organizarea structurală a cortexului Prefrontal de șoarece

În ciuda unui studiu amplu, există multă confuzie cu privire la ceea ce constituie PFC. această confuzie se datorează faptului că PFC prezintă variații enorme între specii. Această variație face dificilă utilizarea criteriilor anatomice standard, cum ar fi citoarhitectura și conectivitatea, în special prezența sau absența unei zone granulare, pentru a defini componentele primare ale PFC. Descrierile citoarhitectonice ale PFC-ului mouse-ului au fost documentate pentru prima dată de Rose (Rose, 1929). Rose a împărțit cortexul dorsal și rostral la forcepsul major al corpului callosum în cortexul precentral granular și agranular (Regio precentralis granularis și agranularis). Peretele medial a fost împărțit în două zone limbice: o zonă infraradiata intermedia ventralis anterioară și o zonă infradadialis dorsalis anterioară. Aspectul ventrolateral al cortexului frontal deasupra fisurii rhinale a fost identificat ca cortexul insular agranular. La șobolanul albino, Krieg (1947) a identificat șase regiuni din cortexul frontal, având probleme cu unele dintre delimitările lui Rose (Krieg, 1947). El a susținut că există diferențe citoarhitectonice care au făcut posibilă distingerea unui premotor și a unei regiuni polare frontale în cadrul Regio precentralis a lui Rose. De asemenea, a împărțit cortexul dorsal la fisura rhinală în două regiuni. Mulți ani mai târziu, Caviness (1975) a reexaminat neocortexul șoarecelui și a respins o parte din subdiviziunea lui Krieg. Caviness a inclus cea mai mare parte a cortexului frontal într-o singură regiune pe care a numit-o câmpul 6 pe motiv că distribuția celulelor și a fibrelor a fost destul de omogenă în PFC-ul șoarecelui. în regiunea frontală a distins o bandă îngustă de cortex pe marginea dorsală a fisurii interhemisferice (câmpul 8), o altă bandă îngustă între cortexul frontal și cortexul motor (câmpul 4) și două zone laterale din cortex deasupra fisurii rhinale pe care le-a numit câmpurile 10 și 11 (Caviness, 1975). Astfel de neconcordanțe între neuroanatomiști cu privire la delimitarea regiunii frontale, la șoareci și alte specii, au dus la acordul general că parcelarea cortexului frontal bazată exclusiv pe descrieri citoarhitecturale nu era fiabilă. La oameni și primate non-umane, studiile de degenerare celulară retrogradă au relevat o topografie între porțiuni distincte citoarhitectonic ale nucleului primat mediodorsal (MD) al talamusului și porțiuni restrânse ale cortexului granular frontal (Akert și Hartmann-von Monakow, 1980). Curând a devenit evident că proiecțiile majore ale nucleelor talamice MD pentru a separa regiunile PFC la șoarece și la alte rozătoare au fost o modalitate fiabilă de identificare a zonelor corticale prefrontale (Akert și Hartmann-von Monakow, 1980; Fuster, 2009; Krettek și Price, 1977; Leonard, 1969).

numai pe baza preparatelor Nissl, limitele nucleelor talamice MD la șoarece nu sunt ușor de distins, datorită citoarhitecturii lor omogene – deși au fost făcute unele încercări (Slotnick și Leonard, 1975; Caviness, Jr.și Frost, 1980). Cu toate acestea, folosind metode de urmărire anterogradă la șobolan, Leonard (1969) a observat că regiunile centrale și periferice ale nucleului talamic mediodorsal (MD) ar putea fi distincte pe baza proiecțiilor lor axonale către regiuni distincte ale PFC. astfel, la șobolan, partea medială a MD se proiectează la peretele medial al PFC care include cortexul prelimbic (PrL), infralimbic (IL) și rostral medial orbital (MO). Subdiviziunea centrală a talamusului MD se proiectează la cortexul insular ventral agranular (AIV) dorsal la fisura rhinală. Partea laterală a talamusului MD trimite fibre către cortexul cingulat anterior (Cg1–Cg2), precum și diviziunile laterale și ventrale ale cortexului orbital (Groenewegen, 1988; Krettek și Price, 1977; Leonard, 1969). Deși proiecțiile MD la mouse nu au fost mapate la fel de detaliat ca la șobolan, aceeași organizație generală pare să fie prezentă (vezi Guldin și colab., 1981). Foarte important, câmpurile corticale prefrontale ale mouse-ului nu sunt furnizate exclusiv de fibrele talamice din MD, ci primesc și intrări din grupul anteromedial (AM) de nuclee talamice (Guldin și colab., 1981) așa cum este cazul șobolanului (Divac și colab., 1978; Matsuda și colab., 2001).

