Human prefrontal layer II interneurons in areas 46, 10 and 24 / Interneuronas de la lámina II en las áreas prefrontales 46, 10 y 24 del humano

Background: Prefrontal cortex (PFC) represents the highest level of integration and control of psychic and behavioral states. Several dysfunctions such as autism, hyperactivity disorders, depression, and schizophrenia have been related with alterations in the prefrontal cortex (PFC). Among the cortical layers of the PFC, layer II shows a particular vertical pattern of organization, the highest cell density and the biggest non-pyramidal/pyramidal neuronal ratio. We currently characterized the layer II cytoarchitecture in human areas 10, 24, and 46. Objective: We focused particularly on the inhibitory neurons taking into account that these cells are involved in sustained firing (SF) after stimuli disappearance. Methods: Postmortem samples from five subjects who died by causes different to central nervous system diseases were studied. Immunohistochemistry for the neuronal markers, NeuN, parvalbumin (PV), calbindin (CB), and calretinin (CR) were used. NeuN targeted the total neuronal population while the rest of the markers specifically the interneurons. Results: Cell density and soma size were statically different between areas 10, 46, 24 when using NeuN. Layer II of area 46 showed the highest cell density. Regarding interneurons, PV+-cells of area 46 showed the highest density and size, in accordance to the proposal of a dual origin of the cerebral cortex. Interhemispheric asymmetries were not identified between homologue areas. Conclusion: First, our findings suggest that layer II of area 46 exhibits the most powerful inhibitory system compared to the other prefrontal areas analyzed. This feature is not only characteristic of the PFC but also supports a particular role of layer II of area 46 in SF. Additionally, known functional asymmetries between hemispheres might not be supported by morphological asymmetries.

Antecedentes: La corteza prefrontal (CPF) representa el nivel más alto de integración y control de funciones psíquicas y comportamentales. Varias patologías como autismo, desórdenes de hiperactividad, depresión y esquizofrenia se han relacionado con alteraciones de la CPF. La lámina II de las áreas que constituyen la CPF posee un patrón de organización vertical, una alta densidad celular y la mayor proporción de neuronas no-piramidal/piramidal. Sin embargo, la distribución del componente inhibitorio en estas regiones no se ha descrito. Objetivo: En el presente estudio nos propusimos caracterizar la lámina II de las áreas 10, 24 y 46 del humano, particularmente su componente inhibitorio teniendo en mente su participación en procesos de actividad sostenida relevantes cuando desaparece el estímulo. Métodos: Se utilizaron muestras de cinco sujetos que fallecieron por causas diferentes a enfermedades del sistema nervioso. Se tomaron secciones de las áreas 10, 24 y 46 de Brodmann y se procesaron con los anticuerpos contra NeuN para determinar la población neuronal total y contra Parvalbumina (PV), Calbindina (CB) y Calretinina (CR) para analizar la población de interneuronas. Resultados: Los resultados no mostraron diferencias interhemisféricas entre las áreas. Sin embargo, las tres áreas seleccionadas son significativamente diferentes entre sí en todos los parámetros analizados. El área 46 posee la mayor densidad y tamaño de interneuronas positivas para PV. Conclusiones: La ausencia de asimetrías morfológicas no permite explicar las asimetrías funcionales. La lámina II del área 46 posee el sistema inhibitorio más poderoso. Teniendo en cuenta la arquitectura modular de las capas supragranulares, este sistema inhibitorio subyace a la actividad sostenida, eje fundamental de la memoria operativa.

Apoptosis neuronal: la diversidad de señales y de tipos celulares / Neuronal apoptosis: signal and cell diversity

La muerte celular programada es un evento fisiológico durante el desarrollo. En el encéfalo y la médula espinal, este proceso determina el número y la localización de los diferentes tipos celulares. En el sistema nervioso del adulto, la muerte celular programada o apoptosis está más restringida, pero puede jugar un papel determinante en enfermedades crónicas o agudas. Al contrario de otros tejidos en los cuales la apoptosis está documentada ampliamente desde el punto de vista morfológico, en el sistema nervioso central la evidencia en este sentido es escasa. A pesar de esto, existe consenso acerca de la activación de diferentes sistemas de señalización apoptótica. En el presente artículo se intenta resumir las principales vías de señalización apoptótica identificadas en el tejido nervioso. Considerando que las vías apoptóticas son múltiples, los tipos neuronales diversos y especializados y que la respuesta neuronal a la lesión y la supervivencia dependen del contexto de la célula en el tejido (preservación de la conectividad, integridad glial y matriz extracelular, flujo sanguíneo y disponibilidad de factores tróficos), lo que es relevante en el proceso apoptótico en un sector del cerebro puede no serlo en otro.

