El Locus Coeruleus (LC), fue descrito por primera vez en 1809 por el neuroanatomista
alemán Reil. Su nombre proviene del latín y significa núcleo
celeste, llamado así por su tono azulado en tejidos humanos frescos,
que se observa debajo del epéndimo del IV ventrículo. La mitad
de las neuronas noradrenérgicas del encéfalo están
encerradas en este pequeño núcleo, en la formación
reticular del troncoencéfalo. Está compuesto por 18.000 células
en cada lado y es la más extensa red de vías que emanan de
cualquier núcleo cerebral. Es el origen de virtualmente todas las
aferencias noradrenérgicas al cerebro.
Está localizado bilateralmente en la protuberancia (región
gris central en el puente rostrolateral, bajo el piso del IV ventrículo).
También se le denomina "el núcleo pigmentado de la protuberancia".
Sus proyecciones alcanzan muchas áreas en el cerebro anterior,
cerebelo y médula espinal. Esta red le da al LC la capacidad anatómica
de integrar la actividad funcional de muchas regiones cerebrales e influir
en la función cerebral y su reactividad, en forma muy importante.
Es el centro crucial de la atención. Como en los textos de neurología
la fisiología y clínica relacionada con este núcleo
es referida en forma mínima hemos estimado útil esta revisión.
Las neuronas del LC tienen tanto ramas axonales ascendentes como descendentes.
Las descendentes van a la médula (predominantemente por el cuerno
ventral a través del sistema coeruleoespinal) y al tronco cerebral
mismo (especialmente al núcleo sensitivo del trigémino).
Las proyecciones ascendentes terminan en el diencéfalo (ampliamente
en el tálamo dorsal, con pequeñas proyecciones terminales
en el hipotálamo), cerebelo, base del cerebro anterior (incluyendo
el hipocampo) y en el neocortex configurando una extensa red. El LC recibe
aferencias de muchas o posiblemente todas las modalidades sensoriales
de la periferia, a través de sólo dos entradas mayores,
desde dos núcleos del tronco encéfalo:
1.- Núcleo Paragigantocelular (PGi) y
2.- Núcleo Prepopositus Hipoglosi Prepositus (PrH; también
llamado núcleo accesorio del hipogloso, está situado por
delante y un poco por fuera del núcleo principal del hipogloso.
Se extiende en plena formación reticular, desde la parte anteroexterna
del núcleo principal hasta la parte externa de la oliva).
El LC es activado por el dolor, la pérdida de sangre y el colapso
cardiovascular; rara vez es excitado por estimulos vegetativos no amenazantes.
La importancia del funcionamiento del LC para la supervivencia del organismo
es sugerida por su tipo de metabolismo energético, que es único
y caracterizado por la relativa ausencia de metabolismo aeróbico
de la glucosa con un prominente catabolismo anaerobio y del ciclo de las
pentosas (ciclo en el cual la fijación de CO2 por moléculas
de ribulosa difosfato conduce a la formación de glucosa y sus derivados)
lo cual le da una mayor independencia de los sustratos que llegan por
la sangre. Además, tiene la particularidad de utilizar neuromelanina
como forma alternativa del transporte de electrones. Las neuronas LC son
marcadamente homogéneas en sus características de actividad
eléctrica y muestran patrones muy similares en descargas espontáneas
y en aquellas evocada por estímulos (1).
El LC es influído por dos clases de aferencias con sus respectivos
grupos de neuronas: aferencias excitatorias que median actividad evocada
sensorialmente y aferencias tónicamente inhibitorias según
el estado de alerta y la conducta del momento. Posiblemente estas aferencias
provengan del núcleo PGi y PrH respectivamente.
Para el estudio de las funciones del LC se han utilizado modelos animales,
especialmente ratas y primates ya que en estas especies el núcleo
está compuesto casi exclusivamente de neuronas noradrenérgicas
(NA), lo cual es importante, pues el interés principal en el LC
humano se refiere a esta población celular. En otras especies como
el gato, el LC está compuesto de neuronas NA interdigitadas con
neuronas no NA.
PARTICIPACION DEL LC EN ACTIVIDADES FISIOLOGICAS
RITMO CIRCADIANO: EL CICLO VIGILIA-SUEÑO
Las neuronas del LC poseen una actividad espontánea que varía
según el estado del ciclo vigilia - sueño. En ratas
no anestesiadas, el LC descarga más rápidamente durante
la vigilia, más lento durante el sueño de ondas lentas
(o no REM) y se vuelve virtualmente silente durante el sueño
paradojal o sueño REM (1). El estudio de la
actividad eléctrica de las neuronas del LC sugiere que este
silencio, durante el sueño REM se debería a inhibición
activa de las neuronas, posiblemente desde el núcleo PrH, pues
son autoactivas en cortes cerebrales en ausencia de aferencias sinápticas
(2).
