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Articles by Kamran Diba in JoVE
JoVE Neuroscience
動作げっ歯類の可動シリコンプローブによるニューロンの大規模なレコーディング
1Center for Molecular and Behavioral Neuroscience, University of New Jersey, 2Center for Interdisciplinary Research in Biology, Collège de France, 3Janelia Farm Research Campus, Howards Hughes Medical Institute, 4Deptartment of Psychology, University of Wisconsin at Milwaukee
我々は、大規模な複数の単一ユニットの記録とシリコンプローブとげっ歯類を動作中のローカルフィールドポテンシャルの方法について説明します。ドライブ製造、ドライブとプローブ注入プロセスへのプローブの添付ファイルが簡単に複製するのに十分詳細に示されています。
Other articles by Kamran Diba on PubMed
培養海馬神経細胞で組み込み騒音: 実験とモデル化。
イオン チャネルを開き、確率的に閉じます。これらのチャネルの変動は、ニューロンの入出力特性に影響を与えるノイズの組み込みソースを表します。我々 は全体セル測定相馬で観測された単一ニューロンの本質的な確率論的及び電気的特性を特徴付ける年会のモデリングを組み合わせます。私たち現在の測定値し、電圧ノイズで 18 d セアカゴケグモ様々 なサブスレッショルドと下限界近傍の持株電位シナプス ブロッカーの存在下でのラット海馬からニューロンの培養します。イオン チャネル活性化したとそのスペクトルを一般化した 1/f の動作実証観測の電流ノイズ脱分極を増加しました。ノイズスペクトラム無偏光電位で特にする Na + チャネルからの重要な貢献 TTX への暴露を削除し、得られるスペクトルは現在、単一のローレンツ (1/f2) コンポーネントによって支配されました。細胞内 K + Cs + に交換して、我々 観測雑音の主要な部分 K + チャネルに起因することを示した。マルコフ速度論に基づくチャネル変動の 1 次元ケーブル モデルに測定した電力スペクトル密度を比較しました。我々 は単一の等価シリンダと組み合わせての体細胞のコンパートメント、相馬の観点から効果的なジオメトリを説明することが見つかりました。4 つの異なるチャネルの集団内膜の分散し、ローレンツの電流ノイズ源としてモデル化しました。ニューロンのシミュレーション プログラムを使用して、我々 は空間分布の電流ノイズ源からの貢献を要約し、総電圧と電流ノイズを計算しました。私たちの定量的モデル 1/f の動作として様々 なブロッカーの効果会計データの電圧と周波数依存の重要な機能を再現します。
ラット皮質錐体ニューロンのサブスレッショルド電圧ノイズ。
ニューロンは、騒々しい要素です。ノイズは、組み込みと外因性のソースから発生し、膜電位の変動として現れます。これらの変動は、ニューロンの出力の精度を制限が、計算の役割を果たすことも示唆されています。振幅の詳細な研究を提示、電圧ノイズのスペクトル層の相馬で IV V 錐体ニューロン ラット大脳皮質から撮影したスライスの記録。保有物の潜在的なシナプス活動と Na + コンダクタンス依存ノイズの体系的に分析します。私たちは細胞を脱分極と電圧ノイズ非直線的増加を示す (0.19 の標準偏差 （標準偏差） から-75 で mV mV、エスディ 0.54 ～-55 mV mV)。電圧ノイズの増加はセル インピー ダンスによる Na + コンダクタンスの電圧依存性の増加に伴っています。電圧ノイズの大半 (70%) のインピー ダンス増加アカウントを増やします。電圧ノイズとインピー ダンスの増加は、低周波範囲に制限されます (0.2-2 Hz）。高周波帯 (5 100 Hz) で電圧ノイズ シナプス活動によって支配されます。スライスの準備では、シナプス ノイズ セルのインピー ダンスはほとんど影響していません。極小モデルは定性的これらのデータを再現します。我々 の結果は、イオン チャネル雑音膜電圧ゆらぎのサブスレッショルド電圧範囲を大幅に貢献する、Na + コンダクタンスの低周波過渡電圧依存アンプとして作用するこのノイズの振幅を決定する重要な役割を果たしていることを意味します。
確率的イオン チャネルと樹状突起における伝搬をスパイクします。
