La actividad de las neuronas piramidales de la corteza prefrontal (CPF) está regulada por receptores ionotrópicos excitatorios (AMPA, KA y NMDA) e inhibitorios (GABAA). Las entradas sinápticas en dichos receptores son esenciales para el funcionamiento de las redes corticales. Sin embargo, los receptores monoaminérgicos juegan un papel esencial en la modulación fina de dichas entradas sinápticas. Los fármacos antipsicóticos clásicos y atípicos ejercen su acción fundamentalmente a través de su interacción con receptores dopaminérgicos de la familia D2 (clásicos) así como serotoninérgicos 5-HT2A (atípicos). Además, todos ellos poseen gran afinidad por los receptores adrenérgicos Alfa-1. Es por ello que la presente Tesis se ha centrado en su mayor parte en el estudio detallado de la distribución regional y celular de receptores monoaminérgicos en un área clave para la esquizofrenia como es la CPF.Así, los resultados de esta Tesis muestran que una gran proporción (entre un 40 y un 80%, dependiendo del área cortical) de neuronas glutamatérgicas de la CPF expresan el ARNm tanto del receptor serotoninérgico 5-HT1A como del 5-HT2A. Ambos se encuentran presentes en todas las regiones de la parte medial de la CPF (infralímbica, prelímbica, cingulada y motora secundaria) tanto en capas superficiales como profundas, siendo el 5-HT1A más abundante en capas profundas (V-VI) y el 5HT2A en capas más superficiales (III-V). Nuestros datos también indican una modulación serotoninérgica de las neuronas GABAérgicas de CPF a través de los receptores 5HT1A y 5HT2A. El ARNm de estos receptores se expresa en un 10-30% de las interneuronas GABAérgicas de las diferentes áreas de la CPF medial, a excepción del 5-HT2A en capa VI, donde este receptor se expresa en menor proporción. Este trabajo muestra también la presencia del ARNm del receptor serotoninérgico 5-HT3 en interneuronas GABAérgicas de CPF de rata, en una proporción de 40, 18, 6, 8% en capas I, II-III, V y VI, respectivamente. Además, la estimulación fisiológica de los núcleos del rafe excitó neuronas probablemente GABAérgicas en las áreas cingulada y prelímbica de la CPF de rata in vivo. Estas excitaciones fueron bloqueadas por la administración i.v. de los antagonistas del receptor 5-HT3 ondansetron y tropisetron.En este trabajo examinamos también la expresión celular de los receptores Alfa-1-adrenérgicos en neuronas piramidales y GABAérgicas en CPF y su colocalización con los receptores serotoninérgicos 5-HT2A. Los adrenoceptores Alfa-1 se expresaron en una alta proporción de neuronas piramidales (62-85%) y GABAérgicas (52-79%) en CPF medial y coexpresaron con el 80% de las células positivas para el 5-HT2A. Además, mediante las técnicas de co-inmunoprecipitación y FRET, se demostró la interacción heterodimérica entre el receptor serotoninérgico 5-HT2A con cada uno de los subtipos del receptor Alfa-1-adrenérgico. Se examinó también la expresión de los ARNm de los receptores dopaminérgicos D1 y D2 en neuronas piramidales y GABAérgicas en la CPF de rata. Los ARNm de ambos receptores se expresaron predominantemente en capas V-VI de la CPF medial, las áreas cingulada y motora así como en áreas ventrales de la CPF. Las neuronas que expresaron el receptor D1 fueron más abundantes que las que expresaron el receptor D2. Algunas neuronas piramidales y GABAérgicas expresaron densidades muy altas del ARNm del receptor D1. Los receptores D1 se expresaron por una mayor proporción de células GABAérgicas que piramidales mientras que lo contrario ocurrió en el caso de los receptores D2. La administración sistémica de fenciclidina (PCP), utilizada como modelo farmacológico de esquizofrenia, aumentó marcadamente la expresión de c-fos en una gran proporción de neuronas piramidales (50%) de CPF. Este aumento se dio tanto en el nivel de expresión celular como en el número de células que expresaron este marcador de actividad neuronal. Las interneuronas GABAérgicas de CPF sin embargo, no experimentaron un aumento de la expresión de c-fos tras la administración de PCP. Por otra parte, la PCP aumentó la frecuencia de descarga del 45% de las neuronas piramidales registradas en CPF y la redujo en el 33% de éstas. Además, la administración sistémica de PCP redujo marcadamente la sincronía cortical en el rango de frecuencia delta (0.3-4 Hz), resultando en una descarga aleatoria de las neuronas piramidales. Ambos efectos (aumento de la expresión de c-fos y aumento de la excitablilidad neuronal) fueron revertidos por fármacos antipsicóticos. La administración sistémica de fenciclidina (PCP) produjo además un aumento de la expresión del marcador de actividad neuronal c-fos en varias áreas corticales y subcorticales, entre ellas, en los núcleos talámicos con una mayor conexión recíproca con la CPF, los núcleos mediodorsal y centromedial. Otras áreas subcorticales aferentes a la CPF, como el hipocampo ventral o la amígdala no aumentaron significativamente su expresión de c-fos tras la administración de PCP. Tampoco lo hicieron las interneuronas GABAérgicas del núcleo reticular del tálamo, encargado del control inhibitorio del resto de los núcleos talámicos. El aumento de expresión de c-fos en las neuronas glutamatérgicas de las áreas mencionadas fue revertido por la aplicación del antipsicótico atípico clozapina.

