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Qual é a diferença entre neurônios principais e células piramidais?

Qual é a diferença entre neurônios principais e células piramidais?


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Estou lendo "Principals of Neural Sciences" de Kandel. Nesse caso, o livro às vezes se refere aos neurônios excitatórios como células principais e às vezes como células piramidais.

Alguém pode me dizer a diferença? Quer dizer, existem neurônios piramidais que não são neurônios de projeção? E existem neurônios de projeção que não são piramidais?


Resposta curta
No córtex, células piramidais e neurônios de projeção podem ser usados ​​indistintamente, já que ambos os termos se referem às mesmas células.

Fundo
Uma forma de classificar os neurônios é baseada em sua função. Dois tipos de neurônios funcionalmente distintos foram classificados, a saber

  • Neurônios de projeção, que enviam um axônio para fora da estrutura onde seu soma está localizado, e
  • Neurônios intrínsecos, que fazem sinapses apenas dentro da estrutura onde seu soma está localizado.

Conseqüentemente, os neurônios de projeção cobrem alguma distância, enquanto os neurônios intrínsecos agem mais localmente. Os neurônios de projeção também são chamados de células principais e os neurônios intrínsecos também são chamados de interneurônios (Masland, 2004).

No córtex, neurônios de projeção são neurônios piramidais, e são responsáveis ​​por aproximadamente 80% de todos os neurônios corticais Han & Šestan, 2013. Eles costumam enviar seus axônios por longas distâncias, às vezes para fora do cérebro completamente Beckers, 2011. Eles servem como a única saída e o maior sistema de entrada para o córtex. Os interneurônios, em contraste, representam aproximadamente 20% de todos os neurônios corticais e formam conexões sinápticas locais (intrínsecas) que desempenham papéis críticos na formação dos padrões de atividade da rede cortical Han & Šestan, 2013.

Na periferia, o termo neurônio de projeção não é usado até onde eu sei. Isso não significa que não existam neurônios que percorram grandes distâncias na periferia; na verdade, acredita-se que os axônios mais longos do corpo humano estejam situados no nervo ciático, que vai da base da medula espinhal ao dedão de cada pé. No entanto, essas células não são chamadas de neurônios de projeção, mas simplesmente de neurônios espinhais.

Referências
- Beckers, Curr Biol (2011); 21(24): PR975
- Han e Šestan, Neurônio (2013), 80(5): 1103-05
- Masland, Curr Biol (2004); 14(13): R498


Os pesquisadores identificam uma classe de neurônios que são mais ativos durante o sono não REM

Registro de amostra mostrando os potenciais de ação de uma célula ativa no estado DOWN (em pontos pretos) aumentando durante o estado DOWN (traços cinza claro) do sono NREM, flanqueado pelo potencial de ação das células piramidais (pontos vermelhos) e outros interneurônios inibitórios (azul pontos). Uma seção histológica do cérebro à esquerda mostra o trato da posição do eletrodo em todas as camadas corticais. (a histologia pode não ser importante). Crédito: Valero et al

Normalmente, as células piramidais e os interneurônios GABAérgicos no cérebro são ativados simultaneamente. Uma equipe de neurocientistas da Universidade de Nova York, no entanto, recentemente identificou uma classe única de neurônios que não disparam ao mesmo tempo que todos os neurônios, células e interneurônios principais. Curiosamente, a equipe descobriu que esses neurônios específicos são mais ativos durante o estado DOWN do sono não REM (NREM), quando todos os outros tipos de neurônios estão em silêncio.

"Como costuma acontecer na ciência, nossa descoberta foi um verdadeiro acaso", disse György Buzsáki, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao MedicalXpress. "Ao coletar gravações do sono em camadas profundas do córtex, observamos que picos de alguns neurônios raros ocasionalmente ocorriam durante as épocas de sono do chamado 'estado DOWN'. Nenhum neurônio deveria fazer tal coisa, como é conhecido o estado DOWN ( e identificado por) por seu silêncio neuronal completo (falta de picos). "

O neocórtex, um conjunto de camadas em uma região do cérebro chamada córtex cerebral, é reiniciado milhares de vezes todas as noites a partir do estado transiente (50-300 ms de duração) PARA BAIXO. Em seu estudo, Buzsáki e seus colegas identificaram uma classe de neurônios que parecem ser mais ativos quando todos os outros neurônios (isto é, neurônios piramidais excitatórios e neurônios inibitórios) estão em silêncio, no estado DOWN, durante os estágios NREM do sono. Em seus experimentos de acompanhamento, eles mostraram que esses neurônios são células em forma de neuróglia encontradas nas camadas mais profundas do neocórtex, que expressam especificamente genes conhecidos como ID2 e Nkx2.1.

Quando eles examinaram esta classe de neurônios com mais profundidade, Buzsáki e seus colegas observaram que eles tinham uma relação totalmente antagônica com todos os outros tipos conhecidos de neurônios em todos os estados de vigília (ou seja, quando os mamíferos estão acordados e dormindo). Isso sugere que esses neurônios podem ter uma função única que os diferencia de todas as outras células do cérebro.

"A razão pela qual nem nós nem outros vimos esses neurônios antes é que eles são muito raros e requerem métodos para registrar grandes conjuntos de neurônios em animais que se comportam", explicou Buzsáki. "Em várias gravações de atividade cerebral coletadas de animais, não encontramos nenhum, um e raramente dois ou mais desses neurônios entre as centenas que pesquisamos. Dada a novidade e a suspeita de importância desses neurônios, Manuel Valero, um pós-doutorado em nosso grupo, decidiu fazer um experimento em larga escala, examinando todos os tipos de interneurônios conhecidos, cuja identidade molecular permitia sua identificação em um animal se comportando / dormindo. "

Inicialmente, Valero examinou um grupo de células chamadas neurônios que expressam óxido nítrico (nNOSs), já que descobertas anteriores sugerem que a molécula volátil de óxido nítrico desempenha um papel fundamental no aumento das ondas cerebrais lentas durante o sono NREM. Curiosamente, eles descobriram que uma fração muito pequena de nNOSs disparou durante os estados DOWN do sono NREM.

Reconstrução tridimensional de soma, dendritos e arborização axonal de um neurônio lD2 / Nkx2.1 intracelularmente preenchido. Crédito: Valero et al.

"Um dia, quando estávamos no elevador do prédio de ciências de nossa universidade, estávamos conversando com um colega que mencionou que eles estavam trabalhando em um grupo incomum de células de forma neuroglia em camadas corticais profundas, o que pode ser importante porque apenas esse grupo interneurônio aumenta desproporcionalmente em o cérebro dos primatas ", disse Buzsáki. "Este colega os chamou de ID2 / Nkx2.1, um pequeno subgrupo da família nNOS. No final da viagem de elevador, concordamos em uma colaboração."

Manuel Valero mostrou então que, quando um canal sensível à luz era expresso por esta classe única de interneurônios, a luz brilhante sobre eles por lâmpadas LED microscópicas do tamanho de neurônios revelava sua identidade.

A informação mais importante que os investigadores aprenderam é que quase todos os neurônios que expressam ID2 / Nkx2.1 estavam ativos especificamente durante os estados DOWN de sono não REM. Essa descoberta pode ter implicações importantes, pois sugere que esses neurônios têm funções fisiológicas cruciais relacionadas à atividade do cérebro dos mamíferos quando os mamíferos ou outros humanos estão dormindo.

"Descobrir um novo tipo de neurônio no cérebro é um evento raro", disse Buzsáki. "Descobrir um neurônio cuja atividade é antagônica de todas as maneiras possíveis a todos os outros neurônios conhecidos é realmente inesperado, quase como encontrar um cão que fala inglês. Todos os outros interneurônios testados inibiram nossos neurônios ativos no estado DOWN. Eles podem ser essenciais para ajustar a duração dos estados de silêncio e afetando a sequência de recrutamento das células piramidais quando elas se reiniciam do estado de silêncio, como nosso estudo mostrou. "

Além de identificar essa classe de neurônios que é particularmente ativa nos estados DOWN do sono NREM, Buzsáki e seus colegas mostraram que sua ativação artificial interfere no aumento da memória auxiliado pelo sono. Embora as evidências coletadas possam não ser substanciais o suficiente para especular sobre todo o repertório funcional desses neurônios, sua interação incomum com outras células cerebrais sugere seu possível envolvimento em uma variedade de diferentes computações neurais. Novos trabalhos examinando esses neurônios podem ajudar a entender melhor suas funções, talvez desvelando seu papel em processos fisiológicos muito específicos.

"Em nossos próximos estudos, planejamos nos concentrar em uma série de questões de pesquisa, como a ativação / inativação dos neurônios que identificamos afetará a estrutura do sono? Eles têm tipos de receptores especiais que podem ser seletivamente direcionados por drogas? O que eles fazem quando eles aumentam durante a vigília? Eles estão presentes com a mesma proporção em cada região cortical ou são enriquecidos em algumas áreas? E, finalmente, por que esses neurônios são mais comuns no cérebro humano? "


Conteúdo

As células de localização mostram maior frequência de disparo quando um animal está em uma área específica chamada de campo de localização da célula. O aumento da taxa de disparo pode ser bastante dramático, de virtualmente zero fora do campo a até 100 Hz (por breves períodos) no meio do campo local. Quando um rato forrageia aleatoriamente em um ambiente, os campos de lugar são modulados apenas fracamente pela direção que o rato enfrenta, ou nem sequer se modulam. No entanto, quando um animal se envolve em um comportamento estereotipado (por exemplo, deslizando entre os locais de destino), as células de lugar tendem a ser ativas no campo de lugar em passes em apenas uma direção.

Na exposição inicial a um novo ambiente, os campos de local são estabelecidos em minutos. Os campos de localização das células tendem a ser estáveis ​​em exposições repetidas ao mesmo ambiente. Em um ambiente diferente, entretanto, uma célula pode ter um campo de lugar completamente diferente ou nenhum campo de lugar. Este fenômeno é conhecido como "remapeamento". Em qualquer ambiente específico, cerca de 40-50% das células do local do hipocampo estarão ativas. & # 914 & # 93 & # 915 & # 93

Em um ambiente com poucas ou nenhuma pista direcional (por exemplo, um ambiente circular cercado por cortinas pretas), os campos de lugar tendem a ter uma posição radial fixa, mas todo o conjunto de campos de lugar pode girar em torno do labirinto, conforme previsto por uma teoria que os ratos estão perdendo lentamente sua orientação. & # 916 & # 93 Se uma sugestão de polarização for introduzida (normalmente um grande retângulo branco de papel), os campos de posição tendem a ter posições fixas em relação à sugestão. Se a sugestão for movida enquanto o animal pode vê-la, os campos de local tendem a permanecer inalterados, no entanto, se o animal for brevemente removido do ambiente, a sugestão é movida e o animal retornado, os campos de local irão girar de modo a manter seus posição em relação ao cartão de sugestão. Embora as pistas visuais pareçam ser o principal determinante do disparo da célula local, é importante notar que o disparo persiste no escuro, sugerindo que a propriocepção ou outros sentidos também contribuem.

Em um ambiente no qual um rato é forçado a caminhar ao longo de uma trilha linear, os campos de local geralmente têm um componente direcional além de um componente de local. Uma célula local que dispara em um local específico enquanto o rato caminha em uma direção ao longo da trilha não será necessariamente disparada quando o rato visitar aquele local vindo da outra direção. Se o rato girar frequentemente no mesmo ponto, entretanto, os campos de localização geralmente serão independentes da direção.

O tamanho dos campos de localização e sua relação sinal / ruído variam dependendo da região do cérebro em consideração. No hipocampo, os campos de localização são menores e mais nítidos no pólo dorsal, tornando-se maiores em direção ao pólo ventral. & # 917 & # 93 Isso pode refletir a topografia das projeções para o hipocampo. Por exemplo, o hipocampo ventral recebe muito mais estímulos da amígdala, enquanto o hipocampo dorsal é mais preferencialmente enervado pelo córtex entorrinal.

As células moduladas espaciais também são encontradas no córtex entorrinal, que alimentam a entrada do neocórtex para o hipocampo. Os neurônios no córtex entorrinal lateral exibem pouca seletividade espacial, & # 918 & # 93, enquanto os neurônios do córtex entorrinal medial (MEA) exibem múltiplos "campos de lugar" que estão dispostos em um padrão hexagonal e são, portanto, chamados de "células de grade". Esses campos e espaçamento entre os campos aumentam do MEA dorso-lateral para o MEA ventro-medial & # 919 & # 93 & # 9110 & # 93


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In: Scientific Reports, Vol. 9, No. 1, 5037, 25.03.2019, p. 1-16.

