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REV NEUROL 2002; 34 (8): 758-780

F. VALVERDE

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Recibido: 13.02.02. Aceptado tras revisin externa sin modificaciones: 26.02.02.

Profesor de Investigacin. Instituto de Neurobiologa Santiago Ramn y Cajal(CSIC). Madrid, Espaa.

Correspondencia: Prof. Facundo Valverde. Instituto Cajal (CSIC). Avenida delDr. Arce, 37. E-28002 Madrid. Fax: +3491 5854754. E-mail: [email protected]

Agradecimientos. Este estudio ha sido subvencionado por los Proyectos deInvestigacin MEC PB 91-0066 y MCYT PB1996-0813 del Programa Nacio-nal de Promocin General del Conocimiento. Nuestros trabajos anteriores,referidos en esta revisin, estuvieron financiados por USPHS TW-00202,CAICYT 3344/79 y 1329/81, as como por Ayudas de Investigacin de lasFundaciones Juan March y Eugenio Rodrguez Pascual. Nuestro agradeci-miento al doctor Torsten N. Wiesel (The Rockefeller University) por su auto-rizacin para reproducir la figura 12 de este trabajo, as como a los doctoresJuan A. de Carlos y Laura Lpez-Mascaraque por su inestimable ayuda ycompaerismo. Nuestra gratitud a Concepcin Bailn y Carmen Hernndezpor su paciencia en la obtencin de las imgenes que ilustran este trabajo.

2002, REVISTA DE NEUROLOGA

INTRODUCCIN

La corteza cerebral de mamferos est representada por una l-mina de sustancia gris que cubre los hemisferios cerebrales. Esuna estructura extremadamente compleja en la que los distintosrganos sensoriales aparecen representados en determinadasreas o zonas conocidas como reas sensoriales primarias. Desdeel sentido del olfato hasta el de la visin, cada modalidad sensorialposee su propio territorio cortical, el cual mantiene una localiza-cin relativamente constante en todos los mamferos. Adems deestas reas sensoriales primarias, la corteza cerebral posee mlti-ples reas somticas secundarias, de asociacin y motoras, en lasque los diferentes sistemas aferentes corticales y de asociacin son

finalmente elaborados en complejas respuestas de aprendizaje,memoria y comportamiento. La organizacin de esta estructuraque, desde nuestra perspectiva humana, adquiere su complejidadmxima en el hombre, es el resultado de un lento proceso evolutivoque pudo haber comenzado hace 150 millones de aos en lasupuesta transicin reptil-mamfero [146].

Puede afirmarse que los estudios sistemticos de la cortezacerebral comenzaron con las investigaciones de Maynert [210] yBetz [15], quienes establecieron el hecho fundamental de que la

corteza cerebral presenta una organizacin celular en distintas ca-pas. Bevan Lewis sugiri en 1878 [180] un plan de estratificacinde la corteza cerebral en seis capas diferentes, plan que ha perma-necido hasta la actualidad. Basado en este plan estructural, la cor-teza cerebral ha sido dividida en dos tipos fundamentales: el isocor-tex y el allocortex de Brodmann [24] y Ccile y Oskar Vogt [332].El isocortex o neocrtex corresponde a aquella parte de la cortezaen la que siempre puede reconocerse la estratificacin en seis capas,mientras que el allocortex, representado por el archicrtex (hipo-campo yfascia detata) ypalecrtex (corteza olfativa propiamentedicha), exhiben una estructura laminar simple compuesta por trescapas. Ambos tipos corticales estn ms o menos separados por

cierto nmero de reas paracorticales que han sido objeto de graninters en el estudio de la evolucin cortical [272]. Los estudios dela corteza cerebral, basados en los anteriores conceptos, dominarongran parte de las investigaciones llevadas a cabo a principios del s.XX, en donde el anlisis exclusivamente citoarquitectnico obteni-do con el mtodo de Nissl dio por resultado la descripcin denumerosas parcelaciones corticales carentes, en la mayora de loscasos, de significado funcional y que, como hemos sealado enotro lugar [325], se nos muestran como mapas de carreteras sincarreteras. Fue precisamente Ramn y Cajal [254] quien, em-pleando el mtodo de Golgi, realiz una descripcin completa dela organizacin intrnseca de la corteza cerebral del hombre y ver-tebrados, mostrando la estructura y conexiones de los distintostipos neuronales, su organizacin dendrtica y axonal, y la dispo-sicin de los plexos de fibras aferentes y eferentes.

Las seis capas fundamentales del isocrtex temporoparie-toccipital son: capa I o capa plexiforme externa, capas II y III ode clulas piramidales pequeas y medianas, respectivamente (lacapa II tambin es conocida como capa granular externa debidoal reducido tamao, en algunos mamferos, de sus componentescelulares), capa IV o capa granular interna, capa V o de las gran-des clulas piramidales, y capa VI o capa de clulas fusiformes.Desde un punto de vista puramente descriptivo, la capa I contieneescasas clulas, numerosas fibras horizontales y los ramajes ter-minales de las clulas piramidales de capas subyacentes, las ca-pas II y III albergan una gradacin de clulas piramidales de ta-

Estructura de la corteza cerebral.Organizacin intrnseca y anlisis comparativo del neocrtex

F. Valverde

STRUCTURE OF THE CEREBRAL CORTEX.INTRINSEC ORGANIZATION AND COMPARATIVE ANALYSIS OF THE NEOCORTEX

Summary. We review our present knowledge on the intrinsic organization of the neocortex based on studies carried out with the Golgimethod in several mammalian species. An outline is presented on certain general aspects of the termination of specific afferent fibersin layer IV in insectivora, rodents, carnivora and primates. The principal components of the cerebral cortex have been classifiedin two broad types: pyramidal cells, which account for nearly 70% of the total population, and intrinsic neurons. We review differentmorphological characteristics of pyramidal cells and intrinsic neurons with a full description of cell varieties, dendritic morphologyand several aspects of synaptic connectivity of intrinsic neurons in comparison between different species. Special attention has beenpaid to the description of spinous stellate cells which seems unique for a given animal species. We have reviewed intrinsic corticalcircuits linking several neocortical layers, the distribution of dendritic plexuses, and the excitatory and inhibitory synaptic connec-tions established between various neuronal categories. We finally review modern concepts of functional neocortical architecturebased on the modular organization of the cerebral cortex, concluding that the cerebral cortex is rather uniform at en elementary levelbut the differences appear substantial when the comparison is made between different species. [REV NEUROL 2002; 34: 758-80]Key words. Cerebral cortex. Cortical afferent fibers. Intrinsic cells. Modular organization. Pyramidal cells.

REVISIONES EN NEUROCIENCIA. EDITOR: J.V. SNCHEZ-ANDRS


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ESTRUCTURA DE LA CORTEZA CEREBRAL

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mao pequeo a mediano, la capa IV contiene clulas piramida-les de tamao semejante a las de la capa II y variedades de peque-as clulas estrelladas. Esta capa est ausente en la corteza motoray en algunas zonas de la corteza en insectvoros, y es el estratofundamental de ramificacin de las fibras aferentes corticales. Lacapa V o ganglionar aloja grandes clulas piramidales, y en lacapa VI habitan variedades de clulas de forma irregular, fusifor-mes o polimorfas. Esta estratificacin simplista, que se adhiere

rgidamente al esquema de las seis capas, ha dado lugar a nume-rosas discrepancias, ya que se demostr que estaba basada enconceptos embriolgicos errneos [186,187], pero ha servido, ysirve, para estudiar la organizacin intrnseca de la corteza cere-bral, catalogar variedades neuronales especficas de cada capa,sistematizar la distribucin de fibras aferentes y conexiones in-trnsecas y, lo que es ms importante, establecer el marco adecua-do para realizar estudios comparativos entre distintos mamferos.

Existen numerosas caractersticas estructurales que se repitenen todas las reas corticales de todos los mamferos; sin embargo,como enrgicamente formulara Lorente de N en su clsico ca-ptulo de la Fisiologa de Fulton [187], muchas regiones cortica-les poseen rasgos estructurales especficos que hacen imposibleque la descripcin de un patrn estructural nico sea aplicable atoda la corteza, a menos que se recurra a una simplificacin ex-trema. La corteza cerebral contiene, aparte de clulas neuroglia-les y vasos, clulas nerviosas o neuronas y fibras nerviosas orga-nizadas en capas paralelas. Cada capa tiene su propia individua-lidad, dada por variedades celulares especficas y por susconexiones, pero ha de sealarse que estas capas no operan deforma aislada: los elementos que las caracterizan estn ntima-mente relacionados con los componentes de las otras capas cor-ticales, siendo sta la filosofa sobre la que se han desarrolladomodernos conceptos de operacin modular de la corteza, la cuales contemplada como una organizacin funcional de grupos ce-lulares verticalmente ensamblados en torno a un eje central repre-sentado por fibras aferentes corticales [71,187,302-304].

Esta revisin describe el estado actual de nuestros conoci-mientos sobre la organizacin estructural del neocrtex en distin-tos mamferos, y est basada en nuestras observaciones realiza-das durante los ltimos cuarenta aos sobre una coleccin de msde 2.000 cerebros teidos por el mtodo de Golgi en distintasvariedades de mamferos, desde insectvoros hasta primates, conun inters particular en la corteza visual, que ha sido nuestroprincipal objeto de estudio. Se describirn en primer lugar ladistribucin y caracterizacin de las fibras aferentes talamocorti-cales especficas; en segundo lugar, se revisarn distintos tipos declulas intrnsecas y aquellos sobre los que estas fibras aferentesrealizan sus contactos sinpticos; conocida esta estructura bsicase revisarn, en tercer lugar, detalles sobre la conectividad intrn-seca de la corteza; en cuarto lugar se describirn aspectos funda-mentales de su organizacin columnar y, finalmente, se realizaruna aproximacin a la posible evolucin de la corteza cerebraldesde el punto de vista de la anatoma comparada.

FIBRAS AFERENTES CORTICALES

Aspectos generales

Las reas sensoriales primarias del neocrtex (visual, somatosen-sorial, acstica) reciben sus principales aferentes corticales de loscorrespondientes rganos sensoriales a travs de estaciones derelevo en ncleos talmicos especficos. Estas fibras aferentesson conocidas desde Lorente de N [187] como aferentes corti-

cales especficos, y de ellos el mejor conocido corresponde alsistema de fibras aferentes a la corteza visual primaria o rea 17procedente del ncleo geniculado lateral del tlamo. Ramn yCajal [254] reconoci estas fibras en la corteza visual humana ydesde entonces se han descrito en varios estudios clsicos[185,187,228,229,246]. Investigaciones llevadas a cabo con tcni-cas de degeneracin experimental [36,100,134,190,345] demos-traron que la distribucin de la degeneracin terminal, tras lesiones

en el ncleo geniculado lateral, coincide con las zonas ocupadaspor las ramificaciones de fibras aferentes corticales observadas conel mtodo de Golgi en todos los mamferos estudiados, desde insec-tvoros a primates [310,311,314]. Estudios ms recientes, usandotcnicas de autorradiografa y degeneracin [95,111, 118,120,172,226,239,257,260,266,348], as como inyecciones intraaxona-les con el trazador enzimtico HRP (peroxidasa de rbano) de estasfibras [18,38,82,88,93,105,106,137,193, 201,202,221], igualmenteconfirmaron detalles obtenidos en observaciones previas realiza-das con el mtodo de Golgi, ampliando considerablemente nues-tro conocimiento de las diferentes caractersticas con relacin asu distribucin laminar, as como distintos aspectos sobre la ar-quitectura funcional de la corteza cerebral.

