco que pasó a través de un filtro de excitación TRITC y se entregó a través de un objetivo 40x centrado en el soma de la célula parcheada. Las grabaciones de patch-clamp se obtuvieron con los amplificadores de parche Multiclamp 700B, digitalizados con un Digidata 1322a, y los datos se recopilaron con el software pClamp 10 (Molecular Devices).
Ensayos de comportamiento
Elevated Plus Maze. Los ratones se colocaron en un laberinto de tamaño EPM estándar (13.5 «altura del laberinto del piso, 25» de longitud completa de cada tipo de brazo, ancho de brazo de 2 «, brazos cerrados de 7» de altura, con salientes de 0.5 «de alto / ancho en los brazos abiertos ), con lux650 lux ligero centrado sobre los brazos abiertos para promover la evitación. Los ratones se colocaron en la región central del laberinto y se les permitió explorar durante 10 minutos mientras se registraba el comportamiento con una cámara web EthoVision XT 10 (Noldus, Leesburg, VA) o una cámara digital (Carl Zeiss), y se analizaron con el software EthoVision o Software de seguimiento TopScan (Clever Sys, Reston, VA). Los comportamientos de Headdip en el EPM se puntuaron manualmente con el software Observer XT (Noldus, Leesburg, VA). Para los experimentos de silenciamiento de ArchT-GFP, los ratones se ejecutaron durante 20 minutos en el EPM para permitir un número suficiente de entradas de brazo abierto / eventos de activación con láser.
Nueva tarea de objetos . Los ratones se colocaron en una zona familiar (22 × 16 × 6 ”de largo, ancho y alto) que se les permitió explorar durante 20 minutos el día anterior, en condiciones de luz escasa (∼50 lux). El comportamiento durante la exposición inicial a la arena se registró y se siguió con el software EthoVision XT 10, y se dibujaron 4 zonas de esquina del mismo tamaño para determinar la preferencia de línea de base relativa para cada ubicación (6 × 5.5 ”de ancho y largo). Durante la sesión de objeto novedoso, se colocó un objeto novedoso que provocó un enfoque (un embudo tapado con cinta de color) en la zona de esquina menos preferida de la arena (desde el día 1 de seguimiento). A los ratones se les permitió explorar el terreno familiar durante 10 minutos y se registró el comportamiento con el software EthoVision XT 10 y la cámara web.
Prueba de campo abierto . Los ratones se colocaron en una arena (18 × 18 × 12 ”de largo-ancho-alto; Kinder Scientific, Poway, CA) con luz brillante (650 lux) centrada sobre la zona central, y se les permitió explorar durante 10 minutos mientras el comportamiento era Registrado y analizado con el software MotorMonitor.
Tarea de exploración de contexto para análisis de campo de lugar . Para el análisis de campo de lugar, a los ratones se les permitió explorar una arena novedosa (Contexto A- Contexto B- y Contexto A) (9,5 × 18 «de largo-ancho) durante 10 minutos cada uno en condiciones de luz baja lux, con un descanso de 10 minutos en una Transferencia de jaula entre sesiones. El contexto A era una arena lisa con paredes cortas (6 «de altura), mientras que el Contexto B se generó colocando camas estándar para el ratón, y paredes amarillas altas y redondeadas (10» altura) dentro de la misma arena que el Contexto A. La arena se mantuvo en el La misma ubicación para las 3 sesiones de imágenes, y el comportamiento se registró y siguió con el software EthoVision XT 10.
Preferencia de lugar en tiempo real . Los ratones se colocaron en una arena idéntica de 2 cámaras (18,5 × 10 × 8 ”de largo-ancho-alto) con camas de ratón estándar y lux de poca luz, y se les permitió explorar libremente ambas cámaras durante 20 minutos mientras se registraba el comportamiento con EthoVision XT 10 software.