イオン チャネルの確率的性質が誠実さ、精度、弱のアクティブ樹状突起膜 in vitro 条件下における電気信号伝送の再現性に及ぼす影響を調査します。錐体細胞の樹状ツリーでの前方および逆伝搬の活動電位 (BPAPs) のプロパティの強烈な仕事を実証と理論的考察 (Larkum et al., 1999; 対象します。朱、2000年;Larkum et al., 2001年;Larkum と朱, 2002年;シェーファー et al., 2003年;ウィリアムズ、2004年;水を et al., 2005年)。我々 は数値的再構成層 5 の錐体細胞に関するモンテカルロ シミュレーションの樹状突起スパイクの前方・後方伝播に及ぼす確率イオン チャネルをシミュレートします。我々 は、ほとんどのインスタンスではタイミングや振幅の少しの変化を単一の BPAP の可変逆伝搬活動電位の列車のため発生することができますが報告します。また、世代とカルシウムの樹状突起スパイクの前方伝搬チャネル変動に敏感であることを見つけます。これはカルシウムのスパイクの正確なタイミングに依存する計算の制限を示します。
転送し、海馬場所細胞のシーケンス中に波紋を逆にします。
我々 とシャープな波に合わせ高架軌道にラットの海馬ニューロンからの時空間スパイク シーケンス、実行を見越して前方の順番が、実行の終わりに逆の順序で再発した報告します。場所フィールド間のベクトルの距離これらのシーケンスの時間的構造に反映されました。この双方向再制定時系列エピソード記憶における高次アソシエーションの確立に貢献するかもしれない。
海馬神経回路網のダイナミクス修正環境全体にわたって錐体細胞間のタイム ラグを拘束します。
海馬は、環境の空間地図を提供します。環境の変化に海馬ニューロンの発火パターンを変更するが、おそらくネットワークのダイナミクスの要素によって制約を受けます。我々 の前に、と後のトラックの長さが短縮された線形トラックでは、水のための報酬を走るラット海馬 CA1 及び CA3 領域の神経活動を比較しました。その場所フィールドのセルの割合を失ってし、2 つのトラックの明瞭な表現を示すフィールドを持つ細胞の新しいセットが浮上しました。両方の環境でアクティブ セルその場所フィールド開始とトラックの最後で最も顕著の場所依存的シフト。さらに、ピークの発火率と場所フィールド サイズは、場所フィールドの重複と coactivity 増加に対し減少しました。力局所電界電位のシータ周波数帯も CA1 と CA3, の両方で 2 つの構造間のコヒーレンスと一緒に低下。対照的に、シータ スケール (0 150 ms）、トラック上の距離を表す、細胞のペア間のタイムラグは、された保存、抑制性ニューロン集団活動が環境にわたって維持されていた。自由と制約の海馬神経回路網のダイナミクスを反映としてこれらの観測を解釈します。活動伝播速度パターンを表すセル アセンブリ間ダイナミクスを制約に対し自由はっきりとユニークなパターンを表すネットワークのための必要な柔軟性を許可します。
単一試行位相歳差の海馬。
ラット海馬錐体細胞の場所フィールドの横断中に細胞の発火位相に関してローカルの θ リズムが減少します。この位相歳差は、通常で多くのトラバーサルのプールにまとめフィールド場所データに基づいて検討しました。ここで単一試験位相歳差の性質を考察する.我々 は単一試行を発見したし、プール トライアル位相歳差フェーズ位置相関・ フェーズの時間相関と位相範囲に関して異なっていた。プール トライアル位相歳差 360 度にわたる可能性があるに対し、最も頻繁に単一試行位相範囲のみ約 180 度でした。プールされた試験, フェーズと位置の相関 (r-0.58 =) 相と時間の相関より強かった （r =-0.27) に対しで単一試験これらの相関関係 (r-0.61 = 両方の) 認められなかった。次に、位相歳差大トライアル トライアル変動を展示を示した。全体的にみて、変動の大きい部分が説明する残っているに対し位相歳差 （例えば、斜面またはオフセット) の対策のトライアル トライアルばらつきの小さい一部分だけ (実行速度や発火率） などの他の単一試行プロパティによって説明できます。最後に、我々 はスパイクをプールされたデータからランダムに描画することによって作成されたサロゲート単一試験は実験的な単一試行に等価ではありませんが見つかりました： 試験を巡るプーリングしたがって位相歳差の基本的対策を変更します。単一試験方がプールされたデータによって示唆されたよりも時間的に構造化されたイベントをエンコードするために適している可能性があることを示唆しています。
場所細胞の間で時間的な遅延人口海馬シータ振動の周波数を決定します。