Adems de estas fibras aferentes especficas, la corteza cere-bral recibe otro tipo de fibras procedentes de la propia corteza(fibras de asociacin corticocorticales y callosas), as como deotros ncleos talmicos y, por supuesto, de otros centros subcor-ticales. Siguiendo la terminologa de Lorente de N [187], algu-nas de estas fibras son conocidas como fibras aferentes corticalesinespecficas, denominacin no muy afortunada, pero que fueintroducida por oposicin al concepto de fibras especficas. Estasfibras inervaran varias reas corticales en donde se distribuiranen varias capas corticales, entre ellas la capa I, y se las ha consi-derado procedentes de los ncleos intralaminares del tlamo. Enuna serie de estudios ya antiguos, se demostr que estos ncleosmostraron degeneracin retrgrada grave tras practicar lesionesen extensas zonas de la corteza cerebral [168,222,232]. A este

sistema de fibras se le dio considerable importancia al demostrarque los ncleos reticulares del tlamo, de donde se supone queproceden, seran los responsables de iniciar la respuesta sincroni-zada de reclutamiento de la corteza [144,214,215].

Las fibras aferentes de asociacin corticocorticales y callosasterminan prcticamente en todas las reas y capas corticales,aunque especialmente se han descrito ms abundantes en lascapas II y III. La terminacin de fibras callosas se ha estudiado envarias reas corticales y en diversos mamferos [33,48,142,339],si bien su caracterizacin con el mtodo de Golgi no es convin-cente, pues estas fibras, as como otras provenientes de distintoscentros subcorticales, slo pueden trazarse tras lesiones experi-mentales o empleando distintos trazadores especficos, en dondese demuestra su terminacin sobre dendritas apicales y basales declulas piramidales tanto superficiales como profundas [33,48,56].En lo que s parecen estar de acuerdo todos estos estudios es enque existe una gran variabilidad con relacin a las regiones cor-ticales inervadas y al nmero y proporcin de sinapsis que formanlos distintos sistema aferentes de esta naturaleza.

Aferentes corticales especficos

En insectvoros el aspecto de ramificacin de fibras talamocor-ticales es muy simple. En nuestras preparaciones teidas por elmtodo de Golgi, en el erizo (Erinaceus europaeus) las fibras afe-rentes a la regin occipital (rea visual) penetran en la corteza desdela sustancia blanca siguiendo un curso oblicuo y desarrollando


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ramificaciones terminales en abanico, queen conjunto forman un plexo en nivelescorticales medios (en insectvoros no existeuna capa IV claramente definida). Estas ar-borizaciones terminales probablemente rea-lizan contactos sinpticos con grandes clu-las piramidales de las capas II a V, clulaspiramidales que probablemente representan

las dianas para estas fibras talmicas (Fig.1a, Faf). En el erizo se ha descrito que lasfibras geniculocorticales finalizan en lascapas III y VI, y que tienen cierto grado deorganizacin topogrfica [111]. En este ani-mal tambin se ha descrito una proyeccindensa a la capa I de la corteza, similar a ladescrita en roedores, que tiene su origen enel ncleo ventromedial del tlamo [111,120,261]. Esta proyeccin de ncleos talmicosespecficos a la capa I de la corteza posee elmximo inters desde el punto de vista de laanatoma comparada. Hemos descrito en elerizo (Fig. 1b, Fpn) un sistema de fibrasgruesas que, procedentes de la sustanciablanca, ascienden a la capa I en pequeosfascculos en donde forman extensas arbo-rizaciones en las reas somatosensorial y vi-sual [320,326,327]. La existencia de proyec-ciones de ncleos talmicos especficos a lacapa I de la corteza en insectvoros apareceen todo semejante al plan de organizacinfundamental encontrado en el allocortex, endonde las fibras aferentes corticales estn in-tegradas por sistemas de fibras tangencialesque circulan en los estratos ms superficialesde la corteza, como ocurre en la corteza olfa-

tiva [320,329], y que a su vez nos recuerdanla organizacin primordial delpalliumcorti-cal en anfibios y reptiles [28,224].

En roedores las fibras especficas tala-mocorticales pueden ser reconocidas porsu morfologa, forma de ramificacin y dis-tribucin. Lorente de N [185] estudi conel mtodo de Golgi la terminacin de fibrasaferentes corticales en la capa IV, en el ra-tn, sin especificar su origen, en donde con-tribuyen a delimitar determinadas estruc-turas que l denomin glomrulos, y quehoy conocemos como barriles (represen-tacin cortical de las vibrisas o pelos tcti-les del hocico), especficos en la cortezasomatosensorial de Roedores [335,358]. Ennuestros estudios sobre la corteza visual en el ratn realizados conel mtodo de Golgi habamos observado que se trata de fibrasgruesas que ascienden oblicuamente desde la sustancia blancaformando grupos compactos de ramificaciones terminales distri-buidas fundamentalmente en la capa IV y parte baja de la capa III[330]. En estas capas, las fibras terminales estn provistas debotones en passanty dilataciones terminales, presumiblementede carcter sinptico (Fig. 2a, Faf). Durante su ascenso desde lasustancia blanca, algunas de estas fibras abandonan un nmeroreducido de colaterales en la capa VI y no es infrecuente encon-

trar fibras aisladas que pueden alcanzar la capa I. Esta morfologaes enteramente similar a la descrita en la corteza visual del hms-ter tras marcaje individual de fibras con HRP en la radiacinptica [221] y por analoga, a las fibras aferentes especficas des-critas en la corteza somatosensorial en la rata [145].

En este ltimo animal, empleando mtodos de autorradiogra-fa y tcnicas de degeneracin axonal [98,260,275], as comomediante estudios por estimulacin elctrica [21], se ha demos-trado que las fibras procedentes del ncleo geniculado lateralproyectan exclusivamente a las capas IV y VI del rea 17. Estos

Figura 1. a) Corte sagital cercano al polo occipital del cerebro del erizo (Erinaceus europaeus)quemuestra los lmites de las distintas capas corticales y variedades de clulas piramidales superficialesy profundas. Fibras aferentes (Faf) ascienden oblicuamente desde la sustancia blanca (SB) y seramifican en las capas medias de la corteza (III-IV). Mtodo de Golgi. Dibujo a la cmara clara. Tomadade [318] y reproducida con autorizacin de Elsevier; b) Corte transversal del cerebro del erizo(Erinaceus europaeus)a nivel de la zona visual (Rpo). El corte incluye parte del hipocampo (Hip) yfascia dentata(Gd). El neocrtex se extiende entre las dos cabezas de flecha. Fibras procedentesde la sustancia blanca (SB) forman series de haces compactos (Fpn) que ascienden y circulan porlas capas ms superficiales de la corteza. Cc: rodete del cuerpo calloso; Rol: corteza olfativa; Srh:surco rinal; Vel: ventrculo lateral. Mtodo de Golgi. Dibujo a la cmara clara. Tomada de [327] yreproducida con autorizacin de Springer.

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resultados son similares a los obtenidos por los autores citados enel gato, sugiriendo, adems, que las fibras que terminan en lacapa VI son probablemente colaterales de las fibras aferentes prin-cipales que ascienden hasta la capa IV.

Nuestras observaciones en el gato (carnvoros) utilizando elmtodo de Golgi para el estudio de las fibras aferentes corticales

fueron notablemente reveladoras, gracias aluso de animales jvenes, en donde la mieli-nizacin de fibras an no es completa[76,320]. En la corteza visual, estas fibrassiguen un curso casi horizontal y en mu-chos casos se dividen en varias ramas, loque indica que el rea cubierta por una solafibra es bastante extensa (Fig. 2b, Faf). En

la capa IV estas fibras dan origen, por repe-tidas subdivisiones, a plexos terminales queaparecen en grupos aislados, por lo que sesugiri que esta distribucin podra corres-ponder al aspecto de distribucin peridi-ca descrito tras inyecciones con HRP enfibras aferentes caracterizadas fisiolgica-mente [201]. La capa IV en la corteza vi-sual (rea 17) del gato ha sido subdivididaen dos mitades aproximadamente, desig-nadas como IVa y IVb [195,228,230].

La morfologa y distribucin laminarde las fibras aferentes a la corteza visual delgato se ha estudiado de forma muy precisatras inyecciones de HRP en la radiacinptica [82] o bien mediante inyecciones enaxones individuales caracterizados fisio-lgicamente [105]. Estos estudios demos-traron que existen al menos dos tipos dife-rentes de fibras geniculocorticales que al-canzan la capa IV; estos tipos correspondena las clulas X e Y del ncleo geniculadolateral. En este punto mencionaremos queel sistema de fibras geniculocorticales estorganizado fisiolgicamente en tres cana-les distintos, correspondientes a los siste-mas X, Y y W, sobre el que existen detalla-

das revisiones, tanto en carnvoros comoen primates [29,31,201,294], acerca de stey otros aspectos fisiolgicos de la va reti-nogeniculocortical, pero cuya descripcinse escapa del propsito de esta revisin.Bstenos, pues, mencionar que numerososestudios sugieren la existencia de casi unacompleta segregacin laminar de los dis-tintos tipos de fibras geniculocorticales; loscatalogados como aferentes de tipo Y ter-minan principalmente en la parte alta de lacapa IV y parte baja de la capa III, mientrasque los designados como aferentes de tipoX finalizan en la parte baja de la capa IV[27,105,113, 171,177,212]. No obstante,esta segregacin tan precisa ha sido cuestio-nada por otros investigadores [80,81,92,93,137,138,201], aunque lo que s parece evi-dente es que los distintos sistemas genicu-locorticales activan diferentes grupos de neu-

ronas corticales. Mencionaremos igualmente, que, en carnvoros(gato), el ncleo geniculado lateral, y a diferencia con roedores yprimates, no slo proyecta al rea visual primaria V1 o rea 17,sino tambin al rea 18, corteza visual secundaria o rea V2, querecibe un fuerte contingente de fibras del ncleo geniculado late-ral [80,81,92,93,137, 138,294].