Programmed cell death occurs as a physiological process during development. In the brain and spinal cord this event determines the number and location of the different cell types. In adulthood, programmed cell death or apoptosis is more restricted but it may play a major role in different acute and chronic pathological entities. However, in contrast to other tissues where apoptosis has been widely documented from a morphological point of view, in the central nervous system complete anatomical evidence of apoptosis is scanty. In spite of this there is consensus about the activation of different signal systems associated to programmed cell death. In the present article we attempt to summarize the main apoptotic pathways so far identified  in nervous tissue. Considering that apoptotic pathways are multiple, the neuronal cell types are highly diverse and specialized and that neuronal response to injury and survival depends upon tissue context, (i.e., preservation of connectivity, glial integrity and cell matrix, blood supply and trophic factors availability) what is relevant for the apoptotic process in a sector of the brain may not be important in another.

Alteración de la organización laminar y de la dendroarquitectura de la corteza cerebral del humano post-trauma craneoencefalico / Changes in laminar and dendritic organization of the cerebral cortex after traumatic brain injury

Introducción: El trauma craneoencefalico (TCE)es un fenómeno heterogéneo desde el punto de vista molecular, celular y en la respuesta clínica. Se considera que esta diversidad se debe a la intensidad de la injuria primaria, eventos secundarios asociados (hipoxia, isquemia, edema, inflamación), al estado metabólico del paciente, su base genética, edad, género, etc. Para determinar la integridad anatomo-funcional de las células nerviosas es importante verificar el estado de la cito, dendroarquitectura y preservación laminar como un requisito para garantizar conectividad. Objetivo: Valorar la respuesta de las neuronas al trauma con dos marcadores neuronales selectivos sensibles a la lesión NeuN y MAP2. Materiales y métodos: Se utilizaron muestras (4 de lóbulo temporal y 2 de lóbulo frontal) de 6 pacientes que habían sufrido TCE. Las muestras se fijaron en PLP, cortadas en vibrßtomo a 50 µm, incubadas con los anticuerpos NeuN y MAP2 y procesadas con el sistema avidina-biotina. Como control se utilizó tejido humano post-mortem. Resultados: La inmunorreactividad (IR) para NeuN fue anormal en todas las muestras, con sectores que mostraron IR ligeramente alterada, otros con perdida parcial de las capas supragranulares, sobre todo la lßmina III y otros con pérdida drastica de todas las laminas. La IR para MAP2 se alteró en todas las muestras con diferentes grados de compromiso. Los procesos dendríticos fueron difíciles de seguir, especialmente los procedentes de la lßmina V, los cuales se observaron tortuosos, fragmentados y con orientación aberrante. Conclusiones: Con el propósito de conocer el estado de las neuronas después de un evento lesivo se recomienda el uso de los marcadores NeuN y MAP2 complementarios a los métodos clasicos. El presente trabajo muestra la diversidad de respuestas histopatológicas en sectores adyacentes de una misma muestra con ambos marcadores, como un indicador de los diferentes estados de neurodegeneración.

Introduction: Traumatic brain injury (TBI) is a heterogeneous phenomenon from a molecular, cellular and pathological perspective. Clinical outcome is also extremely variable. It is considered that such a diversity response to TBI is related to the primary injury intensity, associated secondary events (hypoxia, ischemia, oedema and inflammation), metabolic patient state, genetic background, age, gender, etc. After injury the histopathological outcome is variable in time and space. In order to determine the anatomofunctional integrity of nerve cells in the cerebral cortex, it is important to verify the state of the cito and dendroarchitecture and the laminar preservation as a requisite to guarantee connectivity. Objective: The aim of the present work was to evaluate the response of human cortical neurons using two selective neuronal markers, NeuN and MAP2, which recognize citoarchitecture and dendritic arrangement, respectively. Materials and methods: In the present study we utilized six tissue samples (4 temporal and 2 frontal cortices) from TBI patients. Tissues from four post-mortem human brains were used as controls. Tissue samples were fixed in PLP, cut at 50 um in a vibratome, incubated with NeuN and MAP2 and processes with the avidin/biotin complex. Results: NeuN-IR was abnormal in all samples analyzed with some sectors showing slight NeuN-IR, others with NeuN-IR partial loss in supragranular layers, especially layer IIII, and other with a drastic reduction in staining in all cortical layers. MAP2-IR was altered across sections with sectors showing different degrees of changes in the normal pattern of MAP2-IR. Dendritic processes were difficult to follow because of its discontinuity. Layer V apical dendritic processes appear tortuous and its IR was fragmented in some cases they take aberrant orientations.

