Codificación y decodificación de estímulos en neuronas maduras e inmaduras del giro dentado del hipocampo

El hipocampo es una estructura del cerebro mamífero que juega un rol clave en la formación de memorias nuevas y mapas cognitivos. Recibe aferencias provenientes de la corteza entorrinal que llegan al giro dentado, la región de entrada al hipocampo, y contactan con las neuronas principales, las célul...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Arribas, Diego Martín
Tipo de recurso: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2021
País:Argentina
Institución:Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Repositorio:Biblioteca Digital (UBA-FCEN)
Idioma:español
OAI Identifier:tesis:tesis_n6988_Arribas
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6988_Arribas
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:HIPOCAMPO
NEURONAS
NEUROGENESIS
ELECTROFISIOLOGIA
MODELOS ESTADISTICOS
HIPPOCAMPUS
NEURONS
ELECTROPHYSIOLOGY
STATISTICAL MODELS
Descripción
Sumario:El hipocampo es una estructura del cerebro mamífero que juega un rol clave en la formación de memorias nuevas y mapas cognitivos. Recibe aferencias provenientes de la corteza entorrinal que llegan al giro dentado, la región de entrada al hipocampo, y contactan con las neuronas principales, las células granulares (GCs, del inglés Granule Cells). El giro dentado es una de las dos áreas del cerebro en donde ocurre la neurogénesis adulta. Las GCs que nacen en el adulto atraviesan un proceso de maduración de alrededor de 8 semanas en donde gradualmente cambian sus propiedades eléctricas intrínsecas y de conectividad. De este modo, el agregado continuo de neuronas en el giro dentado incrementa y estructura la variabilidad en la población. Una de las funciones asociadas al giro dentado del hipocampo, en la cual las GCs inmaduras tienen un rol, es la de separación de patrones, un procesamiento que involucra incrementar las diferencias entre patrones de actividad aferente similares. Nuestra hipótesis es que la heterogeneidad en las propiedades intrínsecas de las GCs de distintas edades que introduce la neurogénesis, resulta beneficiosa para la codificación y discriminación de estímulos realizada por la población, contribuyendo de esta manera a la función del giro dentado. Para explorar esta hipótesis, en esta tesis nos planteamos los siguiente objetivos: Estudiar la influencia de las propiedades intrínsecas de las GCs de distintas edades madurativas en la codificación de estímulos. Caracterizar la transformación estímulo-respuesta que realizan las GCs de distintas edades mediante modelos estadísticos. Decodificar estímulos empleando estos modelos estadísticos para revelar el impacto de la edad de las GCs en la representación de los mismos. Determinar cómo la heterogeneidad en una población de GCs contribuye a una tarea de discriminacion de estímulos. Para esto, empleamos un abordaje multidisciplinario combinando experimentos de electrofisiología en rodajas de hipocampo, herramientas de análisis de series temporales, conceptos de teoría de la información y modelos estadísticos. Con el fin de estudiar diferencias en la codificación de estímulos, realizamos experimentos de patch-clamp en GCs de distintas edades marcadas fluorescentemente en ratones transgénicos. Inyectamos corrientes de estimulación fluctuantes, al mismo tiempo que registramos la respuesta de voltaje y potenciales de acción. Este tipo de estímulos fluctuantes que producen respuestas fiables y con una estructura temporal rica, permitieron un análisis profundo de la estructura de las respuestas y la influencia de las propiedades intrínsecas. Hallamos que las GCs inmaduras producen respuestas más variables que las maduras, exhibiendo tiempos de disparo imprecisos y menos alineados con los estímulos. Luego, ajustamos modelos estadísticos que capturan el potencial de membrana subumbral y las respuestas de disparos de las GCs, obteniendo parámetros que reflejan las diferencias madurativas y sugieren que las GCs inmaduras realizan una codificación de estímulos diferente. Nuestro análisis indica que las GCs inmaduras tienen constantes temporales más largas, que contribuyen a hacer su respuesta más variable, y efectos refractarios de menor magnitud. A continuación, utilizamos los modelos de las GCs obtenidos para realizar la decodificación de estímulos y evaluar la influencia de la edad en su codificación. Reconstruyendo estímulos a partir de un conjunto dado de respuestas de GCs, evaluamos la calidad de las representaciones estimando el error en la reconstrucción y la información mútua. Realizando la decodificación con GCs individuales, encontramos que tanto la reconstrucción del estímulo como la información mútua mejoran con la edad madurativa de la GC. Estudiamos también la codificación realizada por poblaciones de GCs y la influencia de la heterogeneidad en las edades de la población. Inesperadamente, a pesar de la calidad inferior de las representaciones de las GCs inmaduras estudiadas individualmente, encontramos que la presencia de GCs inmaduras en una población mejora la fidelidad de la señal codificada. Por último, dado el rol del giro dentado en la separación de patrones, nos preguntamos si esta mejora en la representación podría contribuir a la discriminacion de estímulos similares. Entonces, dise~namos una tarea que consistió en discriminar entre estímulos correlacionados fluctuantes en el tiempo y encontramos que la heterogeneidad de edades madurativas en las poblaciones ayudan a esta discriminación. Los resultados obtenidos en esta tesis aportan al entendimiento de posibles mecanismos por los cuales las GCs del giro dentado contribuyen al procesamiento de información. Encontramos que las GCs inmaduras introducen un grado de heterogeneidad en la población que puede ser aprovechado para realizar una mejor representación de los estímulos aferentes y, a la vez, discriminarlos mejor. En un contexto más general, los resultados de esta tesis muestran que la heterogeneidad en las propiedades intrínsecas de las neuronas de una población puede cumplir un rol importante en la plasticidad de la representación de estímulos asociados a la función cerebral.

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