Synaptic and non-synaptic propagation of slow waves and their modulation by endogenous electric fields

La corteza cerebral esta organizada en complejos circuitos de neuronas fuertemente conectadas. Durante el estado de sueno profundo, esta conectividad neuronal genera actividad sinaptica recurrente dando lugar a estados transitorios donde periodos de actividad se intercalan con periodos de silencio. Este patron de estados alternos se manifiesta como oscilacion lenta, un ritmo < 1Hz que domina toda la red durante el sueno de onda lenta y es importante para la consolidacion de la memoria, la plasticidad y la homeostasis synapticas. La oscilacion lenta se propaga como una onda a lo largo de la red, con una direccion predominante in vivo antero-posterior. Este ritmo oscilatorio a su vez genera campos electricos que son los suficientemente prominentes para ser medidos extracelularmente en un medio conductor o en la superficie del craneo. Muchos estudios han investigado los mecanismos involucrados en estas senales extracelulares que generan las poblaciones de neuronas. Ademas en los ultimos anos se ha demostrado como estos campos electricos generados por la actividad de neuronas inducen a su vez cambios en dicha actividad. Es decir, el campo electrico generado por neuronas tiene un efecto de retroalimentacion en la propia actividad neuronal. En esta tesis se explora como componentes sinapticos y no sinapticos se modulan reciprocamente durante la propagacion de onda lenta. Con este proposito, se describe el patron de propagacion de las oscilaciones lentas en la corteza cerebral. Ademas se exploran los campos electricos que genera separandolos de los componentes sinapticos para posteriormente estudiar la modulacion que ejercen sobre la oscilacion lenta cortical. El principal metodo usado en esta tesis ha sido la preparacion in vitro de corteza visual de huron. Esta preparacion genera espontaneamente oscilaciones lentas similares a las observadas durante el sueno de onda lenta y fueron registradas extracelularmente con matrices de 16 electrodos. Para separar la actividad sinaptica de la de los campos electricos se realizo un corte perpendicular a sustancia blanca que desconecto sinapticamente dos secciones de la corteza que quedaron en contacto. Los resultados obtenidos muestran como la propagacion sinaptica de la oscilacion lenta en la corteza cerebral esta determinada por la estructura del tejido, y que un patron de excitabilidad intermedio permite alcanzar la mayor regularidad espacio-temporal confirmando que la oscilacion lenta se origina por un fenomeno global de la red. Ademas, se ha observado como junto a la actividad sinaptica tambien se propagan campos electricos con deformaciones y demoras a una velocidad similar a la velocidad de propagacion sinaptica, lo que indica que la propagacion de campos electricos en el cerebro no es instantanea como resultado de la conduccion de volumen en un medio homogeneo, sino que es afectada por la inhomogeneidad del tejido cortical. Finalmente, se demuestra que los campos electricos modulan la frecuencia de la oscilacion lenta de redes independientes, lo que sugiere que mecanismos no moleculares son capaces de acoplar neuronas no conectadas sinapticamente. Este acoplamiento debe afectar el procesamiento de informacion en la corteza y plasticidad sinaptica, asi como la habilidad de los campos electricos endogenos para modular la sincronia neuronal y se puede utilizar como intervencion terapeutica para restaurar el patron de disparo alterado en enfermedades neurologicas.