Material abaixo resume o artigo Activity Patterns in the Neuropil of Striatal Cholinergic Interneurons in Freely Moving Mice Represent Their Collective Spiking Dynamics, publicado em 4 de janeiro de 2019, em eNeuro e de autoria de Rotem Rehani, Yara Atamna, Lior Tiroshi, Wei-Hua Chiu, José de Jesús Aceves Buendía, Gabriela J. Martins, Gilad A. Jacobson, e Joshua A. Goldberg.
A imagem em directo das populações neuronais revela frequentemente um sinal de fundo que envolve o sinal dos neurónios individuais. Tipicamente, este sinal de fundo é descartado como não-informativo ou como um epifenômeno. Imaginamos em camundongos que se movimentam livremente, interneurônios liberadores de acetilcolina (colinérgicos) no striatum que desempenham um papel crítico no funcionamento dos gânglios basais e disfunções nos distúrbios de movimento. É importante salientar que estes interneurónios dão origem a um neuropil profusamente denso de processos neuronais finos que preenchem o estriato. Sob estas circunstâncias, nossa análise revelou que o sinal de fundo resultante do neuropil representa uma leitura de “campo médio” da atividade recorrente coletiva dos interneurônios colinérgicos. Assim, o sinal neuropil funciona como uma leitura fisiológica do estado da rede.
Por mais de meio século, clínicos e cientistas têm conhecido uma ruptura do chamado equilíbrio entre acetilcolina e dopamina liberada na região do cérebro chamada de estriato é um correlato patológico central de vários distúrbios do movimento como a doença de Parkinson e a doença de Huntington. Este desequilíbrio foi deduzido de estudos bioquímicos e histológicos do estriato. No entanto, evidências de tal desequilíbrio na atividade fisiológica dos circuitos cerebrais têm faltado.
Apenas recentemente as técnicas de imagem e moleculares nos permitiram observar diretamente a atividade dos circuitos de dopamina e acetilcolina em camundongos em movimento livre. Agora podemos visar tipos neuronais específicos, como os interneurônios colinérgicos, com marcadores fluorescentes codificados geneticamente e visualizar sua atividade com minúsculos e extremamente leves microendoscópios fluorescentes colocados sobre as cabeças dos ratos. Esperávamos com esta tecnologia poder monitorar a atividade dos interneurônios colinérgicos e começar a entender como a acetilcolina é liberada no striatum dos ratos em movimento livre.
Embora observássemos sinais de neurônios individuais, o que impressionava na nossa imagem striatal nos ratos em movimento livre era o sinal neuropil de fundo que os cercava. Parecia “acender” em surtos de fluorescência brilhante que eram frequentemente muito mais brilhantes do que os sinais dos neurônios individuais. Além disso, este sinal de fundo era altamente sincronizado e correlacionado através de grandes regiões do neuropil striatal. Entretanto, o resultado mais estranho de longe foi que o sinal neuropil – embora claramente associado aos sinais dos corpos celulares individuais – ambos precederam esses sinais e se deterioraram mais rapidamente do que eles.
O que poderia explicar a cinética mais rápida do sinal neuropil e por que ele precedeu os sinais dos neurônios individuais? Além disso, qual é o significado do sinal de neuropil síncrono? Uma possibilidade é que o sinal de fundo representa uma entrada sináptica para os interneurônios colinérgicos, que precede a sua resposta. O fato do sinal de fundo ser espacialmente síncrono pode significar que os interneurônios colinérgicos são acoplados de forma síncrona através de surtos de entrada comum. Neste caso, o sinal de neuropil pode ser considerado um sinal de avanço. Alternativamente, o sinal de fundo poderia representar a soma total dos potenciais de ação emitidos por uma rede de interneurônios colinérgicos. Estes potenciais de ação presumivelmente se espalham pelo neuropil. Neste caso, o sinal neuropil deve ser considerado um sinal de realimentação ou rede colinérgica recorrente.