La actividad del LC varía en anticipación del siguiente
estado del ciclo. Así, durante la vigilia, la actividad de
las neuronas del LC disminuye a medida que se acerca el sueño
de ondas lentas, y de la misma forma comienza a disminuir su actividad
antes del paso de sueño de ondas lentas a sueño REM.
Si en cambio al sueño de ondas lentas sigue el despertar, las
neuronas del LC abruptamente descargan fásicamente 100- 500
milisegundos previos a la vigilia. La única excepción
a esta anticipación del siguiente estado lo constituye el paso
de sueño REM a la vigilia. Las neuronas, retoman su actividad
de vigilia coincidente o un poco después de la cesación
del sueño REM. De esta forma, aunque la actividad anticipatoria
del LC, durante la mayoría de las transiciones del ciclo vigilia
- sueño, es consistente con su rol en contribuir a desencadenar
el estado siguiente, este núcleo no es responsable del fin
del sueño REM sino de su inicio. La inhibición de las
neuronas del LC evitaría que respondan a estímulos ambientales,
permitiendo que el sueño REM ocurra.
EL ESTADO DE ALERTA
La hiperactividad del LC interrumpe actvidades automáticas
que son incompatibles con respuestas conductuales que requieren un
alto grado de alerta e interacción con estímulos ambientales.
L a hipo o hiper función del LC influye la actividad sensorial
y motora, favoreciendo respectivamente a programas conductuales automáticos,
o respuestas a estímulos ambientales relevantes (3).
La actividad del LC se ha monitorizado en primates no anestesiados.
Aunque estos animales no presentan ciclos normales de vigila - sueño
bajo las condiciones experimentales, se ha podido observar cambios
en la actividad del LC en relación a diferentes conductas durante
la vigilia. Los períodos de actitud pasiva se acompañan
de una disminución en la descarga del LC, mientras que el estado
de alerta se asocia con incremento de la actividad. En la rata, estos
cambios preceden a las variaciones electroencefalográficas
por algunos cientos de milisegundos (4).
Durante el reposo, la descarga del LC en la rata disminuye en comparación
con otros momentos de vigilia sin haber cambios en el nivel de actividad
electroencefalográfica. Iguales resultados se observaron en
primates. Esto indica que la descarga del LC está reducida
no solamente en períodos de sueño o somnolencia, sino
que también durante ciertas conductas, más automáticas,
en las cuales los animales están despiertos pero no atentos.
En ratas y monos, la mayor descarga del LC ocurre asociada con repuestas
conductuales que orientan al animal hacia el entorno especialmente
si interrumpen conductas automáticas, como descansar o alimentarse.
Las neuronas del LC en ratas y monos responden también frente
a estímulos no nociceptivos. En ratas despiertas, la actividad
del LC es marcadamente fásica, respondiendo a estímulos
simples de todas las modalidades sensoriales: auditiva, visual, somatosensorial
y olfatoria. Las respuesta fueron más consistentemente evocadas
mientras más relevantes fueron los estímulos.
La respuesta de las neuronas del LC es similar en monos. Sin embargo,
mientras en la rata una variedad de estímulos intensos provocaban
respuesta la mayoría de las veces, en el mono las respuestas
se suprimen luego de los primeros estímulos. Sin embargo, estímulos
más significativos o inesperados, siempre fueron capaces de
provocar respuestas (4).
Las respuestas del LC frente a estímulos sensoriales fueron
mayores en vigilia si interrumpían conductas de baja atención
provocando una reacción conductual. En cambio, fueron mucho
menores durante el sueño de ondas lentas, y no hubo respuesta
durante el sueño REM. Se ha propuesto que la actividad del
LC contribuiría a la producción de un estado en que
los estímulos sensoriales son más efectivamente procesados
es decir,que haya una mayor alerta (4).
ANTINOCICEPCIÓN
Se ha demostrado en experimentos realizados en ratas, que las neuronas
del LC son activadas por la estimulación directa de fibras
C sensitivas de los nervios periféricos. Estas transportan
aferencias relacionadas con estímulos dolorosos, temperatura
y mecanorrecepción de bajo umbral y tendrían así
la función de incrementar el estado de alerta y la atención
(7).
