Nuestros cerebros hacen un trabajo notable al codificar información visual sobre el mundo que nos rodea, proporcionando un informe casi instantáneo sobre las condiciones rápidamente cambiantes que es crítico para guiar nuestro comportamiento. Integral al mecanismo de codificación del cerebro es la presencia de neuronas que responden selectivamente acaracterísticas visuales específicas, que generan actividad eléctrica que señala de manera confiable propiedades tales como la orientación de los bordes, su posición en el espacio y su dirección de movimiento. Mediante el uso de nuevas herramientas para sondear los principios de conectividad que utilizan los circuitos neuronales para generar respuestas selectivas, los científicos enEl Instituto Max Planck de Florida para la Neurociencia está obteniendo una gran cantidad de nuevos conocimientos sobre los mecanismos fundamentales que subyacen a la función cerebral.
Comprender cómo los circuitos neuronales crean selectividad de respuesta plantea un desafío enorme ya que una sola neurona recibe miles de entradas sinápticas derivadas de otras neuronas y estas entradas pueden diferir en sus propiedades de respuesta y cómo pueden afectar la neurona. Algunas entradas son excitadoras, lo que hace quees más probable que la neurona genere una señal eléctrica, mientras que otras son inhibitorias, lo que reduce la probabilidad de que la neurona genere una señal. De alguna manera, una neurona integra todas estas entradas sinápticas excitadoras e inhibidoras para generar respuestas que son selectivas, una misteriosa transformación de entrada / salida'que ha sido objeto de intenso interés de investigación.
Estudios anteriores han sugerido que existen algunas reglas simples que gobiernan las conexiones funcionales excitatorias e inhibitorias. Una regla prominente que ha surgido para las conexiones excitatorias es la noción "lo similar se conecta con lo similar". Por ejemplo, en la corteza visual, las neuronas que respondenselectivamente a una dirección de movimiento particular se cree que reciben sus entradas excitadoras de otras neuronas que responden selectivamente a la misma dirección de movimiento. Se ha postulado una regla igualmente importante para las entradas inhibitorias: la idea de que las propiedades de las entradas inhibitorias que recibe una neuronaigualar las propiedades de sus entradas excitadoras. Debido a la "regla de coincidencia", se piensa que las entradas inhibitorias ajustan la fuerza de las entradas excitadoras, pero no alteran la selectividad transmitida a la neurona por sus entradas excitadoras.
Ahora en una publicación reciente en Naturaleza investigadores del Laboratorio David Fitzpatrick, Daniel Wilson, Ph.D., y Benjamin Scholl, Ph.D., han acumulado múltiples líneas de evidencia que desafían ambos principios, proporcionando una nueva perspectiva sobre cómo los circuitos en la corteza visual empleanexcitación e inhibición para generar respuestas neuronales que son selectivas para la dirección de movimiento de un objeto.
Los investigadores de MPFI primero necesitaban una mejor imagen de la selectividad de dirección suministrada por las entradas sinápticas excitadoras de una neurona. Para ello, utilizaron microscopía in vivo de dos fotones para caracterizar la selectividad de dirección de las entradas sinápticas excitadoras individuales en las dendritas de una neurona, comparandoesto con la preferencia de dirección general de la neurona. Sorprendentemente, lo que descubrieron va en contra del pensamiento tradicional. Aunque, muchas de las sinapsis alineadas con la preferencia direccional general de la neurona, se encontró que un gran número respondía mejor al contrario nulo dirección de movimiento, un patrón de conectividad que contrasta bruscamente con la regla "lo similar se conecta con lo similar". También notaron un notable desajuste entre la fuerza de la selectividad de dirección de una neurona y la predicha por sus entradas sinápticas excitadoras. El grado de selectividad de direcciónque las neuronas exhibidas fueron significativamente mayores de lo que se hubiera esperado de tal amplitudd rango de entradas excitatorias.
Para seguir investigando los factores responsables de esta sorprendente diferencia entre las entradas excitadoras de la neurona y su salida, recurrieron a un conjunto diferente de experimentos utilizando electrofisiología in vivo con parche de pinza de parche de célula completa. Esta técnica hace posible medirla suma total de las entradas sinápticas que contribuyen a la respuesta de una neurona y para comparar la contribución de las entradas sinápticas excitadoras e inhibidoras. Los resultados para las entradas excitadoras fueron consistentes con los datos de imágenes de dos fotones que confirman una cantidad significativa de entrada excitadora tanto para el preferido como para ella dirección nula del movimiento. Los resultados de la inhibición proporcionaron al equipo otro desafío al pensamiento tradicional y una posible explicación para la desconcertante diferencia de entrada / salida: de hecho, el ajuste de las entradas inhibitorias no coincidía con las entradas excitadoras. Para muchas neuronasla fuerza de inhibición fue mayor para la dirección de movimiento nula, lo que sugiere que las entradas sinápticas excitatorias a tLa dirección nula se amortiguaba selectivamente mediante la inhibición.
Estos hallazgos predicen que las neuronas inhibidoras corticales realizan una cantidad sustancial de entradas sinápticas a las neuronas excitadoras que prefieren la dirección opuesta del movimiento. Los investigadores aplicaron dos enfoques novedosos para examinar esta pregunta, primero registrando las conexiones anatómicas de las neuronas inhibidoras funcionalmente definidas, yluego usando optogenética activación selectiva de neuronas inhibidoras con luz para mapear la fuente de entradas inhibitorias a neuronas excitadoras individuales. En conjunto, estas técnicas confirmaron que las conexiones inhibitorias a las neuronas excitadoras a menudo se originaban en neuronas que preferían la dirección opuesta del movimiento.
Más allá de desenredar el mecanismo responsable de la selectividad de dirección, estos descubrimientos enfatizan las formas flexibles en que los circuitos neuronales pueden integrar entradas excitatorias e inhibitorias para construir la variedad de propiedades de respuesta selectiva críticas para la codificación neural. Like no siempre se conecta con like y excitaciónno siempre coincide con la inhibición, pero puede contar con que los circuitos cerebrales hayan desarrollado la combinación de entradas necesarias para garantizar altos niveles de rendimiento funcional.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Florida para la Neurociencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :