Pedunculopontine Nucleus Nöronlar Kayıt Gama Bant Salınımlılığı
Summary
pedunculopontine çekirdeği (PPN) beyin sapı bulunur ve nöronlar maksimum uyanma ve hızlı göz hareketleri (REM) uykusu beyin devletler sırasında aktive edilir. Bu eser PPN nöronlar in vitro gama bandı eşik altı membran salınım kayıt için deneysel bir yaklaşım anlatılmaktadır.
Abstract
(Cı / PG çekirdeği, örneğin, centrolateral / parafascicular) PPN sinaptik efferentler birçok intralaminar talamik bölgelerin nöronal aktivitenin modüle bilinmektedir. PPN veya in vivo Cı / PG çekirdekleri ya aktivasyonu hayvanın uyarılma ve kortikal elektroansefalogram (EEG) gama bandı aktivitesinde bir artış uyarılması için tarif edilmiştir. Retiküler Aktive Sistemde gama bandı salınımları üretimi için hücresel mekanizmalar (RAS) nöronlar diğer beyinleri çekirdeklerde gama bandı salınımlarını oluşturmak için bulunanlarla aynıdır. (9 dan parasagital dilim – 25 gün eski sıçan) PPN nöronlarının akım kelepçe kayıtları sırasında, kare adımlar depolarizan kullanımı hızla -25 mV ötesinde depolarize olmaktan PPN nöronlar engelledi voltaj bağımlı potasyum kanallarını aktive.
1 enjekte – uzun cari rampaları depolarizan 2 sn yavaş yavaş PPN zar potansiyeli res depolarizeting 0 mV doğru değerleri. Ancak, enjekte depolarizan kare bakliyat rampalar tarafından oluşturulan salınımlar kıyasla genlik küçük olması gösterdi membran potansiyelinin gama-bant salınımlar oluşturdu. Bütün deneyler, voltaj bağımlı sodyum kanalı ve hızlı sinaptik reseptörleri bloke edicilerin mevcudiyetinde gerçekleştirilmiştir. Yüksek eşikli gerilime-bağlı kalsiyum kanallarının aktivasyonu PPN nöronlarda y-bant salınımlı aktivitesi altında yatan gösterilmiştir. Spesifik metodolojik ve farmakolojik müdahalelerin neden ve in vitro PPN eşikaltı gama bandı salınımını sürdürmek için gerekli araçları sağlayarak, burada açıklanmıştır.
Introduction
PPN çekirdeği anatomik kaudal Mezensefalik tegmentumdaki dahildir. PPN RAS 1 önemli bir bileşenidir. PPN (uyanma, REM uykusu yani) 2 davranışsal aktif devletlerin bakım katılır. Sıçan bilateral PPN lezyonların azalır veya REM uykusunu 4 elimine ederken, kortikal EEG 3 – (40 Hz 20) in vivo PPN'nin elektrik stimülasyonu hızlı salınım kaynaklı. PPN nöronların çoğunluğu beta / gama-bant frekansı aksiyon potansiyelleri ateş ederken (20-80 Hz), bazı nöronlar spontan ateşleme düşük oranlar sundu (<10 Hz) 5. Ayrıca, PPN gibi motivasyon ve dikkat 6 gibi davranış diğer yönleri dahil olmak görünüyor. Doğrudan yüksek frekans (40 – 60 Hz) deserebre hayvanlarda PPN çekirdeğinin 7 elektrik stimülasyonu hareketlilik teşvik edebilir. Son yıllarda, derin beyin stimülasyonu (DBS) PPN'nin sağa sola şikayet eden hastaları tedavi etmek için kullanılır olmuşturParkinson hastalığı (PH) 8 olarak yürüyüş açıkları kapsayan m bozukluklar.
Önceki raporlar kare akım darbeleri 9 kullanılarak depolarize zaman neredeyse tüm PPN nöronlar gamma bant frekansı aksiyon potansiyelleri ateş göstermiştir. Çünkü mV kadar veya -25 altında kare bakliyat depolarizasyonlarından sırasında voltaj bağımlı potasyum kanallarının şiddetli aktivasyon. Bunun bir sonucu olarak, herhangi bir güçlü gama salınımlar Tetrodotoksin 10 kullanılarak aksiyon potansiyelleri nesil engelleme sonra gözlenmiştir. Böyle bir sorun atlamak için bir çaba, 1 – uzun cari rampaları depolarizan 2 sn kullanıldı. Kısmen voltaj bağımlı potasyum kanallarını inaktive ederken Rampaları yavaş yavaş, 0 mV kadar değerleri istirahat membran potansiyeli depolarize. Net gama bandı membran salınımlar 10 (-25 mV ve -0 mV arasında, yani) yüksek eşik kalsiyum kanallarının voltaj bağımlılığı penceresi içinde belirgindi. Sonuç olarak, gama bandı olduğu faaliyetlerty PPN nöronlar 9 gözlendi ve her iki P / Q ve N-tipi voltaj bağımlı kalsiyum kanalları PPN 10 gama bant salınımları oluşturmak amacıyla aktive edilmesi gerekir.
