Plasticidad central inducida por desaferentización en otros sistemas sensoriales

SISTEMA VISUAL

Uno de los sistemas que más ha permitido conocer la plasticidad cortical ha sido el sistema visual. Se han escrito volúmenes enteros sobre plasticidad inducida por privación sensorial en este sistema, cuyo resumen sería siempre una infravaloración y explicarlos en profundidad sobrepasaría los límites de esta Tesis (para una revisión actualizada sobre el tema ver Gilbert and Li, 2012). Aquí, exponemos brevemente sólo algunos de los hallazgos más interesantes desde el punto de vista anatomofuncional.

Estudios pioneros en este sistema llevaron a establecer que las propiedades de los campos receptivos dependen de la experiencia (Wiesel and Hubel, 1965), que las vías aferentes compiten para los territorios corticales durante el desarrollo (Hubel et al., 1977), y que la plasticidad exhibe un período crítico, donde los cambios son más drásticos que en la edad adulta (Hubel and Wiesel, 1970). Desde los trabajos clásicos de Hubel and Wiesel en la década de los 70s, donde demostraron la influencia de la experiencia visual sobre las columnas de dominancia ocular (Hubel and Wiesel, 1962), muchos estudios han tratado de determinar cómo la experiencia modeliza la arquitectura y conectividad neuronal para determinar los cambios en su fisiología y comportamiento. El papel de la experiencia visual se ha estudiado típicamente manteniendo en oscuridad a los animales, o deprivando uno (deprivación monocular, DM) o ambos (deprivación binocular) ojos. Los primeros estudios que demostraron cambios plásticos estructurales fueron llevados a cabo por Valverde y Ruiz Marcos. Estos autores demostraron cómo la densidad de espinas dendríticas de las neuronas piramidales de la capa cortical V de corteza visual primaria (V1) disminuía por una falta de estimulación sensorial en la vía intacta (Ruiz-Marcos and Valverde, 1969; Ruiz-Marcos and Valverde, 1970; Valverde and Ruiz-Marcos, 1969). Más recientemente se ha demostrado una pérdida rápida y significativa de espinas en las dendritas apical y basal de las neuronas piramidales de capa III de V1 tan sólo 4 días desde la DM en ratón (Mataga et al., 2004). La DM en rata también causa una pérdida de espinas así como cambios en la morfología de las dendritas basales en las células de capa III (Wallace and Bear, 2004).

Usando registros crónicos in vivo y potenciales visuales evocados, se ha demostrado cómo la DM durante un período de 5 días causa alteraciones en la dominancia ocular en animales de edad avanzada, hasta en P90. Estos cambios podrían deberse a la potenciación del ojo no lesionado. El periodo de deprivación es importante porque la potenciación de las llegadas desde el ojo abierto ocurre más lentamente que la depresión de las del ojo cerrado (Frenkel and Bear, 2004). Como en todos los sistemas sensoriales, la plasticidad en el sistema visual adulto no niega la existencia de cambios más drásticos durante el período crítico. De hecho, en V1 los cambios en la dominancia ocular en respuesta a la DM hasta P23 son más significativos que los detectados a partir de P30 (Sawtell et al., 2003). La diferencia entre la plasticidad visual en el período crítico y en la edad adulta (como ocurre en prácticamente todos los sistemas sensoriales) es que en desarrollo los cambios no sólo se deben a la potenciación de las aferencias del ojo abierto, sino que dependen críticamente de la depresión de aquellas que vienen del ojo cerrado. Sólo las alteraciones en la entrada visual durante el período crítico pueden llevar a una disminución en la respuesta cuando el ojo es re-abierto (revisado en Fox and Wong, 2005).

SISTEMA AUDITIVO

El estudio de la plasticidad en el sistema auditivo resulta especialmente interesante puesto que, en la actualidad, las únicas neuroprótesis realmente funcionales son las cocleares. Desde principios de 1980s, muchas investigaciones se centran en los efectos de la privación auditiva sobre la estructura y función de los núcleos centrales. Una característica común a todos los sistemas es que el hecho de que el SNC adulto sea plástico no significa que exista un período crítico en el desarrollo donde las consecuencias de la privación sensorial son más pronunciadas. Esto también ocurre en el sistema auditivo (Hardie and Shepherd, 1999; Nordeen et al., 1983). En la mayoría de estudios, la privación se origina por lesión en la cóclea (química o mecánica), tanto en edad temprana como en animales adultos. La desaferentización produce una cascada de eventos patológicos y atróficos que se inician en el órgano periférico (Terayama et al., 1977), siguen con la degeneración retrógrada del nervio auditivo (Irving et al., 2013; Otte et al., 1978) y alcanzan los núcleos del sistema auditivo central (para una revisión extensa, ver Shepherd and Hardie, 2001).

No todos los cambios en las propiedades de respuesta y organización neural detectados tras la alteración de la entrada periférica reflejan remodelamientos plásticos. Algunos cambios son consecuencia directa o pasiva de la desaferentización. Por ejemplo, la destrucción de las células pilosas externas provoca cambios inmediatos en la sintonización de las frecuencias en las fibras del nervio auditivo. Estos cambios son una consecuencia directa de la eliminación del amplificador coclear, más que una reorganización activa (Fettiplace and Hackney, 2006). Los fenómenos plásticos implican siempre algún tipo de modificación dinámica o activa de las propiedades neurales, que se dispara por los cambios en la entrada periférica. Una lesión mecánica que daña la región basal de la cóclea elimina la salida de la cóclea por encima de un rango restringido de altas frecuencias, produciendo sordera en el oído para estas frecuencias. Si se examina la corteza auditiva primaria (AI) contralateral algunas semanas después de la lesión, la región correspondiente a las altas frecuencias no está silente, sino que ha sido ocupada por una expansión de las representaciones de las frecuencias adyacentes perilesionales (Irvine et al., 2006). Este tipo de plasticidad en AI también se ha observado en el principal núcleo talámico auditivo (la división ventral del núcleo geniculado medial) tras lesiones mecánicas cocleares unilaterales en gato adulto (Kamke et al., 2003).