Las oscilaciones cerebrales constituyen un mecanismo para la integración temporal de la actividad de poblaciones neuronales distribuidas. La oscilación theta es característica del estado activado del hipocampo y su contribución resulta fundamental para los procesos cognitivos en que participa esta estructura y que incluyen la integración sensorimotora y los procesos de aprendizaje y memoria. La generación o modulación de esta actividad rítmica están reguladas por un complejo sistema que tiene su origen en el tronco del encéfalo y en el que intervienen de manera crítica estructuras del prosencéfalo basal y del diencéfalo.
En el tegmento pontino, el núcleo incertus (NI) presenta proyecciones sobre las principales estructuras implicadas en el control de esta oscilación, lo que nos ha llevado a considerar su posible integración en el sistema tegmental de modulación de la activación hipocámpica. En un estudio previo, nuestro grupo verificó además que la estimulación de NI es capaz de generar ritmo theta en el hipocampo en ratas anestesiadas con uretano.
En el trabajo de tesis que se presenta se muestra la existencia de una ruta directa desde el principal generador reticular de la oscilación, el núcleo reticularis pontis oralis, hasta el marcapasos de la oscilación, el complejo septum medial-banda diagonal mediante un estudio de inyección doble de trazadores neuronales.
Además, se ha profundizado en la implicación de este núcleo en la activación de la oscilación hipocámpica. Para ello, en ratas anestesiadas con uretano, se ha realizado el registro de la actividad neuronal en NI en condiciones espontáneas y en condiciones de generación de ritmo theta en el hipocampo. El estudio de su influencia ha incluido también el análisis del efecto de su lesión o inhibición sobre la oscilación hipocámpica. Por otra parte, se ha estudiado la actividad local de campo en NI y su correlación con la hipocámpica en distintas condiciones de activación, con el objetivo de analizar si NI forma parte del sistema de estructuras que presentan una oscilación sincronizada con la del hipocampo. La actividad de NI ha sido estudiada también en ratas con electrodos implantados crónicamente. En éstas, se ha analizado tanto la actividad neuronal como la actividad eléctrica local de campo y su correlación con la sincronización hipocámpica en distintos estados de activación a lo largo del ciclo de sueño/vigilia.
Los resultados obtenidos permiten afirmar que NI está implicado en la generación de la actividad theta hipocámpica y que, en determinadas condiciones, resulta necesario para que ésta se origine. Tanto en el animal anestesiado como en el ciclo de sueño/vigilia, la actividad neuronal en NI se correlaciona con estados activados del hipocampo. Además, se ha podido observar actividad rítmica a frecuencias theta en NI, que en determinadas condiciones tiene lugar a la misma frecuencia que en el hipocampo, con el que muestra una elevada coherencia. En conjunto, el trabajo presentado apoya la inclusión de NI como estructura clave en el sistema de control de la oscilación hipocámpica.Brain oscillations provide a mechanism for temporal integration of distributed neuronal populations. Theta oscillation is characteristic of the hippocampal active state participates in cognitive processes, including sensorymotor integration, learning and memory. Theta rhythm occurs during active wakefulness and it is also characteristic of the REM sleep EEG pattern. A complex system is involved in the generation or modulation of this oscillation, arising from the brainstem and critically involving the basal forebrain and hypothalamus.
In the pontine tegmentum, the nucleus incertus (NI) projects to the main structures controlling theta rhythm. This has led us to postulate the implication of NI in the brainstem control of the oscillation.
Firstly, the present dissertation analyzes the existence of a neuronal pathway from the main pontine generator - the reticularis pontis oralis nucleus (RPO) - to the septal pacemaker of the rhythmicity through the NI.
Moreover, the contribution of the NI in the modulation of the hippocampal function has been assessed in urethane-anaesthetized and chronically implanted rats. Single unit recordings, NI lesion and inhibition have been performed in order to analyze its relevance in theta generation. In addition, we also investigated this field activity in the NI.
The results of the present study confirm the implication of the NI in theta rhythm generation. Under anaesthesia, NI neurons were activated in theta periods. In the unanaesthetized rats, NI neurons were most active during active waking, coincidently with hippocampal theta. The lowest neuronal activity was found during non-REM sleep, while in REM, the activity resulted similar to quiet waking. NI lesion or inhibition suppressed RPO-elicited theta oscillation in the hippocampus, but not theta induced by tail-pich. In addition, NI exhibited a rhythmical activity in its local field potential very close in frequencies with the hippocampus both in the anesthetized and unanaesthetized animals.
The dissertation suggests the integration of NI in the brainstem network responsible for theta rhythm activation. Together with other structures belonging to the ascending reticular activating system, the NI could influence on the cognitive processes depending on the behavioural state. In conclusion, the study presents evidences for considering NI a key structure in theta circuitry
