Dinámicas espaciotemporales de las espinas dendríticas en el cerebro vivo (2014)

Las espinas dendríticas son sitios postsinápticos ubicuos de la mayoría de las sinapsis excitadoras en el cerebro de los mamíferos y, por lo tanto, pueden servir como indicadores estructurales de las sinapsis funcionales. Trabajos recientes han sugerido que la codificación neuronal de los recuerdos puede estar asociada con alteraciones rápidas en la formación y eliminación de la columna vertebral. Los avances tecnológicos han permitido a los investigadores estudiar la dinámica de la columna vertebral. in vivo durante el desarrollo, así como en diversas condiciones fisiológicas y patológicas. Creemos que una mejor comprensión de los patrones espaciotemporales de la dinámica de la columna ayudará a dilucidar los principios de la modificación del circuito dependiente de la experiencia y el procesamiento de información en el cerebro vivo.

INTRODUCCIÓN

Las espinas dendríticas han fascinado a generaciones de neurocientíficos desde su descripción inicial por Santiago Ramón y Cajal hace más de un siglo (Ramon y Cajal, 1888). Estas delicadas protuberancias emanan del eje dendrítico y se asemejan a “espinas erizadas o espinas cortas” como las describe vívidamente Cajal. Son los sitios postsinápticos de la gran mayoría (> 90%) de las sinapsis glutamatérgicas excitadoras en el cerebro de los mamíferos y contienen componentes moleculares esenciales para la señalización y plasticidad postsinápticos. Por tanto, las espinas y su dinámica estructural pueden servir como indicadores de conectividad sináptica y modificaciones de la misma (Segal, 2005; Tada y Sheng, 2006; Daños y Dunaevsky, 2007).

La mayoría de los estudios iniciales sobre la columna dendrítica examinaron tejido neural fijo con microscopía óptica o electrónica (Lund et al., 1977; Woolley et al., 1990; Harris y Kater, 1994; Hering y Sheng, 2001; Lippman y Dunaevsky, 2005). Aunque proporcionaron información fundamental sobre la morfología y distribución de la columna vertebral, estos exámenes de tejido fijo solo capturaron "instantáneas" estáticas de las espinas. La introducción de técnicas de etiquetado fluorescente y microscopía multifotónica revolucionó el campo. En 2002, el trabajo pionero de dos laboratorios (Grutzendler et al., 2002; Trachtenberg et al., 2002) demostró la posibilidad de rastrear la misma columna vertebral en el cerebro vivo durante un largo período de tiempo (es decir, semanas). En principio, la dinámica de la columna vertebral representa la dinámica de la sinapsis. Mientras que las espinas estables representan en su mayoría contactos sinápticos, solo una pequeña fracción de las espinas transitorias representan contactos sinápticos de corta duración, y el resto de ellos representa una sinaptogénesis fallida (Trachtenberg et al., 2002; Knott et al., 2006; Cane et al., 2014). A partir de estos estudios de imágenes de lapso de tiempo, surgió una imagen dinámica de las espinas: las espinas se forman, aumentan, encogen y retraen a lo largo de la vida útil del animal. Además, su morfología y dinámica varían entre los tipos neuronales, a través de las etapas de desarrollo y en respuesta a experiencias como la estimulación sensorial y la privación, el enriquecimiento ambiental y diversos paradigmas de aprendizaje (Holtmaat y Svoboda, 2009; Fu y Zuo, 2011).

Esta revisión se centra en los resultados de in vivo estudios de imagen. Al caracterizar la dinámica de la columna vertebral, los investigadores han considerado principalmente dos aspectos: cambios generales en la densidad de la columna vertebral y la ubicación específica a lo largo de la dendrita donde se produce la formación y eliminación de la columna vertebral. Si bien la densidad de la columna vertebral proporciona una estimación aproximada del número total de sinapsis excitadoras en la neurona postsináptica, la ubicación de la columna influye en la contribución de sus señales eléctricas y químicas transmitidas de forma sináptica a la respuesta integrada en el soma (Nevian et al., 2007; Spruston, 2008). Comprender cómo la dinámica de la columna vertebral se correlaciona con las características anatómicas y fisiológicas de circuitos neuronales específicos en diferentes contextos de comportamiento es crucial para la dilucidación de los mecanismos de procesamiento y almacenamiento de información en el cerebro.

