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Articles by Juha Voipio in JoVE
JoVE Neuroscience
Prématuré EEG: Un protocole multimodal neurophysiologique
1Department of Children's Clinical Neurophysiology, Helsinki University Hospital, University of Helsinki, 2Department of Biosciences, University of Helsinki, 3Department of Pediatrics, Helsinki University Hospital, University of Helsinki, 4Neuroscience Center, University of Helsinki
Cette vidéo explique la théorie d'arrière-plan de l'activité EEG néonatal et les réactions sensorielles, suivie d'une démonstration en direct de leur enregistrement dans l'unité néonatale de soins intensifs.
Other articles by Juha Voipio on PubMed
Développement Postnatal Du Rythme Gamma Hippocampe De Rat in Vivo
Réseau des oscillations dans la bande de fréquence gamma (20-100 Hz) peuvent avoir un rôle central dans la fréquence et de la coordination de l'activité neuronale dans le cerveau adulte, mais leur apparition au cours du développement est restée inexplorée. En outre, électroencéphalogramme (EEG)-classification selon des États de vigilance [sommeil actif (AS), sommeil calme (QS) ou éveillé (W)] est considérée être possible qu'après la semaine deuxième après la naissance. Nous rapportons la présence d'oscillations spontanées gamma hippocampe dans la région CA3 de déplacer librement rats à jours après la naissance (P) 5-10. Au départ, à P5, les oscillations de gamma furent jugées dans les analyses temps / fréquence d'enregistrements intrahippocampal EEG en bref (< 500 ms) rafales à 20-30 Hz. La rythmicité début de gamma a été plus prononcée durant les périodes de AS mais a été détectée occasionnellement aussi au cours de QS. Vers P10, les oscillations de gamma acquise amplitude et étendu également au plus haut (< ou = 60 Hz) fréquences. En parallèle, les oscillations de gamma ont été progressivement plus confinées à AS. Pour consolider ces résultats, nous avons comparé les spectres d'amplitude moyennées au sein des catégories de comportements. COMME a été caractérisée par les apparitions de gamma (20-30 Hz) et les pics de theta (3-5 Hz) à P6 et P8, respectivement. QS, avaient en revanche, les distributions d'amplitude beaucoup plus lisses entre 1 et 100 Hz pour P5-P10, avec pas de pics dans ensembles thêta gamma. Rythme gamma hippocampe semble donc hallmark tôt as. Nos résultats fournissent la première preuve in vivo pour la présence et le comportement corrélat d'oscillations gamma spontanée chez le rat nouveau-né.
Activité épileptiforme Spontanée Médiée Par Les Récepteurs GABA Et Jonctions Lacunaires Dans La Tranche De Hippocampe De Rat Après Une Longue Exposition Aux Antagonistes De La GABA(B)
Des preuves récentes suggèrent que la transmission de médiée par les récepteurs GABA excessive peut conduire à hypersynchrony et une hyperexcitabilité neuronale. Nous montrons maintenant que l'exposition d'une tranche de hippocampe de rat aux antagonistes des récepteurs GABA(B) (CGP 55845A et CGP 35348) en l'absence de transmission glutamatergique ionotropiques entraîne une synchronisation progressive de l'activité interneuronale spontanée. Dans environ 30 % de plus de 200 tranches examinés, l'activité spontanée induite par le GABA A produit des réponses de terrain dans la région de soma CA1 avec une phase positive continue jusqu'à 5 mV, suivie d'une déflexion négative durable avec une transitoire de k (+) extracellulaire simultanée. Ces événements bicarbonate dépendant de critiques GABAergique (GIE) étaient associés avec biphasique (hyperpolarisant/dépolarisant) réponses intracellulaires à éclatement synchrone des neurones pyramides. Le gie ne pourrait être annulée par des antagonistes des récepteurs GABA(B) de wash-out ou par le baclofène, mais ils sont inhibées par les agonistes agissant sur mu-opioïde présynaptique et cannabinoïdes récepteurs (CB1) pointant vers une régulation des récepteurs présynaptiques de GABA(B). GIEs dépendaient de l'anhydrase carbonique intracellulaire et potentialisent par des manœuvres qui augmentent le pH intracellulaire. Ils ont été bloqués par l'inhibiteur de jonctions (gj) Cx36 spécifiques, la quinine et la quinidine, ainsi que par la gj à large spectre, l'octanol. Ces données suggèrent que renforcer l'activité GABAergique avec connectivité fonctionnelle interneuronale JL est suffisante pour déclencher l'activité épileptiforme en l'absence de transmission glutamatergique ionotropiques.
Activation De TrkB Induite Sur Le BDNF Régule Down Le K +-Cl - Cotransporteur KCC2 Et Porte Atteinte Neuronale Cl-extrusion
Activité physiopathologique et divers types d'insultes traumatiques sont connus d'avoir des effets néfastes à long terme sur Cl-règlement neuronale, qui peut conduire à une suppression rapide postsynaptique réponses GABAergiques. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) augmente l'excitabilité neuronale par une conjonction des mécanismes qui incluent la réglementation de l'efficacité de la transmission GABAergique. Ici, nous montrons que l'exposition de rats cultures de tranches d'hippocampe et tranches aiguës de BDNF exogène ou la neurotrophine-4 produit un TrkB induite par la chute dans le neurone-spécifique K +-Cl - cotransporteur KCC2 ARNm et protéine, ainsi qu'une déficience qui en résulte dans la capacité d'extrusion Cl neuronale. Après les crises induites par le bois d'allumage in vivo, l'expression de KCC2 est diminuée dans l'hippocampe de souris avec un profil spatio-temporel complémentaire à la régulation de TrkB et BDNF. Les présents résultats montrent un nouveau mécanisme par lequel BDNF/TrkB signalisation supprime l'inhibition GABAergique rapide chlorure-dépendante, qui contribue très probablement le rôle bien connu des cascades de signalisation activés par TrkB dans l'induction et la mise en place d'activité épileptique.