bir dizi çalışma PPN nöronlarda yüksek eşik kalsiyum kanallarının yerini tespit edilmiştir. Boyaların kombinasyonunu enjekte oranlı metrik floresan görüntüleme geçerli rampalar 11 ile depolarize zaman farklı dendritler aktive edilir voltaj kapılı kalsiyum kanalları aracılığıyla geçici kalsiyum gösterdi.
PPN nöronların içsel özellikleri dolayısıyla RAS ve talamokortikal döngüler arasında yüksek frekanslı titreşimli nöronal aktiviteyi uyaran, uyanma ve REM uykusu sırasında bu hücrelerin simultane aktivasyonu izin öne sürülmüştür. Bu tür uzun erimli bir etkileşim güvenilir bir şekilde sürekli olarak 12 etrafımızdaki dünya değerlendirebilecek bir beyin durumunu desteklemek için kabul edilir. Burada, biz denemeyi tarifGerekli al koşulları oluşturmak ve in vitro PPN hücrelerinde gama bandı salınımını korumak için. Bu protokol daha önce tarif edilmemiştir, ve diğer beyin alanlarında gama bandı aktivitesini aracılık içsel membran özelliklerini incelemek için grupların bir dizi yardımcı olacaktır. Ayrıca, mevcut adım y bandı aktivitesi bu hücrelerde üretilen edilemez hatalı sonuca yol açabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
PPN nöronlar onları uyanık ya da REM uykusu sırasında değil, yavaş dalga uykusu 2,3,5,13-17 sırasında olan hayvanlardan elde in vivo kayıtları sırasında beta / gama bandı frekanslarında aksiyon potansiyelleri ateş izin içsel özelliklere sahiptir. PPN EEG kayıtları sırasında gama frekansları azaltılmış dışında yazarlar daha ön seviyelerinde olduğu beyin sapı terimleri göstermiştir. Beyin sapı lezyonları bu çekirdek bulunduğu yere posterior Ancak, PPN'nin doğr…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by core facilities of the Center for Translational Neuroscience supported by NIH award P20 GM103425 and P30 GM110702 to Dr. Garcia-Rill. This work was also supported by grants from FONCYT-Agencia Nacional de Promociòn Cientìfica y Tecnològica; BID 1728 OC.AR. PICT-2012-1769 and UBACYT 2014-2017 #20120130101305BA (to Dr. Urbano).
Materials
| Sucrose | Sigma-Aldrich | S8501 | C12H22O11, molecular weight = 342.30 |
| Sodium Bicarbonate | Sigma-Aldrich | S6014 | NaHCO3, molecular weight = 84.01 |
| Potassium Chloride | Sigma-Aldrich | P3911 | KCl, molecular weight = 74.55 |
| Magnesium Chloride Hexahydrate | Sigma-Aldrich | M9272 | MgCl2 · 6H2O, molecular weight = 203.30 |
| Calcium Chloride Dihydrate | Sigma-Aldrich | C3881 | CaCl2 · 2H2O, molecular weight =147.02 |
| D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G5767 | C6H12O6, molecular weight = 180.16 |
| L-Ascorbic Acid | Sigma-Aldrich | A5960 | C6H8O6, molecular weight =176.12 |
| Sodium Chloride | Acros Organics | 327300025 | NaCl, molecular weight = 58.44 |
| Potassium Gluconate | Sigma-Aldrich | G4500 | C6H11KO7, molecular weight = 234.25 |
| Phosphocreatine di(tris) salt | Sigma-Aldrich | P1937 | C4H10N3O5P · 2C4H11NO3, molecular weight = 453.38 |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | C8H18N2O4S, molecular weight = 238.30 |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E0396 | [-CH2OCH2CH2N(CH2CO2H)2]2, molecular weight = 380.40 |
| Adenosine 5'-triphosphate magnesium salt | Sigma-Aldrich | A9187 | C10H16N5O13P3 · xMg2+, molecular weight = 507.18 |
| Guanosine 5'-triphosphate sodium salt hydrate | Sigma-Aldrich | G8877 | C10H16N5O14P3 · xNa+, molecular weight = 523.18 |