DINÁMICA DE LA COLUMNA DURANTE EL DESARROLLO

La densidad de la columna vertebral varía significativamente en las diversas poblaciones de neuronas, lo que probablemente refleja la diversidad de la morfología y función neuronal (Nimchinsky et al., 2002; Ballesteros-Yanez et al., 2006). El equilibrio entre la formación de la columna vertebral y la eliminación determina el cambio en la densidad de la columna vertebral: un exceso de formación de la columna vertebral sobre la eliminación a lo largo de un segmento dendrítico aumenta la densidad de la columna vertebral en el mismo, y viceversa. En la corteza cerebral, mientras que las ramas dendríticas son en su mayoría estables en el tiempo (Trachtenberg et al., 2002; Mizrahi y Katz, 2003; Chow et al., 2009; Mostany y Portera-Cailliau, 2011; Schubert et al., 2013), las espinas se forman y eliminan constantemente. Las tasas de formación y eliminación de la columna vertebral cambian con el tiempo, lo que resulta en una alteración no monotónica en la densidad de la columna vertebral (Figura Figura11). Por ejemplo, las espinas en las dendritas apicales de las neuronas piramidales de la capa 2 / 3 en la corteza del barril de roedores muestran una motilidad gradualmente menor (elongación y acortamiento de las espinas) y una tasa de rotación (definida como la cantidad total de ganancias y pérdidas de espinas) entre el día postnatal 7 y 24 (P7-24; Lendvai et al., 2000; Cruz-Martin y otros, 2010). Sin embargo, la densidad de la columna vertebral aumenta continuamente durante este período de tiempo (Cruz-Martin y otros, 2010). Después de esta fase inicial de ganancia neta de la columna vertebral, la eliminación de la columna comienza a superar la formación, lo que lleva a una reducción general de la densidad de la columna vertebral (Holtmaat y otros, 2005; Zuo et al., 2005b; Yang et al., 2009). Entre P28 y P42, 17% de espinas se eliminan a lo largo de las dendritas apicales de las neuronas piramidales de la capa 5 en la corteza del barril del ratón, mientras que solo 5% de nuevas espinas se forman durante el mismo período de tiempo (Zuo et al., 2005a, b). Es importante destacar que no todas las espinas son igualmente susceptibles de eliminación: aquellas con cabezas grandes son más estables que las delgadas. Como el tamaño de la cabeza de la columna vertebral se correlaciona con la fuerza sináptica, este fenómeno sugiere que las sinapsis más fuertes son más estables (Holtmaat y otros, 2005). Además, es más probable que se eliminen las espinas recién formadas que las espinas preexistentes (Xu et al., 2009), y la mayoría de las espinas estables formadas antes de la adolescencia permanecen incorporadas en el circuito neuronal adulto (Zuo et al., 2005a; Yang et al., 2009; Yu et al., 2013). Finalmente, en animales adultos la formación y eliminación de la columna vertebral alcanzan el equilibrio; la densidad de la columna vertebral permanece aproximadamente constante hasta el inicio del envejecimiento (Zuo et al., 2005a; Mostany et al., 2013).

 

FIGURA 1

Remodelación de la columna vertebral en diferentes etapas de la vida de un animal.. La espinogénesis rápida en el postnatal temprano es seguida por una poda gradual de la columna vertebral en la adolescencia. En la edad adulta, la formación y eliminación de la columna vertebral alcanzan el equilibrio, con una pequeña fracción de espinas ...