外部のランドマークまたは内部ダイナミクスを駆動、海馬ニューロン セル ・ アセンブリのシーケンスを形成します。これらのアクティブ セルの協調焼成による著名な「シータ」振動 (LFP) 潜在的なローカル フィールドで構成されています: 場所細胞放電シータ フェーズで徐々 に以前ラットそれぞれ場所フィールド (「位相歳差」） を横切るよう。高速発振周波数活発にニューロンの遅いシータ LFP、基になる位相歳差のパラドックスを作成します。どのように速く振動ニューロンは遅い人口発振 LFP によって反映されているよう構成できますか？我々 発火フィールド サイズ (期間) とシータ内遅延の場所細胞のペアとその距離表現 (「圧縮」) との関係私たち人口活動解析的単一ニューロン発振周波数の実験的派生パラメーターから計算することができる数理モデルを構築しました。これらのパラメーターの適切な組み合わせの発振周波数とフィールド サイズを変更するため個々 のニューロンを許可しながら、海馬の海馬の軸に沿って一定周波数人口リズムを生成しました。錐体細胞のシータより速く振動固有のものし、その位相歳差によって LFP 反映人口の活動基準の一時的シフト セル アセンブリの協調活動の結果であることが示唆されました。
海馬鋭い波、波紋、および高速ガンマ振動関係： 海馬歯状の影響と嗅皮質の活動。
海馬シャープ波 (SPWs) と関連付けられて高速 （「リップル」） （SPW-Rs） における振動 CA1 領域哺乳類脳の最も同期の生理学的パターンの一つです。ラットを自由に移動すること、局所電界電位とユニットの放電を記録用に電極の二次元配列を使用して、我々 リップル振動 (140-220 Hz) の出現を学び、彼らの起源および携帯シナプス機構の高速ガンマ振動 (90-140 Hz) と比較しました。私達は (1) 海馬 SPW Rs 高速 γ 振動の定量的に明確なパターンが、同じネットワークを伴うおよび同様のメカニズムを共有ことを示す;（2） 両方の周波数と大きさの高速振動の積極的に SPWs の大きさと相関している;(波紋と高速 γ 振動 3) 中にネットワークの発振周波数はより CA1 CA3 内で高くなっています;や (4) CA3 人口の出現のバースト、SPW Rs のための前提条件がアクティビティのパターンは歯状回と嗅皮質、波紋の「最適な」歯状ガンマ電力レベルに関連付けられている可能性が高いものに偏っています。各海馬サブネットワーク興奮性ドライブの大きさによって調整された別個の共鳴特性を有していることを仮定します。
海馬 CA1 錐体細胞は機能的に異なるサブレイヤーを形成します。
海馬 CA1 錐体細胞頻繁に年会・薬理学的モデリングの研究で均一セル人口とみなされています。我々 は深いと浅 CA1 サブレイヤー ラットにおける居住する錐体細胞の堅牢な相違を発見しました。表面的な仲間と比べると、深い錐体細胞高いレートで発射されるより頻繁にバースト、フィールドを配置を持っていそうだったより強く睡眠の遅い振動によって変調されました。深い錐体細胞その最寄りの位相発射のシータのピークに急速眼球運動 （レム） 睡眠中にシフトに対し深いと浅錐体細胞は優先的シータ振動のトラフで迷路探索中に解雇。さらに、昇順フェーズ γ 振動の覚醒におけるで REM シータ位相シフト細胞の大半を解雇したが、nonshifting の細胞、トラフを好んだ。したがって、ca1 野錐体細胞に隣接するサブレイヤーの目標共同または差動、脳の状態に応じて対処できます。
活動のダイナミクスと行動の相関 CA3 と CA1 海馬錐体細胞の。
CA3 と CA1 錐体ニューロン適切な海馬の主要なプリンシパル細胞タイプです。Ca3 錐体細胞と主並列編成 ca1 の強く再発の担保システム提案するこれらの領域が個別の計算を実行すること。ただし、発火プロパティ、ネットワークのダイナミクスと行動の相関関係の面で CA1 と CA3 錐体細胞間の包括的な比較はそのままの動物でまばらです。我々 の類似点と CA1 の違いを定量化するラットの背側海馬で大規模な録音を実行 (n 目 3,600) と CA3 (n 目 2,200） 錐体細胞睡眠と探査で複数の環境の中に。CA1 と CA3 ニューロン異なっていた大幅に発火率では, バースト性向スパイク、θ リズムとダイナミクスは脳状態依存的にスパイクの他の側面によって同調スパイクします。CA1 細胞目立つ場所フィールド表示しますが、ca3 においてニューロンのフィールドを配置をよりコンパクトにしたよりも CA3 のより小さい割合より、安定して ca1 野錐体細胞のそれらよりスパイクあたり多くの空間情報を運んだ。2 つの細胞の種類のいくつかの他の機能は、テスト環境に固有だった。以下の位相歳差とスパイク位相関係対より弱い位置 CA1 細胞よりも発音 CA3 ニューロンを示した。これら異なる活動ダイナミクス CA1 と CA3 錐体細胞の彼らの異なる計算の役割をサポートすることが示唆されました。© 2012年ワイリー定期刊行物 （株）