Efectividad de la ivermectina en un modelo de disquinesia tardía inducida por haloperidol en ratas / Effectiveness of ivermectin in rats with haloperidol induced tardive dyskinesia

Introducción: Los síntomas extrapiramidales y en especial las disquinesias tardías, son la mayor limitante de la terapia con antipsicóticos, debido a la frecuencia de aparición durante el tratamiento y la falta de recursos para controlar estas reacciones adversas, por lo cual es necesario investigar nuevos recursos para el manejo de las disquinesias tardías. Objetivo: Evaluar el efecto de la ivermectina sobre las disquinesias tardías inducidas por haloperidol en ratas. Métodos: En un modelo de dosis única de haloperidol con ratas Sprague Dawley, se evalúo la capacidad de la ivermectina para evitar cambios en la conducta motora y la aparición de movimientos anormales. Adicionalmente, se implementó un modelo animal crónico conocido como VCM (vacuous chewing movements), donde se evaluó la frecuencia de movimientos orofaciales durante seis meses, al recibir simultaneamente haloperidol e ivermectina a dosis diferentes, comparandolo con un grupo control y otro grupo al que se le administró haloperidol. Resultados: La ivermectina no evitó los cambios inducidos por haloperidol en el comportamiento motor, ni la aparición de movimientos anormales en el modelo agudo. Tampoco modificó la frecuencia de movimientos orofaciales en el modelo de administración crónica de haloperidol. La ivermectina no indujo cambios en la conducta motora, ni la aparición de movimientos anormales en los modelos agudo y crónico. Conclusiones: Los hallazgos de este trabajo descartan a la ivermectina como candidata para el manejo de las disquinesias tardías y no permite aportar argumentos a la hipótesis GABAérgica en la fisiopatología de las disquinesias tardías. Adicionalmente, la ivermectina no induce movimientos anormales.

Introduction: Extrapiramidal symptoms and tardive dyskinesia are common problems associated with antypsychotic therapy. Basic and clinical research is warranted due to the lack of effective therapies aimed to the prevention and treatment of antipsychotic side effects. Objective: To evaluate the effect of ivermectin in rats with haloperidol induced tardive dyskinesia. Methods: The effect of ivermectin on motor behavior and abnormal movements was tested in Sprague-Dawley rats treated with a single dose of haloperidol. In addition, a chronic animal model known as VCM (vacuous chewing movements) was implemented with the objective to evaluate the effect of ivermectin on the frequency of orofacial movements during a period of six months. Results: Ivermectin does not prevent the motor behavior and frequency of abnormal movements induced by haloperidol in the acute model. Orofacial movements were not reduced with ivermectin in the chronic model. In addition, ivermectin was not associated with changes in motor behavior and abnormal movements in the acute and chronic model. Conclusions: Ivermectin is not a good candidate for the treatment of tardive dyskinesia and the results of this study do not support the GABAergic hypothesis in the physiopathology of tardive dyskinesia. Additionally, ivermectin does not induce abnormal movements.

