Resumen de Arquitectura axónica de los circuitos talamo-corticales del núcleo geniculado lateral dorsal y el complejo lateral posterior/pulvinar del ratón
María Angeles Evangelio Chanzá
- español
El sistema visual se ha considerado como un modelo clásico de estudio del procesamiento sensorial tradicionalmente en mamíferos, en los que juega un papel clave en su supervivencia, como carnívoros y primates. Sin embargo, recientemente se ha comprobado que las bases del procesamiento visual no están restringidas a estos modelos animales, sino que también se encuentran en el ratón. En los últimos años el ratón se ha posicionado como un importante modelo para el estudio de la estructura y función de circuitos neurales, particularmente de las vías visuales centrales con el fin de entender el funcionamiento de la visión a gran escala.
Las áreas corticales del ratón reciben sus aferencias talámicas principales a través de dos vías paralelas formadoras de imagen originadas en el núcleo geniculado lateral dorsal (dLGN), la principal entrada de información visual desde la retina, y en el complejo lateral posterior (LP), que recibe aferencias esencialmente desde el colículo superior y la corteza cerebral. El complejo LP está formado por tres núcleos distintos: el lateral posterior lateral (LPL), lateral posterior medial rostral (LPMR) y lateral posterior medial caudal (LPMC), cada uno de los cuales exhibe un patrón específico de conexiones con varias áreas corticales visuales y no visuales. En esta tesis doctoral, he realizado un análisis anatómico sistemático de las diferentes arquitecturas axónicas que presentan estas neuronas de proyección localizadas en estos cuatro núcleos que forman el tálamo visual a nivel poblacional y de neurona única. Este análisis proporciona un conjunto de datos a nivel cualitativo y cuantitativo preciso sobre la arquitectura de las proyecciones tálamo-corticales (TC) visuales en el ratón, que todavía no han sido profundamente estudiadas.
En primer lugar, analizamos las posibles diferencias en términos de número y densidad neuronal en el dLGN y el complejo LP. Después, con el fin de estudiar las arquitecturas TC específicas que forman las neuronas localizadas en cada uno de estos núcleos, tomamos tres aproximaciones distintas. Primero, estudiamos a nivel poblacional las aferencias talámicas principales a las áreas visuales primaria y asociativas mediante el trazado retrógrado desde éstas áreas corticales. En segundo lugar, marcamos, mediante la aplicación de vectores virales como trazadores anterógrados, micropoblaciones neuronales dentro de cada uno de los cuatro núcleos del tálamo visual, mostrando patrones de distribución tangencial y laminar de sus proyecciones TC específicos en cada núcleo estudiado. Por lo que, posteriormente, analizamos la distribución precisa de sus ramificaciones corticales, así como el tamaño relativo de sus varicosidades en algunas de estas áreas. Finalmente, transfectamos y reconstruimos tridimensionalmente neuronas aisladas localizadas en el dLGN, LPL y LPMR. De esta forma, comprobamos que algunas neuronas localizadas en estos cuatro núcleos talámicos, inervan más de una región cortical y/o subcortical mediante colaterales axónicas. En algunos casos inervando no sólo áreas visuales, sino también temporales, parietales, e incluso frontales. Con esto observamos que el complejo LP puede actuar no sólo sobre circuitos corticales visuales, sino también sobre muchas otras áreas corticales, así como centros subcorticales como el estriado y la amígdala. Nuestros resultados sugieren que algunos de los núcleos que component el complejo LP pueden considerarse como un nexo entre multiples áreas corticales y subcorticales, participando directamente en la ejecución de movimientos guiados visualmente. El presente análisis realizado a nivel poblacional y de célula única recoge de forma completa los principales rasgos de los sistemas de proyección TC del tálamo visual en el ratón.
- English
The visual system has always been a classical model to study sensory processing traditionally in highly visual mammals such as carnivores and primates. However, it was recently discovered that many basic forms of visual processing are not restricted to these animal models, but also take place in mice at a fundamental level. Over the past years, the mouse has emerged as an important model to study the structure and function of neural circuits, particularly central visual pathways to enrich our understanding of how vision works on a broad scale.
The mouse visual cortical areas receive their main thalamic inputs through two parallel image forming pathways from the dorsal lateral geniculate nucleus (dLGN), the major relay to the cortex from the retina, and the lateral posterior (LP) complex, whose main inputs are the superior colliculus and the cortex. The latter consists of three different nuclei: Lateral Posterior Lateral (LPL), Lateral Posterior Medial Rostral (LPMR), and Lateral Posterior Medial Caudal (LPMC), each exhibiting specific patterns of connections with various visual and non-visual cortical areas. In this thesis, we performed a systematic anatomical analysis in mice of the different axonal architectures showed by the long range projecting neurons placed in these four visual thalamic nuclei at a population and single cell level. This analysis provide a comprehensive qualitative and quantitative dataset on visual thalamocortical (TC) wiring architecture in the mouse, which is still little understood.
We first analyzed possible differences in neuron number and density in the dLGN and LP complex. After that, in order to study the particular TC axonal architectures of the neurons located in these nuclei, we performed three different approaches. Firstly, we studied on a population level the sources of thalamic input of mice visual areas through the distribution of retrogradely-labeled cells following small cortical deposits. Secondly, we labeled the axons arising in small groups of thalamic cells by applying new viral tools as anterograde axonal tracers into the visual thalamus, which showed also nuclei-specific patterns of laminar distribution of axon terminals. Subsequently, we analyzed their TC axon arbor distribution and terminal varicosity size. Finally, we virally transfected in vivo individual TC cells and 3D reconstructed their entire dendritic and axonal arbors. This way we proved that some neurons from these four thalamic nuclei can innervate more than one cortical domain by means of axonal collaterals with a different layer pattern, and some of these nuclei target non-visual areas such as temporal, parietal or even frontal cortical areas. We found that the LP complex can strongly influence not only visual cortical circuits, but also multiple other cortical areas, as well as the striatum and amygdala. Our results suggest that some nuclei of the LP complex could be regarded as a hub linking the visual cortex with subcortical regions, participating directly in the execution of visually guided movements. The present micropopulation and single cell analysis provide a comprehensive quantitative dataset on visual TC wiring architecture in the mouse.