COLUMNA DE LA DINÁMICA EN RESPUESTA A LA EXPERIENCIA SENSORIAL

La corteza cerebral tiene la asombrosa capacidad de reorganizar sus circuitos en respuesta a las experiencias. Por lo tanto, la forma en que las experiencias sensoriales (o su ausencia) impactan en la dinámica de la columna vertebral es de gran interés para los neurocientíficos. Se ha demostrado que tanto la manipulación sensorial aguda como la crónica afectan profundamente la dinámica de la columna vertebral, pero el efecto exacto depende del paradigma y la duración de la manipulación, así como de la etapa de desarrollo del animal. Durante el período postnatal temprano, las entradas sensoriales desempeñan roles instructivos en la estabilización y maduración de las espinas. En la corteza visual del ratón, la privación de la información visual desde el nacimiento impidió la disminución de la motilidad de la columna vertebral y la maduración de la morfología de la columna vertebral (Majewska y Sur, 2003; Tropea et al., 2010). La eliminación genética del receptor PirB imitó el efecto de la privación monocular en la motilidad de la columna vertebral (Djurisic et al., 2013). En ratones que habían sido sometidos a privación visual previamente, la maduración de la columna vertebral inducida por la luz podría ser parcialmente imitada por la activación farmacológica del sistema GABAérgico, lo que sugiere un papel importante de los circuitos inhibitorios en la maduración de las sinapsis excitadoras (Tropea et al., 2010). Más adelante, la experiencia sensorial impulsa la poda de la columna vertebral (definida como la pérdida neta de las espinas). El recorte unilateral de todos los bigotes en ratones 1 de un mes para los días 4 o 14 redujo drásticamente la eliminación de la columna vertebral en la corteza del barril, pero dejó la formación de la columna vertebral en gran parte imperturbable (Zuo et al., 2005b; Yu et al., 2013). El bloqueo farmacológico de los receptores de NMDA imitó el efecto del recorte de bigotes, lo que indica la participación de la vía del receptor de NMDA en dicha eliminación de la columna vertebral dependiente de la actividad (Zuo et al., 2005b).

Mientras que el recorte completo de los bigotes elimina la entrada sensorial a nivel mundial, el recorte de todos los demás bigotes ("recorte de tablero de ajedrez") presumiblemente amplifica cualquier diferencia en los niveles de actividad y los patrones de los barriles vecinos, introduciendo así una experiencia sensorial novedosa. Se ha demostrado que este paradigma promueve el recambio de la columna vertebral y estabiliza las espinas recién formadas selectivamente en una subclase de neuronas corticales (Trachtenberg et al., 2002; Holtmaat y otros, 2006). Preferentemente, se agregaron nuevas espinas en la capa de neuronas piramidales 5 con mechones apicales complejos, en lugar de aquellas con mechones simples (Holtmaat y otros, 2006). En ratones defectuosos αCaMKII-T286A, el recorte del tablero de ajedrez no logró aumentar la estabilización de las nuevas espinas persistentes en el borde entre los barriles ahorrados y privados (Wilbrecht et al., 2010). Recientemente, un elegante estudio que combina estimulación optogenética y in vivo la imagen mostró que es el patrón de actividad neural, en lugar de la magnitud, lo que determina la estabilidad de las espinas dendríticas (Wyatt et al., 2012).

Al igual que el recorte de tablero de ajedrez, la breve privación monocular (DM) aumenta la disparidad entre las entradas de dos ojos. Por lo tanto, al igual que el recorte de tablero de ajedrez, se ha encontrado que la MD aumenta la formación de la columna vertebral a lo largo de mechones dendríticos apicales de neuronas piramidales de la capa 5 en la zona binocular de la corteza visual del ratón. Sin embargo, este efecto no se observó en las neuronas de capa 2 / 3, ni en la zona monocular (Hofer et al., 2009), nuevamente indicando una remodelación de sinapsis específica de tipo celular. Curiosamente, un segundo MD no logró aumentar aún más la formación de la columna vertebral, pero agrandó selectivamente las espinas formadas durante el MD inicial, lo que sugiere que las nuevas espinas formadas durante el MD inicial tenían sinapsis funcionales que se reactivaron durante la segunda MD (Hofer et al., 2009).