Resultado da pesquisa: contribuição para o jornal ›artigo› acadêmico ›revisão por pares

T1 - Desenvolvimento pós-natal inicial de neurônios piramidais em camadas do córtex pré-frontal medial do camundongo

N2 - O neocórtex de mamífero é uma estrutura altamente estratificada. Cada camada é povoada por subtipos distintos de células principais que nascem em momentos diferentes durante o desenvolvimento. Embora as diferenças entre as células principais nas camadas tenham sido amplamente estudadas, não se sabe como os perfis de desenvolvimento dos neurônios em camadas diferentes se comparam. Aqui, fornecemos uma caracterização morfológica e funcional detalhada dos neurônios piramidais em mPFC de camundongo durante o primeiro mês pós-natal, correspondendo a períodos críticos conhecidos para sinapse e formação de neurônios no neocórtex sensorial de camundongo. Nossos dados demonstram perfis de maturação semelhantes de morfologia dendrítica e propriedades intrínsecas de neurônios piramidais em camadas profundas e superficiais. Em contraste, o equilíbrio da excitação e inibição sináptica difere em um padrão específico de camada de uma a quatro semanas de idade pós-natal. Nossa caracterização do desenvolvimento inicial e maturação de neurônios piramidais em mPFC de camundongo não apenas demonstra um curso de tempo comparável de maturação pós-natal ao de outros circuitos neocorticais, mas também implica que a consideração de mudanças específicas de camada e tempo em neurônios piramidais pode ser relevante para estudos em modelos de camundongos de transtornos neuropsiquiátricos e do neurodesenvolvimento.

AB - O neocórtex de mamífero é uma estrutura altamente estratificada. Cada camada é povoada por subtipos distintos de células principais que nascem em momentos diferentes durante o desenvolvimento. Embora as diferenças entre as células principais nas camadas tenham sido amplamente estudadas, não se sabe como os perfis de desenvolvimento dos neurônios em camadas diferentes se comparam. Aqui, fornecemos uma caracterização morfológica e funcional detalhada dos neurônios piramidais em mPFC de camundongo durante o primeiro mês pós-natal, correspondendo a períodos críticos conhecidos para sinapse e formação de neurônios no neocórtex sensorial de camundongo. Nossos dados demonstram perfis de maturação semelhantes de morfologia dendrítica e propriedades intrínsecas de neurônios piramidais em camadas profundas e superficiais. Em contraste, o equilíbrio da excitação e inibição sináptica difere em um padrão específico de camada de uma a quatro semanas de idade pós-natal. Nossa caracterização do desenvolvimento inicial e maturação de neurônios piramidais em mPFC de camundongo não apenas demonstra um curso de tempo comparável de maturação pós-natal ao de outros circuitos neocorticais, mas também implica que a consideração de mudanças específicas de camada e tempo em neurônios piramidais pode ser relevante para estudos em modelos de camundongos de transtornos neuropsiquiátricos e do neurodesenvolvimento.


Áreas motoras [editar | editar fonte]

As áreas motoras estão localizadas em ambos os hemisférios do córtex. Eles têm a forma de um par de fones de ouvido que se estendem de orelha a orelha. As áreas motoras estão intimamente relacionadas ao controle dos movimentos voluntários, especialmente os movimentos finos e fragmentados realizados pela mão. A metade direita da área motora controla o lado esquerdo do corpo e vice-versa.

Duas áreas do córtex são comumente chamadas de motor:

  • Córtex motor primário: Executando movimentos voluntários
  • Áreas motoras suplementares e córtex pré-motor: Selecionando movimentos voluntários

Além disso, as funções motoras foram descritas para

  • Córtex Parietal Posterior: Orientando movimentos voluntários no espaço
  • Córtex Pré-frontal Dorsolateral: Decidir quais movimentos voluntários fazer de acordo com instruções, regras e pensamentos autogerados de ordem superior

Cientistas descobrem um novo tipo de célula cerebral em humanos

Imagem de um neurônio rosa mosqueta (parte superior da imagem) conectado a um neurônio piramidal (parte inferior da imagem).

Tamás Lab, Universidade de Szeged

Uma equipe internacional de 34 cientistas identificou um novo tipo de célula cerebral em humanos não encontrada em outras espécies bem estudadas. A descoberta dos neurônios “Rosa Mosqueta”, publicada hoje na revista Nature Neuroscience, levanta uma série de questões: Como isso influencia o comportamento e a experiência humanos? Como isso nos diferencia de outras espécies? Pode ser encontrado em primatas e outras espécies cognitivamente avançadas? Mas há um problema que essa descoberta destaca imediatamente: há um neurônio no cérebro humano que está faltando no cérebro de ratos e outros animais usados ​​para modelar cérebros humanos em experimentos. Isso significa que os modelos animais atuais produzem resultados distorcidos? “Se quisermos entender como o cérebro humano funciona, precisamos estudar humanos ou espécies próximas”, diz Trygve Bakken, co-autor do artigo e neurocientista do Instituto Allen para Ciência do Cérebro.

Os neurônios da roseira brava são neurônios inibitórios que formam sinapses com os neurônios piramidais, os neurônios excitatórios primários no córtex pré-frontal. “Todos nós temos neurônios inibitórios e neurônios excitatórios”, diz Bakken, “mas este tipo específico de neurônio inibitório é o que há de novo neste estudo. É especial com base em sua forma e suas conexões e também os genes que expressa. ”

Quando um sinal de trânsito fica vermelho, isso ajuda a controlar o fluxo do trânsito. Da mesma forma, os neurônios inibitórios ajudam a controlar o fluxo de informações eletroquímicas. O tipo de informação que os neurônios da rosa mosqueta controlam, e por que eles parecem particulares aos humanos, ainda está para ser descoberto. “Ele tem conexões realmente discretas com neurônios [piramidais]”, diz Bakken. “Tem o potencial de manipular o circuito de uma forma realmente direcionada, mas como isso influencia o comportamento terá que vir em um trabalho posterior.”

Encontrado no neocórtex do cérebro humano

Os pesquisadores identificaram os neurônios da Rosa Mosqueta observando amostras do cérebro de dois homens que morreram na casa dos 50 anos e doaram seus corpos para a ciência. As placas cerebrais eram tecidos do neocórtex, um desenvolvimento evolutivo mais recente dentro de nossos crânios, responsável pelo pensamento de ordem superior. “O neocórtex, a camada mais externa das células, é muito expandido em humanos - cerca de mil vezes em comparação com os ratos”, diz Bakken. “A partir de estudos neurológicos, se você tiver um derrame em seu neocórtex, por exemplo, isso realmente afeta sua capacidade de realizar esses tipos de processamento cognitivo de alta ordem.”

A identificação de Rosa Mosqueta surgiu por meio de uma colaboração em grande escala que se concentrou na existência do neurônio. A pesquisa foi co-liderada por Ed Lein, investigador do Instituto Allen de Ciência do Cérebro, e Gábor Tamás, neurocientista da Universidade de Szeged, na Hungria. O Allen Institute defende a ciência aberta e os esforços de pesquisa em grande escala com cientistas de todo o mundo.Vários anos atrás, Tamás foi convidado a apresentar suas últimas pesquisas sobre tipos especializados de células cerebrais humanas no Instituto Allen. Ficou claro que tanto Lein quanto Tamás haviam localizado a mesma célula usando técnicas díspares em continentes díspares. "Percebemos que estávamos convergindo para o mesmo tipo de célula de pontos de vista absolutamente diferentes", disse Tamás via comunicado à imprensa, descrevendo a aliança de pesquisa formada entre os cientistas, o Instituto Allen e o Instituto J. Craig Venter.

O que há em um nome? Aquilo que chamamos de rosa mosqueta?

O nome “rosehip” veio de Tamás e do estudante de graduação da Universidade de Szeged, Eszter Boldog. Os dois viram uma semelhança entre uma rosa que perde suas pétalas e o aglomerado de axônios em torno do centro de uma célula cerebral.

Rosa Mosqueta de Bibernell-Rose (Rosa spinosissima kochiana), Rosaceae, Jardins de Trauttmansdorff. [+] Castelo, Merano, Trentino-Alto Adige, Itália.

Diferenças entre humanos e outras espécies

No artigo, Bakken e seus colegas observam que a prática padrão de estudar a cognição humana examinando os cérebros de camundongos e outros roedores pode precisar ser avaliada criticamente: “Com o córtex do camundongo como o modelo dominante para a compreensão da cognição humana, é essencial para estabelecer se a arquitetura celular do cérebro humano é conservada ou se existem tipos de células especializadas e propriedades do sistema que não podem ser modeladas em roedores. ”

Bakken acrescenta: “Eu diria que no nível das partes básicas, vemos muitas partes semelhantes entre as espécies ... Portanto, organismos modelo ainda são muito úteis. Mas acho que este estudo realmente aponta para o fato de que, se certas partes não estão lá, então você obviamente não pode estudá-las. Acho que é muito importante usar organismos modelo, mas lembre-se de que você também precisa estudar o tecido real. É por isso que no Instituto Allen estamos estudando humanos e ratos. ”

Os pesquisadores vão investigar se os neurônios da rosa mosqueta estão localizados em outras partes do cérebro. Eles também irão procurar por neurônios de rosa mosqueta no tecido cerebral post-mortem de pacientes falecidos com distúrbios neuropsiquiátricos em um esforço para observar se os neurônios de rosa mosqueta desempenham um papel na doença humana.

“É muito empolgante”, diz Bakken, com entusiasmo palpável. “Estamos fazendo uma pesquisa adicional, uma pesquisa mais ampla e aprofundada do córtex, mas também de todo o cérebro humano.” Bakken diz que está trabalhando com neurocirurgiões locais cujos pacientes doam tecidos que, de outra forma, seriam descartados após a neurocirurgia. “Somos capazes de estudar neurônios vivos de cérebros humanos e medir as propriedades elétricas, as células, sua forma, suas conexões”. De acordo com Bakken, o próximo projeto, e o objetivo do The Allen Institute como um todo, é obter uma compreensão mais ampla da diversidade do cérebro humano.

Os co-autores do estudo incluem Eszter Boldog, Trygve E. Bakken, Rebecca D. Hodge, Mark Novotny, Brian D. Aevermann, Judith Baka, Sándor Bordé, Jennie L. Close, Francisco Diez-Fuertes, Song-Lin Ding, Nóra Faragó, Ágnes K. Kocsis, Balázs Kovács, Zoe Maltzer, Jamison M. McCorrison, Jeremy A. Miller, Gábor Molnár, Gáspár Oláh, Attila Ozsvár, Márton Rózsa, Soraya I. Shehata, Susan Kim Sunkin , Danny N. Tran, Pratap Venepally, Abby Wall, László G. Puskás, Pál Barzó, Frank J. Steemers, Nicholas J. Schork, Richard H. Scheuermann, Roger S. Lasken, Ed S. Lein e Gábor Tamás


Linha lateral mecanossensorial, eletrorrecepção, magnetorecepção

7.18.7.4 Respostas a Chirps

Apteronotídeo peixes fracamente elétricos comunicam-se ativamente manipulando a interferência entre seus campos elétricos por meio de mudanças em sua própria frequência EOD. Dependendo da natureza dessas mudanças e do contexto, diferentes tipos de sinais de eletrocomunicação ativos de alta frequência (ou seja, chilros "pequenos" ou "grandes") são gerados (consulte a Seção "Chirps").

A rede ELL enfrenta vários desafios na codificação desses sinais de eletrocomunicação: ela deve detectar um chirp na frente de vários fundos de estímulo (ou seja, diferentes fases ou frequências do AM subjacente) que podem levar a transformações na forma de onda de estímulo (veja abaixo). Além disso, deve analisar e categorizar as informações sobre a natureza do sinal detectado (ou seja, que tipo de chirp).

7.18.7.4.1 Respostas a Pequenos Chirps

As respostas de ELL PCells a pequenos chilros, bem como os mecanismos subjacentes, foram estudados em grande detalhe (Marsat et al., 2009 Marsat e Maler, 2010 Marsat e Maler, 2012 Deemyad et al., 2013 Metzen et al., 2016a ver : Walz et al., 2013 Metzen, 2019 para revisão).

