Neurona espinosa mediana - Medium spiny neuron

Neurona espinosa mediana
Detalles
Localización Ganglios basales
Forma Neurona espinosa
Función Neurona de proyección inhibidora
Neurotransmisor GABA
Conexiones presinápticas Dopaminérgico: VTA , SNc
Glutamatérgico: PFC , hipocampo, amígdala, tálamo, otros
Conexiones postsinápticas Otras estructuras de los ganglios basales
Identificadores
Identificación de NeuroLex nifext_141
Términos anatómicos de la neuroanatomía

Las neuronas espinosas medianas ( MSN ), también conocidas como neuronas de proyección espinosa ( SPN ), son un tipo especial de célula inhibidora GABAérgica que representa el 95% de las neuronas dentro del cuerpo estriado humano , una estructura de los ganglios basales . Las neuronas espinosas medianas tienen dos fenotipos primarios (tipos característicos): MSN de tipo D1 de la vía directa y MSN de tipo D2 de la vía indirecta. La mayoría de los MSN estriados contienen sólo receptores de dopamina de tipo D1 o D2 , pero una subpoblación de MSN exhibe ambos fenotipos.

Los MSN de vía directa excitan su estructura de salida de los ganglios basales final (p. Ej., El tálamo ) y promueven los comportamientos asociados; estas neuronas expresan de tipo D1 receptores de dopamina , receptores A1 de adenosina , dinorfina péptidos, y la sustancia P péptidos. Los MSN de vía indirecta inhiben su estructura de salida y, a su vez, inhiben los comportamientos asociados; estas neuronas expresan receptores de dopamina de tipo D2 , receptores de adenosina A2A (A2A), heterotetrámeros DRD2-A2A y encefalina . Ambos tipos expresan receptores de glutamato ( NMDAR y AMPAR ), los receptores colinérgicos ( M1 y M4 ) y los receptores CB1 se expresan en el área somatodendrítica de ambos tipos de MSN. Una subpoblación de MSN contiene receptores de tipo D1 y D2, y aproximadamente el 40% de los MSN estriatales expresan ARNm de DRD1 y DRD2 . En el núcleo accumbens (NAcc), estos MSN de tipo mixto que contienen receptores tanto de tipo D1 como de tipo D2 están contenidos principalmente en la capa de NAcc .

Los MSN del estriado dorsal desempeñan un papel clave en la iniciación y el control de los movimientos del cuerpo, las extremidades y los ojos. Los MSN del estriado ventral juegan un papel clave en la motivación, la recompensa, el refuerzo y la aversión. Los subtipos de neuronas espinosas medianas dorsal y ventral (es decir, tipo D1 directo y tipo D2 indirecto) son fenotipos idénticos , pero sus conexiones de salida difieren.

Proyección Z de microscopía confocal de neuronas espinosas medianas (MSN) en el cuerpo estriado del ratón. Las neuronas se marcaron usando el ratón matrisoma MSN Gpr101-Cre en combinación con un indicador dtTomato (proteína roja fluorescente). Aquí se puede ver una proyección 3D de las mismas neuronas .

Apariencia y ubicación

Las neuronas espinosas medianas son neuronas de tamaño mediano (~ 15 micrones de diámetro, ~ 12-13 micrones en el ratón) con árboles dendríticos grandes y extensos (~ 500 micrones de diámetro). Los MSN de vía directa estriatal (dMSN) se proyectan directamente al globo pálido interno (GPi) y la sustancia negra pars reticulata (SNpr), mientras que los MSN de vía indirecta estriatal (iMSN) se proyectan en última instancia a estas dos estructuras a través de una conexión intermedia con el globo pálido externo (GPe ) y pálido ventral (VP). El GPe y VP envían una proyección GABAérgica al núcleo subtalámico , que luego envía proyecciones glutamatérgicas al GPi y SNpr. Tanto el GPi como el SNpr envían proyecciones inhibidoras a los núcleos dentro del tálamo .