Millivolts échelle DC Se Déplace Dans Le Cuir Chevelu Humain EEG: Les Preuves D'un Générateur Non Neuronales
Changements lents dans le cuir chevelu de l'homme-enregistrées EEG, y compris ceux qui sont liés à des changements dans le cerveau de CO (2) niveaux, ont été généralement considérés comme le résultat de changements dans le niveau d'excitation tonique de dendrites apicales de neurones pyramidaux corticaux. Nous réexpédié ce problème en utilisant DC-EEG changements suscité chez les sujets adultes en bonne santé par une hypo-ou d'hypercapnie. Une période de 3 min d'hyperventilation conduit à un changement rapide négative avec un taux de jusqu'à 10 microV / s au sommet (Cz) et une dépendance très forte (jusqu'à 100 microV / mmHg) sur la Pco en fin d'expiration (2 ). Ce changement a eu un maximum de -2 mV à Cz contre les dérivations temporales (T3/T4). L'hyperventilation-comme la respiration de 5% de CO (2) -95% (2) O, qui ne conduisent pas à une hypocapnie importante, a abouti à un bloc quasi-complète de l'évolution négative en courant continu à Cz. Hypoventilation, ou la respiration 5% de CO (2) dans l'air à la fréquence respiratoire normale, a induit une évolution positive. La forte amplitude des gradients de tension sur le cuir chevelu provoquée par l'hyperventilation n'est pas compatible avec une origine neuronale. Au lieu de cela, les données actuelles suggèrent qu'ils sont générés par les courants de volume extracortical entraînées par un Pco (2)-dépendante différence de potentiel à travers l'épithélium sépare le liquide céphalo-rachidien et le sang. Depuis changements dans les habitudes respiratoires et, par conséquent, dans le niveau de Pco cerveau (2), sont susceptibles de se produire dans un certain nombre de conditions expérimentales dans lesquelles lentes réponses EEG ont été signalés (par exemple, l'attention se déplace, les états préparatoires, crises d'épilepsie, et épisodes hypoxiques), les résultats actuels appellent à un réexamen approfondi des mécanismes sous-jacents du cuir chevelu-enregistrés DC-EEG réponses.
Cotransporteurs Cation-chlore Dans La Communication Neuronale, De Développement Et De Traumatisme
Signalisation électrique dans les neurones est basée sur l'utilisation des pompes à ions plasmiques et des transporteurs qui établissent des gradients ioniques transmembranaires et sur le fonctionnement des canaux ioniques qui génèrent des cours et des réponses de la tension en dissipant ces gradients. Bien que les deux canaux voltage - et ligand-dépendants est largement étudiés, le rôle central des pompes ioniques et des transporteurs est largement ignoré en neurosciences actuelles. Ces lacunes dans l'information est particulièrement évident en ce qui concerne la régulation neuronale Cl, malgré son immense importance dans la génération de réponses synaptiques inhibitrices de GABA et glycine-anion canaux. Les cotransporteurs cation-chlore (CCCs) ont été identifiés comme importants régulateurs du Cl-concentration neuronale et travaux récents indique que CCC joue un rôle clé dans mise en forme et glycine-par le GABA signalisation, influençant non seulement rapide de cellule communication mais aussi de divers aspects du développement neuronal, la plasticité et le traumatisme.
Hyperexcitabilité Post-traumatique N'est Pas Causée Par La Mise En Mémoire Tampon Avec Facultés Affaiblies De Potassium Extracellulaire
Mise en mémoire tampon de potassium extracellulaire avec facultés affaiblies a été proposé comme l'un des principaux mécanismes sous-tendant le risque accru pour l'épilepsie du lobe temporal après traumatisme crânien (D'Ambrosio et al., 1999). La présente étude ont systématiquement vérifié cette hypothèse en mesurant le repos [K +] o et récupération de la stimulation évoque [K +] o augmente dans le gyrus après un traumatisme crânien expérimental, à l'aide d'une combinaison d'enregistrements de cellules entières et des enregistrements avec des microélectrodes sélectives dans des tranches d'hippocampe de rat. Malgré la présence d'une hyperexcitabilité, le repos [K +] o n'a pas augmenté après une blessure. Le plus rapide taux de croissance et de plus grande amplitude de la manière orthodromique évoquent [K] o élévation + après qu'un traumatisme crânien s'est produite en association avec un pic de population plus grande avec une latence de réponse plus court. Contrairement à l'hypothèse dans des études antérieures, que l'activité évoquée dans la commande et les circuits neuronaux blessés est le même lors de l'activation antidromique, stimulation des axones des cellules granule dans antagonistes des récepteurs de glutamate a induit une augmentation plus forte [K +] o et un pic de population plus grand. Bien que la stimulation voie perforante a abouti à une plus grande [K +] o altitude après une blessure, le taux de clairance des transitoires [K +] o induites par l'activité neuronale ou par une application externe de potassium ne soit pas compromis. La [K +] o induites par l'activation des afférences présynaptique isolément a été pas augmentation. En outre, la dépolarisation neuronale postsynaptique et tir évoquée par l'application de potassium exogène a diminué après un traumatisme. Ces résultats montrent que la régulation de la [K +] o n'est pas altérée après une blessure et indiquent que l'augmentation plus importante [K +] o induites par l'activité neuronale est une conséquence, plutôt que le principal mécanisme sous-tendant une hyperexcitabilité post-traumatique.
Stimulation Du Nerf Vague Induit Intermittent Hypocapnie
Pour étudier si l'altération des voies respiratoires provoquée par la stimulation du nerf vague (VNS) peut changer en fin d'expiration de dioxyde de carbone (EtCO2) niveaux.
Isoformes De L'anhydrase Carbonique VII Agit Comme Un Interrupteur Moléculaire Dans Le Développement Du Tir Synchrone Gamma-fréquence Des Cellules Pyramidales De L'hippocampe CA1
Identification des mécanismes moléculaires qui permettent le déclenchement synchrone des neurones pyramidaux CA1 est essentielle à la compréhension des propriétés fonctionnelles de cette voie de sortie hippocampe majeur. En utilisant des mesures de pH intraneuronal, hybridation in situ, ainsi qu'intracellulaire, extracellulaire et K + microfluorescence-enregistrements de microélectrodes sensibles, nous montrons maintenant que la capacité pour gamma-fréquence synchrone (20-80 Hz) en réponse à la stimulation à haute fréquence (HFS) apparaît brusquement dans l'hippocampe du rat au jour post-natal environ 12. Ce résultat est dû à l'augmentation de l'expression du développement abrupte de l'anhydrase carbonique intrapyramidal isoforme VII, qui agit comme une molécule clé dans la génération d'excitation GABAergique tonique induite par HFS. Ces résultats indiquent qu'un rôle crucial dans l'expression du développement de l'activité anhydrase carbonique intrapyramidal VII dans l'élaboration des fonctions intégratives, plasticité à long terme et la susceptibilité à l'épileptogenèse.