Figura 2. A. Corte transversal que muestra la distribucin de las fibras aferentes especficas (Faf)en la corteza visual del ratn de 10 das. La imagen reproduce una clula piramidal de la capa V y unaclula cuyo axon (en rojo) se distribuye en las capas superficiales. Mtodo de Golgi. Tomada de [330]y reproducida con autorizacin de Springer. B. Corte transversal de la corteza visual del gato de unmes que muestra la distribucin de fibras aferentes especficas (Faf), una clula en candelabro (a),clulas estrelladas con espinas en la capa IV (b-d), y una clula en ovillo (e). Mtodo de Golgi. C. Cortetransversal de la corteza visual del mono adulto (Macaca rhesus)que muestra fibras aferentesespecficas distribuidas en las capas IVa y IVc (Faf), y distintas variedades de clulas piramidales (a,f, k, l, m), clulas estrelladas de la capa IVa (b, c), una clula en ovillo (g) y tipos de clulas estrelladascon espinas (d, e, h-j). Mtodo de Golgi. Tomadas de [76] y reproducidas con autorizacin de

Elsevier. D. Corte transversal que muestra distintas variedades celulares en la corteza visual delratn de 11 das. Clulas piramidales superficiales (a-e), medianas (f) y profundas (h) acompaadasde una clula de axon ascendente (g, axon en rojo). Mtodo de Golgi. En estas reproducciones, losaxones y sus colaterales estn numerados, seguidos de la letra correspondiente a la clula de la cualse originan (p. ej., 3d es una colateral de la rama principal del axon, 1d, procedente de la clula d).Dibujos a la cmara clara. Tomada de [316] y reproducida con autorizacin de Chapman and Hall.

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El cuadro de terminacin de las fibras aferentes corticales enprimates difiere considerablemente del observado en otros ani-males. En el sistema visual, igual que en roedores (rata), pero adiferencia de lo observado en carnvoros (gato), el ncleo geni-culado lateral proyecta exclusivamente al rea visual primaria,rea 17. Esta diferencia aparece obviamente relacionada con eldominio del sentido de la visin, evidenciado morfolgicamentepor la presencia de uno de los tipos ms elaborados de organiza-

cin cortical, y que ha sido objeto de numerosos estudios paraestablecer la morfologa y distribucin de fibras aferentes corti-cales en general y de la corteza visual en particular. En la cortezavisual de primates, la capa IV aparece subdividida en tres estratosclaramente diferenciados: subcapas IVa, IVb y IVc, originalmentedescritos por Brodmann [23] en preparaciones teidas por elmtodo de Nissl, siendo slo el IVa y el IVc los estratos quereciben fibras aferentes procedentes del ncleo geniculado lateral.

En nuestros estudios con el mtodo de Golgi [314] enMacacayErithrocebus(Cercopithecidae), las fibras aferentes geniculocor-ticales ascienden desde la sustancia blanca para ramificarse en losestratos IVa y IVc de la corteza visual primaria (rea 17), formandocomplejos extensos y muy compactos de fibras terminales provis-tas de numerosas dilataciones en forma de racimos de uvas, queprobablemente corresponden a botones sinpticos (Fig. 2c, Faf).Puede observarse en esta figura cmo el estrato IVb, coincidentecon la estra de Gennari de la anatoma clsica, queda enteramentelibre de estas terminaciones. Otros autores [18,190], empleando elmtodo de Golgi y marcaje antergrado con HRP, han descritoterminaciones similares en los mismos estratos de la corteza visual,siendo las imgenes as obtenidas enteramente comparables a lasobservadas con el mtodo de Golgi, y adems coincidentes con losniveles de degeneracin terminal tras lesiones experimentales en elncleo geniculado lateral [100,134,309,345].

Existe en primates otro tipo de fibras aferentes a la cortezavisual que forman agregados de terminales sinpticos con unaapariencia arrosariada en la parte inferior de la subcapa IVc, cono-

cida como IVc [190]. Estos terminales forman conglomeradosesfricos, relativamente circunscritos [18] y, segn hemos podidocomprobar, su tincin con el mtodo de Golgi es bastante msinfrecuente [323] (Fig. 10,2). Segn numerosas investigaciones,existe en primates una segregacin de fibras aferentes ms comple-ta que la observada en carnvoros [65,87,118,133, 134], segrega-cin probablemente debida a una mayor diferenciacin de las fibrasprocedentes de las clulas X e Y del ncleo geniculado lateral[16,17,64,69,123,154,274,278].

COMPONENTES NEURONALESDE LA CORTEZA CEREBRAL

Clulas piramidales

La corteza cerebral de mamferos posee una inmensa variedad detipos celulares. No obstante, desde un punto de vista general, y a faltade una mejor clasificacin, las neuronas corticales pueden ser agru-padas en dos tipos principales: clulas piramidales y clulas no pira-midales o intrnsecas, existiendo un consenso general que indica quelas clulas piramidales representan la esencia de la arquitectura ce-rebral, mientras que la clulas intrnsecas le aaden el sabor. Lasclulas piramidales representan el tipo fundamental de clula corti-cal; poseen axones de proyeccin fuera de la propia corteza, mientrasque las clulas no piramidales o intrnsecas poseen axones que per-manecen dentro de la propia sustancia gris de la corteza. Variosestudios han demostrando que las clulas corticales poseen diferen-

tes neurotransmisores empleados como marcadores selectivos paraidentificar y catalogar distintas poblaciones neuronales [56]. En elcaso de las clulas piramidales, gran nmero de ellas utilizan losaminocidos glutamato o aspartato como principal neurotransmisor[39-41,55,295], estando, en algunos casos, sus correspondientesreceptores selectivamente localizados [94,139].

Las clulas piramidales representan aproximadamente el 70%de toda la poblacin neuronal de la corteza cerebral, y son msabundantes en las capas II-III y V-VI. Su aspecto es claramentediferencial: muestran un tallo apical, o dendrita apical que, en lamayora de los casos, alcanza la capa I, en donde se ramifica ennumerosas colaterales divergentes, y un abanico de dendritasbasales originadas en el cuerpo celular que alcanzan distanciasvariables (ver ejemplos en las figuras 1a, 2c y d, 9b, 10, a-e, n-q).Una caracterstica fundamental, tanto de las dendritas apicalescomo de las basales de las clulas piramidales, es que estn cu-biertas de espinas dendrticas, pequeos procesos colaterales, queaumentan considerablemente la superficie receptora de las den-drticas. La mayora de las espinas dendrticas estn formadas porun pequeo engrosamiento esfrico de 1 a 3 m de dimetro,unido por un fino pedculo a la dendrita. La cabeza de la espinadendrtica es la que recibe la inmensa mayora de las terminacio-nes axonales formando sinapsis. En mamferos inferiores lasclulas piramidales predominan de tal forma que tanto las dendri-

Figura 3. Microfotografas de segmentos de dendritas apicales de clulaspiramidales de la capa V en la corteza visual del ratn (capa IV). a) Ratnnormal de 50 das; b) Ratn mantenido en oscuridad total durante 50 dasdesde su nacimiento. La disminucin del nmero de espinas dendrticas,estadsticamente confirmada [310], es notable en el ratn deprivado (b).

Mtodo de Golgi.

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tas apicales como las basales representan las principales dianaspara las fibras talamocorticales especficas (Figs. 1a y b; Fig. 2a),y en general, dada la morfologa y disposicin de sus dendritasapicales, que atraviesan varias capas, puede considerarse que soncapaces de analizar y procesar aferencias corticales a cualquiernivel. Disponemos de datos, fundamentalmente de estudios lle-vados a cabo con el microscopio electrnico, o tras practicar lesio-nes en ncleos talmicos especficos, que indican que prctica-

mente todas las sinapsis identificadas como terminaciones ta-lmicas son de tipo asimtrico 1, es decir, sinapsis excitadoras[238,243,337], por lo que se propuso, un poco alegremente segnnuestro punto de vista, que todas las neuronas y dendritas queresiden en las capas medias de la corteza, y capaces de formarsinapsis de tipo asimtrico, reciben fibras talmicas [239].

Se ha estimado que un 20% de terminales axnicos presentesen la capa IV de la corteza visual corresponden a fibras geni-culocorticales [49,126,172,337,347] y, ms especficamente, enel rea visual primaria (rea 17), en rata, gato y mono, el 15% determinales talmicos identificados, que forman sinapsis asimtri-cas, hacen contacto sobre la parte lisa de las dendritas; un 3%contactan sobre los cuerpos celulares, y el restante, aproximada-mente un 80%, lo hacen sobre las espinas dendrticas [93,100,238,247,338,341,342]. Es cierto que los contactos sinpticos nopueden observarse empleando slo el mtodo de Golgi, pero uti-lizando tcnicas que combinan este mtodo con microscopa elec-trnica [75] y lesiones practicadas en diversos ncleos talmicosen la rata y el gato, demuestran convincentemente que la mayorade las espinas dendrticas que reciben sinapsis talamocorticalespertenecen a dendritas de clulas piramidales localizadas en lascapas III, IV y V, as como, en menor cantidad, a variedades declulas intrnsecas situadas en estos estratos [49,93,126,243,286,337]. En resumen, la mayora de los contactos sinpticosexcitatorios se realizan sobre espinas dendrticas, mientras queaquellos de naturaleza inhibitoria (sinapsis simtricas) predomi-nan en los cuerpos celulares, dendritas sin espinas y, ocasional-

mente, tambin sobre espinas dendrticas.De lo que antecede es fcil deducir la importancia que poseen

las espinas dendrticas como aparato receptor de la gran mayorade las neuronas corticales. Las espinas dendrticas son elementostremendamente plsticos, y ya desde los tiempos de Ramn yCajal [253] se las consider como paradigma de estructuras im-plicadas en procesos de aprendizaje y memoria, existiendo nume-

rosas teoras sobre su posible funcin [32,46,66,83,112,251,282,300,359]. Estudios llevados a cabo por nosotros [310,311,315]demostraron que el nmero de espinas dendrticas en los tallosapicales de las clulas piramidales de la corteza visual de ratonesmantenidos en oscuridad disminuye con relacin al nmero deespinas que estas dendritas poseen en condiciones normales (Fig.3) y, lo que nos pareci ms interesante, ratones mantenidos enoscuridad total durante perodos prolongados de tiempo, no recu-

peran el nmero normal de espinas al retornar a las condicionesnormales. De esta forma demostramos que la deficiencia produ-cida por deprivacin sensorial es irreversible, hallazgo confir-mado por estudios similares llevados a cabo en el gato [344].Varios autores han sugerido que la formacin de espinas dendr-ticas depende directamente de la actividad receptora de las neu-ronas [276,279]. Las espinas dendrticas son estructuras mvilesgrficamente se habla de la danza de las espinas [84,114,276], desaparecen tras isquemia experimental y reaparecen al cesarsta [115]; estn implicadas en procesos de memoria [234,256],aprendizaje [101,102], actividad sinptica [276,359] y, por supues-to, su nmero y morfologa estn alterados en determinadas pato-logas [5,220,270] y enfermedades mentales [99,107,157], por citarslo algunos de los estudios ms recientes sobre aspectos, an noaclarados, del significado y funcin de estas estructuras.

