Two-Photon and Light Sheet Microscopy for the Characterization of Interhemispheric Projections in Rodent Somatosensory Systems

Abstract

[SPA] Los modelos animales, en particular el ratón, son herramientas clave en la investigación neurocientífica, permitiendo estudiar los mecanismos de procesamiento sensorial tanto in vivo como ex vivo. En los roedores, la exploración del entorno depende en gran medida del uso de los bigotes, cuya información sensorial se procesa en la corteza somatosensorial primaria relacionada con los bigotes (wS1). Esta región presenta una organización anatómica en forma de “barriles”, lo que ofrece un modelo idóneo para investigar la conectividad y la integración interhemisférica a través del cuerpo calloso, un proceso aún no completamente caracterizado. El objetivo de este trabajo fue caracterizar funcionalmente las proyecciones callosas de largo alcance que conectan regiones somatosensoriales homólogas entre ambos hemisferios cerebrales. Para ello, se emplearon técnicas de imagen de calcio in vivo en ratones despiertos y fijados en la cabeza, utilizando una estrategia viral dual que permitió la expresión selectiva del indicador de calcio jGCaMP7s en neuronas proyectantes desde la wS1 derecha hacia su parte homologa en el hemisferio izquierdo. La actividad neuronal se registró durante la aplicación de diferentes protocolos de estimulación de los bigotes (3 V a 90 Hz y 10 V a 90 Hz) con el fin de evaluar el efecto de la intensidad del estímulo en la transferencia e integración interhemisférica. Los resultados mostraron que las respuestas neuronales eran moduladas por la intensidad del estímulo y presentaban una alta heterogeneidad entre neuronas, lo que sugiere funciones diferenciadas en la codificación sensorial a través del cuerpo calloso. En conclusión, se observó una clara evidencia de transferencia de información sensorial entre hemisferios, modulada por la entrada ipsilateral, lo que aporta nuevas perspectivas sobre la complejidad del procesamiento bilateral y sienta las bases para futuras investigaciones en condiciones normales y patológicas.[ENG] Animal models, particularly mice, are essential tools in neuroscience research, enabling the study of sensory processing mechanisms both in vivo and ex vivo. In rodents, environmental exploration heavily relies on whiskers, whose sensory information is processed in the whisker-related primary somatosensory cortex (wS1). This region has a distinctive “barrel” anatomical organization, making it an ideal model for investigating interhemispheric connectivity and integration via the corpus callosum, a process that remains incompletely understood. This study aimed to functionally characterize long-range callosal projections connecting homologous somatosensory regions across both hemispheres. To achieve this, in vivo calcium imaging was performed in awake, head-fixed mice using a dual viral strategy that enabled selective expression of the genetically encoded calcium indicator jGCaMP7s in projecting neurons from the right wS1 to its left hemisphere homologous. Neuronal activity was recorded in response to different whisker stimulation protocols (3 V at 90 Hz and 10 V at 90 Hz) to evaluate the influence of stimulus intensity on interhemispheric signal integration. Results showed that neuronal responses were modulated by stimulus intensity and exhibited high variability across the recorded population, suggesting differentiated coding functions along the callosal pathway. In conclusion, clear evidence of interhemispheric sensory information transfer was observed, with modulatory effects linked to ipsilateral input. These findings offer new insights into the complexity of bilateral sensory processing and lay the groundwork for future studies under both physiological and pathological conditions.Escuela Técnica Superior de Ingeniería IndustrialUniversidad Politécnica de Cartagen