Cambios exofocales en la isquemia cerebral focal experimental: una visión experimental y su correlato clínico / Exofocal changes in experimental focal cerebral ischemia: an experimental approach and its clinical correlation

Introducción: El cerebro es un órgano extraordinariamente dinßmico, su fisiología es sorprendente especialmente por la respuesta concertada del tejido nervioso en su conjunto ante situaciones patológicas. Estas respuestas incluyen no solo aquellas desencadenadas por la estimulación de receptores o cambios en el metabolismo celular sino los complejos cambios genéticos y las modificaciones continuas de los fenotipos celulares y la conectividad que se reflejan en el conjunto del cerebro incluyendo los procesos de neurogénesis, neuritogénesis y en general de plasticidad neuronal. Los aspectos relacionados con la neuroplasticidad han sido planteados como el fundamento de la fisiopatología de la isquemia cerebral y los fenómenos exofocales relacionados. El progreso en el entendimiento de la fisiopatología de la lesión cerebral ha requerido de la implementación de modelos experimentales contrastables que permiten evaluar los fenómenos celulares inmediatos y a largo plazo, asociar los hallazgos a la clínica y plantear posibles intervenciones farmacológicas. Objetivo: Revisar los avances en los fenómenos de plasticidad después de lesión desde el punto de vista experimental haciendo énfasis en los sectores alejados del foco de injuria.Discusión y conclusiones: En el presente trabajo se exponen los avances recientes en el entendimiento de los fenómenos de neuroplasticidad desde la óptica de un modelo experimental, así como también se exponen los hallazgos preclínicos relacionados con los fenómenos exofocales isquémicos: las alteraciones en ßreas en las cuales la isquemia no es completa, las alteraciones en areas no isquémicas ocasionadas por señales químicas o eléctricas emanadas del foco isquémico, las alteraciones de los patrones de conectividad y los cambios adaptativos en estructuras cerebrales remotas al foco. Se finaliza con un recuento de los aspectos clínicos asociados con estos cambios y las estrategias experimentales y clínicas de intervención farmacológica.

Introduction: The brain is an extraordinarily dynamic structure specially its physiology in response to pathological events. This response include several mechanisms such as changes in cell metabolism, genes expression and possible modifications in cell phenotype and in connectivity that reflect activation of processes like neurogenesis, neuritogenesis and synaptogenesis. Several aspects related with neuroplasticity has been proposed as part of the pathophysiological bases to understand brain ischemia and its exofocal phenomena. Progress in understanding of the pathophysiology of brain lesion has required the use of experimental models to evaluate cellular events that occur immediately after the lesion or later, to associate this changes with clinical observations and to propose pharmacological neuroprotection therapies.Objective: The purpose of the present work is to compile the advances in understanding of plasticity after brain lesion, mainly related with exofocal areas to a core lesion. Discussion and conclusions: The present work shows recent advances in neuroplasticity based on experimental approaches, and preclinical findings related with the exofocal ischemic phenomena: changes in areas not completely ischemic, changes in no ischemic areas affected by chemical or electrical signals, changes in the pattern of connectivity and adaptative changes in remote areas to the ischemic core. Finally, we discuss clinical aspects associated with this changes, experimental strategies and clinical pharmacological interventions.

Corteza frontoollar humana: área 10 / Human frontpolarr cortex: area 10

The frontopolar cortex, specifically area 10, has been related to complex cognitive processes such as planning, introspection, retrospective and prospective memories, and problem solving that implies simultaneous tasks. This information has been derived from functional neuroimaging. In spite of this knowledge, the cellular organization of area 10, the neurochemistry and the connection pattern has been less established. In the present work we attempt to summarize some relevant information related to anatomical, cytoarchitectural, chemoarchitectural and connectivity of area 10. We included some observations of our group derived from postmorten human tissue. This information may be important in order to establish a structural and functional correlation in the context of the organization of the human frontal lobe.

La corteza frontopolar, y en particular, el área 10, está vinculada con procesos cognitivos muy complejos como la planeación, la introspección, la memoria retrospectiva y prospectiva, la disociación de la atención y resolución de problemas que implican tareas simultáneas. Esta información se ha derivado de estudios con neuroimagenología funcional. A pesar de lo anterior, su organización celular, neuroquímica y patrón de conexiones han sido poco reconocidos. En el presente trabajo se pretende una descripción anatomo-funcional del área 10, cubriendo aspectos anatómicos, citoarquitectónicos, quimioarquitectónicos y de conectividad. Se incluyen algunas observaciones de nuestro grupo en tejido humano postmortem. La información considerada es útil para establecer una aproximación estructural y funcional de esta área en el contexto de la organización del lóbulo frontal del humano.