Los axones de la inmensa mayora de las clulas piramidales sonfibras de proyeccin que penetran en la sustancia blanca, no sin anteshaber dado origen a cierto nmero de colaterales que se distribuyende forma variable dentro de la corteza; en este sentido, existe una grandiversidad con ejemplos de colaterales que se ramifican abundante-mente en la vecindad del cuerpo celular, as como colaterales ascen-dentes, descendentes u horizontales que pueden alcanzar distanciasconsiderables. Las clulas piramidales que proyectan a otras reascorticales o a centros subcorticales estn localizadas en capas espe-cficas; de esta forma, aquellas que proyectan a otras zonas del mismohemisferio cerebral, o a travs del cuerpo calloso, habitan preferen-temente en las capas II y III [227,338,340], mientras que aquellas que

proyectan a centros subcorticales, fundamentalmente corticotalmi-cas, residen en las capas V y VI, como han demostrado numerososestudios llevados a cabo con distintos trazadores y tcnicas y paradiferentes reas corticales, en el ratn y rata [143,340], gato [104] ymono [152,194,195]. Existen numerosos estudios, que sera prolijodetallar aqu, sobre las conexiones que efectan las colaterales yramas terminales de los axones de las clulas piramidales sobre va-riedades de clulas intrnsecas y sobre dendritas de otras clulaspiramidales dentro de la propia corteza, estudios que han sido am-pliamente revisados [56,338], pero lo que s nos parece interesanteresaltar es la existencia de una distribucin especial mediante la cual,no slo las ramificaciones axonales de clulas piramidales, sino laspropias clulas piramidales que las originan, aparecen agrupadas enestrechas zonas radiales que ocupan todo el espesor de la corteza, yque claramente definen una serie de mdulos o columnas de unas 500m de dimetro, dndose la notable circunstancia de que el tamaode estas columnas permanece constante cuando se comparan espe-cies con distinto tamao cerebral [26,109,277]. Este hecho suminis-tra datos adicionales sobre la organizacin columnar de la cortezacerebral, esbozado en nuestra Introduccin, y que detallaremos msadelante (ver Organizacin modular de la corteza cerebral).

Clulas intrnsecas

Las clulas intrnsecas (clulas de axn corto, clulas de tipo II deGolgi, segn la terminologa clsica), cuyo axn se resuelve dentrode la propia corteza, se han clasificado de varias formas. Una pri-

1Las sinapsis se han clasificado en simtricas y asimtricas, segn la mor-fologa observada con el microscopio electrnico entre terminaciones ax-nicas y las correspondientes estructuras postsinpticas (dendritas, cuerposcelulares y axones). Ambos tipos estn formados por el agrupamiento devesculas sinpticas, prximo a la membrana presinptica, una hendiduray una membrana postsinptica. Las sinapsis simtricas contienen vesculas

ligeramente aplanadas o cilndricas; la hendidura sinptica es estrecha(20 nm) y la membrana postsinptica, formada de material denso, muy estre-cha (10 nm). Las sinpsis asimtricas muestran vesculas esfricas, la hen-didura sinptica es ms ancha (30 nm), y la membrana postsinptica, forma-da de material electrondenso (40 nm), fuertemente adherida a la superficiecitoplsmica del elemento postsinptico, las distingue con claridad de lasanteriores. La diferencia de espesor de ambas membranas pre y postsinp-ticas en uno y otro tipo justifican su nombre. La asociacin fundamentalmentede GABA con las sinapsis de tipo simtrico y de glutamato y aspartato consinapsis de tipo asimtrico ha sido decisiva para considerar a las primerascomo sinapsis inhibidoras, y a las segundas, como excitadoras. Esta clasifi-cacin en sinapsis simtricas y asimtricas se debe a Colonnier [34], y lasprimeras descripciones con el microscopio electrnico las realizaron DeRobertis y Bennett [63] y Palade [231], ambas en 1954, lo que realmenterepresent la mas clara confirmacin de la independencia de las clulasnerviosas: la teora neuronal formulada por Ramn y Cajal en 1888 [252].


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mera aproximacin viene dada por el hechode que una parte de ellas tiene dendritas li-sas, sin espinas, mientras que otro grupoposee dendritas cubiertas de espinas. A es-tas ltimas se las denomin clulas estre-lladas con espinas, si bien pronto se compro-b que no forman una poblacin uniforme,ya que existen notables diferencias entre

ellas. En un intento de perfilar un poco msla clasificacin de clulas intrnsecas de lacorteza cerebral, se recurri a un criteriobasado en la densidad de las espinas dendr-ticas, de tal forma que podramos mencio-nar clulas con dendritas lisas, clulas condendritas con pocas espinas y clulas condendritas cubiertas de espinas en nmero ydistribucin similar a las dendritas de lasclulas piramidales [237]. Evidentemente,y desde un punto de vista morfolgico, nin-guno de estos criterios ha sido til, por loque debemos considerar otros aspectos,como son la forma y distribucin del rboldendrtico, el tamao celular y, principal-mente, la forma y distribucin del ramajeaxonal. Es, adems, de sobra conocido quelas clulas intrnsecas poseen una gran va-riedad de neurotransmisores que pueden serempleados como marcadores especficospara catalogar distintas poblaciones neuro-nales, y que reflejan aspectos diferentes deconectividad cortical [56,73,96,166].

Durante el desarrollo embrionario, lasclulas piramidales y algunas clulas in-trnsecas de la corteza cerebral poseen or-genes diferentes. Las primeras se originan

en la zona ventricular de la vescula telen-ceflica ascendiendo hacia la superficieguiadas por los procesos de la gla radial[110,211,248,249,328]. Por el contrario,poseemos evidencia muy reciente de quetanto la zona ventricular como subventricular de unas estructurastransitorias del telencfalo basal las eminencias ganglionares,futuros ganglios basales son el lugar de origen de otra poblacinde clulas neocorticales. Estudios llevados a cabo en nuestro la-boratorio demostraron por primera vez que estas clulas, proce-dentes de las eminencias ganglionares, emigran tangencialmentecruzando el lmite corticoestriatal para penetrar en el neuroepite-lio cortical [52]. Posteriormente se ha demostrado que estas c-lulas son GABArgicas, no son transitorias y se diluyen en elespesor de la corteza cerebral durante el desarrollo, contribuyen-do, en una proporcin considerable, a la poblacin de clulasintrnsecas de la corteza [6,8,233,306,361] 2.

En el estudio y clasificacin de las clulas intrnsecas, el mtodode Golgi [313,324] ha permanecido como el proceder de eleccin.El hecho de que este mtodo, y varias de sus modificaciones, im-pregnen selectivamente un pequeo nmero de clulas, pero casisiempre la totalidad del rbol dendrtico y axonal, lo ha convertidoen el proceder de eleccin para estudiar, de forma individual, dis-tintos tipos neuronales, pudiendo asegurarse que la gran mayorade las clulas intrnsecas, sus diferencias entre distintas especies ysus variaciones con relacin a las reas corticales en donde habitan,

han sido descritas empleando esta tcnica. Basndonos en estudiosrealizados con este mtodo, propusimos una clasificacin [76], que,con ligeras variaciones, exponemos a continuacin, resaltando suscaractersticas ms sobresalientes. Prescindimos de referirnos a lasclulas de Cajal-Retzius de la capa I por entender que su descripciny significado, relacionado con el desarrollo embrionario, no corres-

Figura 4. Distribucin de los axones de variedades celulares en las cortezas somatosensorial y visualdel ratn. Las dendritas no han sido representadas; la posicin de los cuerpos celulares apareceindicada mediante un punto negro. Los axones 1 a 7 corresponden a variedades de clulas intrnsecascon axones de distribucin local, ramificados en las vecindades del cuerpo celular; 8 a 15 pertenecen

a distintos tipos de clulas de axon ascendente; 16 a 18 corresponden a clulas con axones formandoarcadas recurrentes; 19 a 21 pertenecen a clulas cuya distribucin axonal aparece inespecfica; 22 a24 reproducen axones de distribucin intracortical de algunas clulas piramidales. Mtodo de Golgi.Dibujo a la cmara clara. Modificada de [316] y reproducida con autorizacin de Chapman and Hall.

2 Siendo de sobra conocido el hecho de que no hay generacin de neuronas

fuera de la etapa embrionaria en los mamferos (con la excepcin del hipo-campo y del bulbo olfativo), caus verdadera sorpresa un reciente estudio quesugera que la zona subventricular del ventrculo lateral en el macaco adultoes el origen de una poblacin adicional de neuronas, las cuales emigran,siguiendo las fibras de la sustancia blanca, para incorporarse a varias zonasdel neocrtex. Estas neuronas emiten axones cortos y pueden entrar a formarparte de circuitos intracorticales [110]. De ser ciertas, estas observacionestendran profundas implicaciones para entender algunos mecanismos rela-cionados con la memoria y otras funciones superiores del cerebro. Otrosautores han cuestionado seriamente [225], o han negado con rotundidad[165], la existencia de tal generacin neuronal en el neocrtex adulto. Porsu inters, el hecho de que clulas con propiedades similares a las clulasmadre pudieran dar origen a una poblacin neuronal funcionalmente activa,se ha revisado recientemente en Journal of Neuroscience, volmen 22, de 1de febrero de 2002, en donde varios autores exponen distintos puntos de vistay contrastadas experiencias.


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ponde a la estructura del neocrtex en el adulto. Los encabezados deesta clasificacin nos parecen lo suficientemente didcticos comopara expresar de una forma intuitiva su morfologa ms caracterstica.

Clulas con axones ramificadosen la proximidad del cuerpo celular

Este grupo est compuesto por variedades celulares de distintotamao, multipolares y con dendritas lisas, cuyo axn se ramificaen las vecindades del cuerpo celular, generalmente en el mismoestrato, o en niveles siempre superiores al cuerpo celular, pudiendollegar a alcanzar la capa I (Fig. 2a; Fig. 4, 1-7). Se trata de un grupode clulas sin aparente uniformidad, que aparecen caracterizadas,en parte, como clulas de tipo II de Golgi, o clulas de axn cortoen los estudios clsicos [185,187,229,254]. Estn situadas en todaslas capas corticales y puede suponerse que, dependiendo de sulocalizacin, los impulsos aferentes que reciban habrn de ser dis-tintos. Se han descrito variedades celulares de este tipo, utilizandoel mtodo de Golgi, prcticamente en todas las especies y reascorticales estudiadas y, especficamente, en la corteza visual delratn [76,269,316], rata [79], conejo [229], mono [148] y hombre[254], y somatosensorial del ratn [185], siempre con las variacio-nes morfolgicas que corroboran su falta de uniformidad.