Introducción: Los recientes desarrollos de la RM basados en la posibilidad de detectar cambios de oxigenación en sangre y los relativos a la adquisición de imágenes rápidas, han dado lugar a técnicas que permiten medir en todo el encéfalo y de forma no invasiva los procesos fisiológicos que se creen relacionados con la actividad neuronal. Estas nuevas técnicas se conocen como Resonancia Magnética funcional (RMf). Objetivos:1- Definición de protocolos de estimulación auditiva (paradigmas) y puesta en marcha del proyecto de RMf auditiva.2- Demostrar la posibilidad de registrar y separar claramente mediante RMf la actividad cerebral relacionada con la percepción de estímulos auditivos del resto de la actividad cerebral concomitante.3- Evaluación de las posibles diferencias en la respuesta cortical en relación con la edad, sexo, presentación del estímulo sonoro y frecuencia del estímulo, para así establecer unos parámetros de actividad cortical auditiva en los sujetos normooyentes que puedan servir de referencia para estudios de actividad cortical auditiva en pacientes con algún tipo de alteración en el sistema auditivo.4- Valorar el grado de reproducibilidad de la RMf auditiva. Material y Métodos:Este estudio se ha realizado con una muestra de 32 sujetos voluntarios normooyentes, de ambos sexos, con una edad comprendida entre los 18 y 50 años. Para este estudio se ha dispuesto de los siguientes recursos:1. Equipo de Resonancia Magnética (1.5 Tesla) del (CDI) del Hospital Clínic de Barcelona. 2. Sistema de Audio compatible con RM. 3. PC pentium IV IBM compatible y la herramienta estadística SPM. 4. PC portátil con generador de archivos de sonido.Resultados y conclusiones:1- La RMf auditiva es una prueba no invasiva que permite registrar la activación a nivel del córtex auditivo tras la estimulación de la vía auditiva neurosensorial en sujetos normooyentes.2- La aplicación de un paradigma de estimulación auditiva y unos tiempos de adquisición y reposo "delays" adecuados son imprescindibles para registrar y separar la activación cortical debida a la estimulación auditiva, de la activación cortical debida al ruido de la máquina y del resto de la actividad cerebral concomitante.3- Valorando los resultados obtenidos, se observa que la estimulación monoaural de un sujeto normooyente produce la activación del córtex auditivo de manera bilateral, con tendencia a que esa activación sea mayor a nivel contralateral al oído estimulado.4- Existe una especialización funcional o tonotopía a nivel del córtex auditivo primario, de tal manera que frecuencias más graves (750 Hz) producen una activación del córtex auditivo primario en un área más lateral que frecuencias más agudas (2000 Hz).5- El análisis de los resultados globales (apartados A, B, C, H, I) indica una predominancia del córtex auditivo izquierdo en el análisis y procesamiento de la información auditiva que se recibe a nivel encefálico, aunque según la literatura puede influir el que la mayoría de sujetos sean diestros, y hace necesarios futuros estudios que valoren la posible diferencia de hemisferio predominante entre zurdos y diestros.6- Al restar a la activación producida en jóvenes (<35 años) la activación cortical producida en adultos (>35 años), no se ha registrado una activación cortical estadísticamente significativa (p < 0.001) y por tanto no se ha encontrado diferencia estadísticamente significativa.7- No se ha encontrado diferencia estadísticamente significativa (p < 0.001) entre hombres y mujeres en la activación cortical auditiva.8- Al analizar la reproducibilidad de la prueba de RMf vemos que en 6 de los 8 casos la segunda prueba realizada es concordante con la primera prueba y en 2 de los casos los resultados observados en las dos pruebas no son concordantes. Teniendo en cuenta los casos en los que se ha podido repetir la prueba, consideramos necesaria la realización de futuras investigaciones con un mayor numero de casos y así valorar con mayor precisión la reproducibilidad de la prueba.