Función

Las MSN son neuronas GABAérgicas inhibidoras , pero el efecto de las MSN directas (dMSN) y las MSN indirectas (iMSN) en sus estructuras de salida finales difiere: las dMSN excitan, mientras que las iMSN inhiben, sus estructuras de salida de los ganglios basales (p. Ej., El tálamo ). Dentro de los ganglios basales, hay varios circuitos complejos de bucles neuronales, todos los cuales incluyen neuronas espinosas medianas.

Las entradas corticales, talámicas y del tronco encefálico que llegan a las neuronas espinosas medianas muestran una gran divergencia en el sentido de que cada axón entrante forma contactos con muchas neuronas espinosas y cada neurona espinosa recibe una gran cantidad de información de diferentes axones entrantes. Dado que estas entradas son glutamatérgicas, exhiben una influencia excitadora sobre las neuronas espinosas del medio inhibidor.

También hay interneuronas en el cuerpo estriado que regulan la excitabilidad de las neuronas espinosas medianas. Las conexiones sinápticas entre una interneurona GABAérgica particular , la interneurona de pico rápido que expresa parvalbúmina , y las neuronas espinosas están cerca del soma de las neuronas espinosas, o cuerpo celular. Recuerde que los potenciales postsinápticos excitadores causados ​​por entradas glutamatérgicas en las dendritas de las neuronas espinosas solo causan un potencial de acción cuando la onda de despolarización es lo suficientemente fuerte al entrar en el soma celular. Dado que la influencia de las interneuronas de picos rápidos se encuentra tan cerca de esta puerta crítica entre las dendritas y el soma, pueden regular fácilmente la generación de un potencial de acción. Además, otros tipos de interneuronas GABAérgicas establecen conexiones con las neuronas espinosas. Estos incluyen las interneuronas que expresan tirosina hidroxilasa y el neuropéptido Y .

MSN del estriado dorsal

Vía directa

Anatomía

La vía directa dentro de los ganglios basales recibe impulsos excitadores de la corteza, el tálamo y otras regiones del cerebro. En la vía directa, las neuronas espinosas medianas se proyectan hacia la división interna del globo pálido (GPi) o la pars reticula de la sustancia negra (SNpr o SNr). Estos núcleos se proyectan a la capa profunda del colículo superior y controlan los movimientos oculares rápidos ( movimientos sacádicos), y también se proyectan al tálamo ventral, que a su vez se proyecta a las neuronas motoras superiores en la corteza motora primaria (circunvolución precentral). Las salidas de SNr y GPi son núcleos inhibidores tónicamente activos y, por lo tanto, inhiben constantemente el tálamo (y por lo tanto la corteza motora). Sin embargo, la actividad transitoria en las neuronas espinosas medianas de la vía directa (inhibidora) desinhibe en última instancia las proyecciones del tálamo hacia la corteza motora y permite el movimiento.

Vía indirecta

Anatomía

La vía indirecta también recibe información excitadora de varias regiones del cerebro. Las neuronas espinosas medianas de la vía indirecta se proyectan al segmento externo del globo pálido (GPe). Como el GPi, el GPe es un núcleo inhibidor tónicamente activo. El GPe se proyecta al núcleo subtalámico excitador (STN), que a su vez se proyecta al GPi y SNr. Cuando la vía indirecta no está activada, la actividad en el STN es suprimida por la GPe, lo que se traduce en una disminución de la actividad de SNr / GPi aguas abajo y, por lo tanto, en un aumento de la actividad de las neuronas de la corteza motora y talámica. Cuando las neuronas de la vía indirecta se activan, las neuronas GPe se inhiben, lo que desinhibe el STN. El STN luego excita las neuronas SNr / GPi, suprimiendo la actividad del tálamo / corteza motora.