As características de um chirp são determinadas pela duração e amplitude da excursão de frequência subjacente (Fig. 2), no entanto, um chirp com as mesmas características pode resultar em formas de onda de estímulo muito diferentes, dependendo de seu contexto de estímulo. Por exemplo, enquanto os peixes emitem chilros com probabilidade uniforme em todas as fases da batida (Fig. 2 C), a fase afetará muito o estímulo e levará a formas de onda de estímulo altamente diferentes (compare Fig. 13 A e B, traços pretos no topo ) Surpreendentemente, as respostas comportamentais (chirp echo response) são, no entanto, semelhantes, independentemente da fase de um chirp (Metzen et al., 2016a), o que significa que os animais, embora as formas de onda de estímulo difiram fortemente, são capazes de dizer que é o tipo de frequência excursão que gerou essas diferentes formas de onda chirp (ou seja, percepção invariante de fase). Como isso é possível dado o fato de que as respostas dos EAs, que são a única entrada para o ELL, diferem fortemente, assim como as formas de onda do estímulo?

Figura 13. Respostas de ELL PCells a pequenos chirps são localmente invariantes de fase

(A) Exemplo de respostas de um LS PCell tipo On (verde) e um tipo Off (magenta) a um pequeno chilrear (janela azul e seta preta) ocorrendo a 90 ° de um AM de 4 Hz. Enquanto a célula do tipo On responde com uma explosão de picos, a célula do tipo Off é inibida. (B) O mesmo que UMA mas em resposta a um pequeno chirp ocorrendo a 270 °. Observe que a forma de onda chirp resultante (traço preto) é muito diferente em comparação com o que é visto em UMA e que as respostas dos neurônios do tipo On e Off são invertidas. (C) As respostas de PCells do tipo On e Off aos chilros em diferentes fases do AM são categóricas, embora a forma de onda do chirp mude continuamente. As células do tipo on respondem com padrões semelhantes de aumentos para chirps em fases abaixo de 180 ° e com padrões semelhantes de inibição para chirps acima de 180 °. As respostas dos neurônios do tipo Off são complementares em termos da fase de batimento. (D) A invariância encontrada em neurônios do tipo On e Off (verde e magenta) é maior do que a invariância encontrada para EAs (cinza, à esquerda) que codificam fielmente as diferentes formas de onda de estímulo. Espera-se que esta invariância “local” seja refinada em áreas a jusante, uma vez que a invariância das respostas comportamentais é maior (cinza, direita).

Dados em C e D adaptados de Metzen et al. (2016a).

A resposta é a heterogeneidade do tipo On e Off na população ELL PCell. A Fig. 13 exemplifica as respostas de LS ELL PCells a pequenos chiados que ocorrem em duas fases opostas (A: 90 ° B: 270 °) com uma frequência de batimento subjacente de 4 Hz para um exemplo On- (verde) e Off-type (magenta ) PCell. Enquanto a PCell tipo On é excitada pelo pequeno chirp que ocorre em uma fase de batimento de 90 °, a PCell tipo Off é inibida pelo mesmo estímulo (Fig. 13 A). Em contraste, para um chirp que ocorre em uma fase de batimento de 270 °, a PCell do tipo On é inibida, enquanto a PCell do tipo Off é excitada (Fig. 13 B).

Um estudo de Metzen et al. (2016a) caracterizou as respostas de PCell a chilros enquanto variava sistematicamente a fase da batida em que um dado chirp ocorria. Embora a forma de onda de estímulo e as respostas dos EAs variassem ao longo de um continuum conforme a fase de chirp mudava, as respostas de PCells do tipo On e Off eram muito mais categóricas: as PCells do tipo On responderam com aumento da taxa de disparo semelhante aos chirps que ocorrem em um subconjunto de fases de batimento (& lt180 °, '+ chirps'), enquanto as PCells do tipo Off responderam a um conjunto complementar de chirps, ou seja, a um subconjunto oposto de fases de batimento (& gt180 °, '- chirps & # x27 Fig. 13 C). Os autores sugeriram que isso ocorre porque as PCells do tipo On e Off respondem à entrada aferente sincronizada, mas a diferentes características dela porque as células do tipo Off que recebem essa entrada via inibição di-sináptica (Fig. 4). Como resultado, as PCells ELL mostram uma representação da fase chirp que é localmente invariável porque as PCells do tipo On respondem com excitação semelhante a '+ chirps', enquanto as PCells do tipo Off respondem com excitação semelhante a '- chirps' (Metzen et al. , 2016a). Embora a invariância para a fase de batimento seja maior em ELL do que para EAs individuais, ela ainda permanece abaixo do nível de invariância exibido comportamentalmente (Fig. 13 D). Como tal, espera-se que a representação invariante local vista no nível de ELL seja ainda mais refinada em núcleos a montante no meio e no prosencéfalo (Metzen et al., 2016a, b). Em estudos posteriores, os autores descobriram que o acima é verdadeiro para uma ampla gama de frequências de batimento (Metzen e Chacron, 2017), bem como diferentes identidades de chirp (Metzen et al., 2020).

As respostas aos chirps mostram uma forte heterogeneidade de resposta nos mapas ELL (CMS, CLS e amp LS) e para diferentes classes de células (superficial, intermediário, profundo). Devido à sua sintonia de frequência passa-alta e grandes RFs (consulte a seção "Respostas às modulações de amplitude"), as PCells em LS foram descritas como as mais sensíveis a pequenos chirps (Marsat et al., 2009 Metzner e Juranek, 1997) e exibir as respostas mais distintas para pequenos chirps (Fig. 14 A: tipo B: tipo desligado). Isso é especialmente verdadeiro porque as respostas a um chirp (dentro da janela azul) precisam ser discriminadas da resposta ao AM de fundo (aumentos na taxa de disparo fora da janela azul claro). Esta relação sinal-ruído diminui acentuadamente para as respostas nos outros dois segmentos (ou seja, CLS e CMS) (Marsat et al., 2009). Dentro do LS, foi relatado que a sensibilidade ao chirp é mais alta em células PC superficiais (Fig. 14 C e D). Aqui, também a discriminabilidade entre a resposta de chirp e a resposta de batimento diminui das células superficiais para as profundas (Sproule e Chacron, 2017). Em resumo, a sensibilidade a pequenos chirps é mais alta nas células superficiais em LS e diminui gradualmente para células profundas em CMS, com as células do tipo On sendo, em média, mais responsivas do que as células do tipo Off (Fig. 14 E e F).

Figura 14. Heterogeneidade de respostas a pequenos alaridos em mapas e classes de células

(A) Exemplo de respostas de PCells tipo On superficiais de LS (verde escuro), CLS (verde médio) e CMS (verde claro) a pequenos chiados que ocorrem a 90 ° dentro de uma batida de 4 Hz (preto). A resposta ao chirp (indicada pela janela azul claro) é forte em LS e mais fraca em CLS e CMS. Observe que a resposta do chirp deve ser diferenciada das respostas ao AM antes e depois do chirp (ou seja, uma relação sinal / ruído precisa ser avaliada). (B) O mesmo que UMA mas para PCells superficiais do tipo off nos diferentes segmentos e um chirp a 270 °. Observe que também aqui a resposta aos chilros é mais clara para LS e diminui para CLS para CMS. (C) Exemplo de respostas de superficiais (verde escuro), intermediário (verde médio) e profundo (verde claro) LS PCells do tipo On em resposta a um chilrear a 90 ° de uma batida de 4 Hz. Observe que a resposta chirp é mais clara para a célula superficial e diminui para a célula profunda. A taxa de disparo é mostrada de forma normalizada. (D) O mesmo que C, mas para PCells tipo off e um chirp a 270 °. (E e F) Respostas de células do tipo On e Off a pequenos chirps são mais fortes em PCells superficiais do LS e diminuem em direção a PCells profundas em CMS. Enquanto as variações nas respostas do chirp são semelhantes entre as células do tipo On e Off, as células do tipo On respondem com rajadas proeminentes a pequenos chirps.

Dados em A e B adaptados de Marsat et al. (2009) Dados em C e D adaptados de Sproule e Chacron (2017).

Apesar do ajuste intrínseco de PCells nos diferentes mapas e classes de células (Krahe et al., 2008 Krahe e Maler, 2014), os mecanismos subjacentes para essas respostas diferenciais incluem a contribuição do feedback diferencial recebido de nP e EGp (Marsat e Maler , 2012). Essas vias de feedback estão envolvidas na supressão de reafferência, bem como na detecção de recursos aprimorada (Berman e Maler, 1998 Bastian et al., 2004 Lewis et al., 2007 Bol et al., 2011 Requarth e Sawtell, 2011). Enquanto as PCells superficiais e intermediárias recebem grande quantidade de feedback sobre seus dendritos apicais, as PCells profundas recebem apenas feedback mínimo, mas servem como fonte dessas projeções de feedback (Bastian et al., 2002, 2004). Como os sinais relacionados à eletrocomunicação são transitórios e, portanto, são muito mais altos em frequência, bem como espacialmente difusos em comparação com os sinais locais (isto é, presas ou objetos), as respostas a eles são mais acentuadas do que as respostas de baixa frequência, por exemplo, para o fundo AM.

O feedback, no entanto, está presente apenas em resposta a batidas de frequências & lt 20 Hz (Bol et al., 2011 Bastian et al., 2004). Embora a presença de chirps grandes ou pequenos possa ser detectada de forma confiável por ELL PCells, a discriminação de formas de onda AM associadas a chirps pequenos com atributos diferentes é difícil (Marsat e Maler, 2010 Metzen et al., 2016a). Além disso, a estratégia de codificação proposta de ELL PCells torna difícil discriminar entre diferentes formas de onda chirp associadas a pequenos chirps se eles ocorrerem em batidas de baixa frequência (Marsat et al., 2009 Allen e Marsat, 2018 Metzen e Chacron, 2017). Em contraste, se ocorrer no topo de uma batida de alta frequência, pequenos chirps produzem respostas heterogêneas e variações na forma de onda chirp podem ser discriminadas com precisão (Marsat e Maler, 2010 Allen e Marsat, 2018). O aprimoramento da resposta ELL a pequenos chirps por meio de feedback é, portanto, provavelmente ainda mais confinado a baixas frequências de batimento do que a resposta EA.

Respostas de ELL PCells a pequenos chilros (isto é, provável interação do mesmo sexo) podem ser facilitadas pelo neuromodulador 5HT. 5HT aumenta a excitabilidade na Vivo reduzindo o AHP e, assim, promovendo disparos de burst para pequenos chirps (Deemyad et al., 2013). Efeitos semelhantes foram relatados para liberação endógena (ou seja, estimulação da rafe) e aplicação exógena focal de 5HT, sugerindo que 5HT atua diretamente nos receptores serotonérgicos localizados em ELL PCells (Deemyad et al., 2013).

7.18.7.4.2 Respostas a Big Chirps

Em contraste com os pequenos chilros, muito menos se sabe sobre como os ELL PCells respondem a grandes chilros que ocorrem principalmente durante as interações do sexo oposto e são caracterizados por grandes excursões de frequência e durações (consulte a Seção “Chirps”).

Foi sugerido que a maioria das PCells fora do tipo respondem a grandes chilros. Isso seria esperado porque a forte modulação EOD que é necessária para gerar grandes chirps também causa uma diminuição na amplitude AM (Fig. 2 E), que será codificada por EAs. Em contraste, estudos recentes sugerem que as respostas a grandes chirps são muito semelhantes entre as PCells do tipo On e Off em LS, mostrando um conjunto muito heterogêneo de respostas: algumas PCells do tipo On podem responder com respostas excitatórias, enquanto outras PCells do tipo On podem responder com uma resposta inibitória ao mesmo estímulo (Fig. 15 A e B). O mesmo é verdadeiro para PCells do tipo off (Fig. 15 C e D).