Condicionamiento del miedo contextual. Los ratones se ejecutaron a través de un paradigma de condicionamiento del miedo contextual de 2 días. El día 1, los ratones se colocaron en una caja de choque de acondicionamiento de miedo estándar (Coulbourn Instruments, Holliston, MA) con las siguientes indicaciones contextuales: (olor a anís, ruido blanco y una luz encendida dentro de la cámara), y se les permitió explorar el Conéctelo durante 3 minutos antes de recibir un shock de pie de 2 s 0.7 mA con fuerza. En el día 2, los ratones se colocaron de nuevo en el mismo contexto durante 3 minutos para evaluar la congelación durante la recuperación de CFC. Para la modulación del terminal vCA1-LHA, al final de la recuperación del día 2, a los ratones se les aplicó un choque de pies adicional de 2 s para volver a entrenarlos para las pruebas de recuperación del día 3. Comportamiento fue la grabación con el software de video FreezeFrame (Coulbourn Instruments, Holliston, MA),
Imágenes de Ca 2+ que se mueven libremente
3 semanas después de la cirugía, los ratones se examinaron para determinar la expresión de GCaMP con un microscopio miniaturizado (Inscopix, Palo Alto, CA) y los procedimientos descritos anteriormente (Resendez et al., 2016). Los ratones se anestesiaron brevemente con isoflurano al 1,5% a 1 l / min de flujo de oxígeno y se fijaron en un marco estereotáctico. Se retiró el molde protector de goma de la lente, y se fijó una placa de base magnética a un microscopio y se bajó sobre la lente GRIN implantada para evaluar el FOV para las neuronas GCaMP +. Si las neuronas de GCaMP + eran visibles, la placa de base se cementó dentalmente en su lugar en el casco del ratón para permitir la creación de imágenes del mismo FOV durante varias semanas. Una vez que se colocó la placa base, se usó el mismo microscopio para cada sesión de imágenes con ese mouse, y el plano focal en el hardware del miniscopio no se alteró en todos los experimentos de imágenes para garantizar un FOV constante en todas las sesiones. Las sesiones de imagen de comportamiento de vigilia comenzaron el día después de la placa base y los ratones se anestesiaron brevemente (< 5mins) para adjuntar el miniscopio a la placa base cada día de sesión de imágenes. Se dejó que los ratones se recuperaran de la anestesia durante 30 minutos antes de comenzar la obtención de imágenes. Los videos de Ca 2+ se grabaron con el software de adquisición nVista (Inscopix, Palo Alto, CA) y se activaron con un pulso TTL de EthoVision XT 10 y el sistema de caja Noldus IO para permitir la adquisición simultánea de Ca 2+ y videos de comportamiento. Los videos de Ca 2+ se adquirieron a 15 cuadros por segundo con una exposición de 66.56 ms. Se seleccionó una potencia de LED óptima para cada ratón en función de la expresión GCaMP en el FOV (valores de píxeles), y se usaron las mismas configuraciones de LED para cada ratón a lo largo de la serie de sesiones de imágenes. Manipulaciones optogenéticas Los ratones fueron manipulados y habituados a cables adaptadores de fibra óptica durante 3 días antes de comenzar los experimentos de comportamiento. Para los experimentos de silenciamiento de ArchT-GFP, se suministraron ∼10 mW de luz constante a través de un láser de 52m m (Opto Engine, Midvale, UT; se usó un láser de 594 nm en los experimentos de silenciamiento de arco vCA1-BA) a fibras ópticas implantadas en cerebro de ratón usando un cable de conexión de fibra óptica como se describió anteriormente (Kheirbek et al., 2013). Para los experimentos ChR2-eYFP, se administraron ∼5-8mW de 5ms 10hz o 20hz de pulsos de luz mediante un láser de 473nm 100mW (Opto Engine, Midvale, UT), y el protocolo de suministro de luz se controló a través de un estimulador Master-8 (AMPI, Jerusalén, Israel). Para los experimentos de silenciamiento ArchT-GFP en bucle cerrado, se utilizaron el software EthoVision XT 10 y el sistema de caja Noldus IO para registrar el seguimiento en vivo de los ratones mientras exploraban las tareas de EPM, OFT y RTPP. El láser se activó cuando los ratones fueron seguidos en vivo en EthoVision en una zona de estimulación previamente dibujada (brazos abiertos para EPM, centro para OFT y una cámara seleccionada al azar para RTPP). Para los experimentos de ChR2-eYFP, las manipulaciones optogenéticas OFT se realizaron en períodos de láser de 3 minutos (encendido / apagado de luz). RTPP se ejecutó como se describe anteriormente. En CFC, en días de luz, Histología y microscopía confocal y epifluorescente. Para toda la histología, los ratones se perfundieron transcardialmente con paraformaldehído al 4% (peso / volumen) en solución de tampón