Origine De La Variation De DC Non Neuronales De CO2 Liées à L'EEG: Une étude in Vivo Dans Le Chat
Nous avons étudié les mécanismes sous-jacents de CO (2)-dépendantes des changements potentiels DC, en utilisant épicrânienne, péridurale, epicortical, intraventriculaire, et intraparenchymateux (intraneuronale, intraglial, et sur le terrain) dans les enregistrements kétamine-xylazine-anesthésiés chats. Changements ont été provoqués par DC modifications de la ventilation artificielle, ce qui provoque en fin d'expiration de CO (2) les variations au sein d'une gamme de 2-5%. Hypercapnie a été constamment associé à des changements négatifs DC du cuir chevelu (décalage moyen -284,4 microV / CO (2)%, la gamme de -216 à -324 microV / CO (2)%), alors que l'hypocapnie induite positifs des changements DC du cuir chevelu (décalage moyen 307,8 microV / CO (2)%, la gamme de 234 à 342 microV / CO (2)%) dans toutes les électrodes référencées par rapport à l'os Nasium. La première condition nettement augmenté la pression intracrânienne (PIC), tandis que le second seulement légèrement réduit ICP. Répartition de la barrière hémato-encéphalique (BHE) a entraîné un changement positif et DC considérablement réduit les réponses DC à la suite de hypo-/hypercapnia. Le thiopental et de l'isoflurane également suscité un changement de dose-dépendante continue positive et, à fortes doses, les réponses hypo-/hypercapnia affiché polarité est revenue. Quant à la possible implication de neurones dans la production des quarts de travail DC, aucune inversion de polarité a été enregistrée entre le cuir chevelu, diverses couches intracorticales, et les structures profondes du cerveau. En outre, le potentiel de membrane des neurones et cellules gliales n'ont pas montré de variations significatives soit ou systématique en association avec le CO du cuir chevelu-enregistré (2)-dépendantes des changements DC. Activités pathologiques de neurones au cours de pointes-ondes saisies produit des changements d'amplitude DC significativement plus faible que ceux générés par hyper-/hypocapnia. Changements DC étaient encore suscité lorsque les circuits neuronaux se turent pendant l'anesthésie induites par burst-suppression modèles. Nous suggérons que les potentiels générés par le BBB sont la principale source de epicortical / DC crânienne décalages enregistrés dans des conditions qui affectent le pH du cerveau et / ou le débit sanguin cérébral.
Mécanisme De Régulation Négative De L'activité Dépendante Du Cotransporteur K-Cl Neurone-spécifique KCC2
D'inhibition rapide-hyperpolarisant par GABA dépend d'extrusion de chlorure par le cotransporteur K-Cl de neurone-spécifique, KCC2. Ici, nous montrons qu'intercritiques ressemblant à une activité soutenue dans l'hippocampe tranches entraîne KCC2 l'ARNm et la protéine expression dans les neurones pyramidaux CA1, qui conduit à une réduction de la capacité pour l'extrusion de Cl neuronale. Cet effet est véhiculé par endogène BDNF agissant sur la tyrosine kinase du récepteur B (TrkB), avec cascades en aval impliquant Shc/FRS-2 (domaine d'homologie 2 de src contenant transformation protéine/FGF récepteur substrat 2) et PLCgamma (phospholipase Cgamma)-réponse de l'AMPc protéine de liaison de l'élément de signalisation. Le plasmalemme KCC2 a un taux très élevé de chiffre d'affaires, avec un laps de temps qui suggère un rôle nouveau pour les changements dans l'expression KCC2 dans diverses manifestations de la plasticité neuronale. Une régulation négative de KCC2 peut être une réponse précoce générale impliquée dans divers types de traumatismes neuronale.
Captation De GABA Via Transporteur De GABA-1 Module De Transmission GABAergique Dans L'hippocampe Immature
Captation de GABA limite les actions du GABA lors de réponses synaptiques lorsque la densité des sites de libération active est élevée ou plusieurs axones sont activés de façon synchrone. Transporteur de GABA-1 (GAT-1) est le principal sous-type de transporteur de GABA neuronal et s'exprime déjà dans l'hippocampe du rat postnatal précoce. Cependant, les études antérieures ont démontré peu de rôle fonctionnel pour le transporteur au cours de cette période de développement. Nous avons utilisé imposé de la cellule entière et des enregistrements de potentiel de champ dans des tranches d'hippocampe de rats nouveau-nés (21e jour 4-5) afin d'étudier si le GAT-1 joue un rôle dans la transmission GABAergique pendant les oscillations spontanées de la population, qui sont considérés comme « potentiels dépolarisants géants » (SMTD) dans les enregistrements intracellulaires. Nous montrons que le courant GABAergique associées aux PIB observé dans les neurones pyramidaux CA3 est fortement accrue par l'inhibiteur spécifique du GAT-1 non-711 (1-[2-[[(diphénylméthylène) imino] oxy] éthyl]-1,2,5,6-tétrahydro-3-chlorhydrate d'acide pyridinecarboxylique). Nos résultats indiquent un nouveau rôle pour GAT-1 dans le contrôle de l'activité endogène de l'hippocampe immature.
