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martes, 9 de mayo de 2017

El tálamo también es pieza clave para mantener la memoria de trabajo

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Observando el tálamo como posible objetivo de tratamiento para el déficit de memoria de trabajo de la esquizofrenia.
Durante mucho tiempo, esa estructura con forma de huevo, a menudo pasada por alto, situada en el centro del cerebro, pasaba por ser un mero "relé", sin embargo el tálamo también parece jugar un papel fundamental a la hora de afinar los circuitos del pensamiento.

Un trío de estudios con ratones, financiados por los National Institutes of Health (NIH), revelan que el tálamo sostiene la capacidad de distinguir categorías y mantener los pensamientos en mente.

Mediante la manipulación de la actividad neuronal del tálamo, los científicos fueron capaces de controlar la capacidad de un animal para recordar cómo encontrar una recompensa. En el futuro, el tálamo podría convertirse en la diana de intervenciones para reducir los déficits cognitivos de trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia, según los investigadores.

"Si el cerebro funciona como una orquesta, nuestros resultados sugieren que el tálamo puede ser su director", proponía como metáfora Michael Halassa, M.D., Ph.D., of New York University (NYU) Langone Medical Center, a BRAINS Award grantee of the NIH's National Institute of Mental Health (NIMH), and also a grantee of the National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS). "Ya que ayuda a la sincronía global aumentando su conectividad funcional".

Tres equipos independientes de investigadores liderados por Halassa, Joshua Gordon, M.D., Ph.D., anteriormente de la Universidad de Columbia, Nueva York, ahora director del NIMH, en colaboración con Christoph Kellendonk, Ph.D. De Columbia, y Karel Svoboda, PhD, del Instituto Médico Howard Hughes, en el Campus de Investigación Janelia, Ashburn, Virginia, en colaboración con Charles Gerfen, Ph.D., del NIMH Intramural Research Program, se informa sobre el nuevo desempeño del tálamo el día 3 del corriente, en las revistas Nature y Nature Neuroscience.

La noción predominante del tálamo como relé se basaba en sus conexiones con las partes del cerebro que procesan las entradas de los sentidos. Sin embargo, el tálamo tiene muchas conexiones con otras partes del cerebro que aún no se han explorado, reseñan los investigadores.

Dos de los grupos investigaron un circuito que conecta el tálamo medio/superior (mediodorsal) con la corteza prefrontal (PFC), el centro del pensamiento cerebral y la toma de decisiones. Los estudios de imagen cerebral han detectado disminución de la conectividad en este circuito en pacientes con esquizofrenia, que a menudo experimentan problemas de memoria de trabajo.

El Dr. Halassa y sus colegas encontraron que las neuronas del tálamo y la corteza parecen charlar entre sí. Ellos monitorearon la actividad neuronal de los ratones realizando una tarea que les obligaba a tener en mente la información sobre categorías, de modo que pudieran actuar sobre las señales que indicaban cuál de las dos puertas escondía una recompensa de leche.

La represión optogenética de la actividad neuronal del tálamo bloqueó la capacidad de los ratones para elegir la puerta correcta, mientras que la estimulación optogenética de la actividad neuronal del tálamo mejoró el rendimiento de los animales en las tareas de memoria de trabajo. Esto confirmaba el papel previamente conocido de la estructura, que extendiéndolo a las tareas especializadas que Halassa y sus colegas utilizaron, demostraban por primera vez el papel específico del tálamo en el mantenimiento de la información en la memoria de trabajo.


Ahora bien, ¿qué tipo de información ayudaba a mantener el tálamo? Los investigadores encontraron conjuntos de neuronas en la corteza prefrontal que mantenían en memoria la categoría específica de información necesaria para elegir la puerta correcta. Determinaron que el tálamo no transmitía (por lo menos, en este caso) dicha información de categoría específica, sino que proporcionaba una gran amplificación que fue crucial para mantener la categoría en memoria en la corteza. El logro de ello se produjo  mediante el impulso de la actividad síncrona, o conectividad funcional, de estos conjuntos de neuronas de la corteza cerebral.

"Nuestro estudio puede haber descubierto los elementos clave de un circuito subyacente sobre cómo el cerebro se representa las categorías", sugirió el Dr. Halassa.

El Dr. Gordon y sus colegas vieron resultados similares cuando testearon cómo el mismo circuito controlaba la capacidad de un ratón para encontrar leche en un laberinto. Los animales tenían que recordar si se habían girado a la izquierda o a la derecha para obtener su recompensa antes de un breve retraso, y hacer lo contrario. También usando la optogenética, el estudio desglosó roles diferentes para subgrupos de neuronas de la corteza y las interacciones con el centro de memoria cerebral, el hipocampo.

Las entradas de tálamo a la corteza cerebral sostuvieron el mantenimiento de la memoria de trabajo, estabilizando esa actividad ahí durante el retardo. Las señales "de arriba-abajo" desde la corteza regresaban al tálamo habiendo soportado la recuperación y pasaba a la acción. De acuerdo con los hallazgos anteriores, para las entradas desde el hipocampo, se requiere codificar en las neuronas de la corteza la ubicación de la recompensa, el análogo a la puerta correcta del experimento de Halassa.

"Sorprendentemente, encontramos dos poblaciones separadas de neuronas en la corteza: una codificada para la localización espacial y para la entrada requerida del hipocampo, la otra fue activa durante el mantenimiento de la memoria y requería de la entrada tálámica", señaló el Dr. Gordon. "Nuestros hallazgos deberían tener una relevancia traslacional, particularmente en la esquizofrenia. Un estudio más profundo sobre cómo este circuito podría ir mal y causar déficits en la memoria de trabajo promete un mejor diagnóstico y enfoques terapéuticos más específicos ".

En su estudio, el equipo de Janelia y el Dr. Gerfen demostraron de manera similar que, el tálamo juega un papel crucial en el mantenimiento de la memoria a corto plazo, cooperando con la corteza a través de interacciones bidireccionales. Los ratones necesitaban recordar dónde moverse después de un retraso de segundos, para obtener su recompensa. En este caso, se descubrió que el tálamo estaba en conversación con una parte de la corteza motora durante la planificación de esos movimientos. La monitorización eléctrica neuronal reveló actividad en ambas estructuras, lo que indica que juntos mantienían la información contenida en la corteza que permitió predecir en qué dirección el animal se movería posteriormente. El sondeo optogenético reveló que la conversación era bidireccional, donde la actividad de la corteza dependía del tálamo y viceversa.

"Nuestros resultados muestran que los circuitos de corteza por sí solos no pueden sostener la actividad neural necesaria capaz de preparar el movimiento", explicó el Dr. Gerfen. "También requiere la participación recíproca a través de múltiples áreas del cerebro, incluyendo el tálamo como eje fundamental del circuito."

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Traducido/editado por Pedro Donaire
REF. EurekAlert.org, 3 mayo 2017
"Brain 'relay' also key to holding thoughts in mind"
IMAGEN thalamus. Images are from Anatomography maintained by Life Science Databases(LSDB).Fuente, from Anatomography, website maintained by Life Science Databases(LSDB).de Wikipedia.
VIDEO Michael Halassa - Understanding Thalamic Function.

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