Neuronal coding and integration of temporal patterns in the barrel cortex

Abstract

Para entender el mundo, los organismos vivientes han de percibir e interpretar los estímulos sensoriales y determinar los parámetros físicos que les definen (como velocidad o aceleración). Normalmente, estos estímulos se producen con un patrón temporal específico (observado por ejemplo en el canto de los pájaros, el habla o la música). En este último caso, sólo integrando la información sobre el patrón de estímulos puede alcanzarse una interpretación apropiada sobre el entorno, dando lugar a una respuesta conductual correcta. La capacidad de integrar secuencias de estímulos a lo largo del tiempo es, por lo tanto, imprescindible para el reconocimiento de dichas secuencias y la generación de respuestas correctas. A pesar de la importancia de este mecanismo, se sabe poco acerca de cómo se integran las secuencias de estímulos sensoriales. En los experimentos de comportamiento basados en tareas de discriminación sensorial, se ha observado que los roedores son capaces de integrar información táctil (mediada por las vibrisas) a lo largo del tiempo (cientos de milisegundos) y que las neuronas de la corteza de barriles (la corteza somatosensorial vibrisal primaria) pueden ajustar su actividad en función de cambios contextuales en la estimulación a lo largo de decenas de segundos. Sin embargo, aún no se sabe cómo las neuronas individuales en el sistema de vibrisas transmiten la información integrada sobre secuencias de movimientos de vibrisas. Con el fin de establecer la base del mecanismo de la sensibilidad frente las secuencias de los estímulos en el sistema táctil de los roedores, he realizado registros de la actividad eléctrica de neuronas individuales en la corteza de barriles de ratones tanto anestesiados como despiertos. La estimulación consistió en deflexiones de vibrisas generadas a intervalos aleatorios. Mis colaboradores y yo comparamos la información que las respuestas neuronales proporcionaban sobre intervalos únicos (es decir, información correspondiente a la frecuencia instantánea de estimulación) y sobre conjuntos de intervalos (información correspondiente al patrón de estímulos integrado en el tiempo). El resultado indicó que las neuronas individuales en la corteza de barriles proporcionan significativamente más información sobre el intervalo más reciente que sobre intervalos anteriores. Sin embargo algunas neuronas destacaron con respecto al grupo principal: las neuronas en la capa 4 y en las capas profundas integraron débilmente, mientras que las neuronas en la capa superficial 3 integraron más fuertemente a lo largo del tiempo. Los experimentos realizados en animales despiertos confirmaron que las neuronas en la corteza de barriles de dichos animales muestran un nivel de integración parecido a los animales anestesiados. Estos resultados limitan la cantidad de integración temporal que llevan a cabo las neuronas de la corteza somatosensorial primaria y apoyan el concepto de que la corteza sensorial primaria representa principalmente la estimulación actual. Para investigar la integración temporal con más profundidad, hemos desarrollado una tarea de discriminación sensorial en un paradigma Go/No-Go. Los dos patrones consisten en vibraciones aplicadas a las vibrisas de los ratones y se diferencian sólo en su estructura temporal. Los ratones son capaces de discriminar entre los dos patrones con 70% de éxito.