fosfato 1X (PBS) y luego se extrajeron los cerebros y se fijaron posteriormente en PFA al 4% durante 24 horas, después de lo cual se transfirieron a 30% de solución de sacarosa en PBS durante 2 días. Los cerebros saturados con sacarosa se congelaron instantáneamente y se cortaron en secciones coronales de 50 µg de espesor en un criostato (Leica CM 3050S). Las secciones se incubaron con 1: 1000 Hoechst en PBS 1x (Invitrogen, Carlsbad, CA) durante 10 minutos para marcar los núcleos celulares, y se montaron y se cubrieron con un reactivo antifade ProLong Gold (Invitrogen, Carlsbad, CA). La expresión viral endógena de fluoróforos se utilizó en todas las preparaciones histológicas (no se requirió inmunomarcaje para visualizar fluoróforos). Las diapositivas de histología se tomaron en imágenes en un microscopio confocal (Leica TCS SP8) utilizando un objetivo de 10x o 20x, Se determinaron las colocaciones apropiadas de lentes de GRIN y de fibra óptica fijando los cerebros con las tapas de cabeza y los cráneos intactos durante 1 semana en PFA al 4% para mejorar la claridad de las lentes de GRIN y los tractos de fibra óptica. Los cerebros se colocaron luego en una solución de sacarosa al 30% como se describió anteriormente, y se recogieron los cortes en los pocillos de cultivo individuales para mantener el orden de AP preciso de las secciones para las reconstrucciones de colocación de lentes / fibra óptica. Luego, las secciones se montaron en orden AP, y la ubicación en el fondo de las puntas de fibra óptica y las lentes GRIN se determinaron visualmente para cada ratón mediante la inspección de las secciones en un microscopio epifluorescente. Para los estudios retrógrados de CTB, las imágenes en mosaico se capturaron en un microscopio confocal con un objetivo de 10x, y las células rojas, verdes y amarillas se contaron con una caja de herramientas Contador de células ImageJ. La laminación de las neuronas marcadas con CTB se determinó midiendo la distancia de las células contadas al borde Pyr / Rad en ImageJ. Para las mediciones de fluorescencia terminal anterógrada, los campos terminales vCA1 en BA y LHA se visualizaron en la misma ubicación AP (−1.70 mm) en ratones que expresan vCA1-ChR2-eYFP (8 semanas de inyección post-viral para permitir un tráfico suficiente de opsina para terminales de axon). Luego se tomaron imágenes de los subcampos BA y LHA en la misma sección con tiempos de exposición idénticos utilizando un objetivo de 2.5x en un microscopio epifluorescente vertical. Esto nos permitió controlar las diferencias en la línea base de fluorescencia de fondo entre las secciones, ya que las imágenes de los terminales BA y LHA se tomaron de las mismas secciones, y los niveles de fluorescencia se compararon en forma de pares. Las ROI de BA y LHA se dibujaron a mano en ImageJ, y se usó el valor de fluorescencia promedio para las comparaciones. Procesamiento de imágenes Para el procesamiento de imágenes de toda la población (promotor de Synapsin), el procesamiento de imágenes se realizó con el software Mosaic (versión 1.0.5b; Inscopix, Palo Alto, CA). Los videos se muestrearon en forma descendente con un factor de agrupación de 4 (16x), y el movimiento lateral del cerebro se corrigió mediante el motor de registro Turboreg (Ghosh et al., 2011, Ziv et al., 2013) que utiliza un cuadro de referencia único y funciones de alto contraste en la imagen para cambiar los cuadros con movimiento a las posiciones XY coincidentes en todo el video. Se recortaron los bordes negros de la conversión XY en la corrección de movimiento y se detectaron cambios en la fluorescencia al generar un video ΔF / F o usando una imagen de proyección z mínima de toda la película como la referencia F o para normalizar las señales de fluorescencia a la fluorescencia mínima de píxeles dentro del marco. Luego, los videos se muestrearon temporalmente con un factor de binning de 3 (hasta 5 cuadros por segundo). Las putativas células individuales y las señales de Ca 2+ se aislaron con un algoritmo automatizado de segmentación celular que emplea análisis de componentes principales e independientes en videos de ΔF / F o (Mukamel et al., 2009). Las supuestas células identificadas se clasificaron luego mediante inspección visual para seleccionar las unidades con la configuración espacial apropiada y la dinámica de Ca 2+ coherente con las señales de las neuronas individuales. Los eventos transitorios de Ca 2+ se definieron luego mediante un algoritmo de detección de eventos Ca 2+ que identifica picos de gran amplitud con tiempos de aumento rápidos y decaimientos exponenciales (parámetros: tau = 200 ms, tamaño mínimo del