studii recente s-au concentrat pe abordări imunocitochimice folosind diferiți anticorpi pentru a identifica proteinele care sunt exprimate diferențiat în straturi corticale distincte ale PFC. De exemplu, anumite populații de celule piramidale pot fi identificate folosind un anticorp monoclonal SMI-32, care recunoaște subunitatea neurofilament H în starea sa nefosforilată. Modelul expresiei neurofilamentului variază între straturile corticale, ceea ce face ca SMI-32 să fie un marker valoros pentru delimitarea zonelor corticale ale cortexului frontal. Expresia SMI – 32 a fost utilizată cu succes la primate (Preuss și colab., 1997), șobolani (Van de Werd și colab., 2008) și recent în laboratorul nostru propriu cu șoareci.

figura 30.1 prezintă delimitarea cortexului frontal al mouse-ului suprapus pe secțiuni colorate pentru substanța Nissl și pentru SMI-32. Zonele insulare agranulare AID și AIV prezintă o colorare slabă pentru SMI-32. Zona orbitală laterală (LO) se colorează foarte dens pentru SMI-32 în straturile II, V și VI la șoarece, la fel ca la șobolan

figura 30.1. Delimitări ale cortexului prefrontal suprapuse pe secțiuni coronale ale unei emisfere creier de șoarece colorat pentru Nissl (a și C) sau SMI-32 (B și D). (A–B) and (C–D) are located approximately 2.3 mm and 1.94 mm anterior to bregma respectively.

Abbreviations: AcbSh, nucleus accumbens shell; AID, dorsal agranular insular cortex; AIV, ventral agranular insular cortex; Cg1, dorsal cingulate cortex; DI, dysgranular insular cortex; fmi, forceps major of the corpus callosum; Fr3, frontal area 3; IL, infralimbic cortex; LO, lateral orbital cortex; M1, primary motor cortex; M2, secondary motor cortex; MO, medial orbital cortex; Pir, piriform cortex; PrL, prelimbic cortex; S1, primary somatosensory cortex; VO, ventral orbital cortex.

figura 30.2. Delimitări ale cortexului prefrontal suprapuse pe secțiuni orizontale ale creierului șoarecelui colorate pentru Nissl (C și D) și pentru acetilcolinesterază (a și b). Legenda ca pentru figura 30.1. (A–C) și (B–D) sunt situate la aproximativ 2,36 mm și, respectiv, 2,0 mm ventral până la bregma.

(Van de Werd și colab., 2008). Granița dintre VO și LO este foarte clară în secțiunea colorată SMI-32; colorarea în stratul III dispare în VO, iar straturile profunde sunt mai puțin dens colorate decât în LO. Din nou, mouse-ul seamănă foarte mult cu șobolanul în această privință. La șobolan, unii cercetători împart teritoriul VO într-o regiune orbitală ventrolaterală (VLO), distinctă de regiunea LO (Van de Werd și colab., 2008; Reep și colab., 1984). Această distincție nu este evidentă în secțiunile colorate Nissl sau SMI – 32 ale creierului șoarecelui. În secțiunile colorate cu Nissl, un strat ii grupat întunecat se distinge bine de stratul III în partea laterală a VO și devine mai puțin distinct medial. Cu toate acestea, tranziția este treptată și nu există o limită evidentă între VLO și LO. La șobolan, nu există, de asemenea, o limită clară în secțiunile colorate pentru o varietate de markeri neurochimici (Paxinos și colab., 1996).

