Investigación
Demuestran que la arquitectura sináptica de los circuitos sensoriales cambia según el área de la corteza cerebral
Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) han medido y comparado la estructura microscópica de las sinapsis mediante las cuales las neuronas corticales reciben información sensorial —como tacto, temperatura y dolor— en tres áreas distintas de la corteza cerebral. Los resultados, publicados en The Journal of Neuroscience aportan claves fundamentales para comprender cómo procesa la información la corteza cerebral y para desarrollar modelos computacionales más realistas de su funcionamiento.
Reconstrucción tridimensional de axones talamocorticales obtenida mediante microscopía electrónica FIB-SEM. Las sinapsis con neuronas corticales se muestran en rojo y las mitocondrias en rosa. Las espinas dendríticas aparecen en amarillo o verde según contacten en regiones varicosas o no varicosas del axón. A la derecha, secciones ultrafinas de contactos sinápticos donde se observan vesículas de neurotransmisor y mitocondrias en el interior del axón / UAM
Un equipo de neurocientíficos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) ha descrito por primera vez la estructura sináptica de los axones talamocorticales en el área somatosensorial secundaria (S2) de la corteza cerebral del ratón adulto. Además, el trabajo compara estas características con las observadas previamente por el mismo grupo en el área somatosensorial primaria (S1) y en el área motora (M1).
Las neuronas se comunican entre sí mediante señales eléctricas que se transmiten a través de puntos especializados de conexión denominados sinapsis. La microestructura de estas uniones proporciona información clave sobre su eficacia eléctrica y sobre su papel como filtros dinámicos durante la transmisión de señales. En particular, las sinapsis de los axones talamocorticales constituyen la principal puerta de entrada de la información sensorial a la corteza cerebral.
El estudio, publicado en Journal of Neuroscience, demuestra que los axones procedentes del tálamo establecen conexiones diferentes en función del área cortical y de la capa celular que inervan. Para llegar a estas conclusiones, los investigadores combinaron técnicas de marcado selectivo de axones con microscopía electrónica de última generación. Este enfoque permitió resolver la estructura sináptica a escala nanométrica y realizar mediciones tridimensionales precisas del volumen de las mitocondrias, la forma y el área de las sinapsis, así como de sus espinas dendríticas.
Además, el trabajo analiza por primera vez el número y la organización tridimensional de las vesículas de neurotransmisor en estas sinapsis. Los resultados ofrecen una posible explicación del impacto desproporcionado que las señales talámicas ejercen sobre la actividad de la corteza sensorial.
Implicaciones en la conectividad cerebral y los modelos computacionales
La similitud inesperada entre las proyecciones dirigidas a las áreas somatosensoriales primaria y secundaria refuerza la hipótesis de que ambas se sitúan en un mismo nivel jerárquico de procesamiento. Este hallazgo plantea nuevas preguntas sobre el tipo de información que llega al área S2 y su papel funcional en la percepción sensorial.
Asimismo, los autores detectaron una abundancia sorprendente de sinapsis estructuralmente inmaduras en animales adultos en esta región cortical, lo que podría estar relacionado con una elevada capacidad de plasticidad neuronal asociada a los procesos de aprendizaje.
Las sinapsis talamocorticales constituyen un nodo clave en los modelos biofísicos y computacionales que tratan de explicar las arquitecturas neuronales responsables de la percepción sensorial y el aprendizaje. Disponer de datos cuantitativos precisos sobre su estructura resulta esencial para ajustar las ecuaciones de estos modelos. Sin embargo, este tipo de información solo puede obtenerse mediante técnicas avanzadas de microscopía electrónica tridimensional y un análisis estadístico detallado.
Desarrollado a lo largo de cuatro años, el estudio ha sido realizado por Pablo Martín-Correa, doctorando en Neurociencia, los investigadores postdoctorales Mario Rubio-Teves y Javier Rodríguez-Moreno, y los profesores César Porrero y Francisco Clascá, del Departamento de Anatomía, Histología y Neurociencia de la UAM, en colaboración con científicos del Jülich Research Center–Fundación Humboldt, en Alemania.
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Referencia bibliográfica:
Hilgetag CC, Lübke, JHR, Clascá F. (2025) Pathway-specific ultrastructure of thalamocortical synapses in mouse somatosensory area S2. J. Neurosci. 45 (50). https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1212-25.2025
Más información: UAM Gazette