Síntesis: Este proyecto se enfoca en desarrollar bases teóricas en combinación con la obtención de datos experimentales, que nos permitan entender mejor la dinámica de plasticidad sináptica a corto plazo, y la relación funcional entre plasticidades sinápticas de corto plazo (PSCP), dependiente de tiempos de disparo (PSDTD), y de mediano y largo plazo (PSMP y PSLP), en el núcleo estriado. Los protocolos experimentales y los modelos desarrollados durante el proyecto servirán para establecer un programa de investigación que combine experimentación y desarrollo teórico enfocado en el estudio de las bases biofísicas, neurofisiológicas, y matemáticas, del funcionamiento de los ganglios basales. Para entender cómo funciona el sistema nervioso, es necesario entender la recepción, procesamiento, y transferencia de información entre neuronas, y entre conjuntos de neuronas. Lo anterior implica integrar conocimiento sobre procesos que ocurren en distintos niveles de organización; una tarea a menudo difícil o imposible. Por ejemplo, todavía no es posible monitorear y registrar neuronas en redes pequeñas con alta resolución temporal y especificidad, conociendo las conexiones sinápticas, sus pesos y propiedades de plasticidad, y manipular, al mismo tiempo y de forma sistemática, propiedades biofísicas de la maquinaria sináptica en conexiones específicas. Sin embargo, es posible hacer lo anterior con modelos biofísicos de redes basados en datos experimentales que capturen propiedades biofísicas fundamentales de las células y sus interacciones. Las conexiones sinápticas juegan un papel central para la integración de actividad multinivel. Es de especial interés la capacidad de cambio en las conexiones sinápticas, o plasticidad sináptica, que involucra procesos que ocurren en niveles de organización subcelular, celular, y de red; en escalas espacio-temporales también distintas, pero que se traslapan.

Por ejemplo, la PSCP y PSDTD se pueden observar en decenas, o inclusive centenas de milisegundos, involucrando procesos a nivel celular y subcelular. Se cree que una de las funciones de la PSCP es la de filtrar, o restringir la transferencia de información entre neuronas a rangos de frecuencia específicos, que a su vez están correlacionados con patrones de actividad a nivel de redes o sistemas más grandes. La PSDTD provoca cambios en la fortaleza de conexiones sinápticas en pares de neuronas en función de los tiempos de disparo de dichas células. Los cambios son observable después de segundos o inclusive más tiempo, y a nivel de una o varias células, involucrando, por extensión, poblaciones de neuronas. Por tanto, se puede pensar en la PSDTD como un fenómeno relacionado con la PSMP y PSLP. Como la PSCP involucra inherentemente cambios en respuestas sinápticas que dependen de intervalos de disparo pre y postsináptico, tiene sentido preguntarse cómo se relacionan la PSCP y la PSDTD. Sin embargo, dicha conexión no está clara. El proyecto se llevará a cabo enfocándose en el núcleo estriado, entre otras razones, porque la mayoría de sus neuronas son GABAergicas, y por su relación con patologías como la enfermedad de Parkinson. Aunque ya existe evidencia de plasticidad de todos los tipos mencionados anteriormente en el estriado, todavía no está claro cómo se combinan dichas plasticidades, en particular PSCP y PSDTD, y además tomando en cuenta que las sinápsis son GABAérgicas, que al activarse pueden causar inhibición o excitación.