Clulas de axn ascendente

Estnrepresentadas por variedades de clulas multipolares queposeen dendritas lisas o cubiertas con un nmero escaso de ellas.Existen en todos los animales estudiados y constituyen una varie-dad relativamente comn. El axn se origina normalmente delpolo superior del cuerpo celular y asciende directamente ramifi-cndose al alcanzar la capa I (Fig. 2, d y g; Fig. 4, 8-15). Duranteel curso ascendente, el axn emite colaterales distribuidas en

varias capas corticales, siendo stas, en muchos casos, relativa-mente escasas al predominar su ramificacin en la capa I. Estetipo de clulas se ha localizado en todas las capas corticales,excepto en la capa I, haciendo notar que la rama principal delaxn de aquellas situadas en las capas altas II y III posee largastrayectorias horizontales en la capa I, mientras que las situadasms profundamente en las capas IV a VI apenas contribuyen a lacapa I, pero lo que realmente las distingue del grupo anterior esel grosor del tronco principal del axn y su decidida trayectoriaascendente o mixta (ascendente y horizontal, segn su posicin).Las situadas ms profundamente corresponden al tipo de clulasde Martinotti descrito por Ramn y Cajal [254]. Clulas de axnascendente, aparte de en los estudios clsicos [185,187,229,254],se han descrito, en pocas recientes, en la corteza visual del ratn[76,269,316], gato [228] y mono [190].

Clulas con arcadas axonales recurrentes

Estas clulas poseen dendritas lisas o presentan un nmero muyreducido de espinas dendrticas. Las hemos descrito en todas lascapas corticales del rea visual del ratn, excepto en la capa I[312,316]. El axn emerge del polo superior del cuerpo celular,asciende verticalmente y puede emitir algunas colaterales ascen-dentes y horizontales, pero lo ms caracterstico corresponde aldesarrollo de toda una serie de ramas recurrentes, descendentes yoblicuas,que pueden alcanzar distancias considerables que re-cuerdan vagamente la imagen del ramaje de los sauces (Fig. 4,16-18). A este tipo celular corresponden variedades descritas en

las cortezas visual [190] y somatosensorial del mono [148].Clulas con axn formando cestos pericelulares(clulas en cesto)

Esta variedad celular est representada por clulas multipolares,con dendritas lisas y axn desarrollado en largas colaterales ho-rizontales, cuyas ramificaciones terminales forman nidos o ces-tos pericelulares en torno a los cuerpos, en la mayora de los casos,de clulas piramidales (Figs. 5a y b). Fueron descritas por primeravez por Ramn y Cajal [254] en las cortezas visual y motora delhombre (Fig. 5b), y ms recientemente se han descrito variedadesen diversas reas de la corteza cerebral del gato [301], mono [148]y hombre [198,199]. Esta variedad celular ha sido materia deconsiderable debate, y su existencia, en otras especies distintas aprimates y carnvoros, se mantiene a falta de una clara evidencia[74,150]. Lo que s es notorio es que, con el mtodo de Golgi, noes raro encontrar grupos de finas ramas terminales provistos demltiples botones formando densos nidos pericelulares, que alo-

jan en su interior cuerpos celulares no teidos. Algunas de estasramas terminales pueden ser trazadas hasta otras ramas axonalesde mayor calibre y curso horizontal, suponiendo que, en algunasde estas clulas de tamao grande, el axn est mielinizado y nose ha teido con el mtodo de Golgi [148,242], por lo que esimposible seguir su trayecto completo. Tampoco hemos de olvi-dar que existe una cierta convergencia de terminaciones axonalesde otras clulas [90,237,242], por lo que cabe suponer que varios

Figura 5. a) Microfotografa de una clula cuyo axon (sealado por unaflecha de brazo corto) forma cestos pericelulares (flechas) en el stratumpyramidale del hipocampo de la rata de 1 mes. El origen del axon en laclula a la derecha est fuera de foco. Mtodo de Golgi; b) Cesto o nidopericelular en torno a una clula piramidal de la capa V en la corteza motorade un nio recin nacido. Mtodo de Golgi. Microfotografa de una prepa-racin efectuada por Ramn y Cajal; c) Microfotografa de una clula encandelabro de la corteza visual del gato de un mes. El orgen del axon estsealado por una flecha de brazo corto; las flechas de brazo largo sealanla disposicin de botones sinpticos en hileras verticales formando loscandiles tpicos de esta variedad celular. Mtodo de Golgi; d) Microfoto-grafa de una clula en candelabro de la corteza visual del mono adulto(Erithrocebus). La flecha de brazo corto seala el origen del axon en unadendrita proximal; las flechas de brazo largo indican las hileras verticalesformando candiles. Mtodo de Golgi. Tanto en c como en d, los seg-

mentos iniciales de los axones de clulas piramidales que reciben loscontactos suinpticos no aparecen teidos.

a b

c

d


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tipos neuronales estn implicados en la edificacin de estos ces-tos pericelulares. Clulas con axones formando nidos pericelula-res, como clulas en cesto, se han descrito en el hipocampo (Fig.5a) yfascia dentata [186,254,259].

Estudios llevados a cabo con inmunorreactividad para GABAdemostraron la convergencia de mltiples terminaciones axonalesGAD-positivas en torno a cuerpos de clulas piramidales [258],formando sinapsis de tipo simtrico [34,124,151,240]. Se conside-ra que muchas de estas terminaciones provienen de clulas en cestoy que por lo tanto, dada su ubicacin en torno a los cuerpos celularesy ramas dendrticas proximales, son capaces de ejercer una pode-rosa accin inhibidora sobre ellas [119,161,292]. Estas caracters-ticas sugieren que las clulas en cesto gabrgicas pueden ser acti-vadas monosinpticamente por fibras aferentes extrnsecas y trans-mitir una fuerte accin inhibidora sobre poblaciones de clulaspiramidales. De esta forma, la activacin de clulas en la corteza,que integran una agrupacin columnar con similares campos re-ceptivos, produce una inhibicin de las columnas vecinas [218].Sin embargo, el aspecto ms interesante de estas clulas quizscorresponda a los estudios llevados a cabo en pacientes epilpticos(se han descrito alteraciones significativas en el nmero de sinapsissimtricas inhibidoras en focos epilpticos [60,196,197], y lasimplicaciones de las clulas en cesto del hipocampo yfascia detata[259] en modelos experimentales de epilepsia (p. ej., hiptesis dela clula en cesto durmiente [13,14]), detalles que no trataremosaqu por considerarlos fuera del contexto de esta revisin.

Clulas en candelabroEstas clulas reciben este curioso nombre debido a la morfologade sus axones, cuyas ramas terminales forman series de botonessinpticos dispuestos en hileras verticales (candiles), recordandoel aspecto de una lmpara de brazos (Fig. 2b, a; Figs. 5c y d). Fuerondescritas por primera vez en el gyrus cinguli del gato [305], y sesugiri que los agregados verticales de botones terminales estable-can contacto con los tallos apicales de clulas piramidales [302].Sin embargo, estudios posteriores llevados a cabo con la tcnica deGolgi y microscopa electrnica [75] demostraron que estos agre-gados de botones establecen contactos de tipo simtrico, con lossegmentos iniciales de los axones de las clulas piramidales, por loque han sido tambin denominadas clulas axo-axnicas [285].Utilizando la misma tcnica, nosotros confirmamos la presencia deestas clulas en la corteza visual del gato [77] y desde entoncesnumerosos estudios han demostrado que las clulas en candelabrono son privativas de la corteza visual, como se pens al principio,sino que han sido descritas en diferentes reas, tanto en la neocor-teza como en el hipocampo y corteza olfativa, y en todos los ani-males estudiados, desde insectvoros a primates [50,51,54,74,77,162,200,235,289, 293,318]. Las clulas en candelabro son pro-bablemente, y al igual que las clulas en cesto, GABArgicas[58,91,244,290], y se ha comprobado que las hileras terminales desus botones sinpticos muestran inmunorreactividad para parvoa-lbmina (protena ligadora del calcio encontrada abundantementeen subpoblaciones de clulas GABArgicas) [57,117,179].

a b

Figura 6. a) Clula en ovillo tpica de la capa IVc de la corteza visual del mono adulto (Macaca mulatta)que muestra dendritas cortas y arrosariadas yun axon que forma un apretado ovillo en torno al cuerpo celular. El origen del axon est sealado por una cabeza de flecha. Mtodo de Golgi; b) Clulaestrellada con espinas de la capa IVc de la corteza visual del mono adulto (Macaca mulatta). El origen del axon est sealado por una flecha. La imagenmuestra ramificaciones terminales de fibras aferentes especficas (Faf) con algunas colaterales terminales realizando (presumibles) contactos sobre lasdendritas de esta clula. Mtodo de Golgi. Dibujos a la cmara clara. Tomadas de [319] y reproducidas con autorizacin de Plenum Press.


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Las clulas en candelabro representan, hasta ahora, un ni-co ejemplo de especificidad sinptica. Dada la naturaleza y ladisposicin de los terminales axnicos (candiles) de estasclulas en torno a los segmentos iniciales del axn de las clu-las piramidales, era lgico suponer su poderosa accin inhibi-dora sobre stos, por lo que se ha sugerido que la prdida odisminucin de los terminales axnicos de clulas en candela-bro podra representar un factor precipitante de la epilepsia[53]. En cualquier caso, se ha considerado que la alteracin decircuitos corticales en los que intervienen estas clulas podra,igualmente, estar relacionado con la esquizofrenia [178] y laenfermedad de Alzheimer [89].

Clulas en ovilloTambin conocidas como neurogliaformes o en tela de araa,las identificamos por primera vez en la capa IV de la corteza visualdel gato [76] y mono [314] como una variedad celular de cuerpopequeo, dendritas lisas y arrosariadas y un axn que rpidamentese resuelve en un apretado ovillo de colaterales formando un plexodenso en torno al cuerpo celular (Fig. 2B, e; Fig. 2C, g; Fig. 6a;Fig. 10, m). Se han descrito clulas similares en la corteza visualdel gato [164,195] y somatosensorial del mono [148], y nosotrosdescribimos una variedad comparable en el rea 18, rea visualsecundaria, en el mono [317] (Fig. 7). Estudios posteriores handemostrado que las clulas en ovillo conectan preferentemente con

determinadas clulas estrelladas con espinas, y la presencia deGABA en ellas ha sugerido su papel inhibidor sobre las clulasestrelladas [162]. Es posible que esta variedad celular correspondaa algunos elementos descritos por Ramn y Cajal [254] en lascortezas visuales de gato y hombre como clulas aracneiformes,si bien la morfologa nos ha parecido ligeramente distinta.

Clulas bipenachadas

En la edicin francesa deHistologie du systme nerveux de lhommeet des vertbrs, Ramn y Cajal [254] se refiri a esta variedadcelular como cellule double bouquet dendritique, conocindo-las en la literatura anglosajona como double bouquet cells, nom-bres sobradamente descriptivos como para expresar su peculiarmorfologa. Estas neuronas, con ligeras variaciones, presentan un

Figura 7. Clula en ovillo de la capa IV en la corteza visual secundaria, rea18, del mono adulto (Macaca rhesus). El axon (ax) forma un conjunto deramificaciones de distribucin local y provistas de botones terminales enestrecha relacin con segmentos de dendritas de clulas vecinas (dt) queparecen indicar contactos sinpticos. Mtodo de Golgi. Dibujo a la cmaraclara. Tomada de [317] y reproducida con autorizacin de Springer.

