Función de las corrientes iónicas subumbrales Ih e IT en las propiedades de resonancia de neuronas talamocorticales

Abstract

El sistema talamocortical (TC), conformado por el tálamo y la corteza cerebral, es el eje central de las funciones sensoriales, cognitivas y motoras del sistema nervioso de los vertebrados. Muchas neuronas de mamífero responden más eficientemente disparando potenciales de acción cuando son estimuladas a determinada frecuencia preferencial, que es denominada frecuencia de resonancia. Por otra parte, muchas neuronas presentan oscilaciones a potenciales de membrana por debajo del umbral de disparo, a frecuencias que coinciden con la frecuencia de resonancia. Se postula que la generación de los dos fenómenos (resonancia y oscilaciones subumbrales) comparten los mismos mecanismos celulares. La resonancia de una neurona resulta de la interacción de sus propiedades de membrana pasivas con la actividad de conductancias iónicas que tienen propiedades biofísicas lentas y que operan a potenciales subumbrales. Estudios anteriores determinaron que en las neuronas talamocorticales, que son las neuronas principales del tálamo, la corriente transitoria de calcio de bajo umbral (IT) es el sustrato fisiológico de la generación de resonancia. Sin embargo, estas neuronas también expresan de forma prominente la corriente catiónica activada por hiperpolarización (Ih), la cual se ha determinado que está involucrada en la generación de resonancia en otros tipos neuronales, pero no en neuronas TC. En este trabajo se explora, mediante el uso combinado de técnicas electrofisiológicas ex vivo y modelado computacional, la contribución específica de las corrientes T y h a la expresión de la resonancia en neuronas TC. Se logró determinar que la corriente T actúa como corriente resonadora y amplificadora de la resonancia, mientras que la corriente h produce amortiguación de su amplitud. Estos hallazgos clarifican la función de estas corrientes en la generación y modulación de la resonancia de neuronas TC y contribuyen a la compresión de los mecanismos celulares que inducen y modulan las propiedades oscilatorias del sistema talamocortical.

The thalamocortical (TC) system, formed by the thalamus and the cerebral cortex, is the central axis of the sensory, cognitive and motor functions of the vertebrate nervous system. Many mammalian neurons respond more efficiently firing action potentials when they are stimulated at a certain preferential frequency, that is called the resonance frequency. Moreover, many neurons exhibit oscillations at membrane potentials below the spiking threshold, at frequencies that coincide with the resonance frequency. It is postulated that the generation of the two phenomena (resonance and subthreshold oscillations) share the same cellular mechanisms. The resonance of a neuron results from the interaction of its passive membrane properties with the activity of ionic conductances that have slow biophysical properties and that operate at subthreshold potentials. Initial studies determined that in thalamocortical neurons, the principle neurons of the thalamus, the low-threshold transient calcium current (IT) is the physiological substrate of resonance generation. However, these neurons also prominently express the hyperpolarization-activated cation current (Ih), which has been found to be involved in resonance generation in other neuronal types, but not in TC neurons. This study explores, through the combined use of ex vivo electrophysiological techniques and computational modeling, the specific contribution of T and h currents to the expression of resonance in TC neurons. It was possible to determine that the T current acts as both a resonating current and an amplifier of resonance, while the h current produces the mitigation of the resonance´s amplitude. These findings clarify the role of these currents in the generation and modulation of resonance in TC neurons and contribute to the understanding of the cellular mechanisms that induce and modulate the oscillatory properties of the thalamocortical system.