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Una misteriosa región cerebral de los mamíferos también existe en reptiles

  • Los reptiles tienen un área cerebral, que se creía exclusivamente relacionada con procesos cognitivos superiores de los mamíferos, que interviene en el control de la dinámica cerebral en el sueño.

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El estado de percepción unificada, que es característico de un estado consciente en humanos, parece requerir una coordinación generalizada del prosencéfalo y, por lo tanto, la existencia de un sustrato físico y anatómico para esta coordinación.

El claustrum de los mamíferos, una delgada capa de tejido cerebral oculto debajo de las capas internas de la neocorteza, está ampliamente interconectado con el resto del cerebro anterior (un hecho conocido en la neuroanatomía clásica).

Una misteriosa región cerebral de los mamíferos también existe en reptiles

Por esta razón, el claustrum ha sido visto como un buen candidato para una coordinación tan amplia y considerado como interventor en funciones que van desde la toma de decisiones hasta la conciencia. Hasta ahora, se había identificado una estructura claustrum solo en los cerebros de los mamíferos.

El laboratorio del profesor Gilles Laurent, director del Instituto Max Planck para la Investigación del Cerebro, estudia la función cerebral, la dinámica, la evolución y el sueño. Su grupo trabaja en varios sistemas de modelos animales que ahora incluyen reptiles (tortugas y lagartijas) y cefalópodos (sepias).

Hace unos años, el laboratorio de Laurent proporcionó evidencia de la existencia de movimientos oculares rápidos (REM) y sueño no REM en el dragón barbudo australiano pogona vitticeps, lo que sugiere que los dos estados principales del sueño cerebral (REM y no REM) se remontan al menos a la época en que los animales vertebrados colonizaron por primera vez la masa terrestre terrestre hace más de 300 millones de años.

En un artículo en Nature, los investigadores identificaron un homólogo del claustrum en el dragón pogona y en una tortuga de agua dulce utilizando técnicas de secuenciación de ARN unicelular y rastreo viral de la conectividad cerebral. Esta es la primera evidencia de la existencia de un claustrum en animales no mamíferos.

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Su descubrimiento fue completamente fortuito; La atención de los investigadores se dirigió inicialmente a esta región luego de investigaciones funcionales de la actividad cerebral durante el sueño.

Los becarios posdoctorales Hiroaki Norimoto y Lorenz Fenk registraron la actividad cerebral en los dragones durante el sueño y observaron que los eventos característicos del sueño no REM parecían iniciarse en una región pequeña y anterior del cerebro, cuya identidad exacta se desconocía.

"Nuestro objetivo inicial era estudiar el procesamiento de la información durante el sueño", explica Norimoto. "Nuestro enfoque fue muy exploratorio para empezar".

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Al mismo tiempo, la becaria posdoctoral Maria Antonietta Tosches (ahora profesora asistente en la Universidad de Columbia en Nueva York) estaba analizando los datos moleculares celulares tomados del cerebro anterior del dragón y notó que una pequeña región anterior del cerebro, que corresponde precisamente a donde tenían registros electrofisiológicos. De hecho, tenía una identidad molecular distinta.

Al comparar esta identidad con los datos publicados de secuenciación de ARN de ratones, identificó esta área como equivalente al claustrio mamífero. Fenk y el estudiante graduado Hsing-Hsi Li utilizaron métodos de rastreo viral para mapear la conectividad de este claustrum reptiliano con el resto del cerebro y descubrieron, como se sabe en los mamíferos, que está ampliamente interconectado con el resto del cerebro anterior.

"Curiosamente, encontramos que el claustrum también estaba conectado con áreas del cerebro medio y posterior que se han implicado en la regulación del sueño en los mamíferos. Esto es consistente con la idea de que el claustrum puede desempeñar un papel en el control de la dinámica del cerebro característica de dormir ", dice Fenk.

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De hecho, el laboratorio de Laurent demostró que el claustrum subyace a la generación de ondas agudas durante el sueño de ondas lentas.

Los investigadores se dieron cuenta de que las lesiones uni o bilaterales del claustrum suprimían la producción de ondas agudas durante el sueño de ondas lentas uni o bilateralmente, respectivamente, pero no afectaban el ritmo de sueño regular y rápidamente alternado característico del sueño pogona.

Por lo tanto, el claustrum no está involucrado en la generación del ritmo del sueño en sí, sino en la generación de un modo dinámico particular durante el sueño no REM, que luego se transmite ampliamente en el cerebro anterior.

"El hecho de que encontremos un homólogo de claustrum en reptiles sugiere que el claustrum es una estructura antigua, probablemente presente en los cerebros del ancestro vertebrado común de reptiles y mamíferos", dice Laurent.

"Si bien nuestros resultados no han respondido a la pregunta de si el claustrum desempeña un papel en la conciencia o funciones cognitivas superiores, indican que puede desempeñar un papel importante en el control de los estados cerebrales (como en el sueño), debido a la entrada ascendente desde el mesencéfalo y el mesencéfalo, hasta sus proyecciones generalizadas en el prosencéfalo y su papel en la generación de ondas agudas durante el sueño de ondas lentas ", concluye Laurent.

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