Figura 8. Variedades de clulas con axones formando fascculos vertica-les. Clulas bipenachadas o double bouquet cellsen la corteza visual delmono adulto (Macaca mulatta). Si bien la posicin del cuerpo celular vara,los axones se extienden cubriendo prcticamente todas las capas cortica-les. Mtodo de Golgi. Dibujo a la cmara clara. Modificada de [319] yreproducida con autorizacin de Plenum Press.


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doble penacho dendrtico, ascendente y descendente, orientadoradialmente (perpendicular a la piamadre) y una arborizacin axo-nal que se resuelve en haces compactos de fibras, ascendentes,descendentes o ambos, y dispuestas igualmente de forma radial,pudiendo atravesar varias capas corticales, desde la capa II hasta laV (Fig. 8). Nosotros describimos estas clulas en las capas II y IIIdel rea 18 del mono [317], y posteriormente fueron descritas envarias reas corticales en la rata, gato y mono [237,287,288].

Se ha demostrado que las clulas bipenachadas son GABAr-gicas, formando sinapsis simtricas, inhibidoras, sobre las den-dritas basales y colaterales de los tallos apicales de clulas pira-midales [59,61,287]; debido a la peculiar disposicin de sus axo-nes, radialmente orientados, se pens que formaran agregadosmicrocolumnares como componentes integrantes de la organi-zacin columnar de la corteza [61,62,288].

Clulas bipolares

A menudo confundidas con las clulas bipenachadas, correspon-den a elementos de tamao pequeo, cuyo cuerpo no sobrepasalas 10-12 m de dimetro, de forma ovalada y con dos grupos dedendritas radialmente opuestos y extendidos en sentido perpen-dicular a la superficie pial, siendo muy comn la presencia de unasola dendrita emanada de cada polo del cuerpo celular. Con elmtodo de Golgi se ha descrito su presencia en las capas super-ficiales de las cortezas visual y cingulada de la rata [79,241,331]y visual del gato [245]. El axn se origina generalmente del cuer-po celular o de una dendrita proximal, formando un escaso nme-ro de colaterales extendidas radialmente, habindose comproba-do que, algunas de ellas, forman sinapsis excitadoras (lo que apesar de su parecido, las diferencia de las clulas bipenachadas)sobre dendritas y espinas dendrticas de clulas piramidales su-perficiales y profundas [236]. Se ha demostrado de forma conclu-siva que fibras talamocorticales [241,336] y colaterales recurren-tes de clulas piramidales profundas [206] establecen contactosexcitadores sobre estas clulas.

Clulas estrelladas con espinas

Esta variedad celular no constituye un grupo uniforme, pues noslo conocemos diferencias en su morfologa dendrtica y axonal,sino que tambin las relaciones sinpticas que establecen apare-cen diferentes. Sin embargo, poseen una caracterstica comnque las diferencia de todos los grupos anteriormente descritos, yes la de tener sus dendritas cubiertas de espinas, en muchos casosde forma similar a las dendritas de las clulas piramidales. Losaxones de estas clulas forman sinapsis asimtricas, excitadoras[169], caracterstica adicional que tambin las asemeja a las c-lulas piramidales. Dada su importancia como elementos recepto-res de las fibras aferentes talmicas, varios estudios han demos-trado que su proporcin vara dependiendo del animal y del reacortical. Refirindonos a la capa IV, en la corteza somatosenso-rial del ratn, aproximadamente el 50% son clulas estrelladascon espinas [357]; en la corteza visual de la rata, su proporcin esdel 10% [79]; en la corteza visual del gato, su proporcin varaentre el 30 y el 40% [97,346], mientras que en la corteza visual delmono pueden llegar a constituir el 95%, siendo el resto clulascon dendritas lisas de cualquiera de las variedades descritas an-teriormente [204]. No se han descrito clulas estrelladas con es-pinas en la corteza visual del ratn, pero s, y ocasionalmente, enlas capas III y IV de la corteza auditiva del conejo [207]. Enestudios realizados en el erizo (insectvoros) no nos fue posibleencontrar nada parecido a esta variedad celular [318].

En la corteza somatosensorial correspondiente al campo debarriles en roedores, las clulas estrelladas con espinas son par-ticularmente abundantes [357], correspondiendo probablementea las clulas estrelladas o granos de Lorente de N [185]. Susdendritas estn cubiertas de numerosas espinas, y la orientacindendrtica depende de que el cuerpo celular se encuentre en lapared del barril, con dendritas dirigidas hacia el centro del mis-mo, o que se localice en su centro, en cuyo caso presentan una

disposicin extendida en todas direcciones. En el gato, nosotrosdescribimos estas clulas con el mtodo de Golgi, en la capa IVde la corteza visual [76], en donde muestran cuerpos celularesrelativamente grandes (15-20 m de dimetro) y dendritas exten-didas en todas direcciones y adornadas con numerosas espinasdendrticas. El axn se origina generalmente del polo inferior delcuerpo celular y se ramifica prontamente en numerosas colatera-les de curso horizontal o ascendente (Fig. 2b, b-d). Algunas deestas colaterales alcanzan grandes distancias, circulando en lamisma capa IV, o ascendiendo muy oblicuamente a estratos mssuperficiales. En varias observaciones pudimos trazar la ramaprincipal del axn descendiendo hasta la sustancia blanca, y tam-bin nos fue posible observar alguna rama terminal en ntimocontacto con espinas de las dendritas apicales de clulas pirami-dales de forma que sugeran contactos funcionales.

Las clulas estrelladas con espinas fueron motivo de considera-ble inters desde que se demostr que neuronas situadas en la capa IVde la corteza visual del gato, con campos receptivos simples (posi-bles receptoras de conexiones talamocorticales directas), identifica-das posteriormente mediante inyecciones por iontoforesis de uncolorante, eran efectivamente variedades de clulas estrelladas conespinas [159]. Las neuronas caracterizadas de esta forma son en todosimilares a las descritas en estudios llevados a cabo con el mtodo deGolgi [76,169,195,209,228,245,254,255], quedando claramente de-mostrado que reciben contacto directo de terminales aferentes tal-micos [93,126,203] y que, algunas de ellas, especialmente aquellaslocalizadas en el borde 17/18, poseen axones que conectan con el

hemisferio contralateral [125,141,208,271]. El hecho de que algunasde estas clulas proyecten a la sustancia blanca haba sido mencio-nado por Ramn y Cajal [255] y confirmado posteriormente median-te inyecciones intracelulares de marcadores especficos [105,181].

En primates, las clulas estrelladas con espinas ofrecen unamorfologa marcadamente diferente. En los monos que nosotroshemos estudiado (Macaca y Erithrocebus), y en general en todoslos primates, la capa IV en el rea visual primaria (rea 17), seencuentra dividida en tres estratos denominados IVa, IVb y IVc; enesta ltima se encuentra una poblacin de clulas estrelladas conespinas que poseen un axn recurrente y cuya morfologa es ente-ramente diferente a sus homnimas descritas en el gato. El cuerpocelular es de menor tamao (10-12 m), sus dendritas aparecenigualmente cubiertas de espinas y es frecuente la presencia de unadendrita apical que asciende verticalmente durante un corto trayec-to para acabar sin ramificarse en capas superiores, sin alcanzar lacapa I. Pero lo que fundamentalmente las caracteriza es el axnque, a escasa distancia de su origen en el polo inferior del cuerpo,forma un asa cerrada que recuerda la curvatura de un anzuelo,tornndose en una o varias fibras ascendentes que alcanzan lasubcapa IVa y la parte baja de la capa III, en donde acaban ramifi-cndose en colaterales horizontales (Fig. 2c, h-j; Fig. 6b; Fig. 9, cy d; Fig. 10, i-k). Nosotros describimos estas clulas [314] comoelementos especiales de la corteza visual en primates, habiendosido de un gran inters en el anlisis de la organizacin anatmicay funcional de la corteza visual, en donde, a pesar de diversas


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consideraciones, siempre las contemplamos como una variedadespecfica que probablemente no tenga equivalente en otras espe-cies. Se han descrito numerosas variedades de acuerdo con suposicin en la subcapa IVc (que adicionalmente se ha subdivididoen los estratos IVcy IVc), variaciones en la longitud y orientacinde sus dendritas y alcance y ramificacin de sus axones ascenden-tes [190-193,195]. Existen, adems, variaciones con respecto a laposicin de estas clulas en las distintas subdivisiones de la capa IV,de tal forma que pueden alcanzarse considerables niveles de com-plejidad, no slo con respecto a la terminacin de fibras aferentestalamocorticales, sino tambin con relacin a las conexiones intrn-secas que estas clulas reciben [192,195]. Las clulas estrelladas conespinas en la corteza visual de los primates ocupan la zona principalde terminacin de las fibras aferentes talamocorticales, por lo que eslgico deducir que ellas son los principales receptores de las fibras

talmicas; adems, su presencia, con simi-lares caractersticas morfolgicas se ha de-mostrado en las cortezas somatosensorial[148] y visual secundaria (rea 18) [317].

CIRCUITOS INTRNSECOSDE LA CORTEZA CEREBRAL

Una vez conocidas las principales vas deentrada y los componentes de la cortezacerebral, es lgico saber cmo estn conec-tados entre s, o dicho en otras palabras, cmose organiza el cableado de sus distintoselementos dentro de la propia corteza cere-bral. Todava no se han descubierto muchoscircuitos intracorticales debido a la dificul-tad que entraa la identificacin de los ele-mentos pre y postsinpticos en una mismapreparacin, entendiendo con ello la carac-terizacin de las variedades neuronales queintervienen en una determinada articulacinsinptica. El modelo bsico de conectividadintracortical comnmente aceptado, que pue-de extenderse a todas las reas de recepcinprimaria (somatosensorial, auditiva y vi-sual), est basado en estudios llevados a caboen la corteza visual primaria del gato[103,201], y que, en resumen, es el siguien-te: la entrada principal (fibras aferentes delos ncleos talmicos especficos) se realizasobre la capa IV; las neuronas de esta capaproyectan fundamentalmente a las capas IIy III; estas ltimas lo hacen sobre la capa V,la que a su vez, lo hace sobre la capa VI y,finalmente, las capas V y VI proyectan a las

capas II y III y a la IV, respectivamente (Fig.10). Dentro de este esquema, en cierto modobastante grosero, existe una organizacinmucho ms compleja que relaciona entre svariedades neuronales, y partes de ellas, enmuchos casos de forma nica.

Gran parte de nuestros conocimientossobre los circuitos intrnsecos de la cortezase han obtenido empleando el mtodo deGolgi con microscopa electrnica [75], me-diante el cual distintas variedades neurona-

les, identificadas con el mtodo de Golgi, son posteriormente ana-lizadas en el microscopio electrnico con objeto de determinar eltipo neuronal sobre el cual realizan la conexin. Otras tcnicas,como inyecciones intracelulares, transporte retrgrado de peroxi-dasa de rbano (HRP) o reconstrucciones seriadas de procesosidentificados con microscopa electrnica, tambin resultaron apro-piados para el establecimiento de conexiones intracorticales, sea-lando que la situacin ideal es aquella en la que ambos elementosaparecen teidos o marcados en la misma preparacin [291].

