The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. C APÍTULO 29 Núcleos de la base.

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1 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. C APÍTULO 29 Núcleos de la base

2 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 29-1 Organización de los núcleos de la base. Los trazos en rojo indican vías excitatorias, los trazos azules vías inhibitorias. Las interacciones entre las diversas estructuras dan origen a una señal que inhibe la proyección excitatoria talamocortical. A través del núcleo pedunculopontino, los núcleos de la base envían señales excitatorias sobre las neuronas reticuloespinales, influyendo los mecanismos espinales independientemente de la vía talamocortical. La acción de la vía dopaminérgica nigroputaminal es tanto inhibitoria (receptores D2) como excitatoria (receptores D1). El putamen permanece conectado a los núcleos de salida sobre el tálamo motor a través de la vía directa, que es inhibitoria. CM, núcleo talámico centromediano; VA núcleo talámico ventral anterior; VL, núcleo talá mico ventral lateral.

3 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 29-2 En el lóbulo frontal existen diferentes regiones que establecen relaciones específicas de entrada y de salida con los núcleos de la base. Son cinco los circuitos paralelos que median estas relaciones.

4 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 29-3 Separación del circuito motor y del circuito cognitivo. a, la inyección de trazadores anterógrados (áreas verdes) y de biocitina (áreas anaranjadas) en áreas del putamen que reciben la entrada de la corteza motora marca los territorios intermedios y laterales del segmento externo (GPe) y del segmento interno (GPi) del globo pálido. b, la inyección en el núcleo caudado que recibe aferencias de la corteza prefrontal, marca selectivamente la región más medial del globo pálido ya sea externo o interno. (Modifi cada de A Parent, et al. The striatopallidal fiber system in primates. Advances in Neurology, vol. 74, New York: Lippincott-Raven, 1977:19-30.)

5 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 29-4 En el estriado existe un circuito interno que modula la actividad de las neuronas espinosas gabaérgicas que proyectan sobre el segmento interno del globo pálido y sobre la parte reticulada de la sustancia negra. De hecho, la neurona espinosa de proyección envía una colateral que inhibe las interneuronas sin espinas colinérgicas, que ejercen sobre ella una función excitatoria. De este modo, la descarga de la neurona espinosa puede ser suprimida, mientras que la neurona sin espina recibe información de la corteza cerebral, del tálamo y de la sustancia negra. Las fibras corticales y talámicas son glutamatérgicas, mientras que las negras son dopaminérgicas. La actividad de la neurona sin espinas colinérgica está controlada por interneuronas que contienen ácido gammaaminobutírico (GABA) y parvalbúmina, las cuales, a su vez, reciben fibras glutamatérgicas de la corteza cerebral. Este microcircuito estriatal podría servir para focalizar la actividad de las neuronas estriatales a través de un mecanismo de inhibición lateral sobre las neuronas de proyección cercanas. D1 y D2, receptores de la dopamina; ENK, encefalina; SP, sustancia P.

6 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 29-5 Síntesis de las respuestas de neuronas estriatales en un mono que debe pulsar una palanca para obtener una recompensa. Al animal, antes se le presenta un estímulo visual o acústico que señala el inicio de la fase de preparación del movimiento. El animal debe entonces mantener quieta la extremidad hasta la presentación, después de un segundo desde la señal instructiva, de una señal de inicio del movimiento (desencadenante). Así se registraron neuronas que aumentan la actividad de descarga (áreas en azul) durante la preparación del movimiento pero no durante la ejecución. En la presentación de las señales instructivas y motoras se registraron respuestas breves ligadas al movimiento. Otras, más sostenidas, se observaron durante la espera de las señales de comportamiento mismo o durante la espera de la recompensa. En cambio, las neuronas relacionadas con la ejecución del movimiento son más activas al inicio del movimiento y durante su ejecución. (Modifi cada de W Schultz, et al. Context-dependent activity in primate striatum refl ecting past and future behavioral events. En: J Houk, et al (eds). Models of information processing in the basal ganglia. MIT Press, Mass, 1995:11-28.)

7 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 29-6 Las neuronas del estriado codifican la espera de la recompensa. a, el animal es condicionado en una actividad de hacer/no hacer. Antes se le presenta una instrucción luminosa que puede indicar la instrucción de hacer, si es verde, o de no hacer, si es roja. De manera sucesiva la instrucción se apaga y el animal debe continuar manteniendo quieta la extremidad superior hasta la presentación de una señal luminosa de desencadenamiento. Si la instrucción presentada precedentemente es de hacer (verde), el animal debe pulsar la palanca en alto para adquirir una recompensa líquida. Si, viceversa, la instrucción presentada es roja, entonces tiene que permanecer con la extremidad inmóvil, es decir, sin efectuar ningún movimiento hacia la palanca, para poder obtener de igual manera la recompensa.

