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Los investigadores de Caltech proyectan caminos de las neuronas responsables de las debilitaciones del motor de Parkinson

Porque los mil millones de neuronas pila de discos en nuestro cerebro, los circuitos neuronales que son responsables de controlar nuestros comportamientos están por la necesidad mezclada altamente. Este Web enredado la hace complicado para que los científicos determinen exactamente que los circuitos hacen lo que. Ahora, usando dos técnicas de laboratorio promovidas en parte en Caltech, los investigadores de Caltech han proyectado los caminos de un conjunto de neuronas responsables de las clases de debilitaciones del motor--por ejemplo recorrer de la dificultad--encontrado en pacientes con la enfermedad de Parkinson.

El trabajo--del laboratorio de Viviana Gradinaru (BS '05), profesor adjunto de la biología e ingeniería biológica--fue publicado el 20 de abril en la Neurona del gorrón.

En pacientes con la enfermedad de Parkinson, los desordenes y la dificultad del paso con el balance son causados a menudo por la degeneración de un tipo específico de neurona--neuronas colinérgicas llamadas--en una región del médula oblonga llamó el núcleo del pedunculopontine (PPN). El Daño a esta misma población de neuronas en el PPN también se conecta a los comportamientos y a los desordenes recompensa-basados, tales como apego.

Previamente, los investigadores no habían podido desenredar el conjunto de circuitos de los nervios que originaba en el PPN para entender cómo los apegos y las debilitaciones del motor de Parkinson se modulan dentro de la misma población de células. Además, esta incertidumbre creó una barrera a tratar esos síntomas del motor. Con todo profundamente estímulo del cerebro--en cuál se inserta un dispositivo en el cerebro para entregar pulsos eléctricos a una región apuntada--puede ser utilizado para corregir dificultades el recorrer y del balance en estos pacientes, pero sin saber exactamente que la parte del PPN a la meta, el procedimiento pueda llevar a los resultados variados.

“Los circuitos responsables de controlar nuestros comportamientos no son, donde esta cara hace la locomoción y esta cara recompensa,” Gradinaru agradable alineado dicen, y esta ordenación desordenada se presenta de la manera que se estructuran las neuronas. Mucho como un árbol extiende en la conexión a tierra con las raíces largas, neuronas se compone de un cuerpo de célula y de un largo cadena-como el axón que puede divergir y proyectar a otra parte en diversas áreas del cerebro. Debido a esta dimensión de una variable, los investigadores realizaron que podrían seguir las “raíces” de la neurona a un área del cerebro apretado menos que el PPN. Esto los permitiría más fácilmente a la mirada en los dos comportamientos muy diversos y cómo los ejecutan.

Cheng Xiao, científico mayor de la investigación en Caltech y primer autor en el estudio, comenzó correlacionando las proyecciones de las neuronas colinérgicas en el PPN de una rata usando una técnica desarrollada por el laboratorio de Gradinaru llamado Técnica Passive CLARITY, o PACTO. En esta técnica, una solución de substancias químicas se aplica al cerebro; las substancias químicas disuelven los lípidos en el tejido y hacen esa región del cerebro ópticamente transparente--diáfano, es decir--y capaz de tomar las etiquetas de plástico fluorescentes que pueden etiqueta diversos tipos de neuronas. Los investigadores podrían entonces seguir el camino de las neuronas de PPN del interés, marcadas por una proteína fluorescente, simple observando con el descanso del cerebro.

Usando este método, Gradinaru y Xiao podían rastrear los axones de las neuronas de PPN como extendieron en dos regiones del midbrain: el nigra ventral del substantia, un área del punto de referencia en tierra para la enfermedad de Parkinson que había sido asociada previamente a la locomoción; y el área tegmental ventral, una región del cerebro que había sido asociado previamente a la recompensa.

Después, los investigadores utilizaron una técnica eléctrica del registro para no perder de vista las señales enviadas por las neuronas de PPN--confirmando que estas neuronas, de hecho, comunican con sus estructuras rio abajo asociadas en el midbrain. Entonces, los científicos continuaron determinar cómo esta población específica de neuronas afecta a comportamiento. Para hacer esto, utilizaron una técnica que Gradinaru ayudado para convertirse llamó el optogenetics, que permite que los investigadores manipulen actividades de los nervios--en este caso, excitando o inhibiendo las proyecciones de los nervios de PPN en el midbrain--usando diversos colores de la luz.

Usando la aproximación optogenetic en ratas, los investigadores encontraron que la excitación de las proyecciones neuronales en el nigra ventral del substantia estimularía el animal recorrer alrededor de su ambiente; por el contrario, podrían parar el movimiento del animal inhibiendo estas mismas proyecciones. Además, encontraron que podrían estimular comportamiento recompensa-que buscaba excitando las proyecciones neuronales en el área tegmental ventral, pero podrían causar comportamiento aversivo inhibiendo estas proyecciones.

“Nuestros resultados muestran que las neuronas colinérgicas del PPN tienen de hecho un papel en controlar ambos comportamientos,” a Gradinaru dicen. “Aunque las neuronas pila de discos y están mezcladas muy denso, estos caminos, se dedican hasta cierto punto a los comportamientos muy especializados.” Determinando se asocian qué caminos con los cuales los comportamientos pudieron también mejorar los tratamientos futuros, ella agrega.

“En El Pasado ha sido difícil apuntar el tratamiento al PPN porque las neuronas específicas asociadas a diversos comportamientos están mezcladas en la fuente--el PPN. Nuestros resultados muestran que usted podría apuntar las proyecciones axonal en el nigra del substantia para los desordenes de movimiento y las proyecciones en el área tegmental ventral para los desordenes de la recompensa, mientras que es el apego,” Gradinaru dice. Además, ella observa, estas proyecciones en el midbrain es mucho más fácil de llegar hasta quirúrgico que su fuente en el PPN.

Aunque esta nueva información podría informar a los tratamientos clínicos para la enfermedad de Parkinson, el PPN es solamente una región del cerebro y hay muchos más ejemplos importantes de la conectividad que necesitan ser explorados, Gradinaru dice. “Estos resultados destacan la necesidad de las correspondencias funcionales y anatómicas cerebro-anchas de estas proyecciones neuronales de largo alcance; hemos mostrado que el claro y el optogenetics del tejido están activando tecnologías en la creación de estas correspondencias.”

Fuente: Instituto de Tecnología de California