Efecto de la ablación cortical auditiva sobre la actividad troncoencefálica y la regulación de la vía eferente olivo-coclear de la rata

Resumen

[ES] INTRODUCCIÓN La actividad de las fibras de las neuronas ganglionares de tipo I en la cóclea puede ser regulada a nivel central a través del haz olivococlear lateral y el medial. Las neuronas que originan el haz olivococlear lateral se encuentran en la oliva superior lateral y la región periolivar, y proyectan fundamentalmente al área de las células ciliadas internas (CCI) del lado ipsolateral, donde regulan la sensibilidad del nervio al glutamato liberado por las CCI. Sin embargo, las neuronas del haz olivococlear medial, se encuentran en el núcleo ventral del cuerpo trapezoide y proyectan fundamentalmente a las células ciliadas externas (CCE) de la cóclea contralateral, regulando sus propiedades electromotrices y su contribución a la ganancia coclear (Raphael y Altschuler 2003; Guinan 2006). Estudios anatómicos recientes han demostrado que la corteza auditiva (CA) tiene conexiones directas con las neuronas olivococleares mediales (Mulders y Robertson, 2000). Trazadores anterógrados inyectados en la corteza también han mostrado campos terminales en la oliva superior lateral y la región periolivar, donde se localizan las neuronas olvicocleares laterales. Estos estudios, y el presumible carácter excitatorio de la corteza auditiva (Feliciano y Potasher, 1995), sugieren que la corteza puede activar a las neuronas olivococleares mediales y laterales, y con ellas, sus circuitos a la cóclea. El efecto fisiológico del control descendente de CA sobre las respuestas de la cóclea ha sido analizado previamente en experimentos tanto de estimulación como de inhibición de la corteza auditiva (Xiao and Suga, 2002; Perrot y cols., 2006, León y cols., 2012). En este trabajo se pretendió profundizar en el efecto del control descendente de la corteza sobre la cóclea y los núcleos de la vía auditiva baja, mediante la comparación de los cambios que se producen en los umbrales, amplitud y latencia de las ondas de los potenciales evocados del tronco del encéfalo (ABRs) tras lesiones unilaterales o bilaterales de CA. Debido a que estudios previos del laboratorio demostraron cambios reversibles en el tiempo en la inmunoreactividad para la proteína c-fos, calretinina y la expresión de varios genes en el colículo inferior (Clarkson y cols, 2010a, b, c y 2012), en este trabajo se exploró el efecto de las lesiones corticales a distintos tiempos post lesión (pl.) para examinar la existencia de posibles fenómenos de reparación o compensación tras la deprivación cortical. Otro objetivo del trabajo fue analizar los cambios que la ablación cortical unilateral produce sobre la expresión génica del receptor auditivo mediante el estudio, por qPCR, de la expresión de genes relacionados con la neurotransmisión del glutamato (glutamato deshidrogenasa -glud1, y las subunidades Glua2, GLuA3 y GluA4 de los receptores AMPA de glutamato), genes relacionados con la inhibición por GABA y genes relacionados con la regulación del sistema olivococlear eferente sobre la cóclea, tanto lateral (receptores D1 y D2 de dopamina y ¿7 de acetilcolina) como medial (prestina y la subunidad ¿10 del receptor de acetilcolina). RESULTADOS Los cambios en los potenciales evocados de latencia corta encontrados en este estudio, variaron con arreglo al tipo de lesión practicado en el cortex (unilateral o bilateral), y al tiempo de supervivencia pl. al que se realizaron los registros. De acuerdo a esto, exclusivamente las lesiones bilaterales provocaron un aumento significativo de los umbrales de los ABRs a 1 y 7 días pl. Las amplitudes de las ondas disminuyeron significativamente a 1 y 7 días tras lesiones bilaterales, mientras que el descenso de amplitudes en los animales lesionados unilateralmente, sólo se produjo en el día 1 pl., y exclusivamente tras estimulación del oído ipsolateral a la lesión. Finalmente, a corto plazo pl. no se encontraron cambios en las latencias de los registros procedentes tanto de los animales lesionados bilateralmente, como de los lesionados unilateralmente, a excepción de un aumento en la latencia de las ondas I-II en el oído ipsolateral a la lesión. No obstante, se