| Tetrodotoxin citrate | Alomone Labs | T-550 | C11H17N3O8, molecular weight = 319.27 |
| DL-2-Amino-5-Phosphonovaleric Acid | Sigma-Aldrich | A5282 | C5H12NO5P, molecular weight = 197.13 |
| CNQX disodium salt hydrate | Sigma-Aldrich | C239 | C9H2N4Na2O4 · xH2O, molecular weight = 276.12 |
| Strychnine | Sigma-Aldrich | S0532 | C21H22N2O2, molecular weight = 334.41 |
| Mecamylamine hydrochloride | Sigma-Aldrich | M9020 | C11H21N · HCl, molecular weight = 203.75 |
| Gabazine (SR-95531) | Sigma-Aldrich | S106 | C15H18BrN3O3, molecular weight = 368.23 |
| Ketamine hydrochloride | Mylan | 67457-001-00 | |
| Microscope | Nikon | Eclipse E600FN | |
| Micromanipulator | Sutter Instruments | ROE-200 | |
| Micromanipulator | Sutter Instruments | MPC-200 | |
| Amplifier | Molecular Devices | Multiclamp 700B | |
| A/D converter | Molecular Devices | Digidata 1440A | |
| Heater | Warner Instruments | TC-324B | |
| Pump | Cole-Parmer | Masterflex L/S 7519-20 | |
| Pump cartridge | Cole-Parmer | Masterflex 7519-85 | |
| Pipette puller | Sutter Instruments | P-97 | |
| Camera | Q-Imaging | RET-200R-F-M-12-C | |
| Vibratome | Leica Biosystems | Leica VT1200 S | |
| Refrigeration system | Vibratome Instruments | 900R | |
| Equipment | |||
| microscope | Nikon | Eclipse E600FN | |
| micromanipulator | Sutter Instruments | ROE-200 | |
| micromanipulator | Sutter Instruments | MPC-200 | |
| amplifier | Molecular Devices | Multiclamp 700B | |
| A/D converter | Molecular Devices | Digidata 1440A | |
| heater | Warner Instruments | TC-324B | |
| pump | Cole-Parmer | Masterflex L/S 7519-20 | |
| pump cartridge | Cole-Parmer | Masterflex 7519-85 | |
| pipette puller | Sutter Instruments | P-97 | |
| camera | Q-Imaging | RET-200R-F-M-12-C |
Referências
- Profice, P., et al. Neurophysiological evaluation of the pedunculopontine nucleus in humans. J. Neural. Transm (Vienna). 118 (10), 1423-1429 (2011).
- Steriade, M., Datta, S., Pare, D., Oakson, G., Curro Dossi, R. C. Neuronal activities in brain-stem cholinergic nuclei related to tonic activation processes in thalamocortical systems. J. Neurosci. 10 (8), 2541-2559 (1990).
- Steriade, M., Dossi, R. C., Pare, D., Oakson, G. Fast oscillations (20-40 Hz) in thalamocortical systems and their potentiation by mesopontine cholinergic nuclei in the cat. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 88 (10), 4396-4400 (1991).
- Deurveilher, S., Hennevin, E. Lesions of the pedunculopontine tegmental nucleus reduce paradoxical sleep (PS) propensity: evidence from a short-term PS deprivation study in rats. Eur. J. Neurosci. 13 (10), 1963-1976 (2001).
- Steriade, M., Pare, D., Datta, S., Oakson, G., Curro Dossi, R. Different cellular types in mesopontine cholinergic nuclei related to ponto-geniculo-occipital waves. J. Neurosci. 10 (8), 2560-2579 (1990).
- Steckler, T., Inglis, W., Winn, P., Sahgal, A. The pedunculopontine tegmental nucleus: a role in cognitive processes?. Brain Res. Brain Res. Rev. 19 (3), 298-318 (1994).
- Garcia-Rill, E., Simon, C., Smith, K., Kezunovic, N., Hyde, J. The pedunculopontine tegmental nucleus: from basic neuroscience to neurosurgical applications: arousal from slices to humans: implications for DBS. J. Neural. Transm. 118 (10), 1397-1407 (2011).