El LC, podría también formar parte del mecanismo central
de control del dolor. En ratas la analgesia, considerada como un mayor
tiempo de latencia entre el estímulo doloroso y el movimiento
reflejo de la cola, es producida por estimulación química
o eléctrica del LC. La analgesia así obtenida es bloqueada
por la administración intratecal a nivel de tronco encéfalo
de antagonistas alfa 2 adrenérgicos (Phentolamin, Yohinbina),
indicando que la analgesia inducida por el LC estaría mediada
por un sistema NA descendente (6, 7).
Sin embargo la depleción a nivel espinal de monoaminas noradrenégicas
(NE), no evita esta analgesia. Es decir la analgesia producida por
el LC sería mediada por vías noradrenérgicas
pero a continuación probablemente colinérgicas, hasta
la médula espinal (8). El núcleo PGi,
que constituye una aferencia al LC mediada por aminoácidos
excitatorios (glutaminérgicos), parece estar también
implicado en el circuito del dolor, ya que antagonistas de estos neurotransmisores
deprimen las repuestas de LC frente a estímulos nociceptivos
(9, 10). Como se sabe que el núcleo
PGi está involucrado con la activación simpática,
a través de una vía descendente espinal, se propone
que el circuito que incluye al núcleo PGi y al LC, permitiría
vincular la percepción del dolor y la respuesta autonómica
(11, 12).
RELACION LC-APRENDIZAJE
Estudios hechos en ratas han demostrado que la NE contenida en el
LC está fundamentalmente involucrada en el aprendizaje asociativo
olfatorio. En ratas recién nacidas, con LC dañado, se
ha visto que no logran condicionamiento a un estímulo olfatorio
y el aprendizaje no provocaba un cambio en la respuesta conductual,
al estímulo condicionante (13). La administración
de beta-bloqueadores adrenérgicos, al bloquear la NE, también
dañan la adquisición de de aprendizaje de olores. Por
el contrario, la asociación de un olor determinado con agonistas
B adrenérgicos producen preferencia por ese olor.
Un sitio crítico de la acción de la NE durante el aprendizaje,
es así el bulbo olfatorio, , el cual experimenta cambios estructurales
y fisiológicos junto con el desarrollo del aprendizaje. El
LC es la principal fuente de vías noradrenérgicas (NE)
al bulbo olfatorio. El LC neonatal es particularmente sensible a la
acción de estímulos condicionantes.
Se ha demostrado, además, que la NE no se requiere para la
expresión de respuestas a olor previamente aprendidas. El LC
y la NE serían sólo necesarios para la adquisición
y/o post entrenamiento y consolidación de memorias olfatorias
tempranas (13).
Se cree que la red de terminales nerviosas que contienen NE y que
inervan la corteza cerebral son un componente necesario del mecanismo
de aprendizaje. Estas neuronas liberarín una señal que
registra el éxito de una secuencia conductual en particular,
como el que se logra cuando un animal entrenado reacciona adecuadamente
frente al estímulo correcto. La NE liberada en la corteza sería
necesaria para lograr los cambios sinápticos a largo plazo,
que se presume son la base del aprendizaje.
La estimulación del LC a una edad temprana, es decir en ratas
de 15 días, provoca una mayor capacidad de aprendizaje. Sin
embargo, dado que la implantación de electrodos en este núcleo
no provoca la autoestimulación por parte de los animales, se
estima que este aumento de la capacidad de aprendizaje no se debe
a un incremento en el sistema placentero. Por el contrario el aprendizaje
constituiría un evento estresante y el rol del sistema coeruleo-espinal
sería el de reducir el estrés ya que, la estimulación
de LC produce una hipo-reactividad en el eje pituitario- adrenal,
eje fundamental para la respuesta cuando el animal es puesto en una
situación estresante (14).
Las lesiones del LC producen una menor actividad locomotora y de
actividad exploratoria en ratas, lo que indica un rechazo a estímulos
nuevos (neofobia) y una disminución de las tendencias de escapa,
es decir menor reactividad frente a estímulos estresantes (14).
Las neuronas del LC se activan, durante el proceso de aprendizaje
en ratas, principalmente cuando las condiciones experimentales sufren
un vuelco inesperado: un estímulo previamente asociado a recompensa
es seguido de castigo. Es decir, que la participación del LC
en el aprendizaje estaría una vez más ligado a situaciones
que requieran un vuelco en la atención y estrategias conductuales
(15).