evento transitorio de Ca 2+ = desviación media de la media). Para imágenes específicas de proyección, los videos se agruparon espacialmente, se corrigieron con movimiento y se recortaron usando el software Mosaic de la misma manera que se describió anteriormente. Sin embargo, la segmentación de células se realizó utilizando un algoritmo automatizado mejorado optimizado para la obtención de imágenes de Ca 2+microendoscópica. para datos microEndoscópicos (CNMF-E) ( Zhou et al., 2016). CNMF-E se basa en un marco de factorización matricial no negativa restringida (NMF) ( Pnevmatikakis et al., 2016 ), y es capaz de lograr la eliminación de ruido, la desconvolución y la mezcla simultánea de estos datos de imágenes. A nivel técnico, utiliza un modelo novedoso para estimar y restar eficientemente las grandes señales de fondo presentes en los datos (los detalles del método se pueden encontrar en ( Zhou et al., 2016 )). Los videos corregidos por movimiento y recortados se ejecutaron a través del algoritmo CNMF-E con un diámetro de celda estimado de 18 píxeles (medido en celdas visibles en imageJ). Las neuronas putativas se identificaron y se clasificaron por inspección visible para la configuración espacial apropiada y la dinámica de Ca 2+como se describió anteriormente, y las unidades putativas se fusionaron o dividieron manualmente si la configuración espacial no coincidía con las regiones de interés (ROI) dibujadas manualmente en el administrador de ImageJ ROI de la inspección visual de una versión videoF / F o del video. En el documento, informamos los rastros temporales no difuminados extraídos por CNMF-E como actividad temporal de las neuronas. Estas trazas se escalaron en z con un nivel de ruido gaussiano estimado, correspondiente a una versión escalada de ΔF / F o de cada neurona. Ca 2+los eventos transitorios se definieron con un algoritmo de detección de eventos similar al descrito anteriormente. Los transitorios se puntuaron en Z con la media calculada a partir de los puntos de tiempo que carecen de actividad de Ca 2+ (definidos como puntos de tiempo con valores de fluorescencia menores que el cuantil 0.50 de todos los valores de fluorescencia de todas las células en el FOV). Los eventos de Ca 2+ se definieron como transitorios que excedían una amplitud de 2 sd desde una línea de base de 0.5 sd, con una duración mínima (calculada por [-ln (A / Ao) / t_half] donde Ao = 0.5 y A = amplitud de ese transitorio; t_half para GCaMP6f fue de 200 ms, tomado de (Chen et al., 2013)) antes de volver a un nivel de base de 0.5 sd. Luego, se detectaron eventos adicionales de aumento transitorio de Ca 2+ dentro de los transitorios de Ca 2+ detectados que eran grandes y de pico múltiple utilizando la función findpeaks en MATLAB (Mathworks, Natick, MA) con los siguientes parámetros (MinPeakProminence = 1.5 sd, MinPeakDistance = 1 s ). Todos los transitorios de Ca 2+ detectados se inspeccionaron visiblemente en cada celda para verificar la precisión. El área bajo la curva se calculó para los transitorios identificados desde el inicio transitorio (en el momento en que el transitorio excedió el umbral de 0,5 sd) hasta el desplazamiento (en el momento en que la amplitud del transitorio regresó al umbral de base de 0,5 sd). Para el seguimiento de celdas a través de múltiples sesiones de imágenes, los videos de varias sesiones se concatenaron en un solo video grande, y la corrección de movimiento se ejecutó en el video concatenado desde un solo cuadro de referencia para asegurar que la traducción XY del algoritmo de corrección de movimiento TurboReg ajustara todos los cuadros a el mismo lugar . La precisión del seguimiento celular y la estabilidad espacial a lo largo de los días de imágenes en el video concatenado segmentado se cuantificó. Brevemente (ampliando la descripción detallada en la leyenda de la figura para S3A-E), se seleccionó el umbral de correlación temporal transitoria de Ca 2+ para identificar pares emparejados temporalmente entre los grupos de video concatenado y segmentación de células de video individuales mediante inspección visual del Ca 2+ superpuesto transitorios entre pares de celdas con correlación máxima (a cada celda se le asignó una supuesta coincidencia con la celda en el segundo video con el que su valor de correlación transitoria era máximo). Esto dio lugar a una distribución bimodal de las correlaciones temporales de pares de células, con una división en Rho = 0,4 (todos los pares de células con transitorios que excedían de 0,4 de correlación se consideraron una coincidencia). Cuantificación y análisis estadístico Todos los parámetros estadísticos para