Neuronas inmunoreactivas a parvalbúmina y calbindina en la corteza prefrontal dorsolateral de sujetos humanos / Neurons inmunoreaction to parvalbúmine and calbindine in the bark prefrontal of human fellows

Introducción. La regiones intermedias de los giros superior y frontal medio o corteza frontal dorso lateral, correspondientes con las áreas 9,46 y 9/46 de Brodman, desempeñan un papel sustancial en la memoria operativa. Estas zonas evolucionan en su composición celular, involucrando tipos neuronales característicos, asociados con aspectos particulares del procesamiento de la información. Objetivo. Presentar algunos resultados del programa de investigación sobre corteza prefrontal realizado por el centro de estudios cerebrales de la Universidad del valle. Material y Métodos. Después de una revisión sucinta sobre la organización y función de la región prefrontal de la corteza cerebral; se realizó un estudio inmuno-histológico para las proteínas ligadoras de calcio calbindina y parvalbumina en biopsias de corteza cerebral prefrontal de 10 sujetos. Se utilizó un registro fotográfico digital de imágenes a través del microscopía de luz y en él un conteo semiautomático para las células marcadas. Se analizaron los resultados según edad, localización laminar y hemisferio cerebral (derecho-izquierdo). Resultados. Las muestras procesadas para calbindina mostraron una mayor densidad de células, en comparación con la marcadas para parvalbúmina, éstas a su vez mostraron un marcación mas uniforme. La marcación fue más regular e intensa en la capas supragranulares. Existe una mayor frecuencia de células reactivas para parvalbúmina en la región supragranular derecha y para calbindina en la infragranular derecha. Conclusiones. La región prefrontal del hemisferio cerebral derecho presenta mayor frecuencia y densidad celular que su homólogo izquierdo para las células reactivas a los dos marcadores. Esta asimetría correspondería a las diferencias en el procesamiento de información y a una mayor capacidad del hemisferio izquierdo para procesar información organizada en forma semántica

Efecto de la infección por el virus de la rabia sobre la expresión de parvoalbúmina, calbindina y calretinina en la corteza cerebral de ratones / Effect of rabies virus infection on the expression of parvalbumin, calbindin and calretinin in mouse cerebral cortex

Algunas manifestaciones clínicas de la rabia, así como los resultados de experimentos con cultivos celulares y animales de laboratorio han llevado a sugerir que el virus de la rabia afecta la neurotransmisión gabaérgica. En la corteza cerebral existen diferentes tipos de neuronas que sintetizan el neurotransmisor GABA. Éstas se pueden identificar con marcadores neuronales, entre los que se destacan tres proteínas ligadoras de calcio: la parvoalbúmina (PV), la calbindina (CB) y la calretinina (CR). El virus de la rabia se disemina a través de la corteza cerebral pero se desconocen sus posibles efectos citopáticos sobre las neuronas gabaérgicas. Para evaluar el efecto de la rabia sobre estas neuronas, se estudió mediante inmunohistoquímica la expresión de PV, CB y CR en la corteza frontal de ratones normales y ratones infectados con virus 'calle' o virus 'fijo' de la rabia. La PV se expresó en neuronas multipolares dispersas regularmente entre las capas II y VI, y en botones sinápticos que bordeaban el soma de las neuronas piramidales. La inmunorreactividad a CB se manifestó en dos franjas corticales: la primera, en las capas supragranulares II y III en neuronas con somas redondeados e inmersos en un neuropilo intensamente marcado; la segunda, en las capas infragranulares V y VI en neuronas multipolares dispersas y rodeadas por un neuropilo menos reactivo. La CR se expresó en neuronas bipolares con somas fusiformes distribuidas en las seis capas corticales, pero concentradas principalmente en las capas II y III. Hubo una característica común en las muestras infectadas con los dos tipos de virus: la inmunotinción a PV fue más intensa que en las muestras normales. La infección derivada del virus 'calle' no causó alteraciones adicionales en la expresión de las tres proteínas. En contraste, la infección con virus 'fijo' produjo una reducción notable del número de neuronas CB+, así como de la inmunorreactividad a CB en el neuropilo de la corteza frontal. Además, provocó una disminución significativa del tamaño de las neuronas CR+ en la corteza del cíngulo. Estos resultados aportan evidencia histológica en apoyo de la hipótesis según la cual las neuronas gabaérgicas son afectadas por el virus de la rabia.

