Emergent rhythmic activity and functional connectivity in the thalamocortical network at different brain states

• Autores: Núria Tort Clotet
• Directores de la Tesis: Maria Victoria Sanchez Vives (dir. tes.), Maurizzio Mattia (codir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Leopoldo Petreaunu (presid.), Belén De Sancristóbal Alonso (secret.), Adrián Fernando Ponce Álvarez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biomedicina por la Universidad de Barcelona
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Fisiología humana
      • Neurofisiología
  • Ciencias médicas
    • Medicina interna
      • Neurología
    • Cirugía
      • Anestesiología
      • Neurocirugía
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TESEO
• Resumen

  • El estado despierto se caracteririza por una actividad cerebral de sincronizada, mientras que durante el sueño

    Aunque es bien sabido que dentro del circ11ito taln111ocortical la SO se origina en el cortex, ya que persiste en el córtex de rodajas o bloques corticales aisladas del tálamo, pero no al revés, hay algunos autores que defienden que es el tálamo quien sincroniza la actividad cortical durnnte la SO.

    Para investigar en qué dirección íluyc la lnfom1nción durante la SO en el circuito talamocortical registramos la actividad de campo local (LFP por sus siglas en inglés) de diferentes niveles de profundidad de la corteza visual (en Cápas supragmnularcs y en capas infragranulares) y en el tálamo en ratas anestesiadas profundamente con una mezcln de kctamina y medctomidinn. Mediante 1res medidas independientes de direccionalidad del ílujo de infonnación observamos que la infonnnción fluye desde !ns capas infragranulares hasta las capas supragranulares de la cortc-.rn, desde las capas infmgrnnnlnrcs de la corteza hncia el tálamo, y desde el tálamo hacia las capas suprngranulares cortical􀈬s. apoyando la visión prevalentc de que la corteza genera por sí sola la SO, y ésta se refleja después en el tálamo.

    Por otro Indo, hicimos un estudio detallado de la SO e.n la corteza durante anestesia profunda para ver cxactamenro qué mecanismos subyacen esta actividad. Las neuronas de la capa 5 de la corteza cerebral siempre se hablan considerado las que inician el Up sintc debido a sus propiedades intrínsecas y sinápticas. Sfoembargo, nosotro hemos encontrado que el Up slate empieza en realidad en la capo más profunda, la capa 6, y desde nlll se propuga hacia c.tpns suuperiorcs de lá corteza. Además, descubrimos que In actividad de In capa 6 se propagan la capa 5, estableciendo una relación input-output no lineal cuyas propiedades fueron estudiadas a través de un modelo matemático. Por otro lado, mediante la inactivación del núc'leo geniculado talámico descartamos que la actividad que fluye hacia la capa 6 justo antes de que se inicie el Up state fuese de origen talámico aunque sí e11contnimos evidencias de que el tálnmo modula el nivel de excitabilidad de la corteza durante la SO.

    Usamos diferentes técnicas (fMRI y LFP) para rcgi lrar los crunbios producidos por la disminución del nivel de n11cs1esin en la connectividad entre regiones del cerebro. Observamos un aumento global de lo sincronizci6n de In nctividod entre pares de dreos cerebrales al aumentar el nivel de consciencia. En particular, algunas arcas que forman parte de redes funcionales mostraron también una activación permanente incluso durante niveles profundos de anestesia, y a una frequoncia especifica que !ns identificaba como 6.rces penenceientcs a la misma red funcional. Segun nuestros resultados, durante In anestesia profunda prevalece la conectividad local, mienu-us que al disminuir el nivel de nncstesia las redes funcionale's emergen porque se recstablecen las conexiones entre neuronas a más larga distancia, permitiendo osí llevar a cabo procesos cognitivos que requieren la integración de la información provinicnte de varios puntos disuintes de la corteza cerebral.

    Fina.lmente estudiamos los cambios en la dinámica de la actividad de la capa 5 de la conez.1 visual duranle el mismo protocolo de anestesia decreciente y observamos que el patrón de actividad que caracteriza la anestesia profunda, la SO, se hacia más rápido y regular a medida que disminula el nivel de consciencia, pero para un nivel suficientemente ligero de anestesia el patrón oambia por completo y consiste en un alternación muy lenta (con una frecuencia de 0.2Hz) entre SO y actividad dcsineronlzada. Hicimos un estudio detallado de este patrón de actividad y lo simulamos con un modelo computacional que nos pcm,itió explorar su dinámica.