Citoarquitectura de la corteza cerebral

La citoarquitectura de la corteza cerebral es el estudio de la disposición y estructura de los cuerpos neuronales dentro de la sustancia gris (corteza) del cerebro.
La citoarquitectura ha permitido durante cien años, caracterizar la citología variable y los límites, de áreas corticales específicas.
Los datos son obtenidos por métodos invasivos (histología, electrocorticografía) y mediante métodos funcionales (EEG, RMN, PET, o TMS) no invasivos.

Citoarquitectura de la corteza humana: columna izquierda: corteza Visual,
columna central: corteza Motora.
Ramón y Cajal año 1899

Citología

En la corteza cerebral de los primates coexisten dos grandes grupos de neuronas: interneuronas y neuronas piramidales de proyección a larga distancia. Esta diversidad celular en la citoarquitectura, sirvió a los neuro-anatomistas para dividir la corteza en seis capas horizontales, contadas desde la superficie hasta su continuación con la sustancia blanca.

Historia

En la investigación de la arquitectura, el primer enfoque fue anatomo-clínico, se correlacionaron los síndromes clínicos neurológicos deficitarios, con la topografía de las áreas anatómicas lesionadas.^[1]​
La práctica de la citoarquitectura, implementada por la escuela de Carl Wernicke en 1880, se basaba en utilizar las distintas estructuras y organizaciones celulares en capas para definir regiones en la corteza.^[2]​
En 1899 Santiago Ramón y Cajal, publicó "Comparative study of the sensory areas of the human cortex", donde describe la citoarquitectura de V1, S1, M1.^[3]​ Empleando el método de tinción Golgi, realizó una descripción completa de la organización intrínseca de la corteza cerebral del hombre y vertebrados, mostrando la estructura y conexiones de los distintos tipos neuronales.

 

Mapa de Brodmann, en su libro de 1909.

En 1909 Korbinian Brodmann publicó: Estudios comparativos de localización en la corteza cerebral, sus Fundamentos representados en la base de su arquitectura celular, que trata sobre la localización de las distintas áreas cerebrales, de acuerdo a su estructura citoarquitectónicas.
En 1919 Cécile Mugnier y Oskar Vogt estudiaron además la corteza de los primates de laboratorio. En animales la microestructura se pudo correlacionar directamente con la función, a continuación de experimentos funcionales de estimulación eléctrica directa, los cerebros eran seccionados, teñidos y observados al microsopio.^[4]​
Esto permitió la delineación de áreas corticales funcionales, caracterizadas por un patrón cito o mielo-arquitectónico uniforme, y la definición de sus bordes donde cambia el patrón.

 

Homúnculo motor.

En 1949 Wilder Penfield descubrió que la estimulación eléctrica directa de la antigua área 4 de Brodmann en pacientes epilépticos, provocaba una rápida contracción de determinados músculos. Además, parecía existir un "mapa motor" del cuerpo humano a lo largo de la superficie de la circunvolución. Hoy día, esta área se conoce como corteza motora primaria (M1). La división en áreas cada vez más definidas también podría ser utilizada para lograr una gran precisión en la cirugía del cerebro.

El desarrollo de un mapa, preciso y de alta resolución, de la micro-arquitectura, la conectividad y la función del cerebro humano ha sido, un objetivo difícil de alcanzar por la neurociencia, debido a los problemas técnicos que inplica.^[5]​

Métodos de estudio

 

Cito-arquitectura. La columna de la derecha muestra la mielo-arquitectura de la corteza como se ve en un corte histológico con método de Golgi. Arriba está la superficie cerebral. (1911).

Algunas de las técnicas que permiten revelar la manera como los cuerpos de las neuronas se disponen formando capas (cito-arquitectura), son las tinciones histológicas, la autoradiografia del receptor, la inmunohistoquímica, la hibridación in situ y los estudios funcionales corticales.

El estudio de la parcelización de las fibras nerviosas (principalmente axones) en capas es el objeto de estudio de la mieloarquitectura (Gr. μυελός=mielos, médula + αρχιτεκτονική=arquitectura, una metodología complementaria a la citoarquitectura.