Combinando técnicas avançadas de imagem e optogenética, pudemos mostrar que embora o sinal neuropil preceda os sinais de neurônios individuais, ele não representa a entrada. Ao contrário, ele representa uma média populacional da ativação simultânea de muitos interneurônios colinérgicos, a maioria dos quais tem corpos celulares localizados fora do campo de visão do microendoscópio (por exemplo, em regiões mais profundas do estriato). Sua atividade neural pode ser observada no campo de visão, entretanto, porque quando os potenciais de ação são desencadeados perto de seus corpos celulares, eles viajam ao longo do axônio, bem como ao longo dos dendritos, em um processo chamado retropropagação. O processo é assim chamado porque a direção vai aparentemente “contra” o fluxo normal de informação no neurônio, que supostamente vai dos dendritos para o axônio, e não vice-versa.
Porque os arbores dendriticos e axonais dos interneurônios colinérgicos que constituem o neuropil colinérgico são excepcionalmente densos e os potenciais de ação de todo o striatum contribuem para o sinal de fundo observado no campo de visão. A cinética mais rápida do sinal neuropil deve-se à biofísica neuronal que dita que os sinais aumentam e decaem mais rapidamente em processos neuronais de menor diâmetro.
Se o sinal neuropil representa uma atividade populacional média, não seria de se esperar que os sinais do corpo celular precedessem o sinal médio em metade dos casos? A resposta é não. O sinal neuropil representa um processo de recrutamento neuronal, portanto é improvável que os neurônios no campo de visão estejam entre os primeiros recrutados. Além disso, dado que imitamos camadas superficiais do estriato, e o recrutamento de interneurônios colinérgicos muito provavelmente tem origem nas regiões mais profundas do estriato, espera-se que os interneurônios superficiais sejam recrutados apenas mais tarde.
A natureza “campo médio” do sinal neuropil faz lembrar outras leituras fisiológicas bem conhecidas da atividade da população, como o potencial de campo local (PFL), que também é famoso por ser sincrônico através de grandes distâncias no cérebro. Uma das características dinâmicas excitantes dos sinais de LFP é que se demonstrou que estes dão origem a ondas de ativação itinerantes. Estamos atualmente estudando o sinal neuropil para ver se ele também revela tais estruturas espaço-temporais organizadas na ativação de interneurônios colinérgicos, particularmente à luz da nossa hipótese de que o recrutamento de interneurônios colinérgicos começa em regiões mais profundas do estriato e se espalha a partir daí.
Having revelou a fonte do sinal neuropil colinérgico, a questão ainda permanece: Como sabemos que o sinal neuropil é algo mais do que um epifenômeno? Estudos futuros determinarão como o sinal do neuropil colinérgico corresponde de forma significativa a comportamentos inatos ou aprendidos, motores ou associativos do rato. Além disso, uma leitura tão robusta da atividade colinérgica estriatal (possivelmente combinada com alguma leitura robusta comparável da atividade dopaminérgica estriatal) poderia talvez um dia servir como um biomarcador para quantificar o famoso desequilíbrio de dopamina acetilcolina em distúrbios de movimento.
Visit eNeuro para ler o artigo original e explorar outros conteúdos. Leia outros resumos dos artigos JNeurosci e eNeuro na coleção Neuronline SfN Journals: Resumos de Artigos de Pesquisa.
Padrões de Actividade no Neuropil de Colinérgicos Estriados em Ratos em Movimento Livre Representam a sua Dinâmica de Espionagem Colectiva. Rotem Rehani, Yara Atamna, Lior Tiroshi, Wei-Hua Chiu, José de Jesús Aceves Buendía, Gabriela J. Martins, Gilad A. Jacobson, e Joshua A. Goldberg. eNeuro Jan 2019, 6 (1) ENEURO.0351-18.2018; DOI: https://doi.org/10.1523/ENEURO.0351-18.2018
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