TRASTORNOS NEUROLOGICOS
EPILEPSIA
Estudios en modelos genéticos de cepas de ratas con epilepsia
asociada a déficits noradrenérgicos, como también
en casos de lesiones selectivas de neuronas noradrenérgicas
y/o sus vías , evidencian la regulación noradrenérgica
de las crisis convulsivas. La aparición de lesiones inducidas
experimentalmente, mediante la aplicación de fotoestimulación,
es acelerada luego de la depleción farmacológica de
NE, lesiones del LC o a través de neurotoxinas específicas
para las neuronas noradrenérgicas. Se piensa que una reducción
de la NE jugaría un rol importante en la epileptogénesis,
pues el umbral de los estímulos capaces de inducir convulsiones
estaría disminuído en ausencia de NE (16,
17).
ENFERMEDAD DE PARKINSON
En ésta existe una disminución de dopamina en el cerebro
junto a pérdida y despigmentación en dos núcleos
pigmentados del troncoencéfalo: substancia nigra y LC. Es bien
conocido el rol de la substancia nigra en las alteraciones motoras
de esta enfermedad. En cambio aún no está establecido
el papel del LC en las manifestaciones psíquicas concomitantes.
ENFERMEDAD DE ALZHEIMER
En ésta, la acumulación de ovillos neuro-fibrilares
anormales se presenta, como es sabido, en el hipocampo, neocortex,
corteza olfatori, amígdala, núcleos basales del cerebro
anterior, rafe y también en el LC. El compromiso de este último
puede explicar la disminución del estado de alerta, la menor
reacción a estímulos dolorosos y la alteración
del ciclo circadiano.
TRASTORNOS PSIQUIATRICOS
LC Y CONSUMO DE DROGAS
El uso de opiodes exógenos provoca la activación del
circuito neurológico involucrado en el reforzamiento de mantener
y repetir una actividad generadora de recompensa placentera. Una vez
que se accede a este sistema, por administración exógena
de drogas, el adicto experimenta algo que su cerebro asemeja a eventos
profundamente importantes como comer, beber o la sexualidad ya que
este circuito normalmente está reservado para recompensar conductas
específicas de supervivencia. Otras vías hacen que la
privación sea percibida como amenazante para la vida, y desencadenan
las subsecuentes reacciones fisiológicas y psicológicas
que llevan a renovar el consumo de opiodes.
El LC sería fundamental en gran parte del síndrome
de privación. La estimulación eléctrica del LC
produce conductas, en primates, que si bien se propusieron como modelos
para la ansiedad o manía, también se asemejan a conductas
observadas durante la privación de opiodes en humanos. Mientras
que la administración aguda de morfina inhibe la actividad
espontánea del LC y la liberación de NE, la exposición
crónica a la droga produce tolerancia y dependencia en LC,
si cesa el tratamiento con la droga, la actividad de las neuronas
del LC se incrementa mucho, por sobre los niveles basales. Además
el comportamiento temporal del síndrome de privación
se correlaciona con el grado de actividad del LC y los niveles celulares
de enzimas y proteínas mensajeras (23).
Para la aparición del síndrome de privación
parece ser crucial la aferencia del núcleo Pgi, ya que no se
observa activación del LC por privación de opiodesen
preparaciones aisladas del LC o con lesiones del núcleo Pgi.
Así como los opiáceos eliminan la alarma que acompaña
al dolor, las lesiones del núcleo glutaminérgico Pgi
eliminaría las señales de alarma hacia el LC. Estas
lesiones, como también el bloqueo de los aminoácidos
glutaminérgicos pueden suprimir el síndrome de privación
de opiáceos al evitar la actividad exagerada de las neuronas
del LC (18).
El rol del LC en el síndrome de privación explicaría
la efectividad del uso de la clonidina, un estimulador de receptores
alfa adrenérgicos (agonistas alfa-2), en el tratamiento de
la adicción a opiáceos. Tanto los autorreceptores opiáceos
como los autorrecep´tores alfa-2 adrenérgicos inhibirían
al LC aguda o crónicamente. Pero durante la deprivación
de estas sustancias se produce también un rebote de hiperactividad.
El uso de clonidina que compensa la deprivación de opiodes
se ha extendido a la privación de otras drogas como el alcohol,
que comparten conductas similares a las causadas por la privación
de opiáceos (23).