Técnica de coloración de Nissl

La técnica de coloración de Nissl es utilizada para determinar la citoarquitectura, utilizando tinción con anilinas (azul de toluidina), violeta de cresilo, tionina o rojo neutro. Estas tintas dan color a los ácidos nucleicos presentes en los "cuerpos de Nissl" (el actual retículo endoplasmático rugoso) y en los núcleos de las neuronas, revelando así patrones específicos de la citoarquitectura del cerebro. La citoarquitectura de Nissl sigue proveyendo hoy, un punto inicial o de referencia confiable para los estudios neurocientíficos.^[6]​ ^[7]​

La tinción argéntica de Golgi y sus derivadas, se utiliza porque tiñe un número limitado de neuronas en su totalidad y al azar. Se utiliza para revelar detalles extremadamente finos.

Inmunohistoquímica

 

Inmuno-histoquímica demostrando en color, las diversas capas. La Corteza se ve como semicírculo en la extrema derecha, con 200 μm de diámetro. Corteza de ratón. Microscopio confocal.

La inmunohistoquímica permite marcar un antígeno específico, dentro de la corteza cerebral. Habitualmente el antígeno es una proteína que se localiza solamente en un tipo de neurona de una capa dada de la corteza, para así poder determinar su ubicación en relación a todas las otras células. ^[8]​

La hibridación in situ, permite marcar un gen o su proteína codificada, que se encuentra solamente en un tipo de célula, dentro de una de las seis capas de la corteza.^[9]​

Autorradiografía de receptores transmisores

Esta técnica marca, con un elemento radiactivo, el lugar donde se localiza un receptor. Tiene una alta resolución espacial, lo que permite la ubicación anatómica del receptor de acetilcolina, noradrenalina, glutamato o GABA.^[8]​
En 2002 esta técnica reveló subregiones relevantes funcionalmente, dentro de muchas de las áreas corticales consideradas como homogéneas por Brodmann.^[4]​ Las áreas de función similar muestran una huella digital de receptor similar y difieren de aquellas con otras propiedades. Los patrones de distribución de receptores, reflejan una estructura organizacional correlacionada estrictamente con la arquitectura y las funciones de la corteza humana.^[10]​

Resonancia magnética 7T

La resonancia magnética 7-T tiene capacidad de resolución de la mieloarquitectura cortical local y por tanto para representar los límites de las áreas corticales.

Estructura

 

Capas de la corteza visual del mono. Representación de una columna cortical. Células piramidales a, b. Células estrelladas con espinas c, d. Células estrelladas de axón recurrente e, f, g. Células piramidales de axón recurrente h, i. Fibras sensoriales aferentes en rojo F. Teñido con método de Golgi.

La corteza cerebral de mamíferos está organizada en seis capas, denominadas con números romanos del I al VI desde la superficie a la profundidad. Estas capas están formadas por varios tipos de neuronas que poseen diferentes propiedades locales y de conectividad hacia otras estructuras del sistema nervioso.^[11]​

Las seis capas del neocórtex, descritas por Brodmann en el laboratorio de Oskar Vogt en 1909 son:^[12]​

• capa I o plexiforme externa, en contacto con la piamadre,
• capas II y III o de células piramidales pequeñas y medianas, la capa II es conocida como capa granular externa, por su reducido tamaño,
• capa IV o capa granular interna,
• capa V o de las grandes células piramidales,
• capa VI o capa de células fusiformes en contacto con la sustancia blanca.^[13]​

Capa I

es la capa molecular y contiene pocas neuronas dispersas, incluidas las neuronas de "rosa mosqueta" GABAérgicas.^[14]​ La capa 1 consiste en gran parte en extensiones de mechones dendríticos apicales de neuronas piramidales y axones orientados horizontalmente, así como células gliales.^[15]​ Durante el desarrollo, están presentes en esta capa las neuronas de Cajal-Retzius^[16]​ y las células de la capa granular subpial. También, algunas células estrelladas espinosas se pueden encontrar aquí. Se piensa que las entradas a los mechones apicales son cruciales para las interacciones de retroalimentación en la corteza cerebral involucrada en el aprendizaje y la atención asociativos. La entrada a la capa I a través del manto de la corteza cerebral, recibe una entrada sustancial de la matriz o de las células de tálamo tipo M ^[17]​ (en contraste con el núcleo o células tipo C que van a la capa IV).^[18]​

Capa II

es la capa granular externa, contiene pequeñas neuronas piramidales y numerosas neuronas estrelladas.

 

Citoarquitectura del Neocórtex visual: al centro numeración de las capas uno(I) a seis(VI) Columna izquierda: somas de neuronas marcados por la tinción de Nissl en violeta. W= sustancia blanca.

Capa III

es la capa piramidal externa, contiene neuronas piramidales predominantemente pequeñas y medianas, así como neuronas no piramidales con axones intracorticales orientados verticalmente. Las capas I a III son el objetivo principal de los aferentes corticocorticales interhemisféricos, y la capa III es la principal fuente de eferentes corticocorticales.