observó un acortamiento en las latencias a 15 y 30 días pl. en los registros de los animales lesionados bilateralmente. A 1 día pl., las lesiones unilaterales de la corteza auditiva produjeron en la cóclea ipsolateral un descenso en la expresión del gen glud1 y un aumento en la subunidad GluA2. Sin embargo, a este tiempo pl. la cóclea contralateral mostró un aumento en la expresión de glud1 y de GluA3, y un descenso en la de GluA2. A 1 y 7 días pl., la expresión de los genes relacionados con la inhibición por GABA y la regulación del sistema olivococlear lateral, aumentó tanto en la cóclea ipsolateral como en la contralateral a la lesión. Sin embargo, 15 días después de la lesión, la expresión de todos estos genes regresó a valores similares a los del control, a excepción de los genes glud1 y drd2, que mostraron un aumento en las cócleas de ambos lados. Finalmente, la expresión de los genes relacionados con la regulación del sistema olivococlear medial aumentó a largo plazo pl. tanto en la cóclea ipsolateral, como en la contralateral a la lesión. DISCUSIÓN Amplitudes de las ondas y umbrales La disminución en la actividad evocada observada un día después de la ablación cortical, se debe al efecto de la degeneración de la proyección descendente, potencialmente excitadora (Feliciano y Potashner, 1995), sobre las neuronas del sistema eferente olivococlear. El descenso de amplitud de la onda I en el día 1 pl., representa una caída en la actividad eléctrica del nervio, por lo cual es posible plantear que en condiciones fisiológicas la CA produce un efecto de ganancia positiva sobre la respuesta tanto de la cóclea como del nervio. El aumento de umbrales observado en este mismo tiempo pl., apoya esta idea y puede correlacionarse con un efecto de disminución de la amplificación coclear. Estudios previos han demostrado que la lesión del nervio auditivo produce la atenuación o desaparición de las ondas II a IV del ABR del lado ipsolateral a la lesión (Rosahl y cols., 2000; Chen y Chen, 1991). Sobre esta base, los descensos de actividad de los ABRs que hemos detectado a corto plazo en estas mismas ondas, pueden correlacionarse con la menor actividad del nervio auditivo (onda I del ABR). Los resultados de Rosahl y cols. (2000) y Chen y Chen (1991) sugieren además que las ondas II, III y IV del espectrograma evocado corresponden a la actividad de las regiones donde se encuentran respectivamente los núcleos cocleares, el complejo olivar superior y el lemnisco lateral. Por ello, el descenso de actividad de estas ondas observado por nosotros podría ser también la consecuencia de la pérdida de las conexiones descendentes sobre estos núcleos del puente (Feliciano y cols., 1995; Coomes y Schofield, 2004; Schofield y Coomes, 2005). El estudio de las lesiones unilaterales de CA, mostró diferencias en el lado ipso- y contralateral a la lesión. Estos resultados están de acuerdo con la pérdida de un mayor número de conexiones en un lado respecto al otro debido a que la proyección corticopontina contiene una mayor densidad de proyecciones no cruzadas (Feliciano y cols., 1995; Doucet y cols., 2002 y 2003; Coomes y Schofield, 2004; Schofield y Coomes, 2005). Latencias de las ondas Estudios previos han demostrado que la activación de las fibras olivococleares mediales produce un acortamiento en las latencias de las emisiones otoacústicas (Berlin y cols., 1993; Giraud y cols., 1996 y 1997; Francis y Guinan, 2010). Este acortamiento se ha considerado como el efecto de una caída de la sintonía neural del receptor a consecuencia del ensanchamiento de los filtros cocleares, inducida por una modificación de la actividad del haz olivococlear medial sobre las CCE. Basándonos en estas ideas planteamos que una peor sintonía neural de la cóclea provocada por la alteración del filtrado coclear, puede inducir un procesamiento más rápido de las señales, y, en consecuencia, provocar un acortamiento de latencias. De acuerdo a ello, nuestros datos sobre latencias de las ondas a largo plazo, sugieren una actividad alterada de las neuronas del sistema eferente medial sobre la amplificación coclear. Expresión y regulación génica en la cóclea Dado que las conexiones descendentes son excitatorias (Feliciano y