Efectos de la estimulación artificial de un nervio periférico seccionado sobre la vía somatosensorial desaferentizada de la rata

Resumen

La organización estructural y funcional del sistema nervioso central -SNC- en individuos adultos es sensible a los cambios que se producen en las entradas periféricas. Tras privación sensorial severa, por ejemplo tras amputación o lesión traumática en los nervios periféricos sensoriales, todas las estaciones de la vía aferente sufren alteraciones, que van desde modificaciones ultraestructurales a reorganizaciones a gran escala de los mapas corticales. La sustitución de los estímulos naturales por otros artificiales, mediante el uso de neuroprótesis, parece ser la solución más prometedora para disminuir los devastadores efectos centrales que siguen a una amputación. Sin embargo, y a pesar de los avances en este campo, pocos estudios consideran que las neuronas del SNC, además de generar campos eléctricos, son sensibles a ellos y que la estimulación artificial podría inducir cambios plásticos, que deberían ser tenidos en cuenta en el diseño de cualquier interfaz cerebro-máquina. Esta hipótesis constituye la base de nuestro trabajo. Para demostrarla, diseñamos un modelo experimental de amputación y subsiguiente estimulación neuroprotésica en el sistema trigeminal de rata, en concreto en la vía virbisas-barriles. El nervio infraorbitario -IoN- fue seccionado completa e irreversiblemente -animales amputados- y conectado a un estimulador neuroprotésico -animales estimulados-. La estimulación artificial se aplicó sobre el cabo proximal del nervio seccionado de forma continuada durante 28 días. Tras este periodo comparamos anatómica y electrofisiológicamente la corteza somatosensorial de los animales amputados, estimulados e intactos -sin manipulación experimental-, por mediciones cuantitativas de la actividad metabólica, volumen de neuropilo, circuitos inhibitorios -poblaciones de interneuronas parvalbúmina-PV- y calbindina D28k-CB- positivas-, inervación colinérgica y actividad funcional cortical. Además, el volumen de otras estructuras subcorticales de la vía, núcleo principal del trigémino en tronco -Pr5- y núcleo ventral posteromedial en tálamo -VPM-, fue evaluado para establecer posibles relaciones con los eventos detectados en corteza. Nuestros resultados muestran que la desaferentización crónica provocó una alteración significativa de la organización cortical, con disminuciones significativas en la actividad metabólica, volumen, número de interneuronas GABAérgicas e inervación colinérgica cortical en las capas supragranulares -II-III- y granular IV- de la corteza de barriles. Los potenciales evocados mostraron además un aumento de la latencia y una clara disminución en la amplitud de la onda N. La estimulación artificial del nervio evitó los efectos dependientes de desaferentización, previniendo la caída en la actividad metabólica, volumen, circuitos inhibitorios y actividad funcional de la corteza desaferentizada. La disminución en la inervación colinérgica, sin embargo, se mantuvo tras la aplicación de la estimulación periférica. Las estructuras subcorticales también se vieron afectadas por las manipulaciones periféricas, resultando en un descenso de volumen en los animales amputados, que tendía a la normalización tras la estimulación. Juntos, estos resultados ofrecen evidencia que la estimulación eléctrica crónica tiene un efecto neuroprotector y de mantenimiento de la corteza sensorial y sugieren la posibilidad de que, mediante el control de los parámetros físicos de una entrada sensorial artificial a un nervio periférico seccionado, las regiones cerebrales crónicamente desaferentizadas podrían mantenerse en niveles próximos a la -normalidad- Nuestros hallazgos podrían ser importantes para el diseño de neuroprótesis sensoriales avanzadas y para fines terapéuticos en lesiones cerebrales o procesos neurales degenerativos.