Capa IV

es la capa granular interna, contiene diferentes tipos de células estrelladas y piramidales, y es el objetivo principal de los aferentes tálamo corticales de las neuronas del tálamo tipo C, ^[18]​ así como aferentes corticocorticales intra-hemisféricos. Las capas superiores a la capa IV también se conocen como capas supragranulares (capas I-III), mientras que las capas inferiores se denominan capas infragranulares (capas V y VI).

Capa V

es la capa piramidal interna, contiene grandes neuronas piramidales que dan lugar a axones que abandonan el córtex y corren hacia estructuras subcorticales (como los ganglios basales). En la corteza motora primaria del lóbulo frontal, la capa V contiene células piramidales gigantes llamadas célula de Betz, cuyos axones viajan a través de la cápsula interna , el tallo cerebral y la médula espinal que forman el tracto corticoespinal, que es la vía principal para el control motor voluntario.

Capa VI

es la capa polimórfica o multiforme, contiene pocas neuronas piramidales grandes y muchas neuronas piramidales y multiformes pequeñas con forma de huso; la capa VI envía fibras eferentes al tálamo, estableciendo una interconexión recíproca muy precisa entre la corteza y el tálamo. Es decir, las neuronas de la capa VI de una sola columna cortical se conecta con las neuronas del tálamo que proporcionan información a la misma columna cortical. Estas conexiones son tanto excitatorias como inhibitorias. Las neuronas envían fibras excitadoras a las neuronas en el tálamo y también envían colaterales al núcleo reticular talámico que inhibe estas mismas neuronas del tálamo o las adyacentes a ellas.^[19]​

Áreas corticales

La citoarquitectura variable, dentro de las diferentes zonas de la corteza, determinó su división en áreas corticales. La definición histológica de "área cortical" cerebral, se caracteriza por dos elementos: un patrón cito-arquitectónico uniforme, y por la definición de sus bordes en el lugar donde el patrón cambia.^[4]​
Según su importancia las áreas se clasificaron en primarias y secundarias. La forma más confiable de determinar la ubicación de un área primaria en un cerebro, ha sido el análisis cito-arquitectónico del área de tejido extraído, fijado y teñido.^[20]​ Sin embargo los estudios funcionales, posibles desde fines del siglo XX, pe rmiten mostrar en el individuo vivo e intacto, las áreas primarias de la corteza cerebral en acción.^[4]​

Corteza auditiva

Artículo principal: Corteza auditiva

En el humano la cito-arquitectura de la corteza auditiva primaria (A1), muestra la típica koniocorteza sensorial. Presenta las capas II y IV densas y uniformes. La capa IV o granular interna está bien desarrollada, por las aferencias del cuerpo geniculado medial del tálamo. La capa III presenta células piramidales pequeñas y medianas, con un patrón de agrupación radial corto en columnas.^[11]​^[21]​

Corteza motora

Artículo principal: Corteza motora primaria

Se encuentra en la parte posterior del lóbulo frontal. En el humano la corteza motora (M1), tiene una doble estructuración. Horizontalmente, está organizada en seis capas, predominan las capas I, III y V formadas por los cuerpos celulares de las neuronas motoras. La capa piramidal interna capa V, contiene las células de Betz las más grandes del cerebro (su soma puede superar los 100 micrómetros de diámetro). Verticalmente, forma columnas de axones que estimulan la activación de determinados músculos o grupos musculares.^[22]​

Corteza visual

Artículo principal: Corteza visual

La corteza visual humana ubicada en el lóbulo occipital, incluye áreas corticales estriadas V1 (primaria) y extra-estriadas: V2, V3, V4, y V5

 

Mapas de citoarquitectura de la corteza visual
Mapas de Brodmann (1909) en a y b.
Mapas de von Economo (1925) en c y d

La cito-arquitectura de la corteza visual primaria V1, muestra una corteza granular (koniocorteza) de tipo sensorial, localizada dentro y alrededor de la cisura calcarina. Se corresponde aproximadamente con la antigua área de Brodmann 17 (BA 17).
En las áreas visuales primarias, las neuronas tienen una sintonía simple, una neurona en V1 puede disparar cualquier estímulo vertical en su campo receptivo.

Véase también

• Áreas de Brodmann
• Theodor Meynert
• Korbinian Brodmann
• Constantin von Economo
• Georg N. Koskinas

Referencias

1. Alfredo Ardila. (PDF). Ciencia cognitiva: revista electrónica de divulgación 2 (2): 53-55. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016. Consultado el 27 de noviembre de 2018. «método lesional: observación de los cambios cognoscitivos asociados con patologías cerebrales focales». 
2. Kandel, et al.."Principles of Neural Science." 4th Ed. McGraw-Hill Complanies. 2000. New York, New York.
3. Santiago Ramón y Cajal (1899). Comparative study of the sensory areas of the human cortex. pp. 314, 361-363. Consultado el 2 de diciembre de 2018. 
4. Geyer S, Weiss M, Reimann K, Lohmann G, Turner R. (2011). «Microstructural Parcellation of the Human Cerebral Cortex -From Brodmann's Post-Mortem Map to in vivo Mapping with High-Field Magnetic Resonance Imaging.». Front Hum Neurosci. 
5. Matthew Glasser (2016). Scientific American, ed. «Un nuevo mapa registra áreas desconocidas de la corteza cerebral». Consultado el 27 de noviembre de 2018. 
6. Escarabajal Arrieta, María Dolores (2005). «cap.5:Técnicas generales de tinción». Fundamentos de psicobiología: libro de prácticas I. Delta Publicaciones. p. 52. 
7. Kühnel, Wolfgang (2005). Atlas color de citología e histología. Médica Panamericana. 
8. Boixadós, Mercé; Alcázar, Ana Moreno; Portell, Mariona; Robles, Noemí; Soriano Mas, Carles; Torras, Meritxel; Vale Martínez, Anna M.; Vives, Jaume (2016). «cap.1 sección 5 Las técnicas de investigación en psicobiología». En Redolar, Diego, ed. Fundamentos de psicobiología (segunda edición). UOC. p. 57. 
9. Ruiz-Gayo M; Fuentes Cubero JA (2015). «cap.11 Neurotransmisores y receptores». En Pedro Lorenzo Fernández, ed. Velázquez. Farmacología Básica y Clínica. Médica Panamericana. pp. 208-209. 
10. K.Zilles A.Schleicher (2002). «Architectonics of the human cerebral cortex and transmitter receptor fingerprints: reconciling functional neuroanatomy and neurochemistry». European Neuropsychopharmacology 12 (6): 587-599. 
11. Natalia Jara, Paul H. Délano R (2014). «Avances en corteza auditiva». Rev. Otorrinolaringol. Cir. Cabeza Cuello (Revisión) 74 (3). 
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13. Valverde F. (2002). «Estructura de la corteza cerebral. Organización intrínseca y análisis comparativo del neocórtex». En Sánchez-André, ed. Rev Neurol (Revisión. PDF) 34 (8): 758-780.  |fechaacceso= requiere |url= (ayuda)
14. «Scientists identify a new kind of human brain cell». Allen Institute. 27 de agosto de 2018. 
15. Shipp, Stewart (17 de junio de 2007). «Structure and function of the cerebral cortex». Current Biology 17 (12): R443-9. Bibcode:1996CBio....6.1213A. PMID 17580069. doi:10.1016/j.cub.2007.03.044. desde el original el 2 de octubre de 2010. Consultado el 17 de febrero de 2009. 
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20. Federico De Martino, Michelle Moerel, Junqian Xu, Pierre-Francois van de Moortele, Kamil Ugurbil, Rainer Goebel Essa Yacoub, Elia Formisano (2015). «High-Resolution Mapping of Myeloarchitecture In Vivo: Localization of Auditory Areas in the Human Brain». Cerebral Cortex 25 (10): 3394-3405. 
21. Wallace M, Cronin MJ, Bowtell RW, Scott IS, Palmer AR, Gowland PA (2016). «Histological Basis of Laminar MRI Patterns in High Resolution Images of Fixed Human Auditory Cortex.». Front. Neurosci. Consultado el 8 de noviembre de 2018. 
22. Guillazo Blanch, Gemma; Redolar Ripoll, Diego Antonio; Torras García, Meritxell; Vale Martínez, Anna (2007). «Cap3 Control central del movimiento: la corteza cerebral». En Soriano Mas, Carles, ed. Fundamentos de neurociencia. UOC. pp. 167-9. ISBN 9788497885379. Consultado el 28 de noviembre de 2018. 

Enlaces externos

• Un nuevo mapa registra áreas desconocidas de la corteza cerebral. Un interesante artículo de la revista Scientific American. En español.

• PDF Revista "Ciencia cognitiva"

•   Datos: Q5201337