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Bibliographic Metadata

Title
Spike timing of identified interneurons in the medial prefrontal cortex of anaesthetised and freely-moving rats / submitted by Michael Lagler
Additional Titles
Spike timing of identified interneurons in the medial prefrontal cortex of anaesthetised and freely-moving rats
AuthorLagler, Michael
CensorKlausberger, Thomas
Published2014
Description77 Bl. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2014
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Präfrontaler Kortex / GABA / Interneurone / Korbzellen / Axo-axonic Zellen / Kurzzeitgedächtnis / Entscheidungsfindung / Netzwerkoszillationen / Tiefschlaf / Lokales Feldpotential
Keywords (EN)Prefrontal cortex / GABA / Interneurons / Basket cells / Axo-axonic cells / Working memory / Decision making / Network oscillations / Slow wave sleep / Local field potential
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-5292 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Spike timing of identified interneurons in the medial prefrontal cortex of anaesthetised and freely-moving rats [32.18 mb]
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Classification
Abstract (German)

Die räumliche und zeitliche Koordination neuronaler Aktivität ist ein grundlegendes Prinzip kognitiver Prozesse wie Kurzzeitgedächtnis oder Entscheidungsfindung. GABAerge Interneurone mit ihrer zeitlich präzise kontrollierten synaptischen Transmitterfreisetzung auf spezifische subzelluläre Bereiche der Membran von Pyramidalneuronen sind der Schlüssel zum Verständnis synchronisierter Gehirnaktivität.

Mittels in vivo extrazellulärer Aufnahmen gefolgt von juxtazellulärer Zellfärbung im medialen präfrontalen Kortex narkotisierter Ratten habe ich gezeigt, dass Parvalbumin expremierende Korbzellen und Axo-axonic Zellen unterschiedliche Feueraktivitäten während kortikaler 1Hz-Oszillationen besitzen. Außerdem weisen meine Daten darauf hin, dass die Aktivität von Korbzellen, nicht aber von Axo-axonic Zellen zeitlich mit dem Auftreten von Schlafspindeln, ein EEG-Signal charakteristisch für bestimmte Schlafphasen, korreliert.

Experimente mit anästhesierten Tieren haben sich als Modell für eine Reihe verschiedener Netzwerkoszillationen des wachen Gehirns bewährt, doch ist das Interpretationspotential der daraus resultierenden Daten immer durch etwaige Effekte der Anästhesie selbst beschränkt geblieben.

Daher habe ich begonnen juxtazelluläre Aufnahmen in frei beweglichen Ratten durchzuführen. In der CA1 Region des dorsalen Hippocampus habe ich dazu beigetragen nachzuweisen, dass sich die Aktivität von Parvalbumin expremierende Korbzellen abhängig vom Verhalten der Ratte dynamisch verändert. Wie wir gezeigt haben, steht das im Gegensatz zur Aktivität von so genannten Ivy-Zellen, die ihre Aktionspotentialsfrequenz während unterschiedlicher Verhaltenszustände konstant halten und stattdessen vermutlich eine bedeutende Rolle in der Aufrechterhaltung der Homöostase des neuronalen Netzwerkes inne haben.

Nicht nur durch die im vorhergegangenen Projekt beobachtete Spezifizität der Aktivität bestimmter Interneurone, sondern auch durch die steigende Anzahl aktueller Studien, die auf eine Zelltypen-spezifische Beteiligung an kognitiven Prozessen hinweisen, habe ich mich dazu entschlossen juxtazelluläre Aufnahmen an Ratten durchzuführen, die gelernt haben eine Gedächtnisaufgabe zu meistern. Durch diese Experimente wird es mir möglich sein, die Aktivität von identifizierten Interneuron-Typen mit bestimmten kognitiven Prozessen zu korrelieren. Bisher zeigen meine Resultate, dass die Aktivität von Parvalbumin expremierenden Interneuronen durch bestimmte Aspekte der Gedächtnisaufgabe beeinflusst wird. Wichtig ist dabei darauf hinzuweisen, dass ich unter den bisher analysierten Aktivitätsmustern Heterogenität festgestellt habe, die zum Teil mit bestimmten Eigenschaften der Neurone, wie axo-dendritische Verästelungen in bestimmten kortikalen Schichten, übereinstimmt. Insgesamt weisen die Ergebnisse meiner Arbeit darauf hin, dass verschiedenen Typen von GABAergen Interneuronen im medialen präfrontalen Kortex an Netzwerkoszillationen und kognitiven Prozessen in spezifischer Weise beteiligt sind.

Abstract (English)

Spatiotemporal coordination of neuronal activity is a fundamental principle underlying cognitive functions such as working memory and decision making. GABAergic interneurons providing tightly controlled synaptic inputs at millisecond precision onto distinct subcellular domains of pyramidal neurons are key to synchronise brain activity.

By performing in vivo extracellular recording followed by juxtacellular labelling in the medial prefrontal cortex of anaesthetised rats, I have demonstrated that PV expressing basket and axo-axonic cells display distinct spike timing during cortical slow oscillations. Moreover, I have shown that basket, but not axo-axonic cells are temporally correlated with the occurrence of thalamocortical sleep spindles suggesting a pivotal role of basket cells in the generation of prefrontal spindle oscillations.

Anaesthetised animals have been proven useful as a model for a number of different network states of the drug-free brain and yet always have limited potential interpretations. Therefore, I started employing juxtacellular recordings in freely-moving rats. In the dorsal CA1 region of the rodent hippocampus I contributed in showing that PV expressing basket, but not Ivy cells dynamically change their firing activity during different behavioural states.

Encouraged not only by the spike timing specificity of identified prefrontal interneurons observed in my previous project, but also by a number of recent studies pointing at their cell type specific cognitive implications, I started to apply freely-moving juxtacellular recordings to rats performing a behavioural paradigm engaging working memory and decision making. I have shown that the firing activity of PV expressing interneurons in the prelimbic cortex is modulated by the different aspects of a working memory task. I have found heterogeneity among PV expressing interneurons that correlated with the layer-specific axo-dendritic arborisation of some of the cells. Altogether, the findings presented in this thesis indicate that distinct types of GABAergic interneuron in the medial prefrontal cortex contribute to network oscillations, behavioural and cognitive states in a distinct manner.

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