Diversos resultats experimentals, tant en animals com en humans han assenyalat la rellevància dels ritmes corticals en el processament cognitiu cerebral. Aquests resultats mostren com l'activitat neuronal oscil.latòria representa un bon marc de treball per entendre com els grups neuronals coordinen la seva activitat per tal de respondre amb efectivitat davant situacions funcionals específiques. Tots ells suggereixen que l'activitat neuronal oscil.latòria pot representar un enllaç determinant d'unió entre el dinamisme cerebral amb els processos cognitius.En aquest sentit, un cos creixent d'evidències experimentals dóna suport a la perspectiva que les oscil.lacions de l'EEG són subjacents a la generació dels Potencials associats a un Esdeveniment (ERPs). Aquests resultats mostren com la naturalesa oscil.latòria de l'activitat neuronal resultant en una interacció amb l'esdeveniment entrant manifesta diversos patrons de resposta que poden ser estudiats mitjançant la modulació de l'espectre de potència i la realineació de la fase espectral. Aquest dos tipus de mesures ofereixen informació complementària de la dinàmica cortical evocada i, per tant, permeten aprofundir en l'estudi dels mecanismes neuronals subjacents a respostes cerebrals evocades en situacions experimentals específiques. Malgrat tot, actualment encara no és clara la implicació d'aquests processos neuronals oscil.latoris en els ERPs.El present treball aporta evidències experimentals que els patrons oscil.latoris associats a certs ERPs auditius poden ser diferenciats, mostrant com alguns ERPs comparteixen modulacions d'espectre de potència i realineació de fase concurrent, mentre que altres apareixen únicament per la concentració de fase de components freqüencials que es produeix com a conseqüència de l'entrada d'un esdeveniment. En relació a la hipòtesi de la participació de mecanismes neuronals oscil.latoris en l'aparició de certs ERPs, els resultats que aquí es mostren donen suport a que, efectivament, les oscil.lacions neuronals de certs components freqüencials hi tenen un paper determinant.En conclusió, aquest treball posa de relleu que l'anàlisi de la dinàmica témporo-freqüencial cerebral en respostes neuronals evocades (ERPs) estudiades assaig-assaig, permet posar de manifest fenòmens neuronals que queden encoberts amb els procediments clàssics d'estudi dels ERPs, i que poden ser de rellevància per tal d'establir les bases neurofisiològiques de l'activitat cerebral en relació a funcions neuronals específiques. Els resultats aquí presentats aporten evidències experimentals a la perspectiva d'acord amb la qual la dinàmica cerebral subjacent a certes funcions està fonamentada en activitat neuronal oscil.latòria, pel que permet estudiar els mecanismes d'interacció entre estats neuronals espontanis (EEG) i patrons de desposta neuronal evocada (ERPs).

Tesi realitzada a l'Equip de Neurociència de Sistemes - IDIBAPS / Since the discovery of the place cells in 1971 by John O’Keefe and colleagues an extensive work over the hippocampus has been developed as the mammal model of spatial navigation. Place cells are rodents’ hippocampal neurons whose firing is associated to certain locations of the environment. A majority of studies have focused on how the place fields (the area where the firing of a neuron is restricted) are generated in relation to the static cues of the environment (O'Keefe and Conway, 1978; Muller et al., 1987; Gothard et al., 1996). The present work assessed a similar question but regarding the dynamic cues surrounding the subject, and with the hypothesis that the hippocampus is also representing the position of other moving objects. In order to demonstrate if that was the case, we developed a behavioural protocol in which rats learnt to discriminate the movements of a robot in order to obtain reward, an Operant Position Discrimination Task (OPDT). Once the protocol was validated, the subjects were chronically implanted with tetrodes in the CA1 region of the hippocampus. In this way the activity of single hippocampal cells could be isolated off-line and the LFP of the area stored during the recordings. Using this method, the relationship between the firing of the cells and the field activity with the spatial parameters of the robot could be evaluated. The results showed a modulation by the dynamic cue of the theta oscillation. While the locomotor activity of the subjects is directly related to the power of theta in natural conditions (Vanderwolf, 1969), during the movement of the robot such relationship was disrupted and the band power between 4-12 Hz showed a trough at this time. The analysis of the single cells’ activity showed neurons locked to several spatial features of the dynamic cue. First, the position of the rat and the robot where analysed by information content parameters. Skaggs Index and Positional information (Markus et al., 1994; Olypher et al., 2003) showed neurons locked to the position of the subject as expected in CA1 and also other neurons locked to the positions of the robot. Second, moving from the spatial analysis to the temporal one, we found responses to the movement of the robot like OFF/ON variations of the basal activity of the neurons. Such changes in the firing patterns where quantified by the Mutual Information index (Nelken and Chechik, 2007) demonstrating that a large fraction of the neurons have