Figura 15. Respostas de ELL PCells a Big Chirps

(A) Exemplo de resposta de uma PCell tipo On (verde) a um grande chilrear ocorrendo no topo de um AM sinusoidal de 100 Hz. Os pontos no gráfico indicam os momentos em que ocorreram picos, cada linha mostra uma resposta à apresentação repetida do traço inferior do estímulo é a taxa de disparo filtrada (ver barra de escala em C) Observe que a célula do tipo On responde com um aumento no disparo durante o chirp (janela azul). (B) igual a UMA mas para outra célula do tipo On. Observe que, neste exemplo, o PCell tipo On responde com inibição durante o chirp (janela azul), seguido por um rebote pós-inibitório após o estímulo. (C e D) O mesmo que UMA e B mas para dois exemplos de PCells fora do tipo. Observe que, em contraste com as respostas a chirps pequenos, as respostas de PCells a chirps grandes são heterogêneas entre PCells do tipo On e Off, algumas respondendo com excitação (A e C) e algumas respondendo com inibição (B e D) ao chirp. (E e F) Heterogeneidade de resposta a grandes chirps para PCells do tipo On- (E) e Off-type (F) em classes de células e segmentos ELL. Observe que não há um padrão sistemático de diferenciação entre as diferentes categorias.

Ao contrário do que foi mostrado para pequenos chirps, a serotonina não tem nenhum efeito regulatório nas respostas de PCell a grandes chirps (Deemyad et al., 2013). Uma explicação de por que 5HT aumenta as respostas a chirps pequenos, mas não grandes, é que as projeções de feedback para ELL geralmente atenuam as respostas a sinais de baixa frequência (& lt32 Hz) (Berman e Maler, 1999 Bastian et al., 2004). É importante ressaltar que nem estímulos locais como pequenos objetos (ou seja, presas) (Bastian et al., 2004 Chacron et al., 2005b) nem estímulos globais de alta frequência (& gt32 Hz) (Bol et al., 2011) irão eliciar esta entrada de feedback . Além disso, pequenos chirps são tipicamente estímulos globais que ocorrem no topo de batidas de baixa frequência (Marsat et al., 2009), promovendo, assim, o cancelamento da batida de fundo por meio de feedback. Claramente, há mais estudos necessários para caracterizar as respostas de ELL PCells a grandes chirps para explicar os mecanismos subjacentes. No entanto, as respostas a grandes chirps são heterogêneas tanto dentro dos diferentes segmentos ELL e dentro das diferentes classes de células (superficial, intermediário, profundo), mas um padrão claro de diferenciação entre eles não surge neste ponto (Fig. 15 E e F).

Em resumo, comparar as respostas ELL PCell com chirps pequenos e grandes mostra que a estratégia de codificação difere amplamente: enquanto o início de chirps pequenos é sinalizado por meio de um burst estereotipado e altamente confiável em PCells On-type, a forma dos chirps grandes é representada por variável aumentos na taxa de disparo de PCells do tipo Off (Marsat et al., 2009). Essas respostas de burst, portanto, podem facilitar a detecção de pequenos chirps, semelhantes a muitos sistemas onde os bursts aumentam a detecção do sinal, aumentando a relação sinal-ruído (para revisão, consulte: Krahe e Gabbiani, 2004).


Canais iônicos como alvos terapêuticos, parte A

2.6 Preparação de tecido cerebral para RT-PCR semiquantitativo

Amostras de tecido foram isoladas de fatias de cérebro coronais de 200 μm de espessura. Usando um estereomicroscópio, os estratos radiatum e lacunosum-moleculare da região CA1 foram isolados com um pequeno bisturi removendo os estratos piramidais e oriens. Para comparação regional, em alguns casos, o radiatum da região CA1 foi separado do lacunosum-molecular e foi submetido à análise sqRT-PCR. Em cada estágio de desenvolvimento, pelo menos três camundongos de ninhadas diferentes foram usados.O RNA total foi isolado de amostras de tecido com Trizol (Invitrogen) e dissolvido em 10 μl de água tratada com DEPC. O DNA genômico foi removido com tratamento com DNase em uma mistura contendo tampão de PCR, MgCl 2,5 mM2, 10 mM DTT (todas Life Technologies), 20 U DNaseI (Roche) e 40 U RNase inibidor (Promega volume final 20 μl incubação a 37 ° C por 30 min). Posteriormente, o mRNA foi isolado usando oligo (dT)25Dynabeads (Life Technologies) e o mRNA aderente foram suspensos em água tratada com DEPC (20 μl). RT (37 ° C, 1 h) foi realizada adicionando um mastermix contendo tampão de primeira fita (Life Technologies), ditiotreitol (DTT 10 mM), dNTPs (4 × 250 μM Life Technologies), RNasin (40 U Promega), aleatório primers hexâmeros (50 μM Roche) e transcriptase reversa (SuperscriptIII 200 U Invitrogen, volume final 40 μl). A PCR semiquantitativa foi realizada em um volume de reação de 12,5 μl. A mistura de reação continha TaqMan ™ mastermix e a mistura de primers / sonda (Life Technologies). Um microlitro de cDNA do produto RT foi adicionado a cada poço. PCRs para K2As subunidades do canal P e β-actina foram executadas em poços separados. Controles negativos (água) também foram realizados em cada corrida. As amostras foram incubadas a 50 ° C (2 min) e, após desnaturação (95 ° C, 10 min), foram realizados 50 ciclos (desnaturação a 94 ° C, anelamento do iniciador de 15 s e extensão a 60 ° C, 60 s). A intensidade da fluorescência foi lida durante cada etapa de anelamento / extensão.


Conteúdo

O trato corticoespinhal se origina nos neurônios piramidais gigantes (Células Betz) do córtex motor. Os corpos celulares neuronais no córtex motor enviam longos axônios para os núcleos dos nervos cranianos motores principalmente do lado contralateral do mesencéfalo (trato cortico-mesencefálico), ponte (trato cortico-pontino), medula oblongata (trato cortico-bulbar). entretanto, essas fibras se estendem até a medula espinhal (trato corticoespinhal). A maioria das fibras córtico-espinhais (cerca de 85%) cruzam para o lado contralateral na medula oblonga (decussação piramidal) Aqueles que se cruzam na medula oblonga viajam no trato corticoespinhal lateral. O restante deles (15%) cruzam no nível em que saem da medula espinhal e viajam no trato corticoespinhal medial. Apesar de por qual desses dois tratos ele se desloca, o axônio de um neurônio que faz parte desse trato fará uma sinapse com outro neurônio no corno ventral. Esse neurônio do corno ventral é considerado um neurônio de segunda ordem nessa via, mas não faz parte do próprio trato corticoespinhal.

Há uma representação somatotópica precisa das diferentes partes do corpo no córtex motor primário, com a área da perna localizada medialmente (perto da linha média), e a área da cabeça e rosto localizada lateralmente no lado convexo do hemisfério cerebral (homúnculo motor) A área motora do braço e da mão é a maior e ocupa a parte do giro pré-central, localizado entre a região da perna e o rosto.

Os axônios motores se aproximam enquanto viajam para baixo através da substância branca cerebral e fazem parte do membro posterior da cápsula interna.

As fibras motoras continuam descendo até o tronco cerebral. O feixe de axônios corticospinais é visível como duas estruturas semelhantes a colunas ("pirâmides") na superfície ventral da medula oblonga - é aqui que o nome trato piramidal vem de.

Após a decussação, os axônios viajam pela medula espinhal como o trato corticoespinhal lateral. As fibras que não se cruzam na medula oblongata viajam separadamente trato corticoespinhal ventral, e a maioria deles passa para o lado contralateral na medula espinhal, pouco antes de atingir os neurônios motores inferiores.

Os corpos celulares do neurônio motor no córtex motor, junto com seus axônios que viajam pelo tronco cerebral e medula espinhal, são chamados de neurônio motor superior. Na medula espinhal, esses axônios se conectam (a maioria deles por interneurônios, mas em menor extensão também por meio de sinapses diretas) com os neurônios motores inferiores (LMNs), localizados no chifre ventral da medula espinhal. No tronco encefálico, os neurônios motores inferiores estão localizados nos núcleos dos nervos cranianos motores (occulomotor, troclear, núcleo motor do nervo trigêmeo, abducente, facial, acessório, hipoglosso). Os axônios do neurônio motor inferior deixam o tronco encefálico pelos nervos cranianos motores e a medula espinhal pelas raízes anteriores dos nervos espinhais, respectivamente, acabam na placa neuromuscular e fornecem inervação motora para os músculos voluntários.


Características únicas dos neurônios humanos

Cientistas do Krembil Brain Institute, parte da University Health Network (UHN), em colaboração com colegas do Center for Addiction and Mental Health (CAMH), usaram o acesso precioso e raro a tecido cortical humano vivo para identificar características funcionalmente importantes que tornam neurônios humanos únicos.

Este trabalho experimental está entre os primeiros de seu tipo em neurônios humanos vivos e um dos maiores estudos sobre a diversidade de células piramidais corticais humanas até hoje.

"O objetivo deste estudo era entender o que torna as células cerebrais humanas 'humanas' e como os circuitos dos neurônios humanos funcionam da maneira que funcionam", disse o Dr. Taufik Valiante, neurocirurgião, cientista do Instituto do Cérebro Krembil da UHN e co-autor sênior No papel.

"Em nosso estudo, queríamos entender como as células piramidais humanas, a principal classe de neurônios no neocórtex, diferem entre as camadas superior e inferior do neocórtex", disse o Dr. Shreejoy Tripathy, cientista do Centro Krembil de Neuroinformática em CAMH e co-autor sênior neste estudo.

"Em particular, queríamos entender como as características elétricas desses neurônios podem suportar diferentes aspectos da comunicação entre as camadas e a geração de ritmos cerebrais, que são conhecidos por serem interrompidos em doenças cerebrais como a epilepsia."

Com o consentimento, a equipe usou tecido cerebral imediatamente após ter sido removido durante uma cirurgia de rotina do cérebro de pacientes com epilepsia e tumores. Usando técnicas de ponta, a equipe foi então capaz de caracterizar propriedades de células individuais em fatias desse tecido, incluindo visualizações de suas morfologias detalhadas.

"Pouco se sabe sobre as formas e propriedades elétricas dos neurônios humanos adultos vivos devido à raridade de se obter tecido cerebral humano vivo, pois há poucas oportunidades além da cirurgia de epilepsia para obter tais gravações", disse o Dr. Valiante.

Para manter o tecido ressecado vivo, ele é imediatamente transferido para o líquido cefalorraquidiano modificado na sala de cirurgia e levado diretamente para o laboratório, onde é preparado para a caracterização experimental.

É raro estudar tecido humano porque o acesso a tecido humano para investigações científicas requer uma comunidade multidisciplinar unida, incluindo pacientes dispostos a participar dos estudos, especialistas em ética que garantem os direitos e a segurança do paciente, neurocirurgiões que coletam e entregam amostras e neurocientistas com as instalações de pesquisa necessárias para estudar esses tecidos.

Após a análise inicial, os membros do Krembil Center for Neuroinformatics usaram uma análise de dados em grande escala para identificar as propriedades que distinguiam os neurônios nesta coorte uns dos outros. Essas propriedades foram então comparadas às de outros centros que realizam um trabalho semelhante com amostras de tecido cerebral humano, incluindo o Instituto Allen de Ciências do Cérebro em Seattle, Washington.

Observado nas descobertas da equipe:

  • Uma enorme quantidade de diversidade entre as células piramidais neocorticais humanas
  • Características eletrofisiológicas distintas entre neurônios localizados em diferentes camadas do neocórtex humano
  • Recursos específicos de neurônios de camada mais profunda, permitindo-lhes oferecer suporte a aspectos de comunicação entre camadas e a geração de ritmos cerebrais funcionalmente importantes

As equipes também encontraram diferenças notáveis ​​e inesperadas entre suas descobertas e experimentos semelhantes em modelos pré-clínicos, que o Dr. Tripathy acredita ser provavelmente um reflexo da expansão massiva do neocórtex humano sobre a evolução de mamíferos e primatas.

"Esses resultados mostram a notável diversidade de neurônios piramidais corticais humanos, diferenças entre neurônios humanos e pré-clínicos classificados de forma semelhante e uma hipótese plausível para a geração de ritmos teta corticais humanos impulsionados por neurônios de camada profunda", disse a Dra. Homeira Moradi Chameh, um associado científico no laboratório do Dr. Valiante no Krembil Brain Institute e principal autor do estudo.

