Thalamic Activity Regulates Interneuron Density in the Developing Visual Thalamus.

Descubren que el tálamo participa activamente en la construcción de los circuitos visuales durante el desarrollo

• Un estudio del Instituto de Neurociencias CSIC-UMH revela que la actividad del tálamo regula la incorporación de interneuronas en una región clave de la vía visual.
• Los resultados, obtenidos en modelos de ratón, muestran que la alteración de esta actividad también modifica la organización de estas células en la corteza visual.

(Foto: De izquierda a derecha: los investigadores del IN CSIC-UMH Pablo Castellano-Ruiz, Daniel Torres-Romero, Emily Wilson, Francisco José Martini y Guillermina López-Bendito)

Un equipo liderado por la investigadora Guillermina López-Bendito en el Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH), ha demostrado que la actividad propia del tálamo desempeña un papel fundamental en la organización de los circuitos visuales durante el desarrollo. El trabajo, publicado en The Journal of Neuroscience, muestra en modelos de ratón que alterar esta actividad modifica la cantidad y distribución de interneuronas —las neuronas que ayudan a regular la actividad de los circuitos nerviosos— en el tálamo visual y también modifica la organización de estas células en la corteza visual.

El tálamo ocupa una posición central en la comunicación entre los órganos de los sentidos y la corteza cerebral. En el caso de la visión, recibe información de la retina y la transmite hacia la corteza visual, pero los resultados de este trabajo muestran que durante el desarrollo también interviene en la organización de los circuitos que procesarán esa información.

“Estos resultados muestran que el tálamo no actúa únicamente como una estación de paso de la información visual, sino que desempeña un papel activo durante la construcción de los circuitos neuronales. Su actividad contribuye a regular cómo se incorporan y distribuyen las interneuronas, un proceso fundamental para que estos circuitos se organicen correctamente durante el desarrollo”, explica Guillermina López-Bendito, que dirige el laboratorio Desarrollo, Plasticidad y Reprogramación de Circuitos Sensoriales en el IN CSIC-UMH.

El cerebro empieza a organizar sus circuitos antes de ver

El desarrollo del sistema visual comienza mucho antes de que los animales puedan recibir información visual del entorno. Durante las primeras etapas de formación del cerebro, las neuronas generan actividad espontánea que contribuye a organizar los circuitos nerviosos. En el caso de los ratones, gran parte de estos procesos tiene lugar antes de la apertura de los ojos.

Para estudiar el papel de esta actividad, el equipo utilizó diferentes modelos de ratón en los que pudo alterar la actividad neuronal en distintos puntos de la vía visual y en diferentes momentos del desarrollo. En uno de los modelos, los investigadores pudieron modificar la actividad del tálamo sin eliminar las conexiones entre la retina y esta estructura.

Interneuronas de la corteza visual, una de las poblaciones celulares cuya organización está influida por la actividad del tálamo. Autora: Irene Huerga-Gómez.

“Lo importante es que hemos podido separar la contribución de la retina de la actividad propia del tálamo. Al modificar específicamente la actividad talámica, observamos cambios en la densidad y proporción de las interneuronas en el tálamo visual”, señala Pablo Castellano-Ruiz, coprimer autor del trabajo junto con los investigadores Irene Huerga-Gómez, Daniel Torres-Romero y Emily Wilson.

Un ‘freno’ necesario para los circuitos neuronales

El estudio se centra en las interneuronas inhibitorias, un grupo de células cuya función es regular la actividad de otras neuronas. “Estas células actúan, de manera simplificada, como un freno que evita que la actividad de los circuitos neuronales se descontrole y contribuyen a mantener unas condiciones adecuadas para el funcionamiento de las redes nerviosas”, explica López-Bendito.

Los investigadores analizaron el número, la densidad y la distribución de estas interneuronas en el núcleo geniculado lateral dorsal, una región del tálamo que forma parte de la vía visual. Los resultados mostraron que la actividad propia del tálamo es un factor clave para regular la densidad de estas células: cuando se altera durante el desarrollo, aumenta su proporción en esta región. Este efecto no se explica por una mayor producción o supervivencia de las interneuronas, sino por cambios en su integración y distribución dentro del circuito.

Los experimentos también permitieron diferenciar este mecanismo del papel de la retina. Mientras que la ausencia de las conexiones retinianas modifica principalmente la posición de las interneuronas en el tálamo, la alteración de la actividad propia del tálamo modifica su proporción. Ambos sistemas contribuyen así mediante mecanismos diferentes y complementarios a la organización del circuito visual durante el desarrollo.

Además, los investigadores comprobaron que alterar la actividad del tálamo durante el desarrollo prenatal tiene consecuencias en la organización de las interneuronas de la corteza visual. Los cambios se observaron en diferentes poblaciones de estas células y, en algunos casos, persistieron hasta etapas posteriores del desarrollo, lo que indica que la actividad del tálamo puede influir en la organización de circuitos que se encuentran más allá de esta estructura.

Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación del Consejo Europeo de Investigación bajo el programa Horizonte 2020 (ERC Advanced Grant SPONTSENSE y ERC Consolidator Grant SENSORTHALAMUS); del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades; del Programa para Centros de Excelencia Severo Ochoa de la Agencia Estatal de Investigación; y del programa PROMETEO de la Generalitat Valenciana.

Fuente: Instituto de Neurociencias CSIC-UMH (in.comunicacion@umh.es)