a significant differential pattern of activity during the movement of the robot towards one side or the other. The use of the same index, MI, for the evaluation of the static or dynamic condition of the robot, also resulted in a set of neurons spiking with significant disparity during such epochs. In conclusion, the present work has demonstrated the existence of neural correlates locked to a dynamic cue in the hippocampus. Both the field activity at the theta range, LFP between 4 and 12 Hz, and the activity of the hippocampal neurons were found to reflect and/or encode the spatial features of a dynamic cue. The present work has in this way enlarged the limited evidence present in the prior literature about the role of the hippocampus in the tracking and localization of dynamic cues with the use of a behavioural protocol where both the spatial and temporal dynamics could be assessed. / La correcta localización y seguimiento de las pistas dinámicas que se encuentran en el ambiente es una tarea crucial para el individuo. Comportamientos fundamentales como la caza, el apareamiento o el escape necesitan una correcta identificación de la posición de presas, congéneres y depredadores para su correcta realización. El sistema cerebral encargado de localizar al propio sujeto en el ambiente se sabe que se encuentra en la formación hipocampal después de que diversos estudios hayan demostrado la necesidad del mismo para una correcta orientación (Morris et al., 1982) y, aún más importante, tras el descubrimiento en roedores de neuronas que disparan únicamente en espacios restringidos del entorno, las células de lugar (O'Keefe and Dostrovsky, 1971). Si bien se conoce que estos procesos están fundados en una correcta representación de la posición de las pistas estáticas del ambiente (O'Keefe and Conway, 1978; Muller et al., 1987; Gothard et al., 1996), que sirven de referencia para la propia localización, poco se sabe acerca de cómo se integra la información relativa a los objetos y/o sujetos móviles que se encuentran en el mismo ambiente. Este trabajo tiene como objetivo principal intentar responder a esta pregunta, es decir, ¿en qué modo el hipocampo procesa la información relativa a las pistas dinámicas? Para el desarrollo del estudio, primero, se diseñó una tarea comportamental que asegurara el hecho de que la pista dinámica resultase relevante para los sujetos de forma que los mismos prestaran atención a sus movimientos. Con este fin elegimos utilizar un robot cuyos desplazamientos pueden ser finamente controlados y asociar una recompensa a determinados patrones de navegación del robot. Después de probar con diferentes tareas de discriminación se llegó a una configuración (Operant Position Discrimination Task, OPDT) que permitía a los animales seguir los movimientos del robot desde un espacio separado en el cual recibían la recompensa en caso de discernir correctamente los desplazamientos de la pista. Una vez validada la tarea comportamental, a los sujetos que alcanzaron altas tasas de rendimiento se les implantaron tetrodos en la zona CA1 del hipocampo, lugar en el que se encuentran las células de lugar más estables. Una vez hecho el implante se procedió a registrar la actividad cerebral durante la ejecución de la tarea. Por una parte se aislaron los potenciales de acción pertenecientes a neuronas únicas y el potencial de campo de la zona, LFP. Respecto a la actividad de campo, LFP, se observó una disminución significativa de la potencia en la banda theta, 4-12 Hz, relacionada generalmente con la actividad locomotora del sujeto (Vanderwolf, 1969) durante el movimiento del robot. Durante el resto del registro la relación entre velocidad y potencia de theta se mantuvo y sólo en el periodo de discriminación del movimiento del robot esta relación se vio alterada con un mínimo de potencia observado en diferentes sujetos y registros. La actividad de las neuronas se analizó en función de los parámetros espaciales y dinámicos de la rata y el robot. Mirando la especificidad espacial del disparo de las neuronas a través de los parámetros Skaggs Index y Positional information (Markus et al., 1994; Olypher et al., 2003) se encontraron células significativamente ligadas en su actividad a la posición del sujeto o del robot. La actividad de las neuronas también se analizó de forma temporal, tomando como referencia el inicio de los estímulos, es decir el movimiento del robot hacia un lado u otro. Utilizando como índice la Mutual Information (Nelken and Chechik, 2007) se encontró que una larga proporción de las neuronas tienen respuestas diferenciales durante el movimiento del robot hacia uno de los lados. A su vez, el mismo análisis, pero en esta ocasión comparando los periodos en los que la pista se encuentra inmóvil con los que está en movimiento, determinó que otra fracción de las neuronas tiene patrones de disparo diferenciales según sea la condición dinámica de la pista. El conjunto de los resultados obtenidos indica claramente que el hipocampo se encuentra involucrado activamente en la localización y el seguimiento de las pistas dinámicas, siendo esto reflejado tanto en la actividad de sus neuronas como en la actividad de campo global. Los parámetros espaciales de la pista que resultaron modulados durante la tarea fueron su posición, la dirección de su movimiento y el hecho en sí de permanecer inmóvil o en desplazamiento.