Prof. Renny Pacheco, PhDLaboratorio de Neurociencia y Comportamiento

(LABNEC) FACyT-UC

CÁTEDRA UNIVERSITARIA DR. HUMBERTO FERNÁNDEZ MORANDEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA

FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA UNIVERSIDAD DE CARABOBO

Neuronas, Redes y El Sistema de Posicionamiento Cerebral:Comprendiendo el Premio Nobel de Medicina o Fisiología del 2014

Enero del 2015Valencia-Venezuela

Galardonados por

Especialidad:

•Bioquímicos 35 (21.6%)

•Fisiólogos 28 (17.2 %)

•Biólogos 13 ( 8%)

Nº de premios por Áreas de Estudio:

•13 en el ámbito de la Neurobiología

•13 en estudios del Metabolismo

•8 sobre Segundos mensajeros y

transducción

Neurobiología en los Premios Nobel de Medicina o Fisiología

•1906 Camilo Golgi /Santiago Ramón y Cajal.

Estructura del sistema Nervioso

•1932 Edgar Douglas Adrian / Sir. Charles

Sherrigton. Función de las Neuronas

•1935 Hans Spelmann. Efecto del

Organizador en el desarrollo embrionario.

•Henry Hallet Dale / Otto Loewi. Trasmisión

química de los impulsos nerviosos.

•1944 Herbert Spencer Gasser /Joseph

Erlangel. Diferencias funcionales de las distintas

fibras nerviosas

•1949 Walter Rudolf Hess/ Antonio Caetano

de Abreu Freile.

La organización funcional del cerebro medio

•1963 John Eccles /Alan Hodgkin

/ Andrew Huxley.

Mecanismos iónicos de la

excitabilidad

•1970 Julios Axelrod / Ulf Von Euler

/ Bernard Katz.

Neurotransmisión, mecanismo de

almacenamiento y transmisión

•1981 David Hubel/ Torsten Wiesel.

Procesamiento de información en el

sistema visual.

Roger Sperry.

Especialización funcional de los

hemisferios cerebrales.

•1986 Stanley Cohen / Rita Levi-Montalcini.

Factores de crecimiento de las células y órganos

•1991 Erwin Neher / Bert Sakmann.

Función de los canales iónicos en la

célula

•2000 Arvid Carlsson/ Paul Greengard/

Eric Kandel.

Transducción de señales en el sistema

nervioso

•2004 Richard Axel /Linda Buck.

Receptores y organización del sistema olfativo

2014 John O’Keefe/ May-Brit Moser/ Edvard Moser.

Descubrimiento del sistema de posicionamiento en el

cerebro

Cognitive Maps in Rats and Men(Mapas cognitivos en ratas y hombres) (1948)

Edward Tolman (1886 – 1959)El comportamiento puede

apoyarse en

representaciones

espaciales (mapas internos)

Contrario al

Conductismo Clásico

(comportamientos

complejos como cadenas

de estímulos-respuestas)

En 1971 John O’Keefe y Dostrovky

describen las “Células de Posición” en el

Hipocampo.

MAPASEl descubrimiento de estructuras neuronales

de representación espacial del entorno

Solo disparan cuando el animal se

encuentra en un lugar especifico del espacio

La actividad combinada de la red

de Neuronas en sus respectivos

“campos receptivos de Posición”

apoyaría la navegación del

individuo

La navegación requiere adicionalmente más que estos

mapas

Requiere componentes métricos (distancia y dirección del

animal)

¿Dónde se computa? ¿Afuera del

Hipocampo?

…La Respuesta del

NORTEMay-Brit Moser y Edvard Moser,

•Marimonio Noruego y Equipo investigación por 30 años

•80’s Postdoc con O’Keefe en Londres

•Se especializaron en el registro de actividad neuronal en el Hipocampo y

la Corteza Entorrinal

La CandidataPerfecta:La Corteza Entorrinal (CE)

•Región cortical con las mayores proyecciones al Hipocampo

•Si se interrumpe todas las entradas intra-Hipocampales a la

región CA1 los campos de posición se mantienen (Brun et al.,

2002)

•Pero la CE proyecta directamente sobre CA1

Abordaje Experimental

•Modelos Animales•Neuroanatomía

•Cirugías •Adecuaciones de Ingeniería

•Electrofisiología•Análisis computacional

•Herramientas Estadísticas•Modelos Matemáticos

Registro de actividad neuronal Unitaria, Multiunitaria o de

Campos en Animales Despiertos mediante implantes

crónicos

Electrofisiología Moderna

•Implante crónico de multielectrodos (1 o más

tetrodos)

•Clasificación de neuronas de registros multiunitarios.

•Multiple registros unitarios en simultaneo en

animales realizando pruebas

György Buzsáki (2004)

… Así lo hicieron los Moser y su

equipo

En 2004 describen en la Región Dorsal de la Corteza Entorrinal

Medial (CEM) neuronas con campos de disparo similares a las

neuronas de posición

Estas neuronas tienen más de un campo y los campos están

organizados regularmente

Las “Neuronas Malla”•Sus campos de disparos organizan el espacio en triángulos

•El patrón de campos en Malla es siempre igual e independiente de la dirección,

velocidad o incluso de la iluminación (Componente métrico del mapa espacial)

•En la CEM una misma capa tiene

neuronas malla con patrones a la

misma escala.

•La escala aumenta

matemáticamente al ir de Dorsal a

Ventral en la corteza

•Redes que generan una “plantilla” del espacio, a diferentes escalas y

con regularidad matemática

•El Modelo hexagonal generado biológicamente es el optimo para

almacenar la “Mayor resolución espacial posible con el menor

numero de neuronas malla”

•Este descubrimiento fascina a científicos y filósofos e integra

Cerebro, Memoria y Localización

•En la CEM las neuronas mallas colocalizan con otras neuronas

especializadas

•Células que responden a la Dirección de la Cabeza y Células mixtas

(Malla y Dirección) (Sargolini et al., 2006)

En 2008 se describe que el 10% de las células activas de la CEM

responden selectivamente a los bordes o fronteras en el entorno (células de

bordes)

Conjuntamente las Neuronas Malla, de Dirección y de Bordes

podrían conformar la base neuronal de la representación

métrica del espacio allocentrico (El GPS interno)

La CEM se organiza en

módulos funcionales con

neuronas de diversas

modalidades

Se puede transmitir información

sobre dirección y velocidad del

animal mediante la activación

en secuencia de neuronas

Malla de un mismo un módulo

La corteza Entorrinal Medial generaría

el Mapa Universal (la plantilla)

A partir de este y en conjunto con la

información sensorial y la experiencia,

en el Hipocampo se forman los mapas

individuales y específicos de nuestro

entorno