Showing papers by "Francisco Aboitiz published in 2010"

Effect of the environment on the dendritic morphology of the rat auditory cortex.

Abstract: The present study aimed to identify morphological correlates of environment-induced changes at excitatory synapses of the primary auditory cortex (A1). We used the Golgi-Cox stain technique to compare pyramidal cells dendritic properties of Sprague-Dawley rats exposed to different environmental manipulations. Sholl analysis, dendritic length measures, and spine density counts were used to monitor the effects of sensory deafness and an auditory version of environmental enrichment (EE). We found that deafness decreased apical dendritic length leaving basal dendritic length unchanged, whereas EE selectively increased basal dendritic length without changing apical dendritic length. On the contrary, deafness decreased while EE increased spine density in both basal and apical dendrites of A1 Layer 2/3 (LII/III) neurons. To determine whether stress contributed to the observed morphological changes in A1, we studied neural morphology in a restraint-induced model that lacked behaviorally relevant acoustic cues. We found that stress selectively decreased apical dendritic length in the auditory but not in the visual primary cortex. Similar to the acoustic manipulation, stress-induced changes in dendritic length possessed a layer-specific pattern displaying LII/III neurons from stressed animals with normal apical dendrites but shorter basal dendrites, while infragranular neurons (Layers V and VI) displayed shorter apical dendrites but normal basal dendrites. The same treatment did not induce similar changes in the visual cortex, demonstrating that the auditory cortex is an exquisitely sensitive target of neocortical plasticity, and that prolonged exposure to different acoustic as well as emotional environmental manipulation may produce specific changes in dendritic shape and spine density.

The Phonological Loop: A Key Innovation in Human Evolution

Abstract: The phonological loop—here referred to as a specialized auditory‐vocal sensorimotor circuit connecting posterior temporal areas with the inferior parietal lobe (Brodmann’s areas 40 and 39) and the ventrolateral prefrontal cortex (Broca’s region, Brodmann’s areas 44 and 45)—is proposed to have been a fundamental element associated with the origin of vocal language in human evolution. This circuit derives from auditory prefrontal networks that preexist in the nonhuman primate but that acquired an unprecedented development in the human brain. The phonological loop overlaps and possibly coevolved with a more ancient circuit involved in hand manipulation and gesture coding (the parieto‐frontal mirror neuron network) and is complementary to a “ventral” auditory circuit connecting the anterior temporal region with anterior Broca’s area (area 45) via the extreme capsule. The development of the phonological loop produced a significant increase in short‐term memory capacity for voluntary vocalizations, which facili...

Modelos neurocognitivos para el trastorno por déficit de atención/hiperactividad y sus implicaciones en el reconocimiento de endofenotipos

Abstract: Introduccion. La identificacion de variantes genicas relacionadas con el trastorno por deficit de atencion/hiperactividad (TDAH) ha sido dificil hasta el momento. Algunos autores sugieren que el poder estadistico de los estudios de asociacion geneticomolecular podria aumentarse si se abandona el diagnostico clinico de enfermedad como definicion de caso y se adoptan en su reemplazo marcadores biologicos de riesgo, conceptualmente mas cercanos a las vias fisiopatologicas de susceptibilidad genica. Dichos marcadores, llamados genericamente �endofenotipos�, han atraido considerable interes en la comunidad cientifica. La identificacion de endofenotipos debe estar fundada en los modelos etiologicos mas aceptados para el TDAH. Objetivo. Revisar las caracteristicas de los modelos neurocognitivos propuestos para el TDAH y sus implicaciones en la busqueda de endofenotipos. Desarrollo. Se discute la evolucion de los modelos neurocognitivos para el TDAH, desde modelos simples basados en vias etiopatogenicas unicas hasta los actuales modelos complejos que plantean dos o mas vias paralelas. Asimismo, se describe el sistema estriadotalamocortical, sustrato anatomico comun para los modelos actuales de TDAH. Conclusiones. El sistema estriadotalamocortical se reconoce como el sustrato anatomico y funcional de los modelos neurocognitivos postulados para el TDAH. En este contexto, cualquier marcador electrofisiologico, conductual, bioquimico o anatomico asociado a las funciones comandadas por dicho sistema (principalmente funciones ejecutivas y/o sistema de evaluacion de la recompensa) podria constituir un eventual endofenotipo. Es de especial interes explorar aquellas caracteristicas potencialmente capaces de �disecar� vias etiopatogenicas redundantes o paralelas, como es el caso de los marcadores electrofisiologicos o las neuroimagenes. Las caracteristicas psicometricas del marcador deben permitir su cuantificacion sensible, especifica y reproducible.