- Mazzone, P., et al. Implantation of human pedunculopontine nucleus: a safe and clinically relevant target in Parkinson’s disease. Neuroreport. 16 (17), 1877-1881 (2005).
- Simon, C., et al. Gamma band unit activity and population responses in the pedunculopontine nucleus. J. Neurophysiol. 104 (1), 463-474 (2010).
- Kezunovic, N., Urbano, F. J., Simon, C., Hyde, J., Smith, K., Garcia-Rill, E. Mechanism behind gamma band activity in pedunculopontine nucleus (PPN). Eur. J. Neurosci. 34 (3), 404-415 (2011).
- Hyde, J. R., Kezunovic, N., Urbano, F. J., Garcia-Rill, E. Spatiotemporal properties of high speed calcium oscillations in the pedunculopontine nucleus. J. Appl. Physiol (1985). 115 (9), 1402-1414 (2013).
- Llinas, R. R., Leznik, E., Urbano, F. J. Temporal binding via cortical coincidence detection of specific and nonspecific thalamocortical inputs: a voltage-dependent dye-imaging study in mouse brain slices. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 (1), 449-454 (2002).
- Boucetta, S., Cisse, Y., Mainville, L., Morales, M., Jones, B. E. Discharge profiles across the sleep-waking cycle of identified cholinergic, gabaergic, and glutamatergic neurons in the pontomesencephalic tegmentum of the rat. J. Neurosci. 34 (13), 4708-4727 (2014).
- Datta, S., Siwek, D. F. Single cell activity patterns of pedunculopontine tegmentum neurons across the sleep-wake cycle in the freely moving rats. J. Neurosci. Res. 70 (4), 79-82 (2002).
- Datta, S., Siwek, D. F., Stack, E. C. Identification of cholinergic and non-cholinergic neurons in the pons expressing phosphorylated cyclic adenosine monophosphate response element-binding protein as a function of rapid eye movement sleep. Neurociência. 163 (1), 397-414 (2009).
- Kayama, Y., Ohta, M., Jodo, E. Firing of ‘possibly’ cholinergic neurons in the rat laterodorsal tegmental nucleus during sleep and wakefulness. Brain Res. 569 (2), 210-220 (1992).
- Sakai, K., El Mansari, M., Jouvet, M. Inhibition by carbachol microinjections of presumptive cholinergic PGO-on neurons in freely moving cats. Brain Res. 527 (2), 213-223 (1990).
- Lindsley, D. B., Bowden, J. W., Magoun, H. W. Effect upon the EEG of acute injury to the brainstem activating system. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 1 (4), 475-486 (1949).
- Moruzzi, G. The sleep-waking cycle. Ergeb. Physiol. 64, 1-165 (1972).
- Moruzzi, G., Magoun, H. W. Brain stem reticular formation and activation of the EEG. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. 1 (4), 455-473 (1949).
- Steriade, M., Constantinescu, E., Apostol, V. Correlations between alterations of the cortical transaminase activity and EEG patterns of sleep and wakefulness induced by brainstem transections. Brain Res. 13 (1), 177-180 (1969).
- Ishibashi, M., et al. Orexin receptor activation generates gamma band input to cholinergic and serotonergic arousal system neurons and drives an intrinsic Ca2+ -dependent resonance in LDT and PPT cholinergic neurons. Frontiers Neurol. 6, e120 (2015).
- Brown, R. E., Winston, S., Basheer, R., Thakkar, M. M., McCarley, R. W. Electrophysiological characterization of neurons in the dorsolateral pontine REM sleep induction zone of the rat: intrinsic membrane properties and responses to carbachol and orexins. Neurociência. 143 (3), 739-755 (2006).
- Goetz, L., et al. On the role of the pedunculopontine nucleus and mesencephalic reticular formation in locomotion in non-human primates. J. Neurosci. 36 (18), 4917-4929 (2016).
- Fraix, V., et al. Pedunculopontine nucleus area oscillations during stance, stepping and freezing in Parkinson’s disease. PLOS ONE. 8 (12), e83919 (2013).
- Luster, B., Hyde, J., D’Onofrio, S., Urbano, F. J., Garcia-Rill, E. Mechanisms behind gamma band activity in the pedunculopontine nucleus (PPN). Abstr Soc Neurosci. 38, 257.20 (2014).
- Luster, B., D’Onofrio, S., Urbano, F. J., Garcia-Rill, E. High-threshold Ca2+ channels behind gamma band activity in the pedunculopontine nucleus (PPN). Physiol. Rep. 3 (6), e12431 (2015).
