Los investigadores proporcionan la primera evidencia fisiológica de que un centro fundamental del cerebro influye en cómo se procesa el sonido, identifica un circuito neuronal previamente desconocido.
Por primera vez, los investigadores han proporcionado evidencia fisiológica de que un sistema de neuromodulación generalizado, un grupo de neuronas que regulan el funcionamiento de neuronas más especializadas, influye fuertemente en el procesamiento del sonido en una importante región auditiva del cerebro. El neuromodulador, la acetilcolina, puede incluso ayudar a los principales circuitos cerebrales auditivos a distinguir el habla del ruido.
“Si bien el fenómeno de la influencia de estos moduladores se ha estudiado a nivel de la neocorteza, donde ocurren los cálculos más complejos del cerebro, rara vez se ha estudiado en los niveles más fundamentales del cerebro”, dice R. Michael Burger, profesor de neurociencia.
Burger y Ph.D. el estudiante Chao Zhang, junto con los colaboradores Nichole Beebe y Brett Schofield de Northeast Ohio Medical University y Michael Pecka de Ludwig-Maximilians University Munich, realizaron la investigación. Los hallazgos se han descrito en un artículo, “La señalización colinérgica endógena modula las respuestas evocadas por el sonido del núcleo medial del cuerpo trapezoide”, publicado a principios de este mes en La Revista de Neurociencia. Los editores de la revista designaron el artículo como “digno de mención” y se incluyó en “investigación destacada” por su particular importancia para la comunidad científica.
“Este estudio probablemente atraerá nueva atención en el campo sobre las formas en que circuitos como este, ampliamente considerados como ‘simples’, son de hecho muy complejos y están sujetos a una influencia moduladora como las regiones superiores del cerebro”, dice Burger.
Esta imagen muestra la confirmación histológica de los sitios de registro. El oro fluoro depositado al final de grabaciones separadas de MNTB y MSO (áreas punteadas) están claramente separados y localizados en los núcleos objetivo, lo que confirma la orientación precisa a los sitios de grabación en función de respuestas impulsadas acústicamente. Crédito: Chao Zhang, Nichole L. Beebe, Brett R. Schofield, Michael Pecka y R. Michael Burger
El equipo realizó experimentos electrofisiológicos y análisis de datos para demostrar que la entrada del neurotransmisor acetilcolina, un neuromodulador omnipresente en el cerebro, influye en la codificación de la información acústica por parte del núcleo medial del cuerpo trapezoide (MNTB), la fuente de inhibición más importante varios núcleos clave en el sistema auditivo inferior. Las neuronas MNTB se han considerado previamente computacionalmente simples, impulsadas por una única sinapsis excitadora grande e influenciadas por entradas inhibitorias locales. El equipo demuestra que además de estas entradas, la modulación de acetilcolina mejora la discriminación neuronal de los tonos de los estímulos de ruido, lo que puede contribuir al procesamiento de señales acústicas importantes como el habla. Además, describen proyecciones anatómicas novedosas que proporcionan entrada de acetilcolina al MNTB.
Burger estudia el circuito de neuronas que están “conectadas entre sí” para llevar a cabo la función especializada de calcular las ubicaciones de las que emanan los sonidos en el espacio. Describe los neuromoduladores como circuitos más amplios y menos específicos que se superponen a los más altamente especializados.
“Esta modulación parece ayudar a estas neuronas a detectar señales débiles en el ruido”, dice Burger. “Puede pensar en esta modulación como algo similar a cambiar la posición de una antena para eliminar la estática de su estación de radio favorita”.
“En este artículo, mostramos que los circuitos moduladores tienen un efecto profundo sobre las neuronas en los circuitos de localización del sonido, a un nivel fundamental muy bajo del sistema auditivo”, agrega Zhang.
Además, durante el curso de este estudio, los investigadores identificaron por primera vez un conjunto de conexiones completamente desconocidas en el cerebro entre los centros moduladores y esta importante área del sistema auditivo.
Burger y Zhang creen que estos hallazgos podrían arrojar nueva luz sobre la contribución de la neuromodulación a los procesos computacionales fundamentales en los circuitos auditivos del tronco cerebral, y que también tiene implicaciones para comprender cómo se procesa otra información sensorial en el cerebro.
Referencia: “La señalización colinérgica endógena modula las respuestas evocadas por el sonido del núcleo medial del cuerpo trapezoidal” por Chao Zhang, Nichole L. Beebe, Brett R. Schofield, Michael Pecka y R. Michael Burger, 2 de diciembre de 2020, JNeurosci: la revista de neurociencia.
DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.1633-20.2020
