La respiración es generada por un grupo de neuronas localizadas en el sistema nervioso central (SNC), específicamente por una pequeña región del tallo cerebral denominada complejo pre-Bötzinger (CPB). El uso de la rebanada de tallo cerebral que contienen al CPB y que mantiene su actividad rítmica ha permitido determinar que tanto las propiedades intrínsecas de la membrana como las interacciones sinápticas clásicas contribuyen a la generación del ritmo respiratorio. Además, más recientemente, se ha acumulado evidencia de que la activación tónica de distintos sistemas de transmisión, posiblemente extrasináptica, también participa en la generación y modulación de los ritmos respiratorios. Lieske y cols (2000), han demostrado que el CPB es capaz de generar, en condiciones de hipoxia, dos ritmos respiratorios que corresponden a la respiración “normal” (llamada eupnea) y a los suspiros. Además reportaron que el mismo circuito es capaz de reconfigurarse y generar, en condiciones de hipoxia prolongada, un tercer ritmo respiratorio que corresponde a los boqueos. Se ha sugerido que la reconfiguración que lleva a la generación de boqueos involucra cambios en la propiedades intrínsecas de las neuronas respiratorias así como alteraciones en la transmisión sináptica y extrasináptica que, todavía, requieren ser completamente determinados. El estudio de la generación de los ritmos respiratorios, y en particular de los boqueos, es un tema de interés básico en las neurociencias en términos del estudio de los mecanismos involucrados en la reconfiguración de un circuito neuronal en mamíferos, pero además tiene gran relevancia desde el punto de vista clínico debido a que los boqueos están directamente relacionados al proceso de autorresucitación y de esta manera son primordiales para la sobrevivencia a condiciones de hipoxia severa. Más aún, desde 1972 French et al sugirieron que el síndrome de muerte súbita del lactante (SMSL), está asociado con la inhabilidad de ciertos neonatos para llevar a cabo la autorresucitación y los boqueos, lo cual ha sido apoyado con evidencia experimental de distintos laboratorios. Tomando en cuenta los hallazgos previos, se propone hacer un estudio más minucioso y sistemático sobre los mecanismos sinápticos y extrasinápticos involucrados en la generación de la eupnea y de los boqueos durante la hipoxia. Para ello se plantea abordar este problema en dos direcciones generales: _x000D_ 1.- Estudiar los cambios en la transmisión sináptica clásica que ocurren en la hipoxia_x000D_ 2.- Estudiar el papel de la transmisión extrasináptica tanto en condiciones de normoxia como en condiciones de hipoxia._x000D_ _x000D_ Ambos abordajes, contribuirán al entendimiento de la generación de los ritmos respiratorios no solo en condiciones normales (normoxia, sino en condiciones patológicas. Por ejemplo, nos permitirán explorar estrategias farmacológicas que permitan robustecer la generación de boqueos durante la hipoxia y evitar la apnea hipóxica. Además, nos permitirán identificar la importancia relativa de la transmisión extrasináptica en la generación de los ritmos respiratorios y su potencialidad como blanco modulador de dicha actividad tanto en condiciones fisiológicas como en alteraciones respiratorias particulares (p.e. Apneas centrales, hipoventilación, etc.).

La investigación que desarrolla mi grupo de trabajo se enmarca en el estudio de la (dis)función de circuitos neuronales. Dado que el objetivo de este tipo de investigación es el de determinar las bases celulares de la actividad coordinada de grupos de neuronas, tanto en condiciones normales como sus alteraciones en condiciones patológicas, utilizamos un abordaje experimental integral que permite correlacionar hallazgos obtenidos de experimentos conductuales, con evidencias obtenidas de registros de la actividad de neuronas individuales e incluso de canales iónicos específicos. El objetivo general de este tipo de investigación es el de identificar los mecanismos intrínsecos y sinápticos que participan en la actividad integrada de ciertos circuitos neuronales (lo que subyace conductas específicas), así como identificar las alteraciones en estos mecanismos que determinan las disfunción de estos circuitos en condiciones patológicas (lo que subyace síntomas neurológicos específicos). Esto permite, por una parte, establecer el correlato celular de los síntomas de algunas patologías nerviosas y, por otra parte, identifica blancos terapéuticos para tratarlos._x000D_ A manera de introducción, es relevante mencionar que la gran mayoría de las funciones cerebrales se basan en la generación de actividad rítmica por circuitos neuronales específicos (Yuste et al., 2007). Dicha actividad representa la base operacional de múltiples circuitos neuronales que proporciona una ventana temporal para el reclutamiento coherentemente de múltiples ensambles neuronales (para una revisión ver Traub et al., 1999; Engel et al., 2001; Buzsaki y Draguhn, 2004; Yuste et al., 2007). Como se mencionó, la generación de actividad rítmica poblacional es un proceso dinámico que involucra interacciones complejas entre propiedades sinápticas e intrínsecas, que pueden cambiar dependiendo de distintos estados conductuales, o bien de condiciones patológicas particulares (Ramirez et al., 2004; Peña y García, 2006). Nuestra investigación, por lo tanto, tiene relevancia tanto para las neurociencias básicas, como para la clínica. Esto último, en el sentido de que esta investigación permite identificar blancos terapéuticos específicos para el tratamiento de algunas enfermedades neurológicas. El abordaje experimental que utilizamos incluye técnicas electrofisiológicas, neuroquímicas, histológicas, de biología molecular y de imágenes de fluorescencia tanto in vivo como in vitro. El proyecto, por tanto abona al entendimiento de la función de un circuito neuronal relacionado con una conducta básica: la respiración._x000D_ Desde nuestro punto de vista este proyecto esta es una línea novedosa enfocada al estudio de los mecanismos celulares que participan en la generación de actividad rítmica poblacional por circuitos neuronales y su relación con una función particular, en este caso la respiración y su respuesta a la hipoxia. El circuito generador del ritmo respiratorio tiene la gran ventaja de que puede ser mantenido en una rebanada de tallo cerebral, en la cual continúa generando su actividad rítmica, permitiendo utilizar la amplia gama de técnicas electrofisiológicas en el estudio a nivel celular de los mecanismos que subyacen a la generación de esta función en distintas condiciones medioambientales. En términos más globales este circuito permite también estudiar mecanismos de reconfiguración de un circuito neuronal en mamíferos y la generación de distintos ritmos respiratorios. Metodológicamente, en el desarrollo de este proyecto tenemos planeado montar el registro de la actividad sináptica poblacional provocada en el PBC y empezar a evaluar la participación de la transmisión extrasináptica GABAérgica y glutamatérgica en la actividad de este circuito. Hasta el momento este tipo de registros no ha sido intentados in vitro y solo existe un reporte de registro de actividad sináptica evocada poblacional en el gato in vivo (Bongianni et al., 1991). Cabe mencionar aquí que el responsable técnico de este proyecto ya tiene experiencia en el registro de actividad poblacional provocada in vitro (Peña et al., 2002). Finalmente queremos hacer mención de la importancia clínica de este proyecto, ya que existe una relación causal entre la disminución de la capacidad de generar boqueos y el síndrome de muerte súbita del lactante. Con este proyecto tenemos la posibilidad de estudiar los mecanismos que subyacen a la generación de los boqueos y esperamos que la evidencia experimental nos muestre blancos terapéuticos que pudieran ser utilizados en la prevención de la llamada comúnmente muerte de cuna.