DINÁMICA DE LA COLUMNA DURANTE EL APRENDIZAJE

La naturaleza altamente dinámica de las espinas dendríticas provoca la idea prevaleciente de que las espinas pueden servir como sustrato estructural para el aprendizaje y la memoria. Se ha sugerido que las espinas recién emergidas (generalmente con cabezas pequeñas) subyacen a la adquisición de memoria, mientras que las espinas estables (generalmente con cabezas grandes) sirven como sitios de almacenamiento de memoria (Bourne y Harris, 2007). En efecto, in vivo los estudios de imagen han demostrado que en la corteza cerebral, la dinámica de la columna vertebral se correlaciona directamente con el aprendizaje. En la corteza motora del ratón, la formación de la columna comienza inmediatamente cuando el animal aprende una nueva tarea. Después de esta rápida espinogénesis, la densidad de la columna vertebral vuelve al nivel de referencia a través de la eliminación elevada de la columna vertebral (Xu et al., 2009; Yu y Zuo, 2011). En los pájaros cantores, se ha encontrado que una mayor tasa de rotación de la columna vertebral antes del aprendizaje de la canción se correlaciona con una mayor capacidad para la posterior imitación de la canción (Roberts et al., 2010). En ratones, la cantidad de espinas ganadas durante el aprendizaje inicial se correlaciona estrechamente con el rendimiento motor de la adquisición de aprendizaje (Xu et al., 2009); y la supervivencia de nuevas espinas se correlaciona con la retención de la habilidad motora (Yang et al., 2009). Además, las diferentes subpoblaciones de sinapsis en la corteza motora probablemente codifican diferentes habilidades motoras, ya que el aprendizaje de una tarea motora novedosa en ratones pre-entrenados continúa induciendo un recambio robusto en la corteza motora adulta (Xu et al., 2009). Recientemente, también se ha encontrado que el nivel de glucocorticoides afecta la dinámica de la columna vertebral inducida por el aprendizaje motor. El entrenamiento de ratones en los picos de glucocorticoides resultó en una mayor tasa de formación de la columna vertebral, mientras que los niveles de glucocorticoides después del entrenamiento fueron necesarios para la estabilización de las espinas formadas durante el entrenamiento y la retención de la memoria a largo plazo (Liston et al., 2013). La adicción, que ha sido considerada como aprendizaje patológico (Hyman, 2005), provoca cambios temporales similares en la dinámica de la columna vertebral como lo hace el aprendizaje motor. Utilizando un paradigma de preferencia de lugar condicionado por la cocaína, un estudio de imágenes reciente mostró que la exposición inicial a la cocaína promovió la formación de la columna vertebral en la corteza frontal, y que la cantidad de nuevas espinas persistentes se correlacionó con la preferencia por el contexto de combinación de cocaína (Muñoz-Cuevas et al., 2013). Más interesante, la dinámica de la columna vertebral en diferentes regiones corticales puede variar durante la misma tarea. Por ejemplo, un paradigma de condicionamiento del miedo que combina señales auditivas con choques en los pies ha demostrado efectos opuestos en la corteza auditiva y frontal. En la corteza auditiva, se encontró que el aumento de la formación de la columna vertebral se correlacionaba con el condicionamiento del miedo pareado, mientras que el condicionamiento no asociado se asociaba con una mayor eliminación de la columna vertebral (Moczulska et al., 2013). En el córtex de asociación frontal, el aumento de la eliminación de la columna vertebral se asoció con el aprendizaje, mientras que la formación de la columna vertebral se asoció con la extinción del miedo, y el reacondicionamiento de las espinas formadas durante la extinción (Lai et al., 2012). Tomados en conjunto, estos estudios revelan la diversidad de reglas temporales que subyacen en la dinámica de la columna vertebral inducida por el aprendizaje. El hecho de que las espinas se formen o se eliminen durante el aprendizaje depende del paradigma de comportamiento, así como del circuito neuronal específico y los tipos de células que participan en el proceso de aprendizaje.

