Persistent firing and oscillations in the septo-hippocampal system and their relation to locomotion

• Persistentes Feuern und Oszillationen im septo-hippocampalen System und ihre Beziehung zur Lokomotion

Korvasová, Karolína; Kampa, Björn M. (Thesis advisor); Diesmann, Markus (Thesis advisor); Remy, Stefan (Thesis advisor)

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH, Zentralbibliothek, Verlag (2022)
Buch, Doktorarbeit

In: Schriften des Forschungszentrums Jülich. Reihe Information/information 86
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Kurzfassung

Das mediale Septum, diagonales Band von Broca, hat die meiste Aufmerksamkeit als mutmaßlicher Schrittmacher des im Hippocampus auftretenden Theta Rhythmus erhalten. Aufgrund seiner hohen Interkonnektivität mit verschiedenen kortikalen und subkortikalen Regionen ist das mediale Septum jedoch an einer Vielzahl von neuronalen Prozessen beteiligt. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Beziehung zwischen Spiking-Aktivität des medialen Septums, Theta-Rhythmus des Hippocampus und Bewegung. In der Vergangenheit wurde gezeigt, dass die theta-periodische optogenetische Aktivierung glutamaterger Neuronen im medialen Septum die Theta-Oszillation des Hippocampus mitreißt und eine anhaltende Bewegung des Tieres initiiert. Wir zeigten, dass Theta-Oszillation des Hippocampus und Bewegung, die beide nach dem Stimulus-Offset anhalten, durch eine kurze kontinuierliche Lichtstimulation glutamaterger Neuronen im medialen Septum induziert werden können. Die Präsenz des Theta-Rhythmus im Hippocampus ist dabei für die Induktion anhaltender Bewegung nicht notwendig, da die Initiierung der Bewegung durch die Blockierung der synaptischen Übertragung im medialen Septum, die den Theta-Rhytmus aufhebt, nicht beeinflusst wird. Darüber hinaus beobachteten wir anhaltende Spiking-Aktivität der Neuronen im medialen Septum, die viele Sekunden nach dem Stimulus-Offset anhielt. Um zu testen, ob die anhaltende Aktivität lokal im medialen Septum erzeugt wird, wiederholten wir das Stimulationsexperiment in einem akuten medialen Septumschnittpräparat. Die anhaltende Aktivität hatte eine kürzere Dauer als in vivo, war aber sowohl in dem intakten Schnitt als auch bei blockierter synaptischer Übertragung vorhanden, was darauf hindeutet, dass die anhaltende Aktivität ein Ergebnis der intrinsischen Dynamik der glutamatergen Neuronen des medialen Septums ist. Weitere Analysen der spontanen Spiking-Aktivität von Neuronen in der akuten medialen Septum-Präparation zeigten die Existenz von theta-rhythmischen Neuronen, die ihr Feuern synchronisieren, was darauf hindeutet, dass das mediale Septum die Theta-Oszillation unabhängig von externem Feedforward- und Feedback-Input erzeugen kann. Obwohl die synaptische Konnektivität des medialen Septums für den Theta-Rhythmus des Hippocampus notwendig ist, deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass das theta-rhythmische Feuern ein Ergebnis intrinsischer Dynamik der Zellen ist und ein geringer Grad an Synchronisation auch ohne synaptische Kopplung erreicht werden kann. Es bleibt eine offene Frage, wie der septale theta-rhythmische Input in eine wandernde Theta-Welle umgewandelt wird, welche im Hippocampus bereits beobachtet wurde. Der letzte Teil der Arbeit behandelt ein Rahmenwerk, mit welchem die Erzeugung von periodischen, sich ausbreitenden Wellen in gepulsten neuronalen Netzwerken (auch aus dem Englischen "Spiking Neural Networks") untersucht werden kann. Wir entwickelten ein Parameter-Mapping zwischen einem diskreten Netzwerk von Neuronen und einem Populationsmodell, das die räumlich-zeitliche Ausbreitung der Aktivität als einen kontinuierlichen Prozess beschreibt. Unter Verwendung dieses Mappings haben wir Bedingungen für die Existenz periodischer, sich ausbreitender Wellen im gepulsten neuronalen Netzwerk abgeleitet.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehr- und Forschungsgebiet Molekulare und systemische Neurophysiologie [162320]