Deux Commutateurs Du Développement Dans La Signalisation GABAergique: K +-Cl - Cotransporteur KCC2 Et L'anhydrase Carbonique CAVII
Signalisation GABAergique a la propriété unique de plasticité ionique, qui repose sur des changements à court et à long terme des concentrations d'ions Cl(-) et HCO(3)(-) dans les neurones post-synaptiques. Tandis que la plasticité ionique à court terme est causée par l'activité-dépendante, induite par le canal des anions se déplace, plasticité ionique à long terme dépend de changements dans l'expression et régulation cinétique des molécules impliquées dans l'homéostasie des anions. Au cours du développement, l'efficacité et la nature qualitative (dépolarisation/excitation versus hyperpolarisation/inhibition) de la transmission GABAergique est influencée par l'expression neuronale de deux molécules clés : l'extrusion du chlorure K(+)-Cl(-) cotransporteur KCC2 et l'isoforme cytosolique de l'anhydrase carbonique (CA) CAVII. Dans les neurones pyramidaux hippocampe de rat, une forte régulation de KCC2 représente le commutateur du développement, qui convertit les réponses de GABA dépolarisants et excitateurs des neurones immatures à une inhibition hyperpolarisante classique de la fin de la deuxième semaine après la naissance. L'hippocampe immature génère l'activité réseau à grande échelle, qui est abolie en parallèle par la régulation de KCC2 et l'augmentation de l'efficacité des neurones Cl(-) extrusion. Autour du jour postnatal 12 (P12), une augmentation brusque et raide intrapyramidal CAVII expression a lieu, promouvoir des réponses excitatrices induites par l'intense activité GABAergique. Cela est dû en grande partie par un transitoire de potassium GABAergique entraînera une dépolarisation neuronale généralisée dans l'espace et décharge de spike synchrone. Ces faits pointent vers CAVII comme cible putative des inhibiteurs de CA qui sont utilisés comme médicaments antiépileptiques. Expression de KCC2 dans les neurones de rat adulte est diminuée suivant l'activité épileptiforme et/ou dommages neuronaux de BDNF/TrkB signalisation. La durée de vie de KCC2 associée à la membrane est très courte, de l'ordre de plusieurs dizaines de minutes, qui rend KCC2 parfaitement adapté pour la médiation GABAergique plasticité ionique. En outre, les facteurs influant sur la modulation de trafic et les cinétique de KCC2 ainsi que l'activation/désactivation des CAVII sont évidentes candidates dans la modulation ionique des réponses GABAergiques. La régulation à la baisse de KCC2 dans des conditions physiopathologiques (épilepsie, dommages) dans les neurones matures semble refléter une « récapitulation » des mécanismes du développement précoce, qui peut être une condition sine qua non pour le rétablissement de la connectivité dans le cerveau endommagé.
Full-bande EEG (FbEEG): Une Nouvelle Norme En électroencéphalographie
Alors que d'énormes ressources ont été récemment investi dans le développement d'une variété de techniques de neuro-imagerie, la bande passante de l'EEG clinique, initialement fixé par les limites techniques triviales, a est resté pratiquement inchangé depuis plus de 50 ans. Un nombre croissant de preuves montre que les signaux EEG sont saillants observés au-delà de la bande passante de l'EEG de routine clinique, qui est typiquement de l'ordre de 0,5 à 50 Hz. Physiologiques et pathologiques gammes d'activité EEG au moins de 0,01 Hz à plusieurs centaines de Hz, comme l'a démontré dans les enregistrements de l'activité spontanée dans le cerveau humain immature, ainsi que pendant les crises d'épilepsie, ou à divers types de tâches cognitives et des états dans le cerveau adulte. Dans le présent document, nous passerons en revue plusieurs arguments conduisant à la conclusion que l'élimination des plus faibles (infraslow) ou supérieur (ultrarapide) des bandes du spectre des fréquences EEG de routine dans conduit à des situations où l'EEG traits saillants et physiologiquement significative de l'activité du cerveau sont ignorés . Enregistrement de la gamme complète et physiologiquement pertinente des fréquences est facilement atteint avec commercialement disponibles en courant continu (DC) amplificateurs couplés, qui ont une large plage dynamique et une fréquence d'échantillonnage élevée. Ces amplificateurs appropriés, combinés avec DC-stable électrode-peau l'interface, de fournir un véritable pleine bande EEG (FbEEG). FbEEG est obligatoire pour un fidèle, l'enregistrement non-déformé et non atténuée, et il n'a pas compromis qui favoriserait une bande de fréquence au détriment d'un autre. Grâce à la technologie d'acquisition d'électrode, un amplificateur et des données actuellement disponibles, FbEEG est susceptible de devenir l'approche standard pour une large gamme d'applications à la fois dans la science fondamentale et à la clinique.
Inhibiteurs De L'anhydrase Carbonique. Inhibition De L'isoenzyme Humaine Cytosolique VII Avec Aromatiques Et Hétérocycliques Sulfonamides
L'inhibition d'une nouvellement cloné anhydrase carbonique humaine (CA, EC 4.2.1.1), isozyme VII (hCA VII), a été étudiée avec une série d'aromatiques et hétérocycliques sulfonamides, y compris certains des dérivés utilisés en clinique (acétazolamide, méthazolamide, ethoxzolamide, dichlorophenamide, dorzolamide, brinzolamide et benzolamide), ainsi que le sulfamate anticonvulsivant topiramate. Données d'inhibition pour les l'autre isoformes cytosolique physiologiquement pertinents hCA I, hCA II et mCA XIII sont également fournis à titre de comparaison. hCA VII montre une activité catalytique élevée pour la réaction d'hydratation CO(2), avec un k(cat) de 9,5 x 10(5)s(-1) et k(cat)/K(m) de 8,3 x 10(7)M(-1)s(-1) à pH7.5 et 20 degrés C. Un profil d'inhibition très intéressant contre hCA VII avec cette série de sulfonamides/32 sulfamates a été observé. hCA VII montre une affinité élevée pour tous les composés étudiés, avec des constantes d'inhibition de l'ordre de 0,45-210 nM. On a Topiramate, ethoxzolamide et benzolamide ont ainsi hCA activité inhibitrice de VII, acétazolamide, méthazolamide, dorzolamide et brinzolamide K (I)-s de l'ordre de 2,1 à 3,5 nM. Dichlorophenamide est un peu moins actif (non de 26,5 nM). Un certain nombre de sulfonamides aromatiques hétérocycliques ou bicycliques a également montré des hCA excellente propriétés inhibitrices VII (K (I)-s de l'ordre de 4,3 à 7,0 nM) tandis que les nombreux BENZÈNESULFONAMIDES monosubstitués ou disubstitués étaient moins actifs (K (I)-s de l'ordre de 45 à 89 nM). Les inhibiteurs VII hCA moins actives étaient certains substitués sulfanilamides benzène-1, 3-disulfonamides ainsi que certains halogénés (K (I)-s de l'ordre de 100-210 nM). Le profil d'inhibition d'AOB VII est quelque peu différente de celle des autres isoenzymes cytosoliques, fournissant ainsi une possibilité pour la conception de hCA plus sélectif, inhibiteurs spécifiques VII. En outre, ces données fournissent une preuve supplémentaire que hCA VII est l'isozyme, responsable de l'activité anticonvulsivante/antiépileptique de sulfamides et sulfamates.
