La morfología y distribución de las neuronas en diferentes regiones explica las

~100 veces mayor que el LFP generado localmente en el LS por la misma entrada (Fig. 17B). Con respecto al LFP de la región CA1 ipsilateral, la potencia del componente L-M fue ~3 veces mayor, mientras que los componentes remotos del LS fueron ~2-7 veces menor, incluso siendo dominantes en el propio LS.

3.2.3. La morfología y distribución de las neuronas en diferentes regiones explica las escalas de amplitud del LFP

Los resultados anteriores indicaban que la entrada de CA3 produce LFPs de gran amplitud en la región de CA1 ipsilateral y casi imperceptibles en el LS. Debido a la ramificación axonal desde las células origen en CA3, se puede considerar que el patrón temporal de entradas excitadoras a las distintas regiones es común a todas ellas, por lo que otras variables, tales como la morfología, la topología de las aferencias o la organización espacial de dichas regiones, pueden estar jugando un papel fundamental como responsables de la discrepancia de amplitudes. La complejidad asociada al estudio experimental de dichos factores hace necesario el uso de modelos matemáticos de generación de LFP en agregados multicelulares (Makarova et al., 2011; Fernández-Ruiz et al., 2013). Para evaluar el impacto de estos factores se hizo uso del modelo de la región de CA1 desarrollado previamente (Martín-Vázquez et al., 2013), así como de un modelo del LS desarrollado para el presente estudio.

En los modelos se utilizaron neuronas tipo piramidal, que se dispusieron de forma organizada en empalizada para la región de CA1, y tipo interneurona, dispuestas de forma dispersa para el LS, manteniéndose en ambos casos la misma dirección del eje celular principal (Fig. 18A,B). Para simular una entrada común desde CA3, ambos agregados fueron excitados utilizando idénticas

67 corrientes con patrón gamma oscilante, obtenidas experimentalmente. La amplitud media del LFP en CA1 fue 26 veces mayor que el del LS, en congruencia con los datos experimentales

Figura 18. Las características cito-arquitectónicas y morfo-electrónicas de las neuronas de la región CA1 y el LS explican la diferencia en la amplitud de los LFPs. A,B) Paneles izquierdos: Modelos realistas de poblaciones neuronales de CA1 y LS. Las células piramidales de CA1 y las de tipo interneurona del LS se dispusieron ordenadas en una capa y de forma dispersa, respectivamente (los puntos naranjas indican la posición de los somas). Paneles intermedios: Se calculó el LFP en puntos que simularon un multi-registro lineal, usando entradas excitadoras con un mismo patrón de oscilación gamma en las dendritas apicales y basales (zonas activas marcadas en rojo en los esquemas de la izquierda). Paneles derechos: Representación 2D instantánea de los contornos isopotenciales en un modelo con pequeños agregados. El agrupamiento espacial de las corrientes de entrada y salida en la población altamente ordenada de CA1 genera un dipolo macroscópico fuerte, mientras que la mezcla de corrientes en las neuronas dispersas del LS produce una cancelación que genera un LFP de menor amplitud. C) Amplitud media de los LFPs de los modelos de CA1 (barra azul) y LS (barra cian) utilizando citoarquitecturas realistas (flechas) e intercambiando las citoarquitecturas entre ambas estructuras (punta de flecha). Las barras verdiblancas corresponden a simulaciones realizadas utilizando una célula imaginaria con una morfología polarizada y superficie intermedia, similar a una célula granular. D) Muestra la amplitud media del LFP para agregados de tamaño creciente (utilizando el código de colores de D). El ratio de amplitud CA1/LS se mantuvo proporcional para los distintos tamaños de los agregados utilizados (línea roja discontinua; normalizado con respecto a los valores máximos de CA1). E) Detalle de los LFPs producidos en CA1 y LS por una misma entrada. Los eventos pequeños exhiben una dinámica similar mientras que los eventos mayores difieren en la duración y fase (óvalos). Los paneles inferiores (izquierda: espectro de potencia; derecha: potencia acumulada en distintos rangos de frecuencias) muestran el incremento del contenido de altas frecuencias en los LFPs debido al escalado macroscópico de la sumación intracelular de las distintas corrientes sinápticas en las células piramidales de CA1 o tipo interneurona del LS. F) Coherencia espectral entre los LFPs producidos en los modelos de CA1 y LS para una misma entrada oscilatoria (eventos variables con una frecuencia media de 45 Hz). La superficie negra representa la coherencia estadísticamente significativa. (Tomado de Martín-Vázquez et al., 2015).