8 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 29-6 b, la figura reporta las respuestas de la misma neurona en una veintena de pruebas consecutivas en las situaciones de hacer/no hacer. Cada punto corresponde a un impulso neuronal que se reporta en el histograma acumulativo de todas las pruebas. Como se puede observar en el primer trazado, a partir de la presentación de la instrucción, la neurona estriatal empieza a aumentar su propia actividad de descarga durante la espera de la recompensa. En la situación de hacer, este aumento de la actividad de descarga cesa cuando al descenso de la palanca sigue el suministro instantáneo de la recompensa. Si la recompensa se retrasa 2 s después del descenso de la palanca (segundo trazado), la descarga se prolonga por todo el tiempo adicional. El aumento de la actividad de descarga se manifiesta también cuando, para recibir la recompensa, el animal debe permanecer quieto (tercer trazado). Esto indica que el aumento observado en la situación de hacer se debe a la espera de la recompensa y no a la preparación y ejecución del movimiento. Respuestas de este tipo fueron registradas en el putamen medial, en el núcleo caudado y sobre todo en el estriado ventral. Estos tipos de respuestas también se observaron en actividades que re quieren que el animal ejecute movimientos de los ojos hacia los objetivos visuales asociados con la recompensa, así como movimientos de la extremidad. (Modificada de P Apicella, et al. Neuronal activity in monkey striatum related to the expectation of predictable environmental events. J Neurophysiol 68:945-60, 1992.)

9 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 29-7 a, el estriado presenta una organización interna caracterizada por áreas pobres en colinesterasa, denominadas estriosomas (S), circundadas por la matriz (Mx). Los estriosomas ocupan casi 20% del volumen del estriado. En el interior de la matriz se encuentran además pequeñas regiones llamadas matrisomas (M). Las fi bras de entrada y salida del estriado se organizan en modo diferente en estas regiones. Los estriosomas reciben fibras de la corteza prefrontal y se relacionan con estructuras del sistema límbico, sobre todo con la amígdala. Ellas están además en relación con las neuronas dopaminérgicas de la parte compacta de la sustancia negra (SNC). En la matriz terminan axones provenientes de la corteza sensorimotora, de la corteza asociativa y del giro cingulado. Las fibras de salida se originan en módulos neuronales presentes en los matrisomas.

10 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 29-7 ( continuación ) Las neuronas de proyección gabaérgicas que contienen encefalina (ENK) y dotadas de receptores de la dopamina D2 pasan a formar parte de la vía indirecta que atraviesa el globo pálido externo (GPe). Viceversa, las que contienen sustancia P (SP) y dinorfi na (Din), dotadas de receptores de la dopamina D1, entran en la vía directa que termina en la parte reticulada de la sustancia negra (SNR) y en el globo pálido interno (GPi). Los diferentes compartimientos son de todos modos conectados por pequeñas interneuronas gabaérgicas. b, distribución de la acetilcolinesterasa (áreas oscuras) en el caudado y el putamen del mono. Los estriosomas están representados por las áreas claras de bajo contenido de acetilcolinesterasa; CA, comisura anterior. (Por gentil atención de AM Graybiel.)

11 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 29-8 a, las neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra codifican la llegada de la recompensa o su falta de llegada a través de modulaciones opuestas a su propia frecuencia de descarga. (1) Cuando en un mono se suministra una recompensa sin que ésta vaya precedida por una señal condicionada (No SC), las neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra se activan dando origen a una descarga fásica de impulsos. (2) Si la recompensa es precedida por una señal condicionada (SC), la respuesta se traslada hacia la señal condicionada. (3) Si la señal condicionada no es acompañada de una recompensa, entonces la neurona dopaminérgica se descarga ante la presentación de la señal condicionada, pero presenta una supresión de su propia descarga espontánea en el periodo en el cual el animal espera la recompensa.

12 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 29-8 b, la respuesta de la neurona dopaminérgica se traslada a la señal predictiva más precoz de la recompensa. Los histogramas periestímulo se refieren a las poblaciones de neuronas registradas durante las tres condiciones. (1) En la primera se presenta una señal luminosa carente de algún significado de comportamiento (ninguna actividad). La mayoría de esta población neuronal responde de manera fásica al suministro de la recompensa. (2) En la segunda condición, una señal de desencadenamiento motor va siempre seguida de la recompensa (actividad 1). La señal de desencadenamiento motor pide al animal pulsar una palanca. La respuesta neuronal se desplaza entonces sobre la señal de desencadenamiento. (3) En la tercera situación la señal de desencadenamiento está precedida por una señal predictiva de la recompensa (actividad 2). En esta circunstancia la respuesta neuronal se desplaza sobre la señal predictiva. (Modificada de W Schultz. Predictive reward signal of dopamine neurons. J Neurophysiol 80:1-27, 1998.)

13 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. a Figura R29-5 a, movimientos hipercinéticos en el balismo y el hemibalismo.

14 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura R29-5 b, movimientos hipocinéticos en la enfermedad de Parkinson. CM, núcleo talámico centromediano; D1 y D2, receptores de dopamina; VA, núcleo talámico ventral anterior; VL, núcleo talámico ventral lateral. (Modifi cada de T Wichmann, et al [eds]. Basal ganglia and thalamus in health and movement disorders. Kluver Academic/Plenum Publishers, 2001.)