Propriétés Distinctes De L'expression Fonctionnelle De KCC2 Dans Les Neurones Hippocampiques Souris Immatures En Culture Et En Tranches Aiguës
Une caractéristique dans le développement de la neurotransmission GABAergique est le commutateur induite par le GABA A des réponses de dépolarisation à hyperpolarisant. Cela se produit en raison d'une diminution progressive de la concentration intracellulaire de chlorure causé par l'expression fonctionnelle du cotransporteur K-Cl de neurone-spécifique KCC2. Si une simple augmentation de la quantité de protéine de KCC2 est l'étape cinétiquement limitante in vivo ou une activation supplémentaire du cotransporteur autrement non fonctionnel est nécessaire, n'est pas claire. Imposer une charge fixe de Cl(-) via la pipette de patch, nous avons mesuré les gradients somato-dendritiques résultantes dans le potentiel d'inversion des courants GABAergique pour déterminer l'évolution temporelle de la maturation fonctionnelle des Cl(-) de KCC2 véhiculée par extrusion en deux préparations : des cultures de neurones hippocampal de souris plaqués à jour embryonnaire 17 et cellules pyramidales CA1 en tranches aiguës. Nous avons constaté que dans les neurones immatures dans les deux préparations, le gradient est initialement petit ou non détectables. Elle subit une augmentation abrupte à autour de jours 13-14 en culture, alors qu'une augmentation plus graduelle se produit entre 5-14 jours en tranches. Compatibles avec la présence d'une forme non fonctionnelle de KCC2 dans les neurones hippocampiques immatures en culture, l'application de la staurosporine inhibiteur de kinase à large spectre produit une rapide et puissante haut-régulation de la fonction KCC2 dans ces neurones cultivés, mais pas dans les tranches néonatales. Conjugués à nos données précédemment publiées, ces résultats indiquent que l'activité fonctionnelle de KCC2 in vivo est parallèle à l'expression du développement de la protéine, tandis que les neurones en culture exigent une étape d'activation supplémentaire (imitée par la staurosporine) pour KCC2 de devenir fonctionnels.
Dépolarisant GABA Agit Sur Intrinsèquement éclatement Des Neurones Pyramidaux Sur Disque Géant Dépolarisant Potentiels Dans L'hippocampe Immature
Événements réseau périodique spontanée sont un trait caractéristique du développement de réseaux de neurones, et qu'ils sont censés jouer un rôle crucial dans la maturation des circuits neuronaux. Dans l'hippocampe immature, ces types d'événements sont considérés dans les enregistrements intracellulaires comme géants potentiels dépolarisants (SMTD) durant la phase de développement neuronal lorsqu'est dépolarisation induite par le GABA A transmission. Toutefois, le mécanisme précis comment transmission GABAergique favorise l'apparition de PIB n'est pas connu. En utilisant des enregistrements whole-cell, cellule-attachée, perforé-patch et champ-potentiel dans des tranches d'hippocampe, nous démontrons ici que les neurones pyramides CA3 chez le rat nouveau-né génèrent intrinsèques rafales lorsque dépolarisé. En outre, la rythmicité caractéristique de la génération du PIB ne repose pas sur une sortie dans le temps à motifs du réseau interneuronal GABAergique. Toutefois, la dépolarisation GABAergique joue un rôle clé dans la promotion de l'activité de rupture pyramidale voltage-dépendants, intrinsèque. Les données actuelles indiquent que les neurones glutamatergiques CA3 ont un rôle de stimulateur cardiaque instructive, dans la génération des PIB, alors que tant synaptiques et toniques dépolarisants GABAergique mécanismes exercent une action temporellement enduite, facilitateur dans la génération de ces événements de réseau.
Full-bande EEG (fbEEG): Une Nouvelle Norme Pour électroencéphalographie Clinique
Une variété de techniques de neuroimagerie fonctionnelle, tels que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), la tomographie par émission de positons (TEP) et la magnétoencéphalographie (MEG), ont été mis en place au cours des dernières décennies, avec des améliorations progressives en continu qui ont lieu dans les technologies sous-jacentes. Contrairement à cela, la bande passante d'enregistrement de l'EEG de routine clinique (généralement autour de 0,5 à 50 Hz) qui a été initialement fixé par les limites techniques triviales est resté pratiquement inchangé pendant plus d'une demi-décennie. Un nombre croissant de preuves montre que les signaux EEG saillants lieu et peuvent être enregistrées au-delà de la bande passante classique EEG clinique. Ces physiologique et pathologique gamme EEG activités de 0,01 Hz à plusieurs centaines de Hz, et ils ont été démontrées dans des enregistrements de l'activité spontanée dans le cerveau humain prématuré, et pendant les crises d'épilepsie, le sommeil, ainsi que dans différents types de tâches cognitives et des États dans le cerveau adulte. Dans le présent document, nous allons décrire les aspects pratiques de l'enregistrement de la bande de fréquence complète physiologique de l'EEG (Full-band EEG; FbEEG), et nous passons en revue les données actuellement disponibles sur les applications cliniques de FbEEG. Enregistrement de la FbEEG est facilement atteint avec disponibles dans le commerce à courant continu (DC) amplificateurs couplés si la configuration d'enregistrement comprend électrodes fournissant un courant continu stable électrode-peau d'interface. FbEEG n'a pas compromis qui favoriserait une bande de fréquence au détriment d'un autre. Nous présentons plusieurs arguments montrant que l'élimination des plus faibles (infraslow) ou supérieur (ultrarapide) des bandes du spectre de fréquence de l'EEG dans EEG de routine a conduit et conduira à des situations où les caractéristiques saillantes et physiologiquement significative de l'activité cérébrale ne sont pas détectés ou sont gravement atténuée et déformée. Grâce à la technologie d'acquisition d'électrode, un amplificateur et des données actuellement disponibles, il faut s'attendre à ce que FbEEG deviendra l'approche standard dans les deux cliniques et les sciences fondamentales.