Muchas de las conexiones intrnsecas de la corteza ya han sidoesbozadas al tratar aspectos de la morfologa de sus distintas varie-dades celulares. Los primeros diagramas de conectividad intracor-tical fueron expuestos de forma magistral por el propio Ramn yCajal [254] y su discpulo Lorente de N [187], quienes, basndoseexclusivamente en el mtodo de Golgi, fueron capaces de presumir

Figura 9. Relaciones interlaminares entre variedades celulares en las capas medias de la cortezavisual del mono adulto (Macaca mulatta). La clula a en la capa IVa posee un axon descendente (1a)y una colateral retrgrada (2a) alcanzando niveles superiores; la clula b es una clula piramidal conaxon descendente (1b) ramificado en la capa V, y colateral ascendente (2b) y horizontal (3b); lasclulas c y d, en la capa IVc, y las e y f corresponden a clulas estrelladas con espinas y caractersticosaxones recurrentes que ascienden hasta la capa IVa y parte baja de la III. A la derecha aparece unafibra aferente (F) ramificndose exclusivamente en los estratos IVa y IVc. El esquema de la esquinasuperior derecha indica la zona de donde se han extrado el conjunto de clulas. Mtodo de Golgi.Dibujo a la cmara clara. Tomada de [319] y reproducida con autorizacin de Plenum Press.


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gran variedad de relaciones interneuronalesconfirmadas en estudios posteriores. De estaforma, es conocido el hecho de que los plexosdendrticos se distribuyen en distintas capascorticales de forma caracterstica para cadavariedad celular y que, conociendo la zonao capa de terminacin de un determinadosistema de fibras, es vlido deducir su rela-

cin funcional; por ejemplo, las dendritasapicales de las clulas piramidales aumen-tan la superficie receptora al atravesar dis-tintas capas, como ocurre selectivamente consu penacho dendrtico terminal en la capa I[187,192,193]. La distribucin de espinasdendrticas a lo largo de los tallos apicalesde las clulas piramidales tambin muestranotables variaciones en su nmero y distri-bucin, aumentando o disminuyendo, al atra-vesar distintas capas corticales, por lo que eslgico deducir variaciones en el nmero decontactos sinpticos que reciben y de dondelos reciben, por ejemplo, al atravesar lacapa IV o zona de terminacin de las fibrasaferentes talamocorticales [310,330]. Cono-cemos la existencia de clulas piramidales,sobre todo aquellas situadas en las capasprofundas de la corteza, cuyos tallos apica-les no alcanzan la capa I, formando su pena-cho terminal en la capa III o incluso encapas inferiores, por lo que no habrn derecibir influencias de las capas ms superfi-ciales (Fig. 10, n, o y q).

Las colaterales axonales de las clulaspiramidales y los axones de clulas intrnse-cas muestran igualmente marcadas diferen-

cias y contrastadas formas de conectarse conotros elementos dentro de la propia cortezay en funcin de su localizacin. Hemos men-cionado que las clulas piramidales de lascapas II y III proyectan fundamentalmentefibras de asociacin homo y contralaterales.En su transcurso intracortical, los axones deestas clulas emiten colaterales ascendentesu horizontales que, en algunos casos, alcan-zan distancias considerables; la rama des-cendente principal puede atravesar las ca-pas medias sin emitir ninguna colateral, peros hacerlo, o incluso finalizar, en las capas Vo VI (Fig. 10, b y c), lo que indica una espe-cificidad laminar bastante acusada. Tambinmencionamos anteriormente que las clulaspiramidales de proyeccin a centros sub-corticales estn situadas en las capas pro-fundas, capas V (proyecciones al cuerpo estriado, tronco del enc-falo y tracto piramidal) y VI (probablemente a ncleos talmicosespecficos y otros centros subcorticales). Numerosos estudios ex-perimentales, que resultara prolijo detallar, en los que las clulaspiramidales han sido marcadas con distintas sustancias trazadoras,han revelado muchos datos relativos a patrones de ramificacin,dendrtica y axonal, as como de los contactos sinpticos por ellasefectuados [54, 105,158,163,263,338,339,343]. Entre estos estu-

dios es conveniente resaltar aquellos en los que se demostr laexistencia de conexiones horizontales, dentro de la corteza, quepueden llegar a alcanzar varios milmetros [37,45,85,86]. Posterio-res estudios revelaron la existencia de un complejo sistema defibras, peridica y regularmente espaciadas, extendidas horizontal-mente en las capas II y III, que tienen la apariencia de un patrnreticular semejante a una malla, fcilmente observado en cortestangenciales de la corteza [19,156,262, 264,265], confirmndose,

Figura 10. Circuitos intracorticales establecidos entre variedades celulares en la corteza visual del monoadulto (Macaca irus). Fibras aferentes corticales (1, 2, 3) se ramifican en las capas IVa y IVc. Ejemplos declulas piramidales superficiales de las capas II y III (a-e) con axones distribuidos en la capa V (1b, 1c,pertenecientes a las clulas b y c, respectivamente). La clula f, en el centro de la imagen, correspondea una clula piramidal de tamao mediano de la capa IVb, estra de Gennari, con colaterales horizontalesque alcanzan grandes distancias (2f, 3f) y otras oblicuamente ascendentes (4f, 5f). Las clulas g-i corres-ponden a variedades de clulas estrelladas con espinas; las clulas j-l representan el elemento caracte-rstico de clulas estrelladas con espinas y axones recurrentes, formando un fascculo (4) que finaliza (5)en la parte baja de la capa III y capa IVa. La clula m es una clula en ovillo. Las clulas piramidales delas capas profundas (V y VI) estn representadas por las clulas n-q, haciendo notar que los tallos apicalesde algunas de ellas (n, o, q) forman sus penachos terminales a distintas alturas, sin alcanzar la capa I. Elesquema en la parte inferior derecha indica la regin reproducida en este figura. Mtodo de Golgi. Dibujoa la cmara clara. Tomada de [320] y reproducida con autorizacin de Pergamon Press.


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por lo menos en el gato, que estas conexiones intrnsecas estn, enparte, formadas por colaterales horizontales de los axones de clu-las piramidales de las capas II y III, las cuales se ramifican enintervalos regularmente espaciados [106,188,189,202,203]. No-sotros hemos descrito, en la estra de Gennari de la corteza visualdel mono (subcapa IVb), que no recibe fibras talmicas directas, unsistema de largas fibras horizontales formadas por colaterales declulas piramidales superficiales y de las grandes clulas propias dela misma subcapa IVb [314,319] (Figs. 10,f, 2f y 3f), habindoseconfirmado posteriormente que este sistema de fibras horizontalestambin se ramifica a intervalos regulares que coinciden con lasramificaciones peridicas de las capas II y III [264].

Siempre dentro de una presuncin lgica, suponemos que lascolaterales axnicas de clulas piramidales de las capas superfi-ciales II y III y profundas en las capas V y VI conectan con otrasclulas piramidales situadas en las mismas capas, as como tam-bin con clulas estrelladas con espinas, a su paso por las capasmedias de la corteza. Estas ltimas pueden volver a conectar conlas mismas clulas piramidales, formando as circuitos de retroa-limentacin. Algunas de estas conexiones entre clulas piramida-les se han podido demostrar de forma convincente utilizando elmarcador de peroxidasa de rbano o HRP [163,341].

En la figura 11 se muestra un esquema general de aquellasconexiones intracorticales que han podido ser demostradas de for-

ma absoluta, entendiendo por ello aquellas en las que el elementopresinptico (clula y su terminacin axonal) y el postsinptico(neurona receptora) han sido marcados e identificados en la mismapreparacin. En este esquema prescindimos de incluir algunasvariedades neuronales (clulas de Cajal-Retzius de la capa I, clu-las de axn ascendente, variedades de clulas de axn local) por nodarse esta circunstancia o no estar claramente definidas, siendoposible que resulte incompleto o errneo en algunos detalles. Tam-bin hemos de sealar que, de forma orientativa, se hace referenciaa las proyecciones subcorticales y otras aferencias corticales. Elesquema est basado en nuestra propia recopilacin bibliogrficay en revisiones de carcter especfico [74,76,338]. Pensando que enla corteza cerebral humana se ha estimado que existen 3 1014

sinapsis [35], que relacionan entre s a una poblacin compuestapor 1,51010 neuronas [20], y en donde cada una de ellas recibe unpromedio de 38.000 contactos sinpticos [43], nos daremos cuentade lo que an queda por conocer (nuestro esquema identifica deforma aleatoria 32 sinapsis y 13 neuronas).

ORGANIZACIN MODULARDE LA CORTEZA CEREBRAL

La organizacin funcional de la corteza cerebral est basada en elconcepto de unidad elemental propuesto por Lorente de N [187].

S. excitadoras

S. inhibidoras

No especificado

Desconocido

Proyecciones homo-y contralaterales

Proyecciones homolate-rales, mdula espinal

Ncleostalmicos

Estriado, tectum, troncodel encfalo, mdula

Proyeccioneshomolaterales

Cuerpo calloso

Figura 11. Esquema que representa las conexiones sinpticas entre varios tipos celulares establecidas de forma cierta, entendiendo con ello aquellasen las que ambos elementos pre y postsinptico han sido marcados en la misma preparacin. Las sinapsis excitadoras aparecen sealadas con uncuadrado negro; las inhibidoras, como un crculo vaco. Para completar el esquema, se sealan de forma general, las proyecciones subcorticales y lossistema aferentes de diverso origen. Bi: clulas bipolares; Ca: clulas en candelabro; Ce: clulas en cesto; Db: clulas bipenachadas; Es: clulasestrelladas con espinas; Ov: clulas en ovillo; Pi: clulas piramidales.


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Este trmino fue, en principio, empleado para designar la conecti-vidad intrnseca de la corteza dentro de un cilindro vertical, o co-lumna que, teniendo por eje central la fibra aferente especfica deltlamo, contiene, adems, todos los elementos capaces de desarro-llar el proceso completo de transmisin nerviosa desde la fibraaferente de entrada a la fibra de proyeccin cortical. Durante variosaos, este concepto tuvo un significado funcional evidente, ya queexplicaba los resultados obtenidos en neurofisiologa en las reas

primarias somatosensorial [216,217], auditiva [1,140,356] y vi-sual [131,132,135]; esto es, aquellas clulas que muestran idnti-cas propiedades funcionales aparecen dispuestas en una columnavertical que ocupa todo el espesor de la corteza. En el caso concretode la corteza visual primaria [131,135] se encontr que las neuro-nas que responden a estmulos visuales (generalmente respuestasa formas simples de estmulos estacionarios dentro del campo vi-sual) con una misma orientacin estn alineadas verticalmente entodo el espesor cortical (columnas de orientacin), tras registrar suactividad atravesando las distintas capas corticales.