Potashner, 1995), la lesión de un lado de CA debe provocar un descenso neto de la activación de las neuronas olivococleares mediales ipsolaterales, lo que repercute, en mayor medida, por la predominancia de la proyección del haz medial (Brown y cols., 2013) sobre el oído contralateral a la lesión. La degeneración de las conexiones excitatorias desde la corteza sobre las neuronas olivococleares, generaría una alteración en la amplificación coclear en el lado contralateral (por descenso de la inhibición del haz olivococlear medial) y una mayor liberación de glutamato por las CCI, lo que justificaría el aumento en la expresión de glud1 observado por nosotros en el lado contralateral a la lesión. Por el contrario, la cóclea ipsolateral, que muestra un aumento en glud1, recibe la mayor parte de sus aferencias olivococleares mediales de las neuronas del lado contralateral a la lesión, que mantiene intactas sus conexiones descendentes desde la corteza. Por ello, el descenso en la regulación de glud1 en el lado ipsolateral podría ser causado por una mayor actividad de las neuronas olivococleares mediales del lado contralateral intacto y, en consecuencia, a un mayor efecto inhibitorio sobre las CCE. Sin embargo, la deaferentación unilateral provoca también cambios en la expresión de los genes regulados por el haz olivococlear lateral. A pesar de que no se ha demostrado el contacto directo entre la proyección corticofuga y las neuronas olivococleares laterales, hay evidencias previas que sugieren un control descendente de la actividad de las neuronas olivococleares laterales (Coomes y Shofield, 2004; Groff y Liberman, 2003). Dada la predominancia ipsolateral de la proyección olivococlear lateral (Brown y cols., 2013), este haz podría explicar también el descenso observado tanto en la expresión de glud1 como en la onda I de los potenciales evocados en el lado ipsolateral a la lesión. Tras lesión cortical, los cambios en la neurotransmisión excitatoria también afectan a la expresión génica de GluA2 y GluA3. In vitro se ha demostrado que el bloqueo prolongado de la actividad de glutamato produce un fenómeno de scaling que favorece la aparición de receptores AMPA carentes de la subunidad GluA2 y una mayor cantidad de GluA1 en el elemento post sináptico (Sutton y cols., 2006; Ju y cols., 2004). In vivo, la pérdida de actividad en el receptor auditivo produce un aumento en la expresión de la subunidad GluA3 en los núcleos cocleares (Rubio, 2006; Witting y cols., 2006; Wang y cols., 2011). A la vista de estos trabajos, los cambios detectados en la expresión de los genes de los receptores post sinápticos en nuestro estudio, podrían interpretarse como una respuesta al descenso de la actividad de las neuronas olivococleares, como un cambio en la actividad del receptor auditivo o como ambas cosas a la vez. Cambios a largo plazo Quince días pl., los cambios observados tanto en los potenciales evocados como en la expresión de los genes relacionados con la regulación del sistema eferente lateral (salvo el receptor D2), la neurotransmisión del glutamato (salvo glud1) y la inhibición por GABA presentan valores similares a la condición pre lesión. Estos datos están de acuerdo con fenómenos de compensación o auto reparación tanto en la cóclea como a nivel central. Esta recuperación coincide a los 15 días pl. con un aumento en la expresión de los genes relacionados con la regulación del sistema olivococlear medial. Estudios previos han asociado la proteína Prestina con la actividad micromecánica de las CCE, la sintonización neural de la cóclea y la amplificación coclear (Zheng y cols., 2000; Liberman y cols, 2002; Mellado Lagarde y cols., 2008). El aumento en la expresión de prestina observado por nosotros podría estar de acuerdo con una alteración en la amplificación coclear. Estos resultados concuerdan también con la hipótesis de una modificación en la sintonía neural y la amplificación coclear planteada por nosotros para justificar el acortamiento de latencias en los registros de ABRs obtenidos 15 días pl., y hace pensar en la micromecánica coclear como el origen más probable de la recuperación a largo plazo. Sin embargo, será necesario realizar experimentos específicos para confirmar esta hipótesis.