Transitoires Lents Activité Endogène Et D'expression Du Développement De K +-Cl-cotransporteur 2 Dans Le Cortex Humain Immature
Transitoires spontanées de l'activité corrélée sont un trait caractéristique des structures cérébrales immatures, où ils sont pensés pour être cruciale pour l'établissement de la connectivité neuronale précise. Les études sur animaux de laboratoire ont montré que ce genre d'activité au début dans les structures corticales est composée de longue durée, les événements réseau intermittents, qui subissent une baisse de développement qui est étroitement parallèle à la maturation de l'inhibition GABAergique. Afin d'examiner si des événements similaires se produisent dans le cortex humain immature, nous avons effectué directs courant couplés électroencéphalographie (EEG) de dormir les bébés prématurés. Nous montrons maintenant que la plupart des activités prématuré EEG est limitée à spontanées, transitoires activité lente. Ces transitoires sont caractérisés par une tension de déviation grande que l'activité de premier plan nids oscillatoire dans plusieurs bandes de fréquences couvrant le spectre de fréquences entière de l'EEG prématuré (<0,1 à 30 Hz). Les déviations de tension lents avait une amplitude allant jusqu'à 800 microV. La plupart de ces «géant» des événements origine dans les domaines temporo-occipitales, avec un taux maximum d'environ 8/min, et leur présence ainsi que l'amplitude a enregistré une baisse au moment de l'accouchement normal. En appariés pour l'âge des tissus du cerveau du fœtus, cette diminution des transitoires d'activité spontanée a été associée à une régulation à la hausse de développement de l'extrudeuse neuronale chlorure de K +-Cl-cotransporteur 2, une molécule cruciale pour la génération de inhibitrices GABAergiques Cl-courants. Notre travail indique que la lenteur des transitoires activité endogène dans le néocortex humain immature se limitent principalement à la période prénatale et semblent être résilié en parallèle avec la maturation de l'inhibition GABAergique fonctionnelle.
Le Cotransporteur Cation-chlore NKCC1 Favorise La Forte Vagues Dans L'hippocampe De Rats Néonatals
Des études antérieures indiquent un rôle crucial pour le réseau interconnecté d'intrinsèquement éclatement CA3 neurones pyramidaux dans la génération des vagues de forte hippocampal in vivo (ssup) et leurs homologues in vitro néonatales proposées, le géant dépolarisant potentiels (SMTD). Alors que les mécanismes impliquant les canaux ligand - et voltage-dépendants ont reçu beaucoup d'attention dans la génération d'événements réseau CA3 de l'hippocampe immature, la contribution des mécanismes de transport ionique n'a pas été largement étudiée. Ici, nous montrons que le bumétanide, un inhibiteur sélectif de la Cl-capture neuronale médiée par la Na +-K +-2 Cl - cotransporteur isoforme 1 (NKCC1), complètement et de façon réversible bloque ssup dans l'hippocampe du rat nouveau-né (7-9 jours) in vivo, une action aussi vue sur GDPs en tranches (jours 1-8). Ces résultats renforcent l'opinion que le SMTD et ssup précoce est homologues événements. Enregistrements de gramicidine perforé patch indiquent que NKCC1 représente une grande (environ 10 mV) dépolariser la force motrice pour la GABAA actuel dans les pyramides de CA3 immatures. Compatible avec une réduction de la dépolarisation médiée par l'activation des récepteurs GABAA endogène, bumétanide inhibe les éclats spontanées des pyramides de CA3 néonatales individuels, mais il a légèrement augmenté l'activité interneuronal comme vu de la fréquence des courants spontanés de GABAergique. Un effet inhibiteur du bumétanide a été observé sur les événements de population in vitro en l'absence de transmission de médiée par les récepteurs GABAA synaptique, autant qu'un courant de médiée par les récepteurs GABAA tonique était présent. Nos travaux indiquent que NKCC1 exprimés dans les neurones pyramidaux CA3 favorise l'activité du réseau dans l'hippocampe en développement.
Intrinsèque éclatement De CA3 Immatures Neurones Pyramidaux Et Conséquente Géant Dépolarisant Potentiels Sont Entraînées Par Un Courant Persistant De Na + Et Terminés Par Un Ca2 + Lent-activé Le Courant K +
La région CA3 de l'hippocampe mature est connue pour sa capacité à générer une activité réseau intermittents dans physiologique et dans des conditions pathologiques. Nous avons récemment démontré que, dans le début de la période postnatal, l'éclatement intrinsèque des neurones pyramidaux de la CA3 interconnectés génère des événements de réseau, qui étaient initialement appelés potentiels dépolarisants géants (SMTD). L'activité de la rafale de voltage-dépendants de différents neurones pyramides est favorisée par l'action dépolarisante bien connue d'endogène GABA sur les neurones immatures. Dans le présent travail, nous montrons qu'un persistant Na + actuelle, j'ai-Pan, représente la dépolarisation lente de régénératrice qui déclenche les éclats intrinsèques dans les neurones pyramidaux des rat néonatal CA3 (les 3-6 jours après la naissance), tout en un lent Ca2 +-activé K + courant, sI-K(Ca), est principalement responsable de le postburst des potentiels d'action lente et la fin de l'explosion qui en découle. En outre, nous avons exploité pharmacologiques données obtenues à partir des enregistrements intracellulaires d'étudier les mécanismes impliqués dans les événements réseau enregistrés avec les éventuels enregistrements sur. L'ensemble des données indiquent que j'ai-Nap et sI-K(Ca) sont impliqués dans l'initiation et de terminaison, respectivement, des rafales pyramidales et des événements de réseau qui en résulte qui sous-tendent le SMTD.
