Modelo in vitro para el estudio del papel de la unión mesopontina en la generación del sueño de movimientos oculares rápidos y la vigilia

Abstract

El estudio de las estrategias neurales para la organización del comportamiento en vertebrados constituye un desafío mayor para la Neurociencia. El avance del conocimiento en este campo depende de manera crítica de la utilización de modelos experimentales adecuados que admitan múltiples niveles de análisis (p.ej: comportamental, circuital, celular, sináptico, molecular) y abordajes multitécnicos. Nos propusimos analizar in vitro una red neural de la unión mesopontina del tronco encefálico crítica-mente implicada en el control del sueño de movimientos oculares rápidos (S-REM). Pese al cúmulo de evidencias que apoyan el papel desempeñado por esta red en relación al S-REM, los mecanismos celu-lares y sinápticos que subyacen a este control son poco conocidos y continúan siendo objeto de intensa investigación. Para avanzar en el conocimiento de estos mecanismos, se llevó a cabo la caracterización morfológica y funcional de una rodaja de tronco encefálico de la rata, en la que las estructuras críticas para el control del S-REM, i.e.: núcleos tegmentales laterodorsal y pedúnculopontino, y su proyección al núcleo reticular pontis oralis (PnO), están presentes y son operativas. La inclusión del núcleo mo-tor del trigémino en la rodaja permitió detectar cambios de la excitabilidad de las motoneuronas ante manipulaciones farmacológicas del PnO, representativos de los cambios del tono muscular asociados a maniobras similares realizadas in vivo. La utilización de este modelo in vitro de S-REM, permitirá aportar a la dilucidación de las estrategias neurales que operan en niveles intermedios de organización del SN en mamíferos para la generación y regulación de un estado comportamental.

The study of the neural basis of behavior is a major challenge in Neuroscience. Advancing our knowledge in this field depends, critically, on the use of experimental paradigms that provide multiple levels of analysis, as well as powerful techniques. We have selected, as a model of a neural plan that organizes a complex behavior, a neural network located in the mesopontine junction. This region is thought to be both necessary and sufficient for the generation of rapid eye movement (REM) sleep, although the cellular and synaptic mechanisms involved in the control of this behavioral state at the mesopontine level are still under debate and remain poorly understood. As part of a long term effort to gain insight into these mechanisms, we carried out the morphological and functional characterization of a slice preparation of rat brainstem and we demonstrate that critical structures for the control of REM sleep - the laterodorsal and pedunculopontine tegmental nuclei and their projection to the oral part of the pontine reticular nucleus (PnO) - are present and are operational. The presence of the tri-geminal motor nucleus in the slice sought to include in the experimental model a structure capable of expressing changes of the excitability of the motorneurons caused by pharmacological manipulations of the PnO, representative of changes of muscle tone associated with similar maneuvers performed in vivo. The use of this in vitro model of REM sleep will provide critical information to elucidate neural strategies that operate at intermediate levels of central nervous system organization in mammals to control behavioral states.

O estudo de estratégias neurais para a organização do comportamento em vertebrados constitui um desafio maior para a neurociencia. O avanço do conhecimento nessa área depende criticamente da utilização de modelos experimentais adequados que suportem múltiplos níveis de análise (por exemplo: comportamental, circuital, celular, sináptico e molecular) e abordagens por múltiplas técnicas. Decidiu-se analisar in vitro uma rede neural da união mesopontina do tronco encefálico criticamente envolvida no controle do sono de movimentos oculares rápidos (S-REM). Apesar da riqueza de provas que sustentam o papel desta rede em relação ao S-REM, os mecanismos celulares e sinápticos subja-centes a este controle são pouco conhecidos e permanecem sob intensa investigação. Para avançar no conhecimento desses mecanismos, caracterizou-se morfológica e funcionalmente uma fatia de tronco encefálico de rato, na qual as estruturas críticas para o controle do S-REM, i.e.: núcleos tegmentais laterodorsal e pedunculopontino, e sua projeção para o núcleo reticular pontis oralis (PnO) estão pre-sentes e operantes. A inclusão do núcleo motor do trigêmeo na fatia permitiu detectar mudanças da ex-citabilidade das motoneuronas provocadas por manipulações farmacológicas do PnO, representativas das alterações do tônus muscular associados com operações semelhantes quando realizados in vivo. A utlização deste modelo in vitro de S-REM permitirá contribuir para a elucidação de estratégias neurais que operam em níveis intermedios de organização do SN de mamíferos para a geração e regulação de um estado comportamental.