pe peretele medial, zona orbitală medială (MO) este similară cu VO prin faptul că este slab colorată pentru SMI-32, dar la fel ca la șobolan (Uylings și van Eden, 1990), celulele colorate Nissl din stratul MO II au o margine clară cu stratul III, în timp ce în VO cele două straturi se amestecă. Zona prelimbică (PrL) se află dorsal LA MO rostrally, și dorsal la infralimbic (IL) caudal. Stratul II al PrL este mai îngust și mai distinct decât în MO și pete întunecate cu Nissl. Similar cu șobolanii, celulele stratului III din PrL la șoarece sunt distanțate bine și aspectul mai ușor al stratului III marchează granița dintre MO și PrL. Porțiunea cea mai rostrală a cortexului cingulat (Cg1) este dorsală până la PrL. Straturile sale profunde prezintă mai multă colorare SMI-32 decât PrL. În secțiunile colorate Nissl este marcat de stratul II îngustându-se la aproape o singură linie de celule colorate întunecat.

colorarea acetilcolinesterazei (AChE) a fost utilizată pentru a diferenția regiunile corticale frontale. Zona PrL a creierului mouse-ului este foarte evidentă în secțiunile pătate de durere, unde se remarcă din neuropilul înconjurător. Cea mai mare parte a regiunii PrL pete mai întunecate decât zonele înconjurătoare, în special în stratul III. în plus, există o absență distinctă de colorare a durerii în stratul II care continuă dorsal în cortexul cingulat. În CG1, stratul VI pătează moderat întunecat cu AChE, dar gradațiile dintre straturi nu sunt bine definite. Cu pata Nissl, stratul II de Cg1 este mai îngust decât în PrL. În plus, celulele din stratul CG1 III sunt mai mici decât în PrL. Caudal la PrL, MO se micșorează ventral și IL iese peste el. MO și LO nu se disting prin durere, deoarece ambele pete sunt foarte slabe pentru durere. VO este mai întunecat, în special în straturile profunde. Cortexul insular agranular este marcat de o colorare moderat densă pentru AChE în stratul III și mai profund. Straturile 1 și 2 sunt doar ușor colorate.

markerii expresiei genelor în cortexul frontal al șoarecelui nou-născut dezvăluie, de asemenea, modele care se corelează cu subdiviziunea cortexului frontal bazată pe citoarhitectură și markeri neurochimici la șoarecii adulți. Deși markerii specifici anumitor regiuni nu au fost observați direct, diferite combinații de markeri pot defini cu succes subdiviziunile cortexului frontal. De exemplu, gena neurogeninei 2 (Ngn2) este exprimată puternic în regiunea MO, dar rămâne practic neexprimată în zona IL, PrL și CG1 și de-a lungul bazei cortexului orbital până la marginea laterală a LO. În schimb, markerul receptorului z retinoid (RZR XV) este exprimat lateral de la marginea MO/VO până la capăt în jurul cortexului până când se estompează în zona motorului 1 (M1). Cu toate acestea, RZR nu se exprimă în regiunea care corespunde DLO care arată selectivitatea acestor markeri ca ghiduri pentru delimitare (Cholfin și colab., 2007). Cholfin și colegii săi au folosit un total de 8 markeri pentru a arăta că factorul de creștere a fibroblastelor, Fgf17, joacă un rol în reglarea dezvoltării cortexului frontal. Astfel, la șoarecii Fgf17-nul PRL, Cg și M1 și M2, sunt reduse semnificativ în dimensiune, în timp ce regiunile parietale se extind rostral. În schimb, regiunile VO se dezvoltă normal (Cholfin și colab., 2007). Acest studiu elegant arată modul în care informațiile biologice moleculare ale mouse-ului pot fi folosite pentru a ne lumina înțelegerea dezvoltării creierului mouse-ului.