El plano de conectividad de los ganglios basales descubre vínculos esencia con implicaciones para una variedad de trastornos

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Miles de nuestras actividades diarias, desde hacer café hasta dar un paseo o saludar a un vecino, son posibles gracias a una antigua colección de estructuras cerebrales escondidas cerca del centro del cráneo.

El grupo de neuronas conocido como ganglios basales es un eje central para regular una amplia gama de funciones motoras y conductuales rutinarias. Pero cuando la señalización en los ganglios basales se debilita o se rompe, pueden surgir movimientos debilitantes y trastornos psiquiátricos, como la enfermedad de Parkinson, el síndrome de Tourette, el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) y el trastorno obsesivo compulsivo.

A pesar de su importancia central en el control de la conducta, las vías específicas y detalladas por las que fluye la información desde los ganglios basales a otras regiones del cerebro han permanecido mal rastreadas. Ahora, investigadores de la Universidad de California en San Diego, el Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia y sus colegas han generado un mapa preciso de la conectividad cerebral a partir del núcleo de salida más grande de los ganglios basales, un área conocida como sustancia negra pars reticulata. O SNr. Los resultados ofrecen un modelo de la arquitectura del área que reveló nuevos detalles y un sorprendente nivel de influencia relacionada con los ganglios basales.

Los resultados, dirigidos por la científica asistente del proyecto Lauren McElvain y llevados a cabo en el laboratorio de neurofísica del profesor David Kleinfeld en UC San Diego, y en el laboratorio del investigador principal del Instituto Zuckerman, Rui Costa, se publican el 5 de abril en la revista. Neurona.

La investigación establece una nueva comprensión de la posición de los ganglios basales en la jerarquía del sistema motor. Según los investigadores, las vías recientemente identificadas que emergen del mapa de conectividad podrían potencialmente abrir más vías para la intervención en la enfermedad de Parkinson y otros trastornos relacionados con los ganglios basales.

“Con el mapa del circuito detallado en la mano, ahora podemos planificar estudios para identificar la información específica transmitida por cada ruta, cómo esta información afecta a las neuronas aguas abajo para controlar el movimiento y cómo la disfunción en cada ruta de salida conduce a los diferentes síntomas de las vías. enfermedades de los ganglios basales “, dijo McElvain.

Con el apoyo de la iniciativa Brain Research de los NIH a través de la iniciativa Advancing Innovative Neurotechnologies® (BRAIN), los investigadores desarrollaron el nuevo proyecto que funciona en ratones aplicando un conjunto moderno de herramientas de neurociencia que combina técnicas de genética, rastreo de virus e imágenes microscópicas automatizadas del procesamiento de imágenes y anatomía del cerebro. Los resultados revelaron nuevos conocimientos sorprendentes sobre la amplitud de las conexiones.

“Estos hallazgos son un ejemplo de cómo los investigadores apoyados por la Iniciativa BRAIN están utilizando las últimas herramientas de mapeo cerebral para cambiar fundamentalmente nuestra comprensión de cómo se organizan las conexiones en los circuitos cerebrales”, dijo John J. Ngai, director de la Iniciativa BRAIN de los NIH.

El trabajo anterior había señalado que la arquitectura de los ganglios basales está dominada por un circuito cerrado con proyecciones de salida que se conectan a las estructuras de entrada. El nuevo estudio revela que la SNr también se transmite a niveles más bajos del sistema motor y conductual. Esto incluye un gran conjunto de regiones del tronco encefálico con conexiones directas a la médula espinal y núcleos motores que controlan los músculos a través de una pequeña cantidad de conexiones intermedias.

“Los nuevos descubrimientos dirigidos por el Dr. McElvain ofrecen una lección importante en el control motor”, dijo Kleinfeld, profesor de la División de Ciencias Biológicas (Sección de Neurobiología) y la División de Ciencias Físicas (Departamento de Física). “El cerebro no controla el movimiento a través de una jerarquía de comandos, como las ‘redes neuronales’ de los automóviles autónomos, sino a través de un esquema de gestión intermedia que dirige la salida del motor mientras informa a los planificadores ejecutivos”.

Sorprendentemente, según los investigadores, las neuronas SNr que se proyectan en niveles bajos del sistema motor tienen axones ramificados que simultáneamente se proyectan de regreso a las regiones del cerebro responsables del control y aprendizaje de orden superior. De esta forma, la conectividad recién descrita de las neuronas SNr vincula básicamente las operaciones entre los niveles alto y bajo del cerebro.

“El hecho de que las neuronas específicas que salen de los ganglios basales se proyectan a núcleos cerebrales descendentes específicos, pero también transmiten esta información a centros motores superiores, tiene implicaciones sobre cómo el cerebro elige qué movimientos realizar en un contexto particular y también sobre cómo aprende qué acciones para tomar en el futuro ”, dijo Costa, profesor de neurociencia y neurología en el Colegio de Médicos y Cirujanos Vagelos de Columbia y director y director ejecutivo del Instituto Zuckerman.

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