Control cortical de la actividad estriatal

• Autores: Kasanetz, Fernando
• Año de publicación: 2005
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Murer, Mario Gustavo
• Materia: SISTEMA CORTICO-ESTRIATAL; NEURONAS ESPINOSAS MEDIANAS; ESTADO DE ACTIVACION CORTICAL; POTENCIAL DE MEMBRANA; ESTADO UP; CORTICOSTRIATAL SYSTEM; MEDIUM SPINY NEURONS; CORTICAL ACTIVATED STATE; MEMBRANE POTENTIAL; UP STATE
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El estriado es un núcleo clave dentro del bucle que comprende a la corteza cerebral, a los ganglios de la base y al tálamo. Recibe una masiva inervación, proveniente de casi todas las regiones corticales y del tálamo, que exhibe una delicada organización topográfica. El fruto del procesamiento intra-estriatal es luego transferido al resto de las estructuras que comprenden los ganglios de la base. El potencial de membrana de las neuronas estriatales de proyección (NEMs) registradas in vivo alterna entre dos estados subumbrales preferidos, un estado DOWN (eDOWN) muy polarizado y un estado UP (eUP) cercano al umbral de disparo de potenciales de acción. Dado que las NEMs sólo disparan potenciales de acción cuando alcanzan los eUP, estos eventos son vistos como una ventana de oportunidad para la transferencia de información a través del estriado. La transición al eUP de las NEMs depende de la entrada cortical, y además la oscilación periódica entre estados está dirigida por una actividad lenta sincronizada entre poblaciones de neuronas corticales, típica del sueño lento y de la anestesia, como lo delata la alta correlación entre el potencial de membrana de las NEMs y el electrocorticograma (ECoG). En el presente trabajo se pretende investigar con profundidad el control que la actividad cortical ejerce sobre el potencial de membrana de las NEMs. En primer lugar, se estudió de qué manera impactan en el potencial de membrana de las NEMs las propiedades dinámicas de la actividad de los circuitos corticales, como ser las transiciones entre estados sincronizados y desincronizados, repentinas perturbaciones de la fase de oscilación o epidosios de actividad sincrónica a frecuencias altas. Finalmente se analizó en qué medida la fina organización anatómica del sistema córtico-estriatal se expresa en las modulaciones del potencial de membrana de las NEMs. De manera general, los resultados de este trabajo establecen un estricto control cortical sobre las modulaciones de baja frecuencia del potencial de membrana de las NEMs. Más precisamente, los eUP están precisamente alineados en los dominios temporal y espacial con la actividad de ensambles de neuronas corticales. De esta manera, los eUP pueden considerarse representaciones subumbrales de la activación de ensambles de neuronas corticales. Entonces, el disparo de un potencial de acción por una NEM reflejaría un proceso de extracción de información relevante embebida en la señal general originada en ese ensamble cortical.
The striatum is a key structure of the cortico-basal ganglia-thalamic loop. It receives massive inputs coming form almost the whole cerebral cortex and thalamus, and sends information back to the cortex via other basal ganglia nuclei and thalamus. The membrane potential of striatal projection neurons (MSNs) alternates between two preferred values, a polarized DOWN state and a depolarized UP state during which MSNs remain close to action potential threshold. Because MSNs can only fire action potentials during UP states, the UP state has been perceived as an enabling event that allows the translation of incoming information into action potential firing. It has long been known that transitions to the UP state are induced by cortical input. More recently, it has been reported that the rhythmic nature of MSNs alternation between UP and DOWN states is driven by oscillatory activity in cortical ensembles, as is evident in the high degree of correlation between striatal membrane potential fluctuations and slow wave activity recorded in the electrocorticogram. In the present work we report the fine control exerted by cortical activity on the membrane potential of MSNs. First, we characterized the impact of dynamically changing patterns of cortical activity, like transitions between synchronized and desynchronized activity states, perturbations of the phase of ongoing cortical oscillations and episodes of high frequency cortical oscillatory synchronization, on the MSN membrane potential. Second, we studied how the spatial organization of corticostriatal connections is represented in the subthreshold behavior of MSNs located in different striatal territories. The results of our work demonstrate that cortical activity exerts a strict control of the low frequency modulations of the MSN membrane potential. More specifically, the MSN UP states are precisely aligned in the time and space domains to episodes of persistent activity in cortical ensembles. This way, MSN UP states can be considered subthreshold representations of an active state in a cortical ensemble. Therefore, action potential firing by a MSN may reflect the extraction of relevant information embedded within a more general signal arising from this cortical ensemble.
Fil: Kasanetz, Fernando. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.