Vale la pena señalar que todos los ejemplos discutidos anteriormente se refieren a la memoria no declarativa, que no implica el recuerdo consciente del tiempo específico, la ubicación y la experiencia episódica (es decir, la memoria declarativa). Exploración de in vivo La dinámica de la columna vertebral asociada con la memoria declarativa resulta ser mucho más desafiante. Por un lado, el hipocampo, la estructura crucial para la formación de la memoria declarativa, está enterrado debajo de la corteza y fuera del alcance de la microscopía estándar de dos fotones. Por otro lado, se cree que la memoria declarativa se almacena de forma difusa en las grandes redes neocorticales, lo que dificulta la obtención de imágenes específicas. Por lo tanto, el avance de las técnicas de imágenes cerebrales profundas (p. Ej., Microendoscopia, óptica adaptativa), junto con una mejor comprensión de la asignación de memoria en la corteza, es la clave para la investigación futura de la dinámica de la columna vertebral que subyace en la memoria declarativa.

DINÁMICA DE LA COLUMNA EN LAS ENFERMEDADES

Se han observado alteraciones en la densidad de la columna dendrítica en diversas enfermedades neurológicas y neuropsiquiátricas. Cada trastorno presenta sus propias anomalías distintivas en la dinámica de la columna vertebral, lo que corrobora aún más la idea de que las espinas son bases estructurales para el funcionamiento cognitivo adecuado. Existe un consenso cada vez mayor de que la anomalía de la columna vertebral se asocia con deficiencia conductual y disminución de las funciones cognitivas Fiala et al., 2002; Penzes et al., 2011).

En los modelos de accidente cerebrovascular, se muestra que la isquemia severa conduce a una rápida pérdida de la columna vertebral, que es reversible después de la reperfusión si el rescate se realiza en un corto período de tiempo (20 – 60 min; Zhang et al., 2005). Después de un accidente cerebrovascular, la formación de la columna vertebral y la eliminación posterior aumentan en la región peri-infarto, pero no en territorios corticales distantes del infarto o en el hemisferio contralateral (Brown et al., 2009; Johnston et al., 2013). Esta plasticidad inducida por la lesión alcanza su punto máximo en la semana 1 después del accidente cerebrovascular; a partir de ese momento, la tasa de formación y eliminación de la columna vertebral disminuye constantemente. Este fenómeno sugiere la existencia de un período crítico durante el cual los tejidos corticales peri-infarto supervivientes son más susceptibles a las intervenciones terapéuticas (Brown et al., 2007, 2009). En un modelo de ratón para el dolor crónico, la ligadura parcial del nervio ciático aumenta la formación y eliminación de la columna vertebral. Al igual que en el modelo de accidente cerebrovascular, la elevación de la tasa de formación de la columna vertebral precede a la eliminación, lo que lleva a un aumento inicial en la densidad de la columna vertebral seguido de su reducción. Tales efectos podrían ser abolidos por el bloqueo de tetrodotoxina, lo que indica que la remodelación de la columna vertebral posterior a la lesión depende de la actividad (Kim y Nabekura, 2011).