No total, a equipe foi capaz de caracterizar mais de 200 neurônios de 61 pacientes, refletindo o maior conjunto de dados desse tipo até o momento e encapsulando quase uma década de trabalho árduo na UHN e no Krembil Brain Institute.

"Este conjunto de dados exclusivo nos permitirá construir modelos computacionais do cérebro distintamente humano, que serão inestimáveis ​​para o estudo de neuropatologias distintamente humanas", disse o Dr. Scott Rich, pesquisador de pós-doutorado no laboratório do Dr. Valiante no Krembil Brain Instituto e co-autor deste trabalho.

"Por exemplo, as propriedades celulares que conduzem muitas das características únicas identificadas nesses neurônios são conhecidas por serem alteradas em certos tipos de epilepsia. Implementando esses recursos em modelos computacionais, podemos estudar como essas alterações afetam a dinâmica nas várias escalas espaciais de o cérebro humano está relacionado à epilepsia e facilita a tradução dessas descobertas da 'ciência básica' de volta à clínica e, potencialmente, em motivações para novos caminhos na pesquisa da epilepsia. "

"Esse esforço só foi possível por causa do programa de epilepsia muito grande e ativo no Instituto do Cérebro Krembil da UHN, um dos maiores programas desse tipo no mundo e o maior programa desse tipo no Canadá", diz o Dr. Valiante.


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In: Scientific Reports, Vol. 9, No. 1, 5037, 25.03.2019, p. 1-16.

Resultado da pesquisa: contribuição para o jornal ›artigo› acadêmico ›revisão por pares

T1 - Desenvolvimento pós-natal inicial de neurônios piramidais em camadas do córtex pré-frontal medial do camundongo

N2 - O neocórtex de mamífero é uma estrutura altamente estratificada. Cada camada é povoada por subtipos distintos de células principais que nascem em momentos diferentes durante o desenvolvimento. Embora as diferenças entre as células principais nas camadas tenham sido amplamente estudadas, não se sabe como os perfis de desenvolvimento dos neurônios em camadas diferentes se comparam. Aqui, fornecemos uma caracterização morfológica e funcional detalhada dos neurônios piramidais em mPFC de camundongo durante o primeiro mês pós-natal, correspondendo a períodos críticos conhecidos para sinapse e formação de neurônios no neocórtex sensorial de camundongo. Nossos dados demonstram perfis de maturação semelhantes de morfologia dendrítica e propriedades intrínsecas de neurônios piramidais em camadas profundas e superficiais. Em contraste, o equilíbrio da excitação e inibição sináptica difere em um padrão específico de camada de uma a quatro semanas de idade pós-natal. Nossa caracterização do desenvolvimento inicial e maturação de neurônios piramidais em mPFC de camundongo não apenas demonstra um curso de tempo comparável de maturação pós-natal ao de outros circuitos neocorticais, mas também implica que a consideração de mudanças específicas de camada e tempo em neurônios piramidais pode ser relevante para estudos em modelos de camundongos de transtornos neuropsiquiátricos e do neurodesenvolvimento.

AB - O neocórtex de mamífero é uma estrutura altamente estratificada. Cada camada é povoada por subtipos distintos de células principais que nascem em momentos diferentes durante o desenvolvimento. Embora as diferenças entre as células principais nas camadas tenham sido amplamente estudadas, não se sabe como os perfis de desenvolvimento dos neurônios em camadas diferentes se comparam. Aqui, fornecemos uma caracterização morfológica e funcional detalhada dos neurônios piramidais em mPFC de camundongo durante o primeiro mês pós-natal, correspondendo a períodos críticos conhecidos para sinapse e formação de neurônios no neocórtex sensorial de camundongo. Nossos dados demonstram perfis de maturação semelhantes de morfologia dendrítica e propriedades intrínsecas de neurônios piramidais em camadas profundas e superficiais. Em contraste, o equilíbrio da excitação e inibição sináptica difere em um padrão específico de camada de uma a quatro semanas de idade pós-natal. Nossa caracterização do desenvolvimento inicial e maturação de neurônios piramidais em mPFC de camundongo não apenas demonstra um curso de tempo comparável de maturação pós-natal ao de outros circuitos neocorticais, mas também implica que a consideração de mudanças específicas de camada e tempo em neurônios piramidais pode ser relevante para estudos em modelos de camundongos de transtornos neuropsiquiátricos e do neurodesenvolvimento.


Cientistas descobrem um novo tipo de célula cerebral em humanos

Imagem de um neurônio rosa mosqueta (parte superior da imagem) conectado a um neurônio piramidal (parte inferior da imagem).

Tamás Lab, Universidade de Szeged

Uma equipe internacional de 34 cientistas identificou um novo tipo de célula cerebral em humanos não encontrada em outras espécies bem estudadas. A descoberta dos neurônios “Rosa Mosqueta”, publicada hoje na revista Nature Neuroscience, levanta uma série de questões: Como isso influencia o comportamento e a experiência humanos? Como isso nos diferencia de outras espécies? Pode ser encontrado em primatas e outras espécies cognitivamente avançadas? Mas há um problema que essa descoberta destaca imediatamente: há um neurônio no cérebro humano que está faltando no cérebro de ratos e outros animais usados ​​para modelar cérebros humanos em experimentos. Isso significa que os modelos animais atuais produzem resultados distorcidos? “Se quisermos entender como o cérebro humano funciona, precisamos estudar humanos ou espécies próximas”, diz Trygve Bakken, co-autor do artigo e neurocientista do Instituto Allen para Ciência do Cérebro.

Os neurônios da roseira brava são neurônios inibitórios que formam sinapses com os neurônios piramidais, os neurônios excitatórios primários no córtex pré-frontal. “Todos nós temos neurônios inibitórios e neurônios excitatórios”, diz Bakken, “mas este tipo específico de neurônio inibitório é o que há de novo neste estudo. É especial com base em sua forma e suas conexões e também os genes que expressa. ”

Quando um sinal de trânsito fica vermelho, isso ajuda a controlar o fluxo do trânsito. Da mesma forma, os neurônios inibitórios ajudam a controlar o fluxo de informações eletroquímicas. O tipo de informação que os neurônios da rosa mosqueta controlam, e por que eles parecem particulares aos humanos, ainda está para ser descoberto. “Ele tem conexões realmente discretas com neurônios [piramidais]”, diz Bakken. “Tem o potencial de manipular o circuito de uma forma realmente direcionada, mas como isso influencia o comportamento terá que vir em um trabalho posterior.”

Encontrado no neocórtex do cérebro humano

Os pesquisadores identificaram os neurônios da Rosa Mosqueta observando amostras do cérebro de dois homens que morreram na casa dos 50 anos e doaram seus corpos para a ciência. As placas cerebrais eram tecidos do neocórtex, um desenvolvimento evolutivo mais recente dentro de nossos crânios, responsável pelo pensamento de ordem superior. “O neocórtex, a camada mais externa das células, é muito expandido em humanos - cerca de mil vezes em comparação com os ratos”, diz Bakken. “A partir de estudos neurológicos, se você tiver um derrame em seu neocórtex, por exemplo, isso realmente afeta sua capacidade de realizar esses tipos de processamento cognitivo de alta ordem.”

A identificação de Rosa Mosqueta surgiu por meio de uma colaboração em grande escala que se concentrou na existência do neurônio. A pesquisa foi co-liderada por Ed Lein, investigador do Instituto Allen de Ciência do Cérebro, e Gábor Tamás, neurocientista da Universidade de Szeged, na Hungria. O Allen Institute defende a ciência aberta e os esforços de pesquisa em grande escala com cientistas de todo o mundo. Vários anos atrás, Tamás foi convidado a apresentar suas últimas pesquisas sobre tipos especializados de células cerebrais humanas no Instituto Allen. Ficou claro que tanto Lein quanto Tamás haviam localizado a mesma célula usando técnicas díspares em continentes díspares. "Percebemos que estávamos convergindo para o mesmo tipo de célula de pontos de vista absolutamente diferentes", disse Tamás via comunicado à imprensa, descrevendo a aliança de pesquisa formada entre os cientistas, o Instituto Allen e o Instituto J. Craig Venter.

O que há em um nome? Aquilo que chamamos de rosa mosqueta?

O nome “rosehip” veio de Tamás e do estudante de graduação da Universidade de Szeged, Eszter Boldog. Os dois viram uma semelhança entre uma rosa que perde suas pétalas e o aglomerado de axônios em torno do centro de uma célula cerebral.

Rosa Mosqueta de Bibernell-Rose (Rosa spinosissima kochiana), Rosaceae, Jardins de Trauttmansdorff. [+] Castelo, Merano, Trentino-Alto Adige, Itália.

Diferenças entre humanos e outras espécies

No artigo, Bakken e seus colegas observam que a prática padrão de estudar a cognição humana examinando os cérebros de camundongos e outros roedores pode precisar ser avaliada criticamente: “Com o córtex do camundongo como o modelo dominante para a compreensão da cognição humana, é essencial para estabelecer se a arquitetura celular do cérebro humano é conservada ou se existem tipos de células especializadas e propriedades do sistema que não podem ser modeladas em roedores. ”

Bakken acrescenta: “Eu diria que no nível das partes básicas, vemos muitas partes semelhantes entre as espécies ... Portanto, organismos modelo ainda são muito úteis. Mas acho que este estudo realmente aponta para o fato de que, se certas partes não estão lá, então você obviamente não pode estudá-las. Acho que é muito importante usar organismos modelo, mas lembre-se de que você também precisa estudar o tecido real. É por isso que no Instituto Allen estamos estudando humanos e ratos. ”

Os pesquisadores vão investigar se os neurônios da rosa mosqueta estão localizados em outras partes do cérebro. Eles também irão procurar por neurônios de rosa mosqueta no tecido cerebral post-mortem de pacientes falecidos com distúrbios neuropsiquiátricos em um esforço para observar se os neurônios de rosa mosqueta desempenham um papel na doença humana.

“É muito empolgante”, diz Bakken, com entusiasmo palpável. “Estamos fazendo uma pesquisa adicional, uma pesquisa mais ampla e aprofundada do córtex, mas também de todo o cérebro humano.” Bakken diz que está trabalhando com neurocirurgiões locais cujos pacientes doam tecidos que, de outra forma, seriam descartados após a neurocirurgia. “Somos capazes de estudar neurônios vivos de cérebros humanos e medir as propriedades elétricas, as células, sua forma, suas conexões”. De acordo com Bakken, o próximo projeto, e o objetivo do The Allen Institute como um todo, é obter uma compreensão mais ampla da diversidade do cérebro humano.

Os co-autores do estudo incluem Eszter Boldog, Trygve E. Bakken, Rebecca D. Hodge, Mark Novotny, Brian D. Aevermann, Judith Baka, Sándor Bordé, Jennie L. Close, Francisco Diez-Fuertes, Song-Lin Ding, Nóra Faragó, Ágnes K. Kocsis, Balázs Kovács, Zoe Maltzer, Jamison M. McCorrison, Jeremy A. Miller, Gábor Molnár, Gáspár Oláh, Attila Ozsvár, Márton Rózsa, Soraya I. Shehata, Susan Kim Sunkin , Danny N. Tran, Pratap Venepally, Abby Wall, László G. Puskás, Pál Barzó, Frank J.Steemers, Nicholas J. Schork, Richard H. Scheuermann, Roger S. Lasken, Ed S. Lein e Gábor Tamás


Canais iônicos como alvos terapêuticos, parte A

2.6 Preparação de tecido cerebral para RT-PCR semiquantitativo

Amostras de tecido foram isoladas de fatias de cérebro coronais de 200 μm de espessura. Usando um estereomicroscópio, os estratos radiatum e lacunosum-moleculare da região CA1 foram isolados com um pequeno bisturi removendo os estratos piramidais e oriens. Para comparação regional, em alguns casos, o radiatum da região CA1 foi separado do lacunosum-molecular e foi submetido à análise sqRT-PCR. Em cada estágio de desenvolvimento, pelo menos três camundongos de ninhadas diferentes foram usados. O RNA total foi isolado de amostras de tecido com Trizol (Invitrogen) e dissolvido em 10 μl de água tratada com DEPC. O DNA genômico foi removido com tratamento com DNase em uma mistura contendo tampão de PCR, MgCl 2,5 mM2, 10 mM DTT (todas Life Technologies), 20 U DNaseI (Roche) e 40 U RNase inibidor (Promega volume final 20 μl incubação a 37 ° C por 30 min). Posteriormente, o mRNA foi isolado usando oligo (dT)25Dynabeads (Life Technologies) e o mRNA aderente foram suspensos em água tratada com DEPC (20 μl). RT (37 ° C, 1 h) foi realizada adicionando um mastermix contendo tampão de primeira fita (Life Technologies), ditiotreitol (DTT 10 mM), dNTPs (4 × 250 μM Life Technologies), RNasin (40 U Promega), aleatório primers hexâmeros (50 μM Roche) e transcriptase reversa (SuperscriptIII 200 U Invitrogen, volume final 40 μl). A PCR semiquantitativa foi realizada em um volume de reação de 12,5 μl. A mistura de reação continha TaqMan ™ mastermix e a mistura de primers / sonda (Life Technologies). Um microlitro de cDNA do produto RT foi adicionado a cada poço. PCRs para K2As subunidades do canal P e β-actina foram executadas em poços separados. Controles negativos (água) também foram realizados em cada corrida. As amostras foram incubadas a 50 ° C (2 min) e, após desnaturação (95 ° C, 10 min), foram realizados 50 ciclos (desnaturação a 94 ° C, anelamento do iniciador de 15 s e extensão a 60 ° C, 60 s). A intensidade da fluorescência foi lida durante cada etapa de anelamento / extensão.