68 (Fig. 18C). También se evaluó la dependencia que tiene la amplitud del LFP con respecto al tamaño del agregado celular (Fig. 18D). El rango de amplitud media en el LS fue de 3,5 a 30 µV para volúmenes de tejido de 1 a 7 mm3_{, que resultaron muy inferiores a la amplitud}

observada experimentalmente, y que era debida a fuentes remotas. El ratio de amplitud CA1/LS fue proporcional para agregados de tamaño equivalente y densidad celular similar.

Para evaluar por separado el efecto y contribución cuantitativa de la morfología celular y el de la distribución espacial de las neuronas, se realizaron simulaciones intercambiando citoarquitecturas, esto es, modelos de células piramidales de CA1 conformando agregados dispersos, y modelos de interneuronas del LS dispuestas en empalizada. Incluso así, las células piramidales dispersas produjeron un LFP 9,5 veces mayor que las interneuronas del LS alineadas (Fig. 18D). Además, se exploraron distintas configuraciones de morfología dendrítica en las interneuronas del LS, obteniéndose LFPs de mayor y menor amplitud para distribuciones completamente axiales y radiales, respectivamente, con un ratio máximo de potencia de 7,6. Hay que tener en cuenta que las células de ambas estructuras están formadas por neuronas con una cierta morfología axial que favorece la producción de LFP. Para evaluar otros aspectos de la morfología, se diseñó una célula imaginaria con morfología dendrítica polarizada y superficie dendrítica total intermedia. En los agregados celulares conformados por dicho modelo, el mismo patrón de entrada produjo un LFP de amplitud intermedia, enfatizando así el importante papel de la morfología celular. El corolario de estos resultados es que la gran diferencia en las amplitudes de los LFPs de la región de CA1 y el LS no se debe sólo a que las células del LS inyecten una menor cantidad de corriente en el espacio extracelular debido a su menor tamaño, sino también a la configuración espacial (3D) de la población neuronal. Así, la colocalización de corrientes de una misma polaridad en las células piramidales de la región CA1 promueve la generación de LFPs de gran amplitud debido a la superposición de corrientes con la misma polaridad (Fig. 18A). En el caso de las interneuronas del LS, los dominios con corrientes de distintas polaridad se solapan, cancelándose entre ellos en el volumen y generando un LFP neto de amplitud mucho menor.

Sorprendentemente, aunque se utilizaron los mismos patrones temporales de activación oscilatoria gamma para excitar los distintos modelos celulares, los LFPs obtenidos en la región de CA1 y en el LS exhibieron diferencias temporales consistentes (Fig. 18E). Los eventos (o ciclos) individuales de las oscilaciones gamma en CA1 y el LS presentaron diferencias de duración y de fase en función de la magnitud de la entrada. Los eventos gamma de poca amplitud mostraron características similares en ambos modelos; no obstante, cuando los eventos gamma fueron de mayor amplitud exhibieron una duración menor en el LS y presentaron un desfase con respecto a los de CA1. Estas diferencias pueden deberse a las distintas dinámicas de

69 las corrientes en el interior de células de distinto tamaño y superficie (distinta constante de tiempo), que modulan la amplitud y curso temporal de las corrientes transmembrana. Estas diferencias en eventos particulares también se hicieron evidentes en las características espectrales macroscópicas del LFP. Así, las neuronas del LS produjeron LFPs con un mayor contenido relativo en altas frecuencias con respecto a las células de CA1 (Fig. 18E). Al estimar la coherencia espectral entre los LFPs de ambas estructuras se apreciaron diferencias dependiendo de la frecuencia, aunque dicho fenómeno era inestable y fuertemente dependiente de las características temporales de la entrada utilizada. Debido a la complejidad y alto número de parámetros anatómicos no se realizó ningún estudio paramétrico en este apartado. No obstante, en la Figura 18F se muestra, a modo de ejemplo, la coherencia entre las señales de ambas estructuras en un fragmento temporal en donde se aprecia una disminución en las altas frecuencias. Estos resultados sugieren que las características macroscópicas del LFP están moduladas por una distinta superposición espaciotemporal de las corrientes debidas a las características morfo-eletrotónicas de cada tipo de neurona.

3.2.4. La inactivación temporal de la región CA3 contralateral no revela la existencia de una