La dinámica de la columna vertebral alterada también se ha informado en modelos animales de enfermedades degenerativas. Por ejemplo, la pérdida de la columna vertebral se acelera en la vecindad de las placas β-amiloides en la corteza cerebral (Tsai et al., 2004; Spires et al., 2005). En un modelo animal de la enfermedad de Huntington, la tasa de formación de la columna vertebral aumenta, pero las espinas recién formadas no persisten para incorporarse a los circuitos locales, lo que resulta en una disminución neta en la densidad de la columna vertebral (Murmu et al., 2013). Si bien las enfermedades neurodegenerativas suelen asociarse con la pérdida neta de la columna vertebral, los trastornos del desarrollo neurológico muestran diversos fenotipos de la columna vertebral. En un modelo de ratón del síndrome del X frágil, las espinas son más numerosas, y un mayor porcentaje de ellas parece inmaduro al examinar tejidos fijos adultos (Comery et al., 1997; Irwin et al., 2000). In vivo estudios adicionales demostraron que en tales animales la rotación de la columna vertebral aumentó en varias áreas corticalesCruz-Martin y otros, 2010; Pan et al., 2010; Padmashri et al., 2013), y ni el recorte de bigotes ni el aprendizaje motor podrían alterar aún más la dinámica de la columna vertebral (Pan et al., 2010; Padmashri et al., 2013). En ratones que sobreexpresan MECP2, un gen relacionado con el síndrome de Rett, se ha encontrado que tanto las ganancias como las pérdidas de la columna vertebral están elevadas. Sin embargo, las nuevas espinas son más vulnerables a la eliminación que en los ratones de tipo salvaje, lo que resulta en una pérdida neta de espinas (Jiang et al., 2013).

CONTRIBUCIÓN GLIAL A LA DINÁMICA DE LA COLUMNA

El sistema nervioso comprende dos clases de células: las neuronas y la glía. El papel más intrigante de las células gliales es su participación en el funcionamiento y la dinámica sináptica. Recientemente, algunos estudios interesantes exploraron el papel de la señalización glial en la maduración de la columna vertebral y la plasticidad. Por ejemplo, se ha demostrado que el bloqueo de la captación de glutamato astrocítico acelera la eliminación de la columna vertebral dependiente de la experiencia durante el desarrollo del adolescente (Yu et al., 2013). Otro tipo de células gliales, la microglia, también se ha encontrado que está en contacto cercano con las espinas dendríticas. La motilidad de los procesos microgliales y el contacto con la columna vertebral están regulados activamente por la experiencia sensorial y están involucrados en la eliminación de la columna vertebral (Tremblay et al., 2010). Además, el agotamiento de la microglia resultó en una reducción significativa de la formación de la columna vertebral inducida por el aprendizaje motor, y la eliminación selectiva del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) en la microglia recapituló los efectos del agotamiento microglial (Parkhurst et al., 2013).

MANIFESTACIÓN ESPACIAL DE LA DINÁMICA DE LA COLUMNA

Las imágenes estructurales de las espinas han sugerido que la aparición y desaparición de las espinas no son uniformes ni aleatorias a lo largo de las dendritas, sino que se producen en “puntos calientes” espacialmente selectivos. En la corteza motora del ratón, se forman nuevas espinas durante el entrenamiento repetido con la misma tarea motora. tienden a agruparse. Además, la adición de la segunda espina nueva en el grupo se asocia a menudo con la ampliación de la primera espina nueva. En contraste, las espinas formadas durante la ejecución en tándem de diferentes tareas motoras o durante el enriquecimiento motor no se agrupan (Fu et al., 2012). Tomadas en conjunto, estas observaciones sugieren que se requiere la reactivación repetida de la primera espina nueva para el surgimiento agrupado de la segunda espina nueva. Se ha observado una selectividad espacial similar de la dinámica de la columna vertebral en el paradigma del condicionamiento del miedo: una columna eliminada durante el acondicionamiento del miedo generalmente se reemplaza por una columna vertebral en su vecindad (dentro de 2 μm) durante la extinción del miedo (Lai et al., 2012). Curiosamente, la dinámica de la columna vertebral también está influenciada por la dinámica de las sinapsis inhibitorias. La privación monocular aumenta significativamente la dinámica coordinada de las espinas y las sinapsis inhibitorias cercanas en la capa 2 / 3 neuronas piramidales (Chen et al., 2012). Estos hallazgos apoyan el modelo de plasticidad agrupada, que postula que las sinapsis agrupadas tienen más probabilidades de participar en la codificación de la misma información que las sinapsis dispersas en todo el árbol dendrítico (Govindarajan et al., 2006).