Some clinical features of rabies and experimental evidence from cell culture and laboratory animals suggest impairment of gabaergic neurotransmission. Several types of gabaergic neurons occur in the cerebral cortex. They can be identified by three neuronal markers: the calcium binding proteins (CaBPs) parvalbumin (PV), calbindin (CB) and calretinin (CR). Rabies virus spreads throughout the cerebral cortex; however, rabies cytopathic effects on gabaergic neurons are unknown. The expression of calcium-binding proteins (CaBPs) parvalbumin (PV), calbindin (CB) and calretinin (CR) was studied in the frontal cortex of mice. The effect of gabaergic neurons was evaluated immunohistochemically. The distribution patterns of CaBPs in normal mice and in mice infected with 'fixed' or 'street' rabies virus were compared. PV was found in multipolar neurons located in all cortical layers except layer I, and in pericellular clusters of terminal knobs surrounding the soma of pyramidal neurons. CB-immunoreactivity was distributed in two cortical bands. One was composed of round neurons enclosed by a heavily labeled neuropil; this band corresponds to supragranular layers II and III. The other was a weakly stained band of neuropil which contained scattered multipolar CB-ir neurons; this corresponds to infragranular layers V and VI. The CR-ir neurons were bipolar fusiform cells located in all layers of cortex, but concentrated in layers II and III. A feature common to samples infected with both types of viruses was a more intense immunoreactivity to PV in contrast to normal samples. The infection with 'street' virus did not cause additional changes in the expression of CaBPs. However, the infection with 'fixed' virus produced a remarkable reduction of CB-immunoreactivity demonstrated by the loss of CB-ir neurons and low neuropil stain in the frontal cortex. In addition, the size of CR-ir neurons in the cingulate cortex was decreased.

Sistema glutamatergico II: alteraciones en isquemia, alzheimer y esquizofrenia / Glutamatergic system ( second part)

Las neuronas piramidales de la corteza cerebral utilizan ácido glutámico como neurotransmisor. Diferentes tipos de aferentes convergen sobre ellas. Al mismo tiempo, estas células dan lugar a fibras eferentes que interconectan ampliamente variados sectores de la corteza, los núcleos de la base y el tálamo. La tríada de interacciones recíprocas entre neuronas glutamatérgicas, gabaérgicas y monoaminérgicas en regiones límbicas, en la neocorteza y en centros reguladores de la función cortical, como los núcleos de la base, la sustancia negra y el tálamo, se consideran importantes en las actividades motora, cognitiva y emocional. En el presente artículo se presenta una visión actualizada del sistema glutamatérgico y sus posibles implicaciones en la isquemia, la esquizofrenia y la enfermedad de Alzheimer

Depresion postisquemia cerebral: una aproximacion fisiopatologica y clinica / Poststroke depression: a physiopathological and clinical aproximation

La depresión y otras manifestaciones emocionales pueden ser consecuencia de lesiones isquémicas cerebrales focales. La particularidad clínica, la relación con la localización de la lesión, la evolución diferencial según el hemisferio afectado y los estudios imagenológicos funcionales permiten reconocer el papel de los factores biológicos en esta patología. Datos de modelos de isquemia experimental focal, en las que se establecen cambios en los receptores de benzodiacepinas, en proteínas asociadas a los microtúbulos (MAP2) y en la proteína acídica fibrilar glial (GFAP) en sectores alejados del foco isquémico y relacionados con las estructuras límbicas, sustancia negra o sustancia gris periacueductal, permiten formular una hipótesis físiopatológica que implica los circuitos cortico-estriato-tálamo-corticales y los diferentes sistemas de modulación provenientes del tallo cerebral como: serotonina, norepinefrina, dopamina y acetilcolína. Se presenta la hipótesis del posible papel neuroprotector de los antidepresivos

Desarrollo postnatal de la corteza somatosensorial del ratón: aspectos morfológicos

En el presente trabajo se describen algunos aspectos morfológicos de la evolución de la corteza cerebral, determinada por la expresión de la proteína asociada a microtúbulos 2 (MAP-2) en diferentes etapas del desarrollo postnatal (3,5,7 y 10 días). Se describe la organización de los procesos dendríticos y se discuten los resultados a la luz de las implicaciones anatomofuncionales