Densidad Neuronal en la Corteza Visual Primaria (Área 17), en Dos Especies de Octodon

Abstract: Estudios experimentales demuestran que modificaciones medioambientales pueden producir alteraciones en el desarrollo normal de la corteza cerebral visual y sus conexiones. Por otra parte, es posible que en condiciones naturales, las especies animales hayan desarrollado adaptaciones geneticas a las distintas condiciones de luminosidad en que realizan su actividad. Recientemente, se han observado variaciones significativas en la densidad neuronal cortical del area 17 (area visual primaria), en roedores silvestres con diferentes periodos diarios de actividad y relacion filogenetica distante (Abrothrix olivaceus y Phyllotis darwini), pero aun no se ha determinado la naturaleza genetica o plastica de dichas diferencias. En este trabajo se compararon especies con una mayor cercania filogenetica, para disminuir al maximo la variable taxonomica. Se estudio la corteza visual primaria (area 17), de roedores silvestres nativos, de las especies Octodon degus (n=5) y Octodon bridgesi (n=3), pertenecientes a la Familia Octodontidae, con el proposito de evidenciar cambios a traves de la medicion de la densidad neuronal, mediante la tecnica del disector optico, en cortes de 40 µm, incluidos en celoidina y tenidos con Nissl. Complementariamente, se realizo una cuantificacion de la densidad neuronal de la corteza motora de las especies en estudio. O. degus, que presenta un periodo de actividad diurna, evidencio una densidad neuronal menor en la corteza visual (34,32 ± 2,51 x 104 neuronas/mm3), que la observada en O. bridgesi (39,55 ± 0,64 x 104 neuronas/mm3), especie de periodo de actividad nocturna; lo cual fue estadisticamente significativo (t=3,44; p<0,05). Las diferencias encontradas se podrian relacionar con el tipo de condiciones de luminosidad en que se desenvuelven dichas especies, aunque no se puede descartar la influencia de otros factores.

A developmental approach to homology and brain evolution

Abstract: Si bien la homologia es central en las interpretaciones evolutivas, en algunos casos su determinacion ha sido causa de fuertes discusiones. Aqui propongo un enfoque evolutivo basado en la embriologia, donde las modificaciones de los programas de desarrollo son una fuente crucial de novedad evolutiva. Si bien esta propuesta no es nueva, ha sido controversial en la neurobiologia comparada. Especificamente, el origen de la neocorteza de los mamiferos es un topico altamente debatido. Sugiero una perspectiva que podria ayudar a reconciliar dos antiguas posiciones en conflicto: la neocorteza deriva ya sea del hemisferio dorsal de los reptiles y aves, o alternativamente parte de ella deriva del hemisferio lateral y es homologa a una estructura llamada cresta dorsoventricular (DVR) del cerebro de los reptiles y aves, que recibe la mayor parte de las proyecciones sensoriales. La evidencia embriologica y genetica apoya fuertemente un origen dorsal de toda la neocorteza, en tanto que la DVR deriva del hemisferio lateral. Sin embargo, las celulas filogeneticamente mas nuevas de la neocorteza y de la DVR derivan en gran parte de celulas llamadas precursores intermedios, localizados en una profunda region embrionica llamada zona subventricular (SVZ), que mantiene la proliferacion celular hasta etapas tardias del desarrollo en el hemisferio dorsal, lateral y ventral. Por lo tanto, a pesar de originarse en distintas regiones embrionicas (hemisferio lateral vs. dorsal), los nuevos elementos celulares que componen la neocorteza de mamiferos y el cerebro de las aves derivarian de la activacion de una via genetica similar, posiblemente activada por el gen Pax-6, que produce la division tardia de los precursores neuronales. Dicha via podria ser ancestral a los amniotos, reflejando homologia genetica. Esta actividad precursora se diferencio en una SVZ en forma independiente en mamiferos y aves, reclutando precursores neuronales de distintas regiones embrionicas en cada grupo para contribuir a la expansion cerebral.