análisis específicos se informan en las leyendas de las figuras del documento. Ca 2+ análisis de datos Los eventos transitorios de Ca 2+ y el comportamiento del ratón se analizaron con las funciones personalizadas de MATLAB (Mathworks, Natick, MA) para calcular la tasa de Ca 2+transitorios por celda mientras los ratones exploraron diferentes zonas y diferentes ubicaciones espaciales XY de la arena. La ocupación en diferentes zonas de arena se definió en el software EthoVision y se exportó como una salida lógica a 30 cuadros por segundo (la ubicación xy del punto central del mouse se rastreó en la arena definida por Ethovision para clasificar las muestras de comportamiento en zonas de arena específicas). Para el puntaje de comportamiento de headdip, se usó el software Observer XT (Noldus, Leesburg, VA) para puntuar manualmente los eventos de headdip y luego se exportó como una salida lógica similar al seguimiento de comportamiento de zona descrito anteriormente (se usó un sistema de puntaje de tecla de retención para registrar el cronometraje de eventos de headdip durante la duración de la sesión). Datos de comportamiento se muestrean a 5 cuadros por segundo para que coincida con Ca 2+ muestreo de datos transitorios, y Ca 2+los intervalos de tiempo transitorios se clasificaron en zonas de arena según el resultado del comportamiento de Ethovision emparejado en el tiempo para calcular el AUC y la tasa de transitorios de Ca 2+ en diferentes condiciones de comportamiento. Para trazar ejemplos de mapas de calor de Ca 2+ por distancia de la actividad vCA1 en el EPM, se calculó el desplazamiento xy del punto central del ratón (desde el seguimiento de Ethovision) desde el punto central del EPM arena desde cada intervalo de tiempo de comportamiento, y los desplazamientos xy fueron categorizados por tipo de brazo y agrupados por distancia (contenedores de 0,5 cm). La media de la actividad transitoria de Ca 2+ (a partir de los transitorios identificados de Ca 2+ solamente) dentro de cada bandeja de desplazamiento xy de comportamiento se calculó y normalizó para cada celda individualmente. Para los mapas de calor de Ca 2+ por tiempo, la actividad transitoria media de Ca 2+ en todas las células en un FOV se calculó en intervalos de 200 ms. Para definir la selectividad celular, los eventos de Ca 2+ se barajaron en el tiempo para celdas individuales (1000 iteraciones), y las tasas barajadas se volvieron a calcular en función de la categorización de la zona de tiempo de la zona de comportamiento como se describió anteriormente (las celdas de tiempo de comportamiento se mantuvieron constantes) para generar una distribución nula de las tasas de eventos de la zona Ca 2+ para cada celda. Una celda se consideró selectiva para una zona si su diferencia de tasa de eventos de Ca 2+entre zonas (EPM: abierto-cerrado; OFT: centro-periferia; Objeto nuevo: Zona de objeto nuevo-Zona neutral) excedió un umbral de 1SD desde la distribución nula ( el umbral se determinó comparando las tasas de zona para las "células neutrales" definidas en diferentes umbrales, y el umbral en el que las células neutrales no mostraron Ca 2+ significativo Se seleccionó tasa transitoria diferente entre zonas). Colocar celula analisis Los mapas de campo del lugar se dibujaron como se describió anteriormente (Leutgeb et al., 2007) con un tamaño de contenedor de ∼5cm 2 y un factor de suavizado sigma de 5, extraído solo de intervalos de tiempo móviles (los intervalos de tiempo inmóviles se definieron como velocidades <1cm / s, para episodios de comportamiento> 1 s de duración). Se requirió que se incluyeran en el análisis un mínimo de 10 eventos transitorios de Ca 2+ en la sesión, y los campos de lugar calificados se definieron como campos de lugar con 9 contenedores contiguos que contenían el 20% de la velocidad de disparo máxima. Los valores del contenido de información espacial se calcularon a partir de la primera sesión de imágenes de exposición del contexto-A. Los valores p de información espacial se calcularon como se describió anteriormente (Danielson et al., 2016a) generando una distribución nula de valores de contenido de información espacial por celda (barajando el tiempo de los eventos de Ca 2+ a tiempo para generar mapas de campo de lugar nulo, 1000 iteraciones), y comparando el valor verdadero del contenido de información espacial con esa distribución barajada. La estabilidad del campo del lugar se determinó comparando el valor R de las correlaciones del mapa del campo del lugar (correlación de Pearson). En este análisis solo se incluyeron las celdas con campos de lugar calificados en ambas condiciones (AA o AB).