Hubel y Wiesel [133] obtuvieron la primera evidencia anat-mica de una estructura cortical que pudiera estar relacionada con laorganizacin en columnas funcionales en la corteza visual del mono(Macaca); estos investigadores, utilizando tcnicas de impregna-cin argntica, demostraron la existencia de un sistema de bandasalternantes de acuerdo con su origen en el ncleo geniculado lateralinervadas por una u otra retina (columnas de dominancia ocular),y que correspondan a la degeneracin terminal producida traslesionar especficamente distintas capas del ncleo geniculado la-teral. Una de las imgenes ms demostrativas de este agrupamientocolumnar es la obtenida tras la inyeccin de un trazador radioactivoen un ojo en el macaco adulto, imagen que revela el aspecto delmarcaje en forma de segmentos, de unas 400 m de dimetro yseparados por otros intervalos del mismo tamao sin marcaje, quecorresponden a la proyeccin a la capa IV del trazador radioactivocaptado por el ojo inyectado [135] (Fig. 12). Posteriormente secomprob la existencia de una estructuracin similar en casi todas

las reas corticales, de forma que, con el desarrollo de nuevas tc-nicas para el trazado de vas, el uso de reacciones enzimticas ytrazadores radioactivos, se ha probado que la corteza cerebral estorganizada en subdivisiones peridicas, regularmente espaciadas,que corresponden a la distribucin topogrfica de las fibras aferen-tes talmicas. Esto ha demostrado una correspondencia precisaentre la distribucin de las fibras talmicas y patrones de represen-tacin cortical, tales como el campo de barriles (representacincortical de cada vibrisa) en la corteza somatosensorial del ratn yrata [334,358], las bandas de dominancia ocular en la corteza visualdel mono [173], o la disposicin radial de cadenas neuronales conlas mismas caractersticas de respuesta a determinadas frecuenciasde sonido en la corteza auditiva [1,25]. Estos sistemas de particio-nes ordenadas en mdulos o columnas no son privativos de lasreas sensoriales primarias, pues se ha demostrado que las proyec-ciones corticocorticales (fibras callosas y de asociacin) se distri-buyen igualmente en bandas orientadas verticalmente y separadasde las correspondientes a las fibras aferentes talamocorticales[149,349,360]. Con la tcnica de la 2-desoxi-glucosa, aquellas es-tructuras que han sido activadas funcionalmente pueden ser visua-lizadas por autorradiografa [284]. De esta forma, en monos con unojo ocluido o enucleado, la retina del otro lado es capaz de provocarpatrones de actividad en la corteza visual y mostrar el sistemacolumnar completo, desde la capa I hasta la sustancia blanca [160].

En el gato, las bandas o columnas de dominancia ocular sehan manifestado tras la inyeccin de un marcador radioactivo en

un ojo [175,219,280,281], empleando la tcnica de la 2-desoxi-glucosa [308], o bien inyectando en un ojo aglutinina del germende trigo conjugada con peroxidasa de rbano, apareciendo simi-lares a las del mono, pero ms irregulares, menos finamente or-ganizadas y, adems, continuando en el rea 18 (rea visual se-cundaria), en donde se muestran con una anchura doble [280].Experimentos electrofisiolgicos paralelos confirmaron que lasbandas de dominancia ocular coinciden con las bandas de orien-tacin [175,281]. En otros carnvoros, como el visn [174,205] yel hurn [167], las bandas de dominancia ocular se han observadoanatmica y fisiolgicamente.

Los estudios sobre la organizacin columnar en la corteza tam-bin se han visto favorecidos con la utilizacin de varias tcnicashistoqumicas capaces de mostrar un mapa de la actividad funcio-nal en reas cerebrales localizadas. En este sentido, uno de losaspectos ms interesantes de organizacin funcional ha sido reve-lado por el uso de la tcnica de la citocromo oxidasa. Empleandoesta tcnica, se demostr que el nivel de actividad vara en diferen-tes regiones, aumentando en zonas metablicamente activas o dis-

a

b

Figura 12. a) Columnas de dominancia ocular. Autorradiografa en campooscuro de la corteza visual del mono en el que el ojo de un lado fueinyectado, dos semanas antes, con una mezcla de prolina tritiada y fucosa.El compuesto radioactivo es captado por las clulas de las correspondien-tes capas del ncleo geniculado lateral y transportado por sus axones a lacorteza visual, en donde se muestran como bandas discontinuas en lacapa IVc, de aproximadamente 0,4 mm, y separadas por espacios sinmarcar y del mismo tamao, que corresponden a las bandas en donde

proyectan las capas del ncleo geniculado que reciben las conexiones delojo no inyectado; b) Reconstruccin completa de las bandas de dominan-cia ocular en la capa IVc en toda la superficie expuesta de la corteza visualdel mono, obtenida de cortes seriados teidos por la plata reducida; c)Imagen de una huella dactilar humana a la misma escala que b. Imgenestomadas de [135] y reproducidas por cortesa del Dr. Wiesel, y con auto-rizacin de Cambridge University Press.

c


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minuyendo en zonas de bajo nivel de actividad [350,353], y con laventaja de que la tcnica revela cambios producidos durante largotiempo, circunstancia que ha sido aprovechada, por ejemplo, paraobtener un mapa de las columnas de dominancia ocular en el cere-bro humano en casos de muerte acaecida largo tiempo despus dela prdida de un ojo [128]. As pues, en experimentos llevados acabo en gatos, en los que se haba practicado una sutura palpebralo en los que se haba procedido a la enucleacin de un ojo, se

demostr la existencia de un patrn columnar en la corteza visual,muy similar al obtenido en el mono [351]. No obstante, el intersen el empleo de esta tcnica aument considerablemente cuando sedescubri que en las capas superficiales II y III de la corteza visualprimaria del macaco, la enzima revela la presencia de un mosaicode manchas regulares en forma de burbujas (blobs) dispuestos enhileras paralelas y centrados exactamente sobre las bandas de do-minancia ocular [12,30,116,127,130,136]. El patrn bidimensio-nal de burbujas o blobs observado mediante esta tcnica contieneclulas que muestran una fuerte preferencia por los estmulos reci-bidos de una u otra retina [30,116,127,130,136], recibiendo pro-yecciones directas del ncleo geniculado lateral [87,182,183,333].

Cul es el significado funcional de toda esta organizacinmodular de la corteza? En cuanto a la corteza visual se refiere, laexistencia de las bandas o columnas de dominancia ocular estobviamente relacionada con la segregacin, en la corteza, de losimpulsos recibidos de la retina de cada ojo, en aquellos animalesque tienen una decusacin parcial de las fibras pticas y cuerpogeniculado estratificado en capas. Estn probablemente implica-das en la visin tridimensional y representan un mecanismo pormedio del cual pueden procesarse distintas variables combinandola entrada captada por cada retina en columnas o bandas comple-mentarias en una superficie estructurada en dos dimensiones, comoes la corteza cerebral [132,135,170,173]. La segregacin de lasbandas durante el desarrollo implica, probablemente, la elimina-cin de colaterales talmicas inapropiadas, o el crecimiento deramas axnicas terminales en determinadas direcciones, entre otros.

Algunos de estos mecanismos no estn an aclarados del todo, perolo que s parece cierto es que la segregacin en bandas alternas paracada ojo durante el desarrollo es un proceso especfico de la propiacorteza o de las fibras aferentes talmicas (proyecciones del ncleogeniculado lateral), ya que la eliminacin temprana de las proyec-ciones que vienen de la retina de un lado no afectan esta segrega-cin [47,129]. La organizacin en bandas de dominancia ocular nodepende tampoco de la actividad visual [299]. En resumen, puededecirse que, en general, la estructura bsica de la corteza cerebrales innata, y la actividad es esencial para su correcto mantenimiento;manipulaciones experimentales (enucleacin, deprivacin visual,etc.) o alteraciones patolgicas del entorno visual (ceguera cong-nita, estrabismo, anisometropa, etc.) slo producen variaciones endeterminados parmetros como el ancho, nmero de bandas, perio-dicidad y otras alteraciones que, aunque fcilmente detectables,nunca implican su total anulacin [44,129,135,176,219].

Se ha sugerido que el patrn de burbujas revelado por la tcnicade la citocromo oxidasa podra estar implicado en la percepcin delcolor [183,184], y probablemente relacionado con circuitos intra-corticales inhibidores [116,283,354,355]. Las burbujas contienenclulas con distintas conexiones (incluso a otras reas secundarias)y diferentes propiedades funcionales [22,67, 72,78,352] pero, encualquier caso, su empleo ha sido de gran ayuda como marcadorefectivo de la organizacin columnar de la corteza visual y, porextensin, en el resto de las reas corticales. El agrupamiento de lasclulas de la corteza en unidades anatomofuncionales representa un

primer paso en procesos de anlisis mucho ms complejos. Obvia-mente las neuronas de la corteza visual no estn diseadas slo paradetectar barras de distinta orientacin, lo mismo que las clulas en elrea somatosensorial de roedores tampoco lo estn para reconocermovimientos de las vibrisas, sino como proceso previo para anlisismucho ms complejos en los que intervienen mltiples reas secun-darias capaces de elaborar las respuestas adecuadas.

CONCLUSIONES

En los ltimos aos hemos sido testigos de una nueva rea de inves-tigacin relativa al estudio de los diversos genes que controlan losprocesos de especificacin cortical y de conectividad neuronal[6-8,68,268]. El estudio de la expresin de estos genes est aportandonuevos datos relativos a la posibilidad de identificar caractersticasque han permanecido constantes a lo largo de la evolucin y averi-guar hasta qu punto varios tipos celulares y sus procesos dendrticosy axonales difieren entre las distintas especies [155].

Existe un plan bsico de organizacin cortical ? El neocr-tex, en general, no muestra una estructura uniforme, sino quecontiene un nmero de reas corticales que pueden ser distingui-das por caractersticas anatmicas y funcionales diferentes. He-mos revisado los aspectos ms sobresalientes de la organizacinde la corteza cerebral, comprobando que el neocrtex apareceuniforme a un nivel de organizacin elemental; no obstante, elestudio de las fibras aferentes corticales, las variedades neurona-les y la forma de conectarse entre ellas, indican claramente laexistencia de variaciones, algunas de las cuales podran ser nicaspara una determinada especie. Entre ellas destacamos: las clulasestrelladas con espinas tpicas de la corteza somatosensorial deroedores, clulas estrelladas con espinas y axn recurrente, apa-rentemente singulares en el cerebro de primates, clulas estrella-das con espinas y axn de proyeccin a la sustancia blanca en lacorteza visual de carnvoros, clulas piramidales especiales en lacapa II en insectvoros, por mencionar algunos ejemplos que,

considerados individualmente, pueden no tener equivalente enotras especies y que pueden ser un buen ejemplo de evolucin.Varios argumentos sugieren que el cerebro de los mamferos msevolucionados se con

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