Synaptic and non-synaptic propagation of slow waves and their modulation by endogenous electric fields
- Autores: Beatriz Rebollo Gonzalez
- Directores de la Tesis: Maria Victoria Sanchez Vives (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Alain Destexhe (presid.), Jordi Soriano Fradera (secret.), Emilio Blaguer Ballester (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biomedicina por la Universidad de Barcelona
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
La corteza cerebral está organizada en complejos circuitos de neuronas fuertemente conectadas. Durante el estado de sueño profundo, esta conectividad neuronal genera actividad sináptica recurrente dando lugar a estados transitorios donde periodos de actividad se intercalan con periodos de silencio. Este patrón de estados alternos se manifiesta como oscilación lenta, un ritmo < 1Hz que domina toda la red durante el sueño de onda lenta y es importante para la consolidación de la memoria, la plasticidad y la homeostasis synapticas. La oscilación lenta se propaga como una onda a lo largo de la red, con una dirección predominante in vivo antero-posterior. Este ritmo oscilatorio a su vez genera campos eléctricos que son los suficientemente prominentes para ser medidos extracelularmente en un medio conductor o en la superficie del cráneo. Muchos estudios han investigado los mecanismos involucrados en estas señales extracelulares que generan las poblaciones de neuronas. Además en los últimos años se ha demostrado como estos campos eléctricos generados por la actividad de neuronas inducen a su vez cambios en dicha actividad. Es decir, el campo eléctrico generado por neuronas tiene un efecto de retroalimentación en la propia actividad neuronal.
En esta tesis se explora como componentes sinápticos y no sinápticos se modulan recíprocamente durante la propagación de onda lenta. Con este propósito, se describe el patrón de propagación de las oscilaciones lentas en la corteza cerebral. Además se exploran los campos eléctricos que genera separándolos de los componentes sinápticos para posteriormente estudiar la modulación que ejercen sobre la oscilación lenta cortical.
El principal método usado en esta tesis ha sido la preparación in vitro de corteza visual de hurón. Esta preparación genera espontáneamente oscilaciones lentas similares a las observadas durante el sueño de onda lenta y fueron registradas extracelularmente con matrices de 16 electrodos. Para separar la actividad sináptica de la de los campos eléctricos se realizó un corte perpendicular a sustancia blanca que desconectó sinápticamente dos secciones de la corteza que quedaron en contacto.
Los resultados obtenidos muestran como la propagación sináptica de la oscilación lenta en la corteza cerebral está determinada por la estructura del tejido, y que un patrón de excitabilidad intermedio permite alcanzar la mayor regularidad espacio-temporal confirmando que la oscilación lenta se origina por un fenómeno global de la red. Además, se ha observado cómo junto a la actividad sináptica también se propagan campos eléctricos con deformaciones y demoras a una velocidad similar a la velocidad de propagación sináptica, lo que indica que la propagación de campos eléctricos en el cerebro no es instantánea como resultado de la conducción de volumen en un medio homogéneo, sino que es afectada por la inhomogeneidad del tejido cortical. Finalmente, se demuestra que los campos eléctricos modulan la frecuencia de la oscilación lenta de redes independientes, lo que sugiere que mecanismos no moleculares son capaces de acoplar neuronas no conectadas sinápticamente. Este acoplamiento debe afectar el procesamiento de información en la corteza y plasticidad sináptica, así como la habilidad de los campos eléctricos endógenos para modular la sincronía neuronal y se puede utilizar como intervención terapéutica para restaurar el patrón de disparo alterado en enfermedades neurológicas.