Análisis de selectividad de tareas.
Para definir las neuronas selectivas a la tarea, las células se definieron por su selectividad para el brazo abierto EPM, la zona central OFT y la zona de objeto nuevo como se describió anteriormente. Luego se compararon poblaciones de células selectivas. La significación de la superposición se determinó mediante el muestreo aleatorio de una distribución simulada de células que contienen el porcentaje real de células de brazo abierto EPM en la población (muestra N = número total de células OFT de Novel Object en el centro, muestra simulada N = número total de todas las células incluidas en El análisis, muestreo a 10.000 iteraciones), para generar una distribución de superposición por muestreo aleatorio. El verdadero valor de superposición se calculó comparando el verdadero valor de superposición con estas distribuciones.
Referencias
• Adhikari A.
• Lerner TN
• Finkelstein J.
• Pak S.
• Jennings jh
• Davidson TJ
• Ferenczi E.
• Gunaydin LA
• Mirzabekov JJ
• Ye L.
• et al.

Doble disociación de la función dentro del hipocampo: memoria espacial e hiponeofagia.
Bannerman, DM, diácono, RMJ, Offen, S., Friswell, J., Grubb, M., Rawlins, JNP
Behavioral Neuroscience, Vol 116 (5), Oct 2002, 884-901
Las lesiones completas y dorsales del hipocampo perjudicaron el rendimiento espacial en 2 tareas de memoria de trabajo: alternancia recompensada en el laberinto en T y coincidencia con la posición en el laberinto de agua. En contraste, las lesiones del hipocampo ventral no tuvieron efecto en estas tareas, incluso cuando la dificultad de la tarea se incrementó por la introducción de retrasos. Las lesiones ventrales se parecían a las lesiones completas en la reducción de la ansiedad en 3 pruebas de ansiedad comúnmente usadas (interacción social, laberinto positivo e hiponeofagia). Las lesiones dorsales también parecieron ser ansiolíticas en la interacción social y en las pruebas del laberinto positivo, pero no afectaron la hiponeofagia. Las ratas con lesiones completas y dorsales mostraron hiperactividad, mientras que las ratas con lesiones ventrales no lo hicieron. Estos resultados muestran una doble disociación entre las lesiones del hipocampo dorsal y ventral (hiponeofagia vs. memoria espacial). Sugiriendo una diferenciación de la función a lo largo del eje septotemporal de esta estructura.

9 diciembre 2018

EL CEREBELO

Filed under: ANATOMIA,FUNCIONES PSIQUICAS — Enrique Rubio @ 20:04

El cerebelo

El cerebelo es una región del encéfalo cuya función principal es de integrar las vías sensitivas y las vías motoras. Existe una gran cantidad de haces nerviosos que conectan el cerebelo con otras estructuras encefálicas y con la médula espinal.
El cerebelo integra toda la información recibida para precisar y controlar las órdenes que la corteza cerebral envía al aparato locomotor a través de las vías motorasLas lesiones a nivel del cerebelo no suelen causar parálisis pero sí desórdenes relacionados con la ejecución de movimientos precisos, mantenimiento del equilibrio, y regulador del temblor fisiológico.