Distinciones funcionales

Los modelos clásicos de función estriatal han postulado que la activación de la vía directa conduce al movimiento, mientras que la activación de la vía indirecta conduce a la terminación del movimiento. Este modelo está respaldado por experimentos que demuestran que la estimulación optogenética de las neuronas espinosas medianas de la vía directa aumenta la locomoción, mientras que la estimulación de las neuronas espinosas medianas de la vía indirecta inhibe la locomoción. El equilibrio de la actividad directa / indirecta en movimiento está respaldado por la evidencia de los trastornos neurodegenerativos , incluida la enfermedad de Parkinson (EP), que se caracteriza por la pérdida de neuronas de dopamina que se proyectan al cuerpo estriado, hipoactividad en la vía directa e hiperactividad en las neuronas de la vía indirecta, junto con disfunción motora. Esto da como resultado la pérdida de la selección de acción normal, ya que la pérdida de dopamina impulsa la actividad en la vía indirecta, inhibiendo globalmente todos los paradigmas motores. Esto puede explicar el inicio de acción alterado, acciones lentas ( bradicinesia ) y el inicio motor voluntario alterado en pacientes con Parkinson. Por otro lado, la enfermedad de Huntington , que se caracteriza por la degradación preferencial de las neuronas espinosas medianas de la vía indirecta, da como resultado movimientos no deseados ( corea ) que pueden resultar de la inhibición del movimiento alterada y la actividad predominante de la vía directa. Una hipótesis alternativa relacionada es que el cuerpo estriado controla el inicio y la selección de la acción a través de una arquitectura 'envolvente central', donde la activación de un subconjunto de neuronas de la vía directa inicia los movimientos, mientras que los patrones motores estrechamente relacionados representados por las neuronas circundantes son inhibidos por la inhibición lateral a través de una vía indirecta. neuronas. Esta hipótesis específica está respaldada por un trabajo reciente de imágenes de calcio que muestra que las neuronas espinosas medianas de la vía directa e indirecta que codifican acciones específicas están ubicadas en conjuntos organizados espacialmente.

A pesar de la abundancia de evidencia para el modelo de iniciación / terminación, la evidencia reciente usando ratones transgénicos que expresan indicadores de calcio en la vía directa o indirecta demostró que ambas vías están activas al inicio de la acción, pero ninguna de ellas está activa durante la inactividad, un hallazgo que ha sido replicado utilizando imágenes de calcio de dos canales simultáneos. Esto ha llevado a un cambio de paradigma en los modelos de funcionamiento estriatal, de modo que los modelos más nuevos postulan que la vía directa facilita los movimientos deseados, mientras que la vía indirecta inhibe simultáneamente los movimientos no deseados. De hecho, técnicas y análisis más sofisticados, como la optogenética dependiente del estado, han revelado que ambas vías están muy involucradas en la ejecución de la secuencia de acción y que, específicamente, ambas vías estriatales están involucradas en el control de la acción a nivel de elemento. Sin embargo, las neuronas espinosas del medio de la vía directa señalizan principalmente el inicio / terminación de la secuencia y las neuronas espinosas del medio de la vía indirecta pueden indicar el cambio entre subsecuencias de una secuencia de acción determinada. Otra evidencia sugiere que la vía directa e indirecta influyen de manera opuesta en la terminación del movimiento; específicamente, el momento relativo de su actividad determina si una acción terminará.

Experimentos recientes han establecido que las vías directas e indirectas del cuerpo estriado dorsal no están involucradas únicamente en el movimiento. Los experimentos iniciales en un paradigma de autoestimulación intracraneal sugirieron roles opuestos en el refuerzo de las dos vías; específicamente, se encontró que la estimulación de las neuronas espinosas medianas de la vía directa era reforzadora, mientras que la estimulación de las neuronas espinosas medianas de la vía indirecta era aversiva. Sin embargo, un estudio posterior (que utilizó parámetros de estimulación más fisiológicamente relevantes) encontró que la estimulación de la vía directa e indirecta era reforzadora, pero que la estimulación específica de la vía resultó en el desarrollo de diferentes estrategias de acción. Independientemente, estos estudios sugieren un papel crítico para el refuerzo en el estriado dorsal, en oposición al estriado que solo cumple un papel en el control del movimiento.

MSN del estriado ventral

Vía directa

La vía directa del cuerpo estriado ventral dentro de los ganglios basales media el aprendizaje basado en la recompensa y la prominencia del incentivo apetitivo , que se asigna a los estímulos gratificantes .

Vía indirecta

La vía indirecta del cuerpo estriado ventral dentro de los ganglios basales media el aprendizaje basado en la aversión y la prominencia motivacional aversiva, que se asigna a los estímulos aversivos .

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos