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International Journal of Morphology

versión On-line ISSN 0717-9502

Int. J. Morphol. v.22 n.4 Temuco dic. 2004

http://dx.doi.org/10.4067/S0717-95022004000400007 

Int. J. Morphol.,
22(4):279-284, 2004.

DENSIDAD NEURONAL EN LA CORTEZA VISUAL PRIMARIA (ÁREA 17), DE DOS ESPECIES DE ROEDORES SILVESTRES

Neuronal density in primary visual cortex (17 visual area), in two wild rodent species

*Olivares, R.; *Godoy, G.; *Adaro, L. & **Aboitiz, F.

* Departamento Ciencias Biológicas Animales, Facultad Ciencias Veterinarias y Pecuarias, Universidad de Chile, Chile.

** Departamento de Psiquiatría, Facultad de Medicina, Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile.

Dirección para correspondencia:


OLIVARES, R.; GODOY, G.; ADARO, L. & ABOITIZ, F. Densidad neuronal en la corteza visual primaria (área 17), de dos especcies de roedores sivestres. Int. J. Morphol., 22(4):279-284, 2004.

RESUMEN: Diversos estudios experimentales demuestran que modificaciones medioambientales (por ejemplo: nutricionales y lumínicas), pueden producir alteraciones en el desarrollo normal de la corteza visual y sus conexiones. Por otro lado, es posible que en condiciones naturales, las especies animales hayan desarrollado adaptaciones a las distintas condiciones de luminosidad en que realizan su actividad. Por ende, la finalidad de este trabajo, fue estudiar la corteza visual primaria (área 17), de dos especies de roedores silvestres, relacionados filogenéticamente, pero con diferentes períodos de actividad; Abrothrix olivaceus (n=7) y Phyllotis darwini (n=7), con el propósito de evidenciar cambios detectados a través de la medición de la densidad neuronal, mediante la técnica del disector óptico, en cortes de 40µm de grosor, incluidos en celoidina y teñidos con cresyl violeta (Nissl). A. olivaceus, el cual presenta un periodo de actividad continuo en la zona central de Chile, evidenció una densidad neuronal menor (34.75 x 104 ± 1.35 x 104 neuronas/mm3) que la observada en P. darwini (37.23 x 104 ± 2.20 x 104 neuronas/mm3), especie de actividad nocturna en la misma región del país; siendo lo anterior estadísticamente significativo (t=2.54; p<0.05). Las diferencias encontradas se relacionarían con el tipo de conducta que presentan ambas especies, dado principalmente por las características de luminosidad en que se desenvuelven, así como también, de otros factores que se relacionarían con este parámetro, como son la relación predador-presa y la alimentación, entre otros.

PALABRAS CLAVE: 1. Corteza cerebral; 2. Corteza visual; 3. Densidad neuronal; 4. Phyllotis sp. 5; Abrothrix sp.


 

INTRODUCCIÓN

Existen evidencias experimentales, fundamentalmente en roedores, que demuestran que la organización final del sistema nervioso depende de factores no genéticos, los que actúan en el período prenatal y postnatal temprano. Por ejemplo, la desnutrición puede provocar efectos deletéreos en el desarrollo del cerebro si se provoca en el período de mayor susceptibilidad del mismo (Soto-Moyano et al., 1999). Otros factores, como el deterioro medioambiental (Fernández et al., 1993) y la supresión de los estímulos visuales (Borges & Berry, 1978), pueden producir una detención en el desarrollo normal de la corteza cerebral y sus conexiones.

La hipótesis más corriente con respecto al desarrollo de las conexiones callosas visuales en los mamíferos y, en particular, de la rata, es que el patrón altamente organizado de conexiones cortico-corticales, incluyendo las conexiones callosas, que se observa en el animal adulto, representa el estadio final de un proceso de desarrollo que reconfigura las conexiones dispersas, inmaduras, presentes en el neonato.

En el neonato de rata, las células callosas están distribuidas uniformemente a través de la corteza occipital, pero hacia el final de la segunda semana postnatal, poco antes de la apertura de los ojos, ya se puede reconocer el patrón presente en el adulto (Olavarría & Van Sluyters, 1985). La investigación de los mecanismos que guían el desarrollo de las conexiones callosas, ha mostrado que esta vía se puede alterar significativamente por disrupción de las proyecciones retinianas en el neonato.

Estudios experimentales en mamíferos (hamsters: Rhoades & Dellacroce, 1980; Fish et al., 1991; ratas: Rothblat & Hayes, 1982; Lund et al., 1984; lagomorfos: Murphy & Grigonis, 1988; y carnívoros: Innocenti & Frost, 1980), han demostrado que la remoción de uno o ambos ojos al nacer, produce un patrón adulto en el cual las células y terminaciones callosas en la corteza occipital, están más ampliamente distribuidas que en un individuo normal. El parecido de esta distribución dispersa, con los estadios inmaduros del desarrollo del área visual, ha dado lugar a la hipótesis de que la supresión de las aferencias visuales produce una detención del desarrollo normal (Bravo & Inzunza, 1994).

Sin embargo, se ha observado, que la enucleación monocular en ratas y hámsters produce la aparición de una banda callosa en el área 17 de la corteza ipsilateral al ojo remanente, en una zona que normalmente carece de conexiones callosas en el adulto (Olavarría et al., 1987; O'Brien & Olavarría, 1995). Esto hace pensar que la enucleación monocular puede llevar a la aparición de características completamente nuevas en el patrón calloso.

Además, se ha evidenciado que ratas criadas en oscuridad, versus animales criados con ciclos normales de luz-oscuridad, presentan menor densidad vascular en la capa IV de la corteza visual (Argandoña & Lafuente, 2000).

Por lo anterior, se puede suponer que en forma natural, diversos grados de luminosidad (diurna, crepuscular o nocturna), podrían modular de diversa forma, el desarrollo de la corteza visual.

Es así como, se consideró de interés comparar especies filogenéticamente afines, para disminuir al mínimo la variable taxonómica (Felsenstein, 1985); pero con variantes en su período de actividad, para que, de este modo, se pudieran evidenciar eventuales adaptaciones de la corteza en cuestión.

Es por lo anterior que, la finalidad de este trabajo fue la de estudiar la corteza visual primaria (área 17), de Abrothrix olivaceus (Laucha olivácea), el cual presenta un periodo de actividad continuo en la zona central del país, versus Phyllotis darwini (Lauchón orejudo de Darwin), que presenta un período de actividad nocturno en la misma zona; ambos pertenecientes al Orden Rodentia, Suborden Myomorpha, Familia Muridae y Subfamilia Sigmodontinae (Muñoz -Pedreros, 2000); con el propósito de evidenciar eventuales variaciones en la densidad neuronal cortical, que pueden explicar la distinta actividad conductual.

MATERIAL Y MÉTODO

Se obtuvieron encéfalos de las especies de roedores A. olivaceus (n=7, peso corporal promedio 31.71±5.35g., peso encefálico promedio 0.66±0.05g.) y P. darwini (n=7, peso corporal promedio 59.14±6.44g., peso encefálico promedio 0.96±0.10g.), capturados en la zona central del país. Estos fueron fijados y conservados en formolaldehído tamponado al 10%. En una siguiente etapa, dichos encéfalos fueron incluidos en celoidina, de acuerdo a la técnica descrita por Yakovlev (1970).

Una vez impregnados los encéfalos en celoidina y endurecido el material, se procedió a realizar cortes coronales anteroposteriores, de 40 µm de grosor, los que fueron teñidos con Cresyl Violeta (Nissl) al 1%, a fin de poder visualizar con mayor claridad los somas neuronianos (Soto-Moyano et al.).

Se seleccionaron los cortes correspondientes al área dorso-medial del área 17 y, dentro de éstos, las capas IV y V, tomando como referencia un mapa estereotáxico de la citoarquitectura de la corteza cerebral presente en roedor, descrito por Caviness (1975).

En el ratón, el área 17 o área visual primaria, presenta las siguientes características: la capa I es bastante delgada y claramente identificable; contiene poca cantidad de células. Las capas II y III son muy poco diferenciables y se extienden hasta cerca del 45 % de la profundidad total de la corteza. Bajo ellas se encuentra la capa IV que se caracteriza por poseer neuronas pequeñas; alcanza hasta el 55 % de la profundidad de la corteza. La capa V contiene cuerpos celulares de tamaños medio y grande. La capa VI se acostumbra a dividirla en dos subcapas, la capa VI a, con neuronas pequeñas, de aspecto muy similar a la capa IV, con las células dispuestas en líneas verticales; y, más profunda, la capa VI b, que también contiene células pequeñas, pero en este caso su disposición es horizontal (Peters & Kara I y II, 1985).

La densidad neuronal fue cuantificada utilizando la técnica del disector óptico (Braendgaard et al., 1990). El conteo se realizó en las capas IV y V y se contabilizaron principalmente neuronas piramidales. Las neuronas corticales se identifican, principalmente, por su perfil y la presencia de un pequeño nucléolo. Se descartaron las células gliales, las que se distinguen por presentar un perfil nuclear pequeño, de forma irregular e intensamente teñido, así como también las células endoteliales, las que tienen forma oblonga y se encuentran asociadas a capilares (Sterio, 1984).

El conteo se realizó con el aumento mayor del microscopio (100x), en un volumen tisular de 64.000 µm3 . La densidad se expresó, finalmente, en neuronas/mm3.

El procedimiento se realizó siempre en el mismo hemisferio cerebral y en el mismo punto, a fin de evitar posibles efectos de lateralización que pudiesen sesgar los resultados, ya que se ha evidenciado que, por ejemplo, la malnutrición proteica tiene más efecto sobre el desarrollo de la corteza occipital lateral que sobre la corteza dorsal de la misma región (Soto-Moyano et al.).

Se emplearon 7 encéfalos por cada especie. En cada encéfalo se trabajó con un promedio de 12 cortes. En cada uno de ellos se hicieron 4 mediciones distintas, siguiendo el protocolo previamente descrito; las que se promediaron para obtener un valor de densidad por corte.

Los valores de densidad neuronal se registraron y caracterizaron para su análisis estadístico, para el cual se empleó la prueba de t de Student de muestras independientes.

RESULTADOS


Tabla I. Densidad neuronal promedio (neuronas/mm 3), de la corteza visual primaria (área 17), de las especies en estudio.

Especie

Densidad Promedio (neuronas/mm3)

Abrothrix olivaceus n=7)

34.75 x 104 ± 1.35 x 104

Phyllotis darwini (n=7)

37.23 x 104 ± 2.20 x 104

t=2.54 p=0.0258

 


Fig. 1.Corteza visual primaria (área 17) de A. olivaceus (4X)


Fig. 2.Soma de neurona piramidal (100X)

 

DISCUSIÓN

Es posible que la diferencia obtenida, la cual fue estadísticamente significativa (p<0,05), sea producto del hecho que estas especies de roedores silvestres presentan diferentes períodos de actividad y, por ende, de exposición a la luz.

Las condiciones naturales de luz y oscuridad en que se desenvuelven las diferentes especies animales, influirían en el desarrollo de la corteza cerebral occipital, zona destinada al procesamiento de la información relativa a la visión. Esto se ve avalado por estudios anteriores que han determinado, en forma experimental, la importancia que los cambios ambientales durante la gestación y el período postnatal temprano pueden tener sobre el desarrollo definitivo de la corteza cerebral de los animales en estudio (Fernández et al., 1993).

En este sentido, se ha observado que el peak del desarrollo cerebral en ratas ocurre cerca del final de la segunda semana postnatal (día 14) (Dobbing & Sands, 1971).

Por otro lado, se ha demostrado que la enucleación monocular en hámsters, altera la normalidad de las conexiones callosas visuales, produciendo la aparición de una banda callosa en el área 17 de la corteza ipsilateral al ojo remanente, en una zona que normalmente carece de conexiones callosas en el adulto (O'Brien & Olavarría). Sin embargo, al realizar, en ratas, bloqueos monoculares de la actividad retiniana mediante la inyección intraocular de un bloqueador de los canales de sodio, como es la tetradotoxina (TTX), no se observaron alteraciones en el patrón calloso adulto (Chang et al., 1995).

Los resultados obtenidos en este estudio coincidieron con una diferencia conductual con respecto a los períodos de actividad en la cual se desenvuelven ambas especies de roedores. Si bien, como se ha visto en los estudios anteriormente descritos, las condiciones de luminosidad o de estímulos visuales pueden afectar el desarrollo de la corteza cerebral occipital, ya sea beneficiosa o perjudicialmente, estas condiciones de vida también pueden influir sobre otros parámetros que también pueden afectar el normal desarrollo del sistema nervioso. En este sentido, la nutrición y la relación con el medioambiente pueden verse alterados por las diferentes conductas horarias de los individuos; y éstos, a su vez, pueden determinar cambios en la ontogenia del sistema nervioso.

Por ejemplo, la desnutrición oculta, ha evidenciado tener efectos nocivos sobre el desarrollo neocortical. Este tipo de malnutrición consiste en una reducción del contenido de proteínas en la dieta de las madres preñadas, desde un 25 % a un 8 % de caseína; compensada esta reducción con un incremento de carbohidratos y grasa (Morgane et al., 1978).

Al respecto, Soto-Moyano et al., estudiaron la densidad neuronal en las regiones lateral, dorso-lateral y dorsal de la corteza cerebral occipital, en ratas de 22 días de edad, provenientes de 3 grupos de estudio: un grupo control, un grupo rehabilitado y un grupo malnutrido. Las crías del grupo malnutrido presentaron, en todos los casos, una densidad neuronal mayor. Esta diferencia fue significativamente mayor en la región lateral de la corteza cerebral occipital. Los resultados hacen sugerir que la malnutrición prenatal, per se, es capaz de inducir efectos deletéreos en la densidad neuronal cortical, a pesar de la subsecuente rehabilitación nutricional durante la lactancia.

Es posible, además, suponer que la mayor densidad neuronal que se observó en Phyllotis darwini, se deba a un menor tamaño de los somas neuronianos, acompañado de una disminución en el número de conexiones y ramificaciones dendríticas. Lo anterior, porque se ha visto que, generalmente, estos parámetros tienen una relación inversa (densidad neuronal versus tamaño de los somas y conexiones dendríticas).

Es así como se ha observado que la malnutrición severa, la cual consiste en la reducción de alrededor del 60 % del alimento diario, iniciada durante la gestación y prolongada durante la lactancia, afecta de manera adversa el desarrollo morfológico de la neocorteza, observándose un incremento en la densidad neuronal y una disminución de las ramas dendríticas (Angulo-Colmenares et al., 1979; Leuba & Rabinowics I y II, 1979; Warren & Bedi, 1984).

Evaluaciones morfométricas en las neuronas piramidales de la capa V, en ratas en período de lactancia (5-22 días postnatal), mostraron que el enriquecimiento del medioambiente y de las condiciones nutricionales, dió como resultado un aumento en el número de ramificaciones dendríticas. Este resultado fue más evidente en la porción latero-ventral de la corteza visual (Fernández et al., 1997). Estos autores, en últimos trabajos, encontraron una expansión territorial del campo dendrítico en neuronas observadas en la región lateral de la corteza parieto-occipital, de ratas sometidas a un enriquecimiento polisensorial temprano (2-22 días de edad) (Fernández et al., 2003).

A la inversa, el deterioro medioambiental durante un período limitado de tiempo (desde el nacimiento hasta los 18 días postnatales), produce una disminución de las ramificaciones dendríticas del árbol basal de las neuronas de la corteza motora de la rata. Este resultado se ve aún más potenciado en caso de que se produzca una combinación con una desnutrición (Fernández et al., 1993).