. Durante el siglo XIX comenzaron a realizarse los primeros experimentos funcionales, causando lesiones o ablaciones cerebelares en animales. Los fisiólogos observaban que tales lesiones generaban movimientos extraños y torpes, descoordinación y debilidad muscular. Sin embargo, las investigaciones modernas han mostrado que el cerebelo tiene un papel más amplio, estando así relacionado con ciertas funciones cognitivas como la atención y el procesamiento del lenguaje, la música, el aprendizaje y otros estímulos sensoriales temporales.
Durante las fases más tempranas del desarrollo embrionario, el tercio cefálico del tubo neural presenta tres dilataciones (vesículas encefálicas primarias) lo que nos permite dividirlo en tres segmentos distintos: prosencéfalo, mesencéfalo y rombencéfalo. El rombencéfalo es el segmento más caudal, y cuando el embrión tiene 5 semanas se divide en dos porciones: el metencéfalo, y el mielencéfalo. El metencéfalo es la porción más cefálica y dará lugar a la protuberancia (puente) y al cerebelo, mientras que del mielencéfalo se originará la médula oblongada (bulbo raquídeo). El límite entre estas dos porciones está marcado por la curvatura protuberencia.
El cerebelo aparece en todos los vertebrados pero con diferente grado de desarrollo: muy reducido en peces, anfibios y aves, alcanza su máximo tamaño en los primates especialmente en el hombre.
Del mismo modo que la corteza somatosensitiva, la corteza motora, los ganglios basales, los núcleos rojos y la formación reticular poseen una representación topográfica de las diferentes partes del cuerpo, esto sucede también en el caso de la corteza cerebelosa. El tronco y el cuello así como las porciones proximales de las extremidades quedan situadas en la región perteneciente al vermis. En cambio, las regiones faciales y las porciones distales de las extremidades se localizan en las bandas paravermianas. Las porciones laterales de los hemisferios cerebelosos (cerebrocerebelo) al igual que el lóbulo floculonodular (vestibulocerebelo), no poseen una representación topográfica del cuerpo.
Estas representaciones topográficas reciben aferencias desde todas las porciones respectivas del cuerpo y también desde las áreas motoras correspondientes en la corteza cerebral y en el tronco del encéfalo. A su vez, devuelven señales motoras a las misma áreas respectivas de la corteza motora y también a las regiones topográficas oportunas del núcleo rojo y de la formación reticular en el tronco del encéfalo.
James Papez y Paul D. MacLean se preocuparon evolución filogenética del cerebro humano. : Su teoría evolutiva del cerebro triúnico propone que el cerebro humano es en realidad tres cerebros en uno: el reptiliano, el de los mamiferos y el del hombres.
Paul MacLean fue el primero en proponer que el cerebro humano tiene tres porciones que son la suma de los cerebros que han pertenecido a otros animales en la evolución y cada una de ella creció encima de la otra. A lo largo de su evolución, el cerebro humano adquirió tres componentes que fueron surgiendo y superponiéndose.
1. Cerebro primitivo (arquipálio), constituido por la estructuras del tronco cerebral: Bulbo, cerebelo, puente y mesencéfalo, con el más antiguo núcleo en la base, el globo pálido y bulbos olfatorios. Se dice que corresponde al cerebro reptiliano, también llamado complejo-R de MacLean.
2. Cerebro intermedio (paleopálio), formado por las estructuras del sistema límbico. Y se corresponde al cerebro de los mamíferos inferiores.
3. Cerebro superior o racional , eln Neopálio, situado en la capa superior), que comprende la mayor parte de los dos hemisferios cerebrales (formado por el neocórtex) y algunos grupos neuronales subcorticales. Este último solo es compartido por los mamíferos superiores, incluyendo a los primates y el hombre.
Los tres cerebros están interconectados como computadoras biológicas y cada uno tiene su propia inteligencia especial, su propia subjetividad, su propio sentido del tiempo y del espacio y su propia memoria
Esta hipótesis se convirtió en paradigma e interpretó primero que el neocortex dominaba los otros niveles mas bajos. MacLean cree que esto no es asi y que el cerebro o lóbulo limbico de situación inferior y que controla las emociones, puede controlar las funciones del neocortex cuando lo necesita

El Complejo Reptiliano
El Complejo-R se compone del tronco cerebral y del cerebelo. Su objetivo está estrechamente relacionado con la supervivencia física real y el mantenimiento del cuerpo.