Expérimentales Convulsions Fébriles Sont Précipités Par Une Alcalose Respiratoire Induite Par Hyperthermie
Les convulsions fébriles sont fréquentes durant la petite enfance, et prolongée (complexe) des convulsions fébriles sont associées à une susceptibilité accrue à l'épilepsie du lobe temporal. Les conséquences physiopathologiques de convulsions fébriles ont été largement étudiées chez les bébés rats exposés à l'hyperthermie. Les mécanismes qui déclenchent ces crises ne sont pas connues, cependant. Une augmentation du pH du cerveau est connue pour augmenter l'excitabilité neuronale. Ici, nous montrons que l'hyperthermie entraîne une alcalose respiratoire dans le cerveau immature, avec un seuil de 0,2-0,3 unités de pH pour l'induction de la saisie. La suppression de l'alcalose avec 5% CO2 ambiant abolie saisies dans les 20 s. CO2 a également empêché deux effets à long terme de convulsions hyperthermiques dans l'hippocampe: la régulation positive de l'I (h) actuelle et la régulation positive de l'expression des récepteurs CB1. Les effets de l'hyperthermie ont été étroitement imitées par injection intrapéritonéale de bicarbonate. Notre travail indique un mécanisme de déclenchement de crises d'hyperthermie et suggère de nouvelles stratégies dans la recherche et le traitement des syndromes épileptiques fièvre liées.
GAT-1 Agit Pour Limiter Un Tonique GABA Actuel Dans Les Neurones Pyramidaux De Rat CA3 à La Naissance
Tonique activation des récepteurs GABA a lieu avant le développement des synapses fonctionnelles dans les structures corticales. Nous avons étudié si l'absorption de GABA inefficace pourrait expliquer la présence d'un courant d'induite par le GABA A tonique (I(GABA-A)) dans les neurones pyramidaux hippocampe postnatales précoces. Les données montrent, cependant, que la I(GABA-A) tonique est renforcée par le bloqueur spécifique du GABA transporteur-1 (GAT), N° 711 (1-[2-[[(Diphenylmethyleneimino] oxy] éthyl]-1,2,5,6-tétrahydro-3-chlorhydrate d'acide pyridinecarboxylique), à la naissance dans les neurones pyramidaux de rat CA3. N° 711 prolonge également la durée des transitoires de GABA lors d'événements réseau hippocampe endogène (appelés géants potentiels dépolarisants) jours après la naissance 0. La I(GABA-A) tonique endogène a été vu et il a été amélioré par N°-711 en présence de la tétrodotoxine, qui lui-même n'eu qu'un effet mineur sur l'exploitation actuelle dans des conditions de contrôle. Cela indique que la source du GABA interstitielle est largement indépendante de l'activité du potentiel d'action. La tonique I(GABA-A) dans les neurones pyramidaux CA3 néonatales a été augmenté de zolpidem, indiquant qu'au moins une partie des récepteurs GABA sous-jacentes contiennent des sous-unités gamma2 et alpha1-alpha3. Les présentes données point vers un rôle significatif pour GAT-1 dans la régulation de l'excitabilité des neurones de l'hippocampe immatures et des réseaux.
Souris Avec Interruption Du Gène Slc4a10 Ciblée Ont Des Ventricules Du Cerveau Et Montrent Réduite L'excitabilité Neuronale
Membres de la famille de transporteur de bicarbonate SLC4 participent à l'homéostasie solute transport et pH. Nous rapportons ici que perturber le gène Slc4a10 qui code la Na (+)-couplé échangeur de Cl(-)-HCO(3)(-) Slc4a10 (NCBE), considérablement réduit le volume de ventricule cérébral et protège contre l'épilepsie mortelle chez les souris. Dans les cellules épithéliales des plexus choroïdes, Slc4a10 se localise à la membrane baso-latérale. Ces cellules affichent un rétablissement diminué d'une charge acide chez la souris KO. Slc4a10 s'est également exprimé dans les neurones. Au sein de l'hippocampe, la protéine Slc4a10 était abondante dans les cellules pyramidales de la région CA3. Dans la région CA3, acidification intracellulaire induite par le propionate et atténuation de l'activité induite par la 4-aminopyridine réseau ont été prolongés chez la souris KO. Nos données indiquent que la Slc4a10 est impliqué dans le contrôle du pH neuronale et l'excitabilité et peuvent contribuer à la sécrétion du liquide céphalo-rachidien. Slc4a10 est donc une cible pharmacologique prometteuse pour le traitement de l'épilepsie ou une pression intracrânienne élevée.
Dépolarisation GABAergiques Du Segment Initial Dans Les Neurones Corticaux Principales Axon Est Causée Par Le Cotransporteur Na-K - 2 Cl NKCC1
GABAergique bornes des cellules axo-AXONIQUES (AACs) sont exclusivement situées sur le segment initial d'axon (AIS) de neurones corticaux de principales, et elles sont généralement considérées exercent une puissante action inhibitrice. Toutefois, des travaux récents (Szabadics et coll., 2006) indiquent que cette entrée de AACs peut être dépolarisante et même excitateurs. Ici, nous avons utilisé la photolyse locale du GABA en cage pour mesurer les potentiels d'inversion (E(GABA)) des courants de médiée par les récepteurs GABA et pour estimer la concentration locale de chlorure dans le SIA comparé avec d'autres compartiments cellulaires dans les cellules étoilées gyrus et neurones pyramidaux néocorticales. Nous avons trouvé un gradient axo-somato-dendritique robuste dans lequel les valeurs E(GABA) de l'AIS pour le soma et les dendrites deviennent progressivement plus négatives. Les données du NKCC1(-/-) et de neurones exposés au bumétanide indiquaient que la dépolarisation E(GABA) à l'AIS est définie par l'absorption de chlorure médiée par le cotransporteur Na-K - 2 Cl NKCC1. Nos résultats démontrent qu'entrées interneuronales spatialement distinctes peuvent induire des réponses de tension postsynaptique avec différentes amplitudes et polarités telle que régie par la distribution subcellulaire des transporteurs plasmiques de chlorure.
