El tálamo es el centro de comunicación central del cerebro
anterior y proporciona a la corteza cerebral información que proviene de órganos sensoriales,
sistemas subcorticales y la propia corteza. Múltiples regiones talámicas envían
información convergente a cada región cortical, pero la lógica organizacional
de las proyecciones talámicas se había mostrado inabordable.
Lentamente, los científicos están empezando a
desentrañar su estructura.
Este componente del cerebro se encuentra justo encima del
tallo cerebral y actúa como una centralita central, que dirige las señales
sensoriales y motoras a la corteza cerebral. Las diferentes regiones del tálamo
dirigen el tráfico a diferentes áreas, como la corteza visual o la corteza
auditiva.
Ahora, un Equipo de Investigadores en el Campus de
Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes ilumina la
organización de esta estructura crucial con nuevos detalles. Un análisis del
ARN de las neuronas en el tálamo sugiere que esas regiones especializadas del
tálamo se construyen de manera muy similar entre sí. Esto sugiere paralelos
sorprendentes en cómo se transfieren los diferentes tipos de información
alrededor del cerebro.
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| Las células individuales en el tálamo se destacan en un arco iris de colores.: Una sección transversal del tálamo revela tres tipos principales de células, marcadas aquí en diferentes colores. Crédito: James Phillips |
Muchas estructuras en el cerebro envían señales a través del
tálamo. Los científicos de Janelia estaban estudiando algunas de esas partes
individualmente, pero la forma en que esas áreas se comunicaban entre sí a
través del tálamo era en gran medida un misterio. Simplemente no había buenas
herramientas para estudiar subconjuntos específicos de células en el tálamo. Y
sin la capacidad de aislar las células que reciben mensajes de ciertas áreas
del cerebro, era difícil saber exactamente cómo se transmitían las señales.
El proyecto del Instituto Janelia, ThalamoSeq, tiene como objetivo facilitar el
estudio y la comprensión del tálamo. Se basa en técnicas perfeccionadas durante
un proyecto anterior, que clasificó las neuronas en el cerebro de ratones y
moscas mediante el análisis de ARN de células individuales.
ThalamoSeq adaptó
esas técnicas para profundizar en una estructura cerebral clave, generando un
mapa anatómico publicado en linea mucho más completo de lo que un laboratorio podría lograr
solo.
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| Marcación retrógrada y anterógradamente de cada núcleo talámico para generar RNAseq. |
Mediante análisis transcripcionales completos de neuronas
talámicas marcadas retrógradamente en ratones adultos, se identificaros los
perfiles principales de las vías talámicas. Estos perfiles existen a lo largo de un
continuo que se repite en todos los principales sistemas de proyección, como
los de visión, control motor y cognición. El componente más grande de la
variación de la expresión génica en el tálamo de ratón está organizado
topográficamente, con características conservadas en humanos.
Las diferencias transcripcionales entre estas neuronas
talámicas están ligadas a las características celulares que son críticas para
la función, como la morfología axonal y las propiedades de la membrana.
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| La mayor colección de reconstrucciones neuronales de una sola área del cerebro reveló que los perfiles de expresión génica se correlacionan con la morfología axonal |
Por ello ahora, "se han redefinido los tipos de células
del tálamo en función del patrón de expresión génica". Es una forma más
holística y detallada de ver las células cerebrales que simplemente mirar a
dónde van o qué tipo de señales envían, y una que abre puertas para futuras
investigaciones sobre cómo se construye y organiza el cerebro.
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| El análisis reveló tres perfiles principales que están organizados topográficamente. |
Al analizar la forma en que las transcripciones de ARN
variaban entre las células del tálamo, los investigadores identificaron tres
perfiles primarios de células. Ese espectro de tipos de células se repitió en
muchas regiones del tálamo responsables de transmitir diferentes señales: cada
área contenía los mismos subconjuntos de tipos de células. Es decir, la parte
del tálamo que se comunica con la corteza visual tiene los mismos tipos de
células que la parte que se comunica con la corteza auditiva, la corteza motora
u otras áreas del cerebro.
“La parte más atractiva e intrigante de esto es que, durante
mucho tiempo, se ha sugerido que la corteza cerebral, el asiento de la
cognición, está organizada de manera similar en toda su estructura. Pero lo que
esto sugiere es que esto es cierto también en el núcleo del cerebro”, según
Phillips. "Al comprender la organización del tálamo, podemos obtener una
gran cantidad de información sobre cómo está organizado el resto del
cerebro".
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| Juntos, nuestros datos revelan una arquitectura repetida en el nucleo del centro de comunicación central del cerebro, el tálamo y, por lo tanto, sugieren una base para una organización funcional común en diversos sistemas de proyección talámica. |
Pero notablemente, los límites entre esos tipos de células
aparecían algo borrosos: no todo cayó en una categoría clara. "Creo que es
una lección importante que podría ser cierta para otras partes del
cerebro", según Hantman. "Nos encanta dividir las cosas en tipos,
pero estos intermedios son interesantes". Y sin mirar el tálamo con tanto
detalle, ese matiz podría haber pasado desapercibido.
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