Combinando in vivo un registro reciente de parches celulares e imágenes de calcio de una sola espina, un trabajo reciente ha demostrado que las espinas sintonizadas para diferentes frecuencias pico se intercalan a lo largo de las dendritas de las neuronas piramidales en la corteza auditiva del ratón (Chen et al., 2011). Este hallazgo plantea una pregunta interesante: ¿las espinas nuevas agrupadas corresponden a entradas con características similares o diferentes (por ejemplo, patrones de actividad, propiedades de ajuste)? Para abordar esta pregunta, será necesario tomar muestras de espinas en un área amplia del eje dendrítico, identificar los “puntos calientes” de remodelación de la columna y combinar la imagen estructural de las espinas con la imagen funcional en tiempo real. Dichos experimentos no solo ayudarán a dilucidar los mecanismos celulares de remodelación de la espina que dependen de la actividad, sino que también brindarán pistas sobre la representación de la información y el almacenamiento en las neuronas.

DIRECCIONES FUTURAS

En este artículo, hemos revisado investigaciones recientes sobre la dinámica de las espinas dendríticas en el cerebro vivo. Aunque estos estudios han mejorado significativamente nuestra comprensión de cómo las dinámicas de la columna vertebral se alteran temporal y espacialmente, muchas preguntas permanecen en varios frentes. Por ejemplo, ¿hay marcadores moleculares que distinguen espinas estables de espinas recién formadas y espinas que deben eliminarse? ¿Se mantiene el número total de espinas a través de un mecanismo homeostático, de modo que la dendrita pueda sostener la demanda metabólica de la transmisión sináptica? ¿El agrupamiento de nuevas espinas refleja los cambios en la fuerza de las conexiones existentes con el mismo axón (mientras se mantiene la misma topología de red), o indica el establecimiento de conexiones adicionales con los axones previamente desconectados cerca? Vale la pena señalar que todos los trabajos discutidos anteriormente se han centrado en el lado postsináptico, que es solo la mitad de la historia. El otro determinante principal de la distribución y dinámica de la columna vertebral se encuentra en el lado presináptico: la identidad y la geometría de los axones presinápticos y la disponibilidad de botones axonales. Conocer dicha información presináptica es crucial para resolver muchas de las preguntas que surgen de las observaciones de la dinámica de la columna vertebral. Sin embargo, la identificación del compañero presináptico de una espina dendrítica con imágenes sigue siendo un desafío técnico, ya que el axón presináptico puede originarse a partir de una gran cantidad de fuentes, y generalmente se mezcla con muchos otros procesos axonales. Además, aún queda mucho por aprender acerca de la secuencia de remodelación estructural que se produce en el sitio de contacto entre el bouton axonal y la columna vertebral, y cómo dicha secuencia se asocia con la formación y eliminación de sinapsis. Las imágenes simultáneas de los boutons axonales y sus espinas asociadas en el contexto de la manipulación conductual proporcionarán abundante información para abordar esta pregunta. Exámenes ultraestructurales retrospectivos como microscopía electrónica (Knott et al., 2009) y tomografía de matriz (Micheva y Smith, 2007; Micheva et al., 2010) también puede complementar in vivo imágenes para validar la presencia de sinapsis y para revelar huellas moleculares de estructuras con imágenes.

Una de las cuestiones fundamentales en neurociencia es la secuencia temporal y los reordenamientos espacialmente selectivos de las conexiones neuronales, y cómo estos cambios contribuyen colectivamente a las alteraciones de la conducta como resultado de las experiencias. El avance en las técnicas de imagen, junto con el desarrollo en electrofisiología, genética molecular y optogenética, ayudará a revelar el plano de los circuitos neuronales a nivel microscópico, así como los mecanismos de codificación, integración y almacenamiento de información en el cerebro.

CONTRIBUCIONES DE AUTOR

Chia-Chien Chen hizo la figura. Chia-Chien Chen, Ju Lu y Yi Zuo escribieron el manuscrito.

Declaracion de conflicto de interes

Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera interpretarse como un posible conflicto de intereses.

AGRADECIMIENTOS

Referencias