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As células de localização mostram maior frequência de disparo quando um animal está em uma área específica chamada de campo de localização da célula. O aumento da taxa de disparo pode ser bastante dramático, de virtualmente zero fora do campo a até 100 Hz (por breves períodos) no meio do campo local. Quando um rato forrageia aleatoriamente em um ambiente, os campos de lugar são modulados apenas fracamente pela direção que o rato enfrenta, ou nem sequer se modulam. No entanto, quando um animal se envolve em um comportamento estereotipado (por exemplo, deslizando entre os locais de destino), as células de lugar tendem a ser ativas no campo de lugar em passes em apenas uma direção.

Na exposição inicial a um novo ambiente, os campos de local são estabelecidos em minutos. Os campos de localização das células tendem a ser estáveis ​​em exposições repetidas ao mesmo ambiente. Em um ambiente diferente, entretanto, uma célula pode ter um campo de lugar completamente diferente ou nenhum campo de lugar. Este fenômeno é conhecido como "remapeamento". Em qualquer ambiente específico, cerca de 40-50% das células do local do hipocampo estarão ativas. & # 914 & # 93 & # 915 & # 93

Em um ambiente com poucas ou nenhuma pista direcional (por exemplo, um ambiente circular cercado por cortinas pretas), os campos de lugar tendem a ter uma posição radial fixa, mas todo o conjunto de campos de lugar pode girar em torno do labirinto, conforme previsto por uma teoria que os ratos estão perdendo lentamente sua orientação. & # 916 & # 93 Se uma sugestão de polarização for introduzida (normalmente um grande retângulo branco de papel), os campos de posição tendem a ter posições fixas em relação à sugestão. Se a sugestão for movida enquanto o animal pode vê-la, os campos de local tendem a permanecer inalterados, no entanto, se o animal for brevemente removido do ambiente, a sugestão é movida e o animal retornado, os campos de local irão girar de modo a manter seus posição em relação ao cartão de sugestão. Embora as pistas visuais pareçam ser o principal determinante do disparo da célula local, é importante notar que o disparo persiste no escuro, sugerindo que a propriocepção ou outros sentidos também contribuem.

Em um ambiente no qual um rato é forçado a caminhar ao longo de uma trilha linear, os campos de local geralmente têm um componente direcional além de um componente de local. Uma célula local que dispara em um local específico enquanto o rato caminha em uma direção ao longo da trilha não será necessariamente disparada quando o rato visitar aquele local vindo da outra direção. Se o rato girar frequentemente no mesmo ponto, entretanto, os campos de localização geralmente serão independentes da direção.

O tamanho dos campos de localização e sua relação sinal / ruído variam dependendo da região do cérebro em consideração. No hipocampo, os campos de localização são menores e mais nítidos no pólo dorsal, tornando-se maiores em direção ao pólo ventral. & # 917 & # 93 Isso pode refletir a topografia das projeções para o hipocampo. Por exemplo, o hipocampo ventral recebe muito mais estímulos da amígdala, enquanto o hipocampo dorsal é mais preferencialmente enervado pelo córtex entorrinal.

As células moduladas espaciais também são encontradas no córtex entorrinal, que alimentam a entrada do neocórtex para o hipocampo. Os neurônios no córtex entorrinal lateral exibem pouca seletividade espacial, & # 918 & # 93, enquanto os neurônios do córtex entorrinal medial (MEA) exibem múltiplos "campos de lugar" que estão dispostos em um padrão hexagonal e são, portanto, chamados de "células de grade". Esses campos e espaçamento entre os campos aumentam do MEA dorso-lateral para o MEA ventro-medial & # 919 & # 93 & # 9110 & # 93


Áreas motoras [editar | editar fonte]

As áreas motoras estão localizadas em ambos os hemisférios do córtex. Eles têm a forma de um par de fones de ouvido que se estendem de orelha a orelha. As áreas motoras estão intimamente relacionadas ao controle dos movimentos voluntários, especialmente os movimentos finos e fragmentados realizados pela mão. A metade direita da área motora controla o lado esquerdo do corpo e vice-versa.

Duas áreas do córtex são comumente chamadas de motor:

  • Córtex motor primário: Executando movimentos voluntários
  • Áreas motoras suplementares e córtex pré-motor: Selecionando movimentos voluntários

Além disso, as funções motoras foram descritas para

  • Córtex Parietal Posterior: Orientando movimentos voluntários no espaço
  • Córtex Pré-frontal Dorsolateral: Decidir quais movimentos voluntários fazer de acordo com instruções, regras e pensamentos autogerados de ordem superior

Linha lateral mecanossensorial, eletrorrecepção, magnetorecepção

7.18.7.4 Respostas a Chirps

Apteronotídeo peixes fracamente elétricos comunicam-se ativamente manipulando a interferência entre seus campos elétricos por meio de mudanças em sua própria frequência EOD. Dependendo da natureza dessas mudanças e do contexto, diferentes tipos de sinais de eletrocomunicação ativos de alta frequência (ou seja, chilros "pequenos" ou "grandes") são gerados (consulte a Seção "Chirps").

A rede ELL enfrenta vários desafios na codificação desses sinais de eletrocomunicação: ela deve detectar um chirp na frente de vários fundos de estímulo (ou seja, diferentes fases ou frequências do AM subjacente) que podem levar a transformações na forma de onda de estímulo (veja abaixo). Além disso, deve analisar e categorizar as informações sobre a natureza do sinal detectado (ou seja, que tipo de chirp).

7.18.7.4.1 Respostas a Pequenos Chirps

As respostas de ELL PCells a pequenos chilros, bem como os mecanismos subjacentes, foram estudados em grande detalhe (Marsat et al., 2009 Marsat e Maler, 2010 Marsat e Maler, 2012 Deemyad et al., 2013 Metzen et al., 2016a ver : Walz et al., 2013 Metzen, 2019 para revisão).

As características de um chirp são determinadas pela duração e amplitude da excursão de frequência subjacente (Fig. 2), no entanto, um chirp com as mesmas características pode resultar em formas de onda de estímulo muito diferentes, dependendo de seu contexto de estímulo. Por exemplo, enquanto os peixes emitem chilros com probabilidade uniforme em todas as fases da batida (Fig. 2 C), a fase afetará muito o estímulo e levará a formas de onda de estímulo altamente diferentes (compare Fig. 13 A e B, traços pretos no topo ) Surpreendentemente, as respostas comportamentais (chirp echo response) são, no entanto, semelhantes, independentemente da fase de um chirp (Metzen et al., 2016a), o que significa que os animais, embora as formas de onda de estímulo difiram fortemente, são capazes de dizer que é o tipo de frequência excursão que gerou essas diferentes formas de onda chirp (ou seja, percepção invariante de fase). Como isso é possível dado o fato de que as respostas dos EAs, que são a única entrada para o ELL, diferem fortemente, assim como as formas de onda do estímulo?

Figura 13. Respostas de ELL PCells a pequenos chirps são localmente invariantes de fase

(A) Exemplo de respostas de um LS PCell tipo On (verde) e um tipo Off (magenta) a um pequeno chilrear (janela azul e seta preta) ocorrendo a 90 ° de um AM de 4 Hz. Enquanto a célula do tipo On responde com uma explosão de picos, a célula do tipo Off é inibida. (B) O mesmo que UMA mas em resposta a um pequeno chirp ocorrendo a 270 °. Observe que a forma de onda chirp resultante (traço preto) é muito diferente em comparação com o que é visto em UMA e que as respostas dos neurônios do tipo On e Off são invertidas. (C) As respostas de PCells do tipo On e Off aos chilros em diferentes fases do AM são categóricas, embora a forma de onda do chirp mude continuamente. As células do tipo on respondem com padrões semelhantes de aumentos para chirps em fases abaixo de 180 ° e com padrões semelhantes de inibição para chirps acima de 180 °. As respostas dos neurônios do tipo Off são complementares em termos da fase de batimento. (D) A invariância encontrada em neurônios do tipo On e Off (verde e magenta) é maior do que a invariância encontrada para EAs (cinza, à esquerda) que codificam fielmente as diferentes formas de onda de estímulo. Espera-se que esta invariância “local” seja refinada em áreas a jusante, uma vez que a invariância das respostas comportamentais é maior (cinza, direita).

Dados em C e D adaptados de Metzen et al. (2016a).

A resposta é a heterogeneidade do tipo On e Off na população ELL PCell. A Fig. 13 exemplifica as respostas de LS ELL PCells a pequenos chiados que ocorrem em duas fases opostas (A: 90 ° B: 270 °) com uma frequência de batimento subjacente de 4 Hz para um exemplo On- (verde) e Off-type (magenta ) PCell. Enquanto a PCell tipo On é excitada pelo pequeno chirp que ocorre em uma fase de batimento de 90 °, a PCell tipo Off é inibida pelo mesmo estímulo (Fig. 13 A). Em contraste, para um chirp que ocorre em uma fase de batimento de 270 °, a PCell do tipo On é inibida, enquanto a PCell do tipo Off é excitada (Fig. 13 B).

Um estudo de Metzen et al. (2016a) caracterizou as respostas de PCell a chilros enquanto variava sistematicamente a fase da batida em que um dado chirp ocorria. Embora a forma de onda de estímulo e as respostas dos EAs variassem ao longo de um continuum conforme a fase de chirp mudava, as respostas de PCells do tipo On e Off eram muito mais categóricas: as PCells do tipo On responderam com aumento da taxa de disparo semelhante aos chirps que ocorrem em um subconjunto de fases de batimento (& lt180 °, '+ chirps'), enquanto as PCells do tipo Off responderam a um conjunto complementar de chirps, ou seja, a um subconjunto oposto de fases de batimento (& gt180 °, '- chirps & # x27 Fig. 13 C). Os autores sugeriram que isso ocorre porque as PCells do tipo On e Off respondem à entrada aferente sincronizada, mas a diferentes características dela porque as células do tipo Off que recebem essa entrada via inibição di-sináptica (Fig. 4). Como resultado, as PCells ELL mostram uma representação da fase chirp que é localmente invariável porque as PCells do tipo On respondem com excitação semelhante a '+ chirps', enquanto as PCells do tipo Off respondem com excitação semelhante a '- chirps' (Metzen et al. , 2016a). Embora a invariância para a fase de batimento seja maior em ELL do que para EAs individuais, ela ainda permanece abaixo do nível de invariância exibido comportamentalmente (Fig. 13 D). Como tal, espera-se que a representação invariante local vista no nível de ELL seja ainda mais refinada em núcleos a montante no meio e no prosencéfalo (Metzen et al., 2016a, b). Em estudos posteriores, os autores descobriram que o acima é verdadeiro para uma ampla gama de frequências de batimento (Metzen e Chacron, 2017), bem como diferentes identidades de chirp (Metzen et al., 2020).