Des Fluctuations Très Lentes D'EEG Prédisent La Dynamique Des Amplitudes De Détection Et D'oscillation Stimulation Chez L'homme
Notre capacité à percevoir les signaux faibles est observé une corrélation entre les essais consécutifs et fluctue lentement au fil du temps. Bien que cet « effet de stries sur » est connu depuis des décennies, les phénomènes de réseaux neuronaux sous-jacents sont restés en grande partie inconnus. Nous avons étudié la dynamique de la performance humaine comportementale et sa corrélation avec infraslow (0,01-0,1 Hz) des fluctuations dans l'activité cérébrale en cours. Électroencéphalographie pleine bande a révélé des fluctuations importantes infraslow pendant l'exécution d'une tâche de détection somatosensoriel. Les fluctuations similaires prédominent également dans la dynamique de la performance comportementale. Capacité de sujets pour détecter les stimuli sensoriels est fortement corrélée avec la phase, mais pas avec l'amplitude des fluctuations infraslow EEG. Ces données révèlent ainsi un corrélat électrophysiologique direct pour les fluctuations lentes dans human performance psychophysique. Nous avons ensuite étudié la corrélation entre la phase des fluctuations EEG infraslow et l'amplitude des oscillations neuronales six bandes de fréquences 1-40 Hz. Comme la performance comportementale, les amplitudes dans ces bandes de fréquences sont robustement en corrélation avec la phase des fluctuations infraslow. Par conséquent, ces données suggèrent que les fluctuations infraslow reflètent la dynamique de l'excitabilité des réseaux corticaux. Nous concluons que 0,01 à 0,1 en cours des fluctuations Hz EEG sont importants et significatifs sur le plan fonctionnel pendant l'exécution de tâches cognitives.
Amélioration Compensatoire Enrichissements Intrinsèque Sur NKCC1 Perturbation Dans L'hippocampe Néonatale
Les actions de GABA dépolarisantes et excitateurs sont considérées comme importants dans le développement cortical. Nous montrons ici que GABA n'a aucune action excitatrice sur les neurones pyramidaux CA3 de tranches d'hippocampe de souris néonatales de NKCC1(-/-) qui n'ont pas l'isoforme du cotransporteur Na-K - 2 Cl 1. Étonnamment, tranches NKCC1(-/-) généré événements réseau endogène similaires aux potentiels dépolarisants géants (SMTD), mais, contrairement à dans des tranches de type sauvage, le SMTD ne était pas facilitée par le GABA agoniste isoguvacine ou bloquée par l'inhibiteur de NKCC1 bumétanide. La développement upregulation of le cotransporteur K-Cl 2 (KCC2) a été perturbée, tandis que l'activité du réseau isolé sur le plan pharmacologique glutamatergique et l'excitabilité intrinsèque des neurones pyramidaux CA3 ont augmenté dans l'hippocampe NKCC1(-/-). Donc, expression développementale de KCC2, unsilencing des synapses de type AMPA et au début des événements de réseau peuvent avoir lieu en l'absence d'excitateurs GABAergique signalisation dans l'hippocampe néonatale. De plus, nous montrons que génétiques ainsi que perte pharmacologiquement induite du NKCC1-dépendant actions excitatrices du GABA entraîne une très forte augmentation compensatoire dans l'excitabilité intrinsèque des neurones glutamatergiques, pointant vers le puissant homéostatiques de l'activité neuronale dans les circuits de l'hippocampe en développement.
Le K +-Cl Cotransporteur KCC2 Favorise L'excitation GABAergique Dans L'hippocampe Du Rat Mature
GABAergique excitateurs [K(+)](o) transitoires peuvent être facilement évoqués dans l'hippocampe du rat mature par l'intense activation des récepteurs GABA (GABA. Ici nous montrons que ces [K(+)](o) réponses induites par stimulation haute fréquence ou application agoniste GABA sont générés par le cotransporteur neuronal de la K(+)-Cl() KCC2 et que l'extrusion de KCl induite par le transporteur ne critique dépend de l'accumulation axée sur le bicarbonate de Cl() dans les neurones pyramidaux. Le mécanisme sous-jacent GABAergiques [K(+)](o) transitoires a été étudiée dans la région CA1 stratum pyramidale à l'aide de microélectrodes forte intracellulaires et extracellulaires ion sensibles des microélectrodes. Les évoqués [K(+)](o) transitoires, mais aussi la post-décharge associé, fortement réprimées de 0,5 à 1 furosémide mm, un inhibiteur de co-transport KCl. Ce qui est important, le GABA (A) R-mediated intrapyramidal accumulation de Cl(), telle que mesurée en surveillant le potentiel d'inversion du PPSI fondu, n'est pas affectée par la drogue. Elle a été confirmée qui la réduction de la [K(+)](o) transitoires n'était pas due aux effets du furosémide sur la Na (+)-dépendant K(+)-Cl() cotransporteur NKCC1 ou sur l'activité de l'anhydrase carbonique intraneuronal. Blocage des canaux potassiques de Ba(2+) amélioré [K(+)](o) transitoires alors que les dépolarisations cellule pyramidale ont été atténuées en outre d'accord avec un manque de contribution par efflux de k véhiculé par canal. Le rôle clé de l'anion de GABA (A) R induite par le canal de flux dans la génération de la [K(+)](o) transitoires a été examinée dans les expériences où le bicarbonate a été remplacé avec le formate. Cette substitution de l'anion n'eu aucun effet significatif sur le taux de Cl() accumulation, [réponse K(+)](o) ou post-décharges. Nos résultats révèlent un roman excitateur mode d'action de KCC2 qui peut avoir des conséquences majeures pour le rôle de la transmission GABAergique au cours de l'activité épileptiforme ictal.
Alcalose Cerveau Provoque Des Crises Asphyxie à La Naissance, Suggérant Une Stratégie Thérapeutique
Les mécanismes par lesquels asphyxie à la naissance conduit à la génération de crises restent non identifiés. Pour étudier le rôle possible des changements de pH du cerveau, nous avons utilisé un modèle de rongeur qui imite les modifications des émissions de CO systémique (2) et O (2) niveaux, pendant et après asphyxie à la naissance pendant l'accouchement.
