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Un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE) ha identificado un mecanismo mediante el cual las proyecciones talámicas se dirigen a ciertas neuronas y modifican su excitabilidad. Este trabajo, publicado en Nature Communications, revela una forma de comunicación inédita entre dos regiones del cerebro, el tálamo y la corteza somatosensorial. Podría explicar por qué un mismo estímulo sensorial no siempre provoca la misma sensión y abrir vías para comprender mejor algunos trastornos mentales.
Un mismo estímulo sensorial a veces puede percibirse con claridad o permanecer borroso. Este fenómeno se explica por la manera en que el cerebro integra estas percepciones. Así, tocar un objeto fuera de nuestro campo de visión puede ser suficiente para identificarlo, o no. Estas variaciones perceptivas siguen siendo poco comprendidas, pero podrían depender de factores como la atención o la presencia perturbadora de otros estímulos.
Lo que es seguro, según los neurocientíficos, es que cuando tocamos algo, las señales sensoriales provenientes de los receptores de la piel son interpretadas por una región especializada del cerebro llamada "corteza somatosensorial".
Esta alteración podría desempeñar un papel en ciertas patologías, como los trastornos del espectro autista.
En el camino, estas señales atraviesan una red compleja de neuronas, incluyendo una estructura crucial del cerebro llamada "tálamo", que sirve de relé. Sin embargo, este proceso no es unidireccional. Una parte importante del tálamo también recibe señales de retorno de la corteza y las redistribuye formando un bucle de retroalimentación. Pero la función exacta y el funcionamiento de este bucle aún se comprenden poco.
Neurona cortical que expresa una proteína fluorescente verde, imagenada en el cerebro vivo de ratones mediante microscopía bifotónica.
© Ronan Chéreau
Una nueva vía moduladora
Para explorar esta cuestión, los neurocientíficos de la UNIGE estudiaron una región situada en la cima de las neuronas piramidales de la corteza somatosensorial, rica en dendritas —es decir, prolongaciones de las neuronas que reciben las señales eléctricas provenientes de otras neuronas.
"Las neuronas piramidales tienen formas un poco sorprendentes. Son asimétricas, tanto en su forma como en sus funciones. Lo que ocurre en la parte superior de la neurona es diferente de lo que sucede en la parte inferior", explica Anthony Holtmaat, profesor ordinario del Departamento de Neurociencias Fundamentales y del Centro Synapsy de investigación en neurociencias para la salud mental de la Facultad de Medicina de la UNIGE, quien dirigió el estudio.
Su equipo se centró en el ratón y en una vía neuronal particular, en la que la cima de las neuronas piramidales recibe proyecciones de una parte específica del tálamo. Al estimular los bigotes del animal —equivalente al tacto en humanos— se pudo poner en evidencia un diálogo preciso entre estas proyecciones y las dendritas de las neuronas piramidales.
"Lo que es notable, a diferencia de las proyecciones talámicas conocidas hasta ahora para activar las neuronas piramidales, es que esta parte del tálamo que funciona en bucle retroactivo modula su actividad, en particular haciéndolas más sensibles a los estímulos", indica Ronan Chéreau, maestro asistente del Departamento de Neurociencias Fundamentales y coautor del estudio.
Un receptor inesperado
Gracias a técnicas de vanguardia —imagenología, optogenética, farmacología y especialmente electrofisiología— el equipo pudo registrar la actividad eléctrica de estructuras minúsculas como las dendritas. Estos diferentes enfoques permitieron comprender cómo se produce esta modulación a nivel de las sinapsis.
En condiciones normales, el neurotransmisor glutamato actúa como una señal de activación. Ayuda a las neuronas a transmitir una información sensorial desencadenando una respuesta eléctrica en la neurona siguiente. Pero en este nuevo mecanismo, el glutamato liberado por las proyecciones del tálamo actúa de otra manera. Se fija a otro tipo de receptor, situado en una región específica de la neurona piramidal de la corteza.
En respuesta, esta última cambia su estado de reactividad en lugar de excitarla directamente. La neurona se vuelve así más fácilmente activable, como si se la preparara para responder mejor a un próximo estímulo sensorial.
"Es una vía hasta ahora desconocida para una modulación. Habitualmente, la modulación de las neuronas piramidales está asegurada por el equilibrio entre las neuronas excitadoras e inhibidoras, no por este tipo de mecanismo", precisa Ronan Chéreau.
Numerosas implicaciones
Al demostrar que un bucle de retroalimentación específico entre la corteza somatosensorial y el tálamo puede modular la excitabilidad de las neuronas corticales, el estudio sugiere que las vías talámicas no se limitan a transmitir señales sensoriales, sino que también actúan como amplificadores selectivos de la actividad cortical.
"En otras palabras, nuestra percepción del tacto no solo está moldeada por los datos sensoriales entrantes, sino también por las interacciones dinámicas dentro de la red talamocortical", añade Anthony Holtmaat.
Este mecanismo podría además contribuir a la comprensión de la flexibilidad perceptiva observada en los estados de vigilia del sueño o de la vigilia, estados durante los cuales los umbrales sensoriales varían. Su alteración también podría desempeñar un papel en ciertas patologías, como los trastornos del espectro autista.