As respostas aos chirps mostram uma forte heterogeneidade de resposta nos mapas ELL (CMS, CLS e amp LS) e para diferentes classes de células (superficial, intermediário, profundo). Devido à sua sintonia de frequência passa-alta e grandes RFs (consulte a seção "Respostas às modulações de amplitude"), as PCells em LS foram descritas como as mais sensíveis a pequenos chirps (Marsat et al., 2009 Metzner e Juranek, 1997) e exibir as respostas mais distintas para pequenos chirps (Fig. 14 A: tipo B: tipo desligado). Isso é especialmente verdadeiro porque as respostas a um chirp (dentro da janela azul) precisam ser discriminadas da resposta ao AM de fundo (aumentos na taxa de disparo fora da janela azul claro). Esta relação sinal-ruído diminui acentuadamente para as respostas nos outros dois segmentos (ou seja, CLS e CMS) (Marsat et al., 2009). Dentro do LS, foi relatado que a sensibilidade ao chirp é mais alta em células PC superficiais (Fig. 14 C e D). Aqui, também a discriminabilidade entre a resposta de chirp e a resposta de batimento diminui das células superficiais para as profundas (Sproule e Chacron, 2017). Em resumo, a sensibilidade a pequenos chirps é mais alta nas células superficiais em LS e diminui gradualmente para células profundas em CMS, com as células do tipo On sendo, em média, mais responsivas do que as células do tipo Off (Fig. 14 E e F).

Figura 14. Heterogeneidade de respostas a pequenos alaridos em mapas e classes de células

(A) Exemplo de respostas de PCells tipo On superficiais de LS (verde escuro), CLS (verde médio) e CMS (verde claro) a pequenos chiados que ocorrem a 90 ° dentro de uma batida de 4 Hz (preto). A resposta ao chirp (indicada pela janela azul claro) é forte em LS e mais fraca em CLS e CMS. Observe que a resposta do chirp deve ser diferenciada das respostas ao AM antes e depois do chirp (ou seja, uma relação sinal / ruído precisa ser avaliada). (B) O mesmo que UMA mas para PCells superficiais do tipo off nos diferentes segmentos e um chirp a 270 °. Observe que também aqui a resposta aos chilros é mais clara para LS e diminui para CLS para CMS. (C) Exemplo de respostas de superficiais (verde escuro), intermediário (verde médio) e profundo (verde claro) LS PCells do tipo On em resposta a um chilrear a 90 ° de uma batida de 4 Hz. Observe que a resposta chirp é mais clara para a célula superficial e diminui para a célula profunda. A taxa de disparo é mostrada de forma normalizada. (D) O mesmo que C, mas para PCells tipo off e um chirp a 270 °. (E e F) Respostas de células do tipo On e Off a pequenos chirps são mais fortes em PCells superficiais do LS e diminuem em direção a PCells profundas em CMS. Enquanto as variações nas respostas do chirp são semelhantes entre as células do tipo On e Off, as células do tipo On respondem com rajadas proeminentes a pequenos chirps.

Dados em A e B adaptados de Marsat et al. (2009) Dados em C e D adaptados de Sproule e Chacron (2017).

Apesar do ajuste intrínseco de PCells nos diferentes mapas e classes de células (Krahe et al., 2008 Krahe e Maler, 2014), os mecanismos subjacentes para essas respostas diferenciais incluem a contribuição do feedback diferencial recebido de nP e EGp (Marsat e Maler , 2012). Essas vias de feedback estão envolvidas na supressão de reafferência, bem como na detecção de recursos aprimorada (Berman e Maler, 1998 Bastian et al., 2004 Lewis et al., 2007 Bol et al., 2011 Requarth e Sawtell, 2011). Enquanto as PCells superficiais e intermediárias recebem grande quantidade de feedback sobre seus dendritos apicais, as PCells profundas recebem apenas feedback mínimo, mas servem como fonte dessas projeções de feedback (Bastian et al., 2002, 2004). Como os sinais relacionados à eletrocomunicação são transitórios e, portanto, são muito mais altos em frequência, bem como espacialmente difusos em comparação com os sinais locais (isto é, presas ou objetos), as respostas a eles são mais acentuadas do que as respostas de baixa frequência, por exemplo, para o fundo AM.

O feedback, no entanto, está presente apenas em resposta a batidas de frequências & lt 20 Hz (Bol et al., 2011 Bastian et al., 2004). Embora a presença de chirps grandes ou pequenos possa ser detectada de forma confiável por ELL PCells, a discriminação de formas de onda AM associadas a chirps pequenos com atributos diferentes é difícil (Marsat e Maler, 2010 Metzen et al., 2016a). Além disso, a estratégia de codificação proposta de ELL PCells torna difícil discriminar entre diferentes formas de onda chirp associadas a pequenos chirps se eles ocorrerem em batidas de baixa frequência (Marsat et al., 2009 Allen e Marsat, 2018 Metzen e Chacron, 2017). Em contraste, se ocorrer no topo de uma batida de alta frequência, pequenos chirps produzem respostas heterogêneas e variações na forma de onda chirp podem ser discriminadas com precisão (Marsat e Maler, 2010 Allen e Marsat, 2018). O aprimoramento da resposta ELL a pequenos chirps por meio de feedback é, portanto, provavelmente ainda mais confinado a baixas frequências de batimento do que a resposta EA.

Respostas de ELL PCells a pequenos chilros (isto é, provável interação do mesmo sexo) podem ser facilitadas pelo neuromodulador 5HT. 5HT aumenta a excitabilidade na Vivo reduzindo o AHP e, assim, promovendo disparos de burst para pequenos chirps (Deemyad et al., 2013). Efeitos semelhantes foram relatados para liberação endógena (ou seja, estimulação da rafe) e aplicação exógena focal de 5HT, sugerindo que 5HT atua diretamente nos receptores serotonérgicos localizados em ELL PCells (Deemyad et al., 2013).

7.18.7.4.2 Respostas a Big Chirps

Em contraste com os pequenos chilros, muito menos se sabe sobre como os ELL PCells respondem a grandes chilros que ocorrem principalmente durante as interações do sexo oposto e são caracterizados por grandes excursões de frequência e durações (consulte a Seção “Chirps”).

Foi sugerido que a maioria das PCells fora do tipo respondem a grandes chilros. Isso seria esperado porque a forte modulação EOD que é necessária para gerar grandes chirps também causa uma diminuição na amplitude AM (Fig. 2 E), que será codificada por EAs. Em contraste, estudos recentes sugerem que as respostas a grandes chirps são muito semelhantes entre as PCells do tipo On e Off em LS, mostrando um conjunto muito heterogêneo de respostas: algumas PCells do tipo On podem responder com respostas excitatórias, enquanto outras PCells do tipo On podem responder com uma resposta inibitória ao mesmo estímulo (Fig. 15 A e B). O mesmo é verdadeiro para PCells do tipo off (Fig. 15 C e D).

Figura 15. Respostas de ELL PCells a Big Chirps

(A) Exemplo de resposta de uma PCell tipo On (verde) a um grande chilrear ocorrendo no topo de um AM sinusoidal de 100 Hz. Os pontos no gráfico indicam os momentos em que ocorreram picos, cada linha mostra uma resposta à apresentação repetida do traço inferior do estímulo é a taxa de disparo filtrada (ver barra de escala em C) Observe que a célula do tipo On responde com um aumento no disparo durante o chirp (janela azul). (B) igual a UMA mas para outra célula do tipo On. Observe que, neste exemplo, o PCell tipo On responde com inibição durante o chirp (janela azul), seguido por um rebote pós-inibitório após o estímulo.(C e D) O mesmo que UMA e B mas para dois exemplos de PCells fora do tipo. Observe que, em contraste com as respostas a chirps pequenos, as respostas de PCells a chirps grandes são heterogêneas entre PCells do tipo On e Off, algumas respondendo com excitação (A e C) e algumas respondendo com inibição (B e D) ao chirp. (E e F) Heterogeneidade de resposta a grandes chirps para PCells do tipo On- (E) e Off-type (F) em classes de células e segmentos ELL. Observe que não há um padrão sistemático de diferenciação entre as diferentes categorias.

Ao contrário do que foi mostrado para pequenos chirps, a serotonina não tem nenhum efeito regulatório nas respostas de PCell a grandes chirps (Deemyad et al., 2013). Uma explicação de por que 5HT aumenta as respostas a chirps pequenos, mas não grandes, é que as projeções de feedback para ELL geralmente atenuam as respostas a sinais de baixa frequência (& lt32 Hz) (Berman e Maler, 1999 Bastian et al., 2004). É importante ressaltar que nem estímulos locais como pequenos objetos (ou seja, presas) (Bastian et al., 2004 Chacron et al., 2005b) nem estímulos globais de alta frequência (& gt32 Hz) (Bol et al., 2011) irão eliciar esta entrada de feedback . Além disso, pequenos chirps são tipicamente estímulos globais que ocorrem no topo de batidas de baixa frequência (Marsat et al., 2009), promovendo, assim, o cancelamento da batida de fundo por meio de feedback. Claramente, há mais estudos necessários para caracterizar as respostas de ELL PCells a grandes chirps para explicar os mecanismos subjacentes. No entanto, as respostas a grandes chirps são heterogêneas tanto dentro dos diferentes segmentos ELL e dentro das diferentes classes de células (superficial, intermediário, profundo), mas um padrão claro de diferenciação entre eles não surge neste ponto (Fig. 15 E e F).

Em resumo, comparar as respostas ELL PCell com chirps pequenos e grandes mostra que a estratégia de codificação difere amplamente: enquanto o início de chirps pequenos é sinalizado por meio de um burst estereotipado e altamente confiável em PCells On-type, a forma dos chirps grandes é representada por variável aumentos na taxa de disparo de PCells do tipo Off (Marsat et al., 2009). Essas respostas de burst, portanto, podem facilitar a detecção de pequenos chirps, semelhantes a muitos sistemas onde os bursts aumentam a detecção do sinal, aumentando a relação sinal-ruído (para revisão, consulte: Krahe e Gabbiani, 2004).


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O trato corticoespinhal se origina nos neurônios piramidais gigantes (Células Betz) do córtex motor. Os corpos celulares neuronais no córtex motor enviam longos axônios para os núcleos dos nervos cranianos motores principalmente do lado contralateral do mesencéfalo (trato cortico-mesencefálico), ponte (trato cortico-pontino), medula oblongata (trato cortico-bulbar). entretanto, essas fibras se estendem até a medula espinhal (trato corticoespinhal). A maioria das fibras córtico-espinhais (cerca de 85%) cruzam para o lado contralateral na medula oblonga (decussação piramidal) Aqueles que se cruzam na medula oblonga viajam no trato corticoespinhal lateral. O restante deles (15%) cruzam no nível em que saem da medula espinhal e viajam no trato corticoespinhal medial. Apesar de por qual desses dois tratos ele se desloca, o axônio de um neurônio que faz parte desse trato fará uma sinapse com outro neurônio no corno ventral. Esse neurônio do corno ventral é considerado um neurônio de segunda ordem nessa via, mas não faz parte do próprio trato corticoespinhal.

Há uma representação somatotópica precisa das diferentes partes do corpo no córtex motor primário, com a área da perna localizada medialmente (perto da linha média), e a área da cabeça e rosto localizada lateralmente no lado convexo do hemisfério cerebral (homúnculo motor) A área motora do braço e da mão é a maior e ocupa a parte do giro pré-central, localizado entre a região da perna e o rosto.

Os axônios motores se aproximam enquanto viajam para baixo através da substância branca cerebral e fazem parte do membro posterior da cápsula interna.

As fibras motoras continuam descendo até o tronco cerebral. O feixe de axônios corticospinais é visível como duas estruturas semelhantes a colunas ("pirâmides") na superfície ventral da medula oblonga - é aqui que o nome trato piramidal vem de.

Após a decussação, os axônios viajam pela medula espinhal como o trato corticoespinhal lateral. As fibras que não se cruzam na medula oblongata viajam separadamente trato corticoespinhal ventral, e a maioria deles passa para o lado contralateral na medula espinhal, pouco antes de atingir os neurônios motores inferiores.

Os corpos celulares do neurônio motor no córtex motor, junto com seus axônios que viajam pelo tronco cerebral e medula espinhal, são chamados de neurônio motor superior. Na medula espinhal, esses axônios se conectam (a maioria deles por interneurônios, mas em menor extensão também por meio de sinapses diretas) com os neurônios motores inferiores (LMNs), localizados no chifre ventral da medula espinhal. No tronco encefálico, os neurônios motores inferiores estão localizados nos núcleos dos nervos cranianos motores (occulomotor, troclear, núcleo motor do nervo trigêmeo, abducente, facial, acessório, hipoglosso). Os axônios do neurônio motor inferior deixam o tronco encefálico pelos nervos cranianos motores e a medula espinhal pelas raízes anteriores dos nervos espinhais, respectivamente, acabam na placa neuromuscular e fornecem inervação motora para os músculos voluntários.