Los tres cerebros se desarrollan superponiéndose durante la evolución embrionaria del feto. Y también cronológicamente en la evolución de las especies ,filogenia, desde el lagarto hasta el homo sapiens. En palabras de MacLean, son como tres computadoras biológicas que, aunque íntimamente interconectadas, conservan cada una sus propias formas peculiares de inteligencia, subjetividad, sentido del tiempo y del espacio, memoria, motricidad y otras funciones menos específicas.
La parte más primitiva del cerebro básico, es el cerebro instintivo y reptiliano y esta formado por los ganglios basales, el tallo cerebral y el sistema reticular. Es esa parte la que se ocupa de las actividades instintivas. Se aloja en el tronco cerebral y se calcula que se desarrolló hace unos 500 millones de años. Se encuentra presente primordialmente en los reptiles, que
Son las especies animales con un menor desarrollo cerebral,el suyo, está diseñado para manejar la supervivencia desde un sistema binario: huir o pelear, con muy poco o ningún proceso sentimental. Tiene un papel muy importante en el control de la vida instintiva y se encarga de autorregular el organismo. Este cerebro no está capacitado para pensar, ni sentir. Su función es la de actuar, cuando el estado del organismo así lo demanda. La conducta animal e instintiva está en gran medida controlada por esta área del cerebro.
Se trata de un tipo de conducta instintiva programada y poderosa y, por lo tanto, es muy resistente al cambio. Es el impulso por la supervivencia: comer, beber, mantener la temperatura corporal, sexo, territorialidad, necesidad de cobijo y de protección. Es un cerebro funcional, territorial, responsable de conservar la vida y el responsable de las mayores atrocidades. Nos sitúa en el presente, sin pasado ni futuro y por tanto es incapaz de aprender o preveer. No piensa ni siente emociones y es pura impulsividad. En el cerebro reptiliano se procesan las experiencias primarias, no verbales, de aceptación o rechazo.
Aquí se organizan y procesan las funciones que tienen que ver con el hacer y el actuar. Es el responsable de las conductas automáticas, tales como las que se refieren a la preservación de la especie y a los cambios fisiológicos necesarios para la sobrevivencia. El sistema básico o reptiliano controla la respiración, el ritmo cardíaco, la presión sanguínea e incluso colabora en la continua expansión-contracción de nuestros músculos. Este primer cerebro es sobre todo como un guardián de la vida, pues en él están los mayores sentidos de supervivencia y lucha. Y además, mantiene la interrelación con los poros de la piel, los cuales son como una especie de interfase que poseemos con el mundo externo. Este primer cerebro es nuestro agente avisador de peligros para todo el cuerpo. Permite la adaptación con rapidez por medio de respuestas elementales poco complicadas emocional o intelectualmente. Esta conducta no está basada en consideraciones basadas en las experiencias previas ni en los efectos a medio o largo plazo.
Las conductas de las personas calificadas como de psicópatas, las que carecen de sentimientos de culpa, los y de paranoicos se ajustan a este patrón de conducta. En la psicopatía se juega el papel de depredador y en la paranoia el de presa. Es en este primer cerebro donde las adicciones son muy poderosas, tanto a algo como a alguien o a una forma de actuar. Por decirlo de alguna forma rápida, este primer cerebro es una herencia de los períodos cavernarios, donde la supervivencia era lo esencial.
Desempeña un papel crucial en el establecimiento de territorio, la reproducción y la dominación social. Las características primordiales de los comportamientos del Complejo-R es que son automáticos, tienen una cualidad ritual, y son muy resistentes al cambio.
El cerebelo es la estructura cerebral mas pobladas y variadas, de células y tienen cualidades de comportamiento superior.
El hecho se puede repetir en los tres cerebros de Maclean, y se superpondría la conducta, aunque controladas a la vez.
No obstante la biología, no borra las estructuras inferiores , las somete.
De forma que el cerebelo , es una complicada, anatomía y por supuesto una complicada funcionalidad, donde cierta inteligencia social , le permite vivir con independencia.
Bibliografia
rubiogarcia.net

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