El tálamo desempeña un papel mucho más activo de lo que se conocía hasta ahora durante la formación del sistema visual. Un estudio liderado por el Instituto de Neurociencias, centro mixto de la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH) y el CSIC, ha demostrado en modelos de ratón que la actividad propia de esta estructura cerebral contribuye a organizar los circuitos de la visión incluso antes de que los animales abran los ojos.
El trabajo, publicado en The Journal of Neuroscience, muestra que modificar la actividad del tálamo durante el desarrollo cambia la cantidad y distribución de determinadas interneuronas en el tálamo visual. Las alteraciones también alcanzan a la corteza visual y, en algunos casos, persisten durante etapas posteriores del desarrollo.
El tálamo ocupa una posición central en la comunicación entre los órganos de los sentidos y la corteza cerebral. En el sistema visual recibe información procedente de la retina y la transmite hacia la corteza. Sin embargo, los nuevos resultados indican que durante el desarrollo no funciona únicamente como un intermediario.
«Estos resultados muestran que el tálamo no actúa únicamente como una estación de paso de la información visual, sino que desempeña un papel activo durante la construcción de los circuitos neuronales. Su actividad contribuye a regular cómo se incorporan y distribuyen las interneuronas, un proceso fundamental para que estos circuitos se organicen correctamente durante el desarrollo», explica Guillermina López-Bendito, directora del Laboratorio Desarrollo, Plasticidad y Reprogramación de Circuitos Sensoriales del Instituto de Neurociencias UMH-CSIC.
El sistema visual empieza a organizarse antes de recibir imágenes
El desarrollo del sistema visual comienza mucho antes de que exista información visual procedente del entorno. Durante las primeras etapas de formación del cerebro, las neuronas generan espontáneamente actividad que ayuda a organizar los circuitos nerviosos.
En los ratones, buena parte de este proceso se produce antes de la apertura de los ojos. Para estudiar qué función desempeña esa actividad, el equipo utilizó diferentes modelos animales en los que pudo modificar la actividad neuronal en distintos puntos de la vía visual y en diferentes momentos del desarrollo.
Uno de esos modelos permitió alterar específicamente la actividad del tálamo sin eliminar las conexiones existentes entre la retina y esta estructura. De este modo, los investigadores pudieron estudiar por separado qué parte de la organización de los circuitos dependía de la retina y cuál estaba relacionada directamente con la actividad talámica.
«Lo importante es que hemos podido separar la contribución de la retina de la actividad propia del tálamo. Al modificar específicamente la actividad talámica, observamos cambios en la densidad y proporción de las interneuronas en el tálamo visual», señala Pablo Castellano Ruiz, coprimer autor del trabajo junto con Irene Huerga Gómez, Daniel Torres Romero y Emily Wilson.
Las células que actúan como ‘freno’ del cerebro
El estudio se centra especialmente en las interneuronas inhibitorias, unas células encargadas de regular la actividad de otras neuronas y mantener el equilibrio dentro de los circuitos nerviosos.
«Estas células actúan, de manera simplificada, como un freno que evita que la actividad de los circuitos neuronales se descontrole y contribuyen a mantener unas condiciones adecuadas para el funcionamiento de las redes nerviosas», explica López-Bendito.
Los investigadores analizaron el número, la densidad y la distribución de estas interneuronas en el núcleo geniculado lateral dorsal, una región del tálamo integrada en la vía visual.
Los resultados muestran que la actividad propia del tálamo resulta clave para regular la densidad de estas células. Cuando esa actividad se altera durante el desarrollo, aumenta su proporción en esta región cerebral.
El estudio descarta que este aumento se deba a una mayor producción o supervivencia de las interneuronas. Los cambios responden, según los investigadores, a modificaciones en la forma en que estas células se integran y distribuyen dentro del circuito.
Retina y tálamo cumplen funciones distintas
Los experimentos también han permitido comprobar que la retina y el tálamo intervienen de manera diferente en la construcción del circuito visual.
La ausencia de conexiones procedentes de la retina modifica principalmente la posición de las interneuronas dentro del tálamo. En cambio, alterar la actividad propia del tálamo modifica su proporción.
Los dos mecanismos actúan, por tanto, de manera diferente pero complementaria durante la formación de las redes encargadas de procesar posteriormente la información visual.
Además, modificar la actividad talámica durante el desarrollo prenatal provoca cambios en la organización de las interneuronas de la propia corteza visual. Los investigadores observaron estos efectos en diferentes poblaciones celulares y comprobaron que algunos se mantenían en fases posteriores del desarrollo.
Los resultados refuerzan así la idea de que la actividad generada en el tálamo durante las primeras etapas de formación cerebral puede influir en la organización de circuitos situados más allá de esta estructura.
El trabajo ha contado con financiación del Consejo Europeo de Investigación a través del programa Horizonte 2020, mediante los proyectos ERC Advanced Grant SPONTSENSE y ERC Consolidator Grant SENSORTHALAMUS. También ha recibido apoyo del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, del Programa para Centros de Excelencia Severo Ochoa de la Agencia Estatal de Investigación y del programa PROMETEO de la Generalitat Valenciana.