Características únicas dos neurônios humanos

Cientistas do Krembil Brain Institute, parte da University Health Network (UHN), em colaboração com colegas do Center for Addiction and Mental Health (CAMH), usaram o acesso precioso e raro a tecido cortical humano vivo para identificar características funcionalmente importantes que tornam neurônios humanos únicos.

Este trabalho experimental está entre os primeiros de seu tipo em neurônios humanos vivos e um dos maiores estudos sobre a diversidade de células piramidais corticais humanas até hoje.

"O objetivo deste estudo era entender o que torna as células cerebrais humanas 'humanas' e como os circuitos dos neurônios humanos funcionam da maneira que funcionam", disse o Dr. Taufik Valiante, neurocirurgião, cientista do Instituto do Cérebro Krembil da UHN e co-autor sênior No papel.

"Em nosso estudo, queríamos entender como as células piramidais humanas, a principal classe de neurônios no neocórtex, diferem entre as camadas superior e inferior do neocórtex", disse o Dr. Shreejoy Tripathy, cientista do Centro Krembil de Neuroinformática em CAMH e co-autor sênior neste estudo.

"Em particular, queríamos entender como as características elétricas desses neurônios podem suportar diferentes aspectos da comunicação entre as camadas e a geração de ritmos cerebrais, que são conhecidos por serem interrompidos em doenças cerebrais como a epilepsia."

Com o consentimento, a equipe usou tecido cerebral imediatamente após ter sido removido durante uma cirurgia de rotina do cérebro de pacientes com epilepsia e tumores. Usando técnicas de ponta, a equipe foi então capaz de caracterizar propriedades de células individuais em fatias desse tecido, incluindo visualizações de suas morfologias detalhadas.

"Pouco se sabe sobre as formas e propriedades elétricas dos neurônios humanos adultos vivos devido à raridade de se obter tecido cerebral humano vivo, pois há poucas oportunidades além da cirurgia de epilepsia para obter tais gravações", disse o Dr. Valiante.

Para manter o tecido ressecado vivo, ele é imediatamente transferido para o líquido cefalorraquidiano modificado na sala de cirurgia e levado diretamente para o laboratório, onde é preparado para a caracterização experimental.

É raro estudar tecido humano porque o acesso a tecido humano para investigações científicas requer uma comunidade multidisciplinar unida, incluindo pacientes dispostos a participar dos estudos, especialistas em ética que garantem os direitos e a segurança do paciente, neurocirurgiões que coletam e entregam amostras e neurocientistas com as instalações de pesquisa necessárias para estudar esses tecidos.

Após a análise inicial, os membros do Krembil Center for Neuroinformatics usaram uma análise de dados em grande escala para identificar as propriedades que distinguiam os neurônios nesta coorte uns dos outros. Essas propriedades foram então comparadas às de outros centros que realizam um trabalho semelhante com amostras de tecido cerebral humano, incluindo o Instituto Allen de Ciências do Cérebro em Seattle, Washington.

Observado nas descobertas da equipe:

  • Uma enorme quantidade de diversidade entre as células piramidais neocorticais humanas
  • Características eletrofisiológicas distintas entre neurônios localizados em diferentes camadas do neocórtex humano
  • Recursos específicos de neurônios de camada mais profunda, permitindo-lhes oferecer suporte a aspectos de comunicação entre camadas e a geração de ritmos cerebrais funcionalmente importantes

As equipes também encontraram diferenças notáveis ​​e inesperadas entre suas descobertas e experimentos semelhantes em modelos pré-clínicos, que o Dr. Tripathy acredita ser provavelmente um reflexo da expansão massiva do neocórtex humano sobre a evolução de mamíferos e primatas.

"Esses resultados mostram a notável diversidade de neurônios piramidais corticais humanos, diferenças entre neurônios humanos e pré-clínicos classificados de forma semelhante e uma hipótese plausível para a geração de ritmos teta corticais humanos impulsionados por neurônios de camada profunda", disse a Dra. Homeira Moradi Chameh, um associado científico no laboratório do Dr. Valiante no Krembil Brain Institute e principal autor do estudo.

No total, a equipe foi capaz de caracterizar mais de 200 neurônios de 61 pacientes, refletindo o maior conjunto de dados desse tipo até o momento e encapsulando quase uma década de trabalho árduo na UHN e no Krembil Brain Institute.

"Este conjunto de dados exclusivo nos permitirá construir modelos computacionais do cérebro distintamente humano, que serão inestimáveis ​​para o estudo de neuropatologias distintamente humanas", disse o Dr. Scott Rich, pesquisador de pós-doutorado no laboratório do Dr. Valiante no Krembil Brain Instituto e co-autor deste trabalho.

"Por exemplo, as propriedades celulares que conduzem muitas das características únicas identificadas nesses neurônios são conhecidas por serem alteradas em certos tipos de epilepsia. Implementando esses recursos em modelos computacionais, podemos estudar como essas alterações afetam a dinâmica nas várias escalas espaciais de o cérebro humano está relacionado à epilepsia e facilita a tradução dessas descobertas da 'ciência básica' de volta à clínica e, potencialmente, em motivações para novos caminhos na pesquisa da epilepsia. "

"Esse esforço só foi possível por causa do programa de epilepsia muito grande e ativo no Instituto do Cérebro Krembil da UHN, um dos maiores programas desse tipo no mundo e o maior programa desse tipo no Canadá", diz o Dr. Valiante.


Os pesquisadores identificam uma classe de neurônios que são mais ativos durante o sono não REM

Registro de amostra mostrando os potenciais de ação de uma célula ativa no estado DOWN (em pontos pretos) aumentando durante o estado DOWN (traços cinza claro) do sono NREM, flanqueado pelo potencial de ação das células piramidais (pontos vermelhos) e outros interneurônios inibitórios (azul pontos). Uma seção histológica do cérebro à esquerda mostra o trato da posição do eletrodo em todas as camadas corticais. (a histologia pode não ser importante). Crédito: Valero et al

Normalmente, as células piramidais e os interneurônios GABAérgicos no cérebro são ativados simultaneamente. Uma equipe de neurocientistas da Universidade de Nova York, no entanto, recentemente identificou uma classe única de neurônios que não disparam ao mesmo tempo que todos os neurônios, células e interneurônios principais. Curiosamente, a equipe descobriu que esses neurônios específicos são mais ativos durante o estado DOWN do sono não REM (NREM), quando todos os outros tipos de neurônios estão em silêncio.

"Como costuma acontecer na ciência, nossa descoberta foi um verdadeiro acaso", disse György Buzsáki, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao MedicalXpress. "Ao coletar gravações do sono em camadas profundas do córtex, observamos que picos de alguns neurônios raros ocasionalmente ocorriam durante as épocas de sono do chamado 'estado DOWN'. Nenhum neurônio deveria fazer tal coisa, como é conhecido o estado DOWN ( e identificado por) por seu silêncio neuronal completo (falta de picos). "

O neocórtex, um conjunto de camadas em uma região do cérebro chamada córtex cerebral, é reiniciado milhares de vezes todas as noites a partir do estado transiente (50-300 ms de duração) PARA BAIXO. Em seu estudo, Buzsáki e seus colegas identificaram uma classe de neurônios que parecem ser mais ativos quando todos os outros neurônios (isto é, neurônios piramidais excitatórios e neurônios inibitórios) estão em silêncio, no estado DOWN, durante os estágios NREM do sono. Em seus experimentos de acompanhamento, eles mostraram que esses neurônios são células em forma de neuróglia encontradas nas camadas mais profundas do neocórtex, que expressam especificamente genes conhecidos como ID2 e Nkx2.1.

Quando eles examinaram esta classe de neurônios com mais profundidade, Buzsáki e seus colegas observaram que eles tinham uma relação totalmente antagônica com todos os outros tipos conhecidos de neurônios em todos os estados de vigília (ou seja, quando os mamíferos estão acordados e dormindo). Isso sugere que esses neurônios podem ter uma função única que os diferencia de todas as outras células do cérebro.

"A razão pela qual nem nós nem outros vimos esses neurônios antes é que eles são muito raros e requerem métodos para registrar grandes conjuntos de neurônios em animais que se comportam", explicou Buzsáki. "Em várias gravações de atividade cerebral coletadas de animais, não encontramos nenhum, um e raramente dois ou mais desses neurônios entre as centenas que pesquisamos. Dada a novidade e a suspeita de importância desses neurônios, Manuel Valero, um pós-doutorado em nosso grupo, decidiu fazer um experimento em larga escala, examinando todos os tipos de interneurônios conhecidos, cuja identidade molecular permitia sua identificação em um animal se comportando / dormindo. "

Inicialmente, Valero examinou um grupo de células chamadas neurônios que expressam óxido nítrico (nNOSs), já que descobertas anteriores sugerem que a molécula volátil de óxido nítrico desempenha um papel fundamental no aumento das ondas cerebrais lentas durante o sono NREM. Curiosamente, eles descobriram que uma fração muito pequena de nNOSs disparou durante os estados DOWN do sono NREM.

Reconstrução tridimensional de soma, dendritos e arborização axonal de um neurônio lD2 / Nkx2.1 intracelularmente preenchido. Crédito: Valero et al.

"Um dia, quando estávamos no elevador do prédio de ciências de nossa universidade, estávamos conversando com um colega que mencionou que eles estavam trabalhando em um grupo incomum de células de forma neuroglia em camadas corticais profundas, o que pode ser importante porque apenas esse grupo interneurônio aumenta desproporcionalmente em o cérebro dos primatas ", disse Buzsáki. "Este colega os chamou de ID2 / Nkx2.1, um pequeno subgrupo da família nNOS. No final da viagem de elevador, concordamos em uma colaboração."

Manuel Valero mostrou então que, quando um canal sensível à luz era expresso por esta classe única de interneurônios, a luz brilhante sobre eles por lâmpadas LED microscópicas do tamanho de neurônios revelava sua identidade.

A informação mais importante que os investigadores aprenderam é que quase todos os neurônios que expressam ID2 / Nkx2.1 estavam ativos especificamente durante os estados DOWN de sono não REM. Essa descoberta pode ter implicações importantes, pois sugere que esses neurônios têm funções fisiológicas cruciais relacionadas à atividade do cérebro dos mamíferos quando os mamíferos ou outros humanos estão dormindo.

"Descobrir um novo tipo de neurônio no cérebro é um evento raro", disse Buzsáki. "Descobrir um neurônio cuja atividade é antagônica de todas as maneiras possíveis a todos os outros neurônios conhecidos é realmente inesperado, quase como encontrar um cão que fala inglês. Todos os outros interneurônios testados inibiram nossos neurônios ativos no estado DOWN. Eles podem ser essenciais para ajustar a duração dos estados de silêncio e afetando a sequência de recrutamento das células piramidais quando elas se reiniciam do estado de silêncio, como nosso estudo mostrou. "

Além de identificar essa classe de neurônios que é particularmente ativa nos estados DOWN do sono NREM, Buzsáki e seus colegas mostraram que sua ativação artificial interfere no aumento da memória auxiliado pelo sono. Embora as evidências coletadas possam não ser substanciais o suficiente para especular sobre todo o repertório funcional desses neurônios, sua interação incomum com outras células cerebrais sugere seu possível envolvimento em uma variedade de diferentes computações neurais. Novos trabalhos examinando esses neurônios podem ajudar a entender melhor suas funções, talvez desvelando seu papel em processos fisiológicos muito específicos.

"Em nossos próximos estudos, planejamos nos concentrar em uma série de questões de pesquisa, como a ativação / inativação dos neurônios que identificamos afetará a estrutura do sono? Eles têm tipos de receptores especiais que podem ser seletivamente direcionados por drogas? O que eles fazem quando eles aumentam durante a vigília? Eles estão presentes com a mesma proporção em cada região cortical ou são enriquecidos em algumas áreas? E, finalmente, por que esses neurônios são mais comuns no cérebro humano? "