Respecto al efecto agudo del alcohol sobre el SNC también
se ha implicado al LC en los efectos psicológicos y conductuales
de su abuso. Dosis de bajo grado alcohólico deprimen la efectividad
del LC evocada por estímulos nociceptivos, y producen un aumento
en la latencias de estas respuestas, es decir, tiene un efecto analgésico,
pero también la inhibición de este sistema LC, puede
contribuir a la alteración en la actividad conductual, que
se observa con el etanol al disminuir las respuestas adaptativas a
estímulos externos inesperados, por ejemplo al conducir un
vehículo (19).
ESTRES
Se ha demostrado que durante el estrés aumenta la degradación
de la NE en regiones cerebrales tales como la corteza e hipocampo,
para los cuales el LC es la única fuente de NE. Estos descubrimientos
son apoyados por estudios en ratas que demuestran aumento de la NE
en el fluído extracelular del hipocampo durante el estrés,
y el aumento de la tirosina hidroxilasa (TH), una enzima involucrada
en la generación de NE (20).
Estudios electrofisiológicos apoyan que el LC es activado
por diversos estresores como son los estímulos nociceptivos
y también por desafíos fisiológicos como la hipotensión,
la hipoxia y la estimulación visceral que incrementan la descarga
espontánea de las neuronas del LC. Cuando los animales son
expuestos a estrés crónicamente, produce una mayor actividad
sobre las neuronas receptores del LC, incrementando la densidad d
sus axones terminales.
Aunque la activación del LC parecer ser un componente integral
del estrés, el circuito subyacente no ha sido elucidado. Se
piensa que los estresores podrían activar al LC a través
de aferencias de aminoácidos excitatorios desde el núcleo
Pgi y la médula espintal ventrolateral. También la acetilcolina,
serotonina y numerosos péptidos, incluyendo sustancia P y encefalina,
se han encontrado en la zona dendrítica alrededor del LC y
pudieran jugar un papel en la adaptación al estrés.
Recientemente también se ha sugerido la participación
del factor liberador de corticotropina (CRF) como neurohormona que
está presente en los axones que inervan al LC. Esta sustancia
participaría en las respuestas al estrés incluyendo
efectos cardiovasculares, gastrointestinales y conductuales, completamente
distintos de su clásico rol endocrino dentro del eje hipotálamo-hipofisiario.
Por esto se propone que el sitio de integración para esta actividad
extrahipofisiaria del CRF podría ser el LC. En efecto, el CRF
altera la actividad de las neuronas del LC y la acción del
estrés hemodinámico sobre el LC son evitados usando
antagonistas del CRF. Se ha comprobado que el CRF endógeno
es también necesario para la inducción de la enzima
tiroxina hidroxilasa en el LC que produce el estrés crónico,
intermitente. La administración repetida del CRF es suficiente
para incrementar la expresión de esta enzima en animales no
estresados simulando condiciones de estrés (21).
DEPRESION
Como muchos antidepresivos aumentan la disponibilidad sináptica
de la NE, parecía interesante estudiar el rol del LC en la
depresión. En ratas el tratamiento crónico con antidepresivos
tricíclicos, con inhibidores de la recaptura de serotonina
y con terapia electroconvulsiva, aumenta la NE del LC. La depresión
podría asociarse con una hipofunción del LC.
Se ha visto en personas que han cometido suicidio, el nivel de unión
de agonistas alfa-2 adrenérgicos (substancias inhibidores del
LC) está aumentando en éste, sugiriendo que existiría
una inhibición del LC en estas personas quienes seguramente
sufrían de depresión antes de quitarse la vida (22).
Los niveles de CRF están aumentados en la depresión
como en el estrés, lo que provocaría una descarga persistentemente
elevada del LC con una disminución de las respuestas a estímulos
sensoriales, explicándose así la condición de
subalerta y falta de concentración características de
la depresión (21).
ANSIEDAD
Se ha propuesto también al LC como mediador de la ansiedad
y sus manifestaciones conductuales, debido a que en monos aparecen
expresiones de temor al estimular el LC eléctricamente. Sin
embargo, al realizar este mismo experimento en tres pacientes con
diversas afecciones neurológicas, con un electrodo implantado
permanentemente en el LC, se observó que los pacientes no mostraron
signos de ansiedad y se sintieron confortables. El único de
ellos que podía expresarse normalmente dijo experimentar una
sensación de bienestar, relajación, calidez y notoria
claridad de pensamiento. Esto sugiere que el LC podría en humanos,
más bien, ocuparse del control del estado de alerta y aprendizaje
y no estar implicado directamente en los fenómenos relacionados
con la ansiedad (24).
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