Del mismo modo, ratas malnutridas prenatalmente y durante la lactancia, con una dieta isocalórica y baja en proteínas, presentaron un cuerpo calloso más pequeño que los controles, a los 45-52 días de edad, lo cual fue consistente con las diferencias en los pesos cerebrales. En cambio, ratas malnutridas prenatalmente y rehabilitadas durante la lactancia con una dieta alta en proteínas, mostraron normalidad en el peso cerebral y en el desarrollo de los tercios medio y posterior del cuerpo calloso. El cuerpo calloso anterior, que conecta áreas frontales a través de la línea media, es particularmente afectado por este tipo de malnutrición, a pesar de la rehabilitación dietaria durante la vida postnatal (Olivares et al., 2002). Además, las dendritas apicales de las células piramidales son más cortas y sus espinas dendríticas menos densas en estos animales sometidos a este tipo de malnutrición que los controles (West & Kemper, 1976), particularmente en células ubicadas en las capas II, III y V (Díaz-Cintra et al., 1990).

Otros sistemas, también pueden verse afectados, en el desarrollo, por factores ambientales. Es así como se han realizado estudios que han evidenciado fenómenos de plasticidad digestiva frente a distintos tipos de dietas (ricas en carbohidratos y en proteínas) en Phyllotis darwini (Sabat & Bozinovic, 2000), como también de plasticidad enzimática (sacarasa, maltasa y N-aminopeptidasa) en la misma especie, determinada por la proteína dietaria (Sabat et al., 1999).

Finalmente los resultados arrojados indican que Phyllotis, el cual presenta un peso encefálico promedio mayor (0.96±0.10g.), presenta una densidad neuronal también mayor que Abrothrix; sin embargo, también presentaría un menor coeficiente de encefalización (peso encefálico/peso corporal), lo que apuntaría a una relación entre densidad neuronal y dicho coeficiente, aunque para tener seguridad de lo anterior, habría que estudiar otras especies de roedores, especialmente de pesos encefálicos similares y, además, otras áreas corticales, que no debieran mostrar diferencias en la densidad neuronal, o tener una mayor densidad en Abrothrix, el cual presenta un cerebro más pequeño (0.66±0.05g.).

AGRADECIMIENTOS: Al núcleo Milenio de Neurociencias Integradas.


OLIVARES, R.; GODOY, G.; ADARO, L. & ABOITIZ, F. Neuronal density in primary visual cortex (17 visual area), in two wild rodent species. Int. J. Morphol., 22(4):279-284, 2004.

SUMMARY: Several studies show that environmental modifications (i.e. nutritional or sensory) can produce profound alterations in the normal development of the cerebral cortex and its connectivity. In addition, it is possible that in natural conditions animal species have developed neuronal adaptations to the different conditions of luminance in which they normally behave. In this work we studied the 17 visual area (primary visual cortex), of two sympatric Chilean rodents, a continuous activity period species (Abrothrix olivaceus, n=7) and a nocturnal species (Phyllotis darwini, n=7), in order to detect species differences in neuronal density in celloidin-embedded, 40 mm-thickness Nissl sections, with the aid of the optical disector. A. olivaceus showed a decreased neuronal density in relation to P. darwini (34.75x104+1.35x104 neurons/mm3 against 37.23x104+2.2x104 neurons/mm3), which was statistically significant (t=2.54;p<0.05). These differences might be related to differences in daily activity in the two species.

KEY WORDS: 1. Cerebral cortex; 2. Visual cortex; 3. Neuronal density; 4. P. darwini; 5. A. olivaceus.


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Recibido : 09-09-2004
Aceptado: 14-10-2004

Prof. Dr. Ricardo Olivares P-M
Depto. de Ciencias Biológicas Animales
Facultad de Ciencias Veterinarias y Pecuarias
Universidad de Chile
Santa Rosa 11735, La Pintana
Santiago - CHILE
Email: rolivare@uchile.cl

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