Dolaylı Pathway Striatal Projeksiyon Nöronlarının Bir Nüfusu Parkinson Beta Salınımlarına Seçici Olarak Eğitilir.

Araştırma özeti

Aşağıdaki metin kaynak makalenin lisansı doğrulanmış orijinal özetidir. cc by

Classical schemes of basal ganglia organization posit that parkinsonian movement difficulties presenting after striatal dopamine depletion stem from the disproportionate firing rates of spiny projection neurons (SPNs) therein. There remains, however, a pressing need to elucidate striatal SPN firing in the context of the synchronized network oscillations that are abnormally exaggerated in cortical-basal ganglia circuits in parkinsonism. To address this, we recorded unit activities in the dorsal striatum of dopamine-intact and dopamine-depleted rats during two brain states, respectively defined by cortical slow-wave activity (SWA) and activation. Dopamine depletion escalated striatal net output but had contrasting effects on "direct pathway" SPNs (dSPNs) and "indirect pathway" SPNs (iSPNs); their firing rates became imbalanced, and they disparately engaged in network oscillations. Disturbed striatal activity dynamics relating to the slow (∼1 Hz) oscillations prevalent during SWA partly generalized to the exaggerated beta-frequency (15-30 Hz) oscillations arising during cortical activation. In both cases, SPNs exhibited higher incidences of phase-locked firing to ongoing cortical oscillations, and SPN ensembles showed higher levels of rhythmic correlated firing, after dopamine depletion. Importantly, in dopamine-depleted striatum, a widespread population of iSPNs, which often displayed excessive firing rates and aberrant phase-locked firing to cortical beta oscillations, preferentially and excessively synchronized their firing at beta frequencies. Conversely, dSPNs were neither hyperactive nor synchronized to a large extent during cortical activation. These data collectively demonstrate a cell type-selective entrainment of SPN firing to parkinsonian beta oscillations. We conclude that a population of overactive, excessively synchronized iSPNs could orchestrate these pathological rhythms in basal ganglia circuits.SIGNIFICANCE STATEMENT Chronic depletion of dopamine from the striatum, a part of the basal ganglia, causes some symptoms of Parkinson's disease. Here, we elucidate how dopamine depletion alters striatal neuron firing in vivo, with an emphasis on defining whether and how spiny projection neurons (SPNs) engage in the synchronized beta-frequency (15-30 Hz) oscillations that become pathologically exaggerated throughout basal ganglia circuits in parkinsonism. We discovered that a select population of so-called "indirect pathway" SPNs not only fire at abnormally high rates, but are also particularly prone to being recruited to exaggerated beta oscillations. Our results provide an important link between two complementary theories that explain the presentation of disease symptoms on the basis of changes in firing rate or firing synchronization/rhythmicity.

Türkçe çeviri

Makine çevirisi · Klinik kullanım öncesinde kaynakla karşılaştırılmalı.

Bazal gangliya organizasyonunun klasik şemaları, parkinsonian hareket zorluklarının striatal dopamin tükenmesinden sonra ortaya çıkmasının, spiny projeksiyon nöronlarının (SPN'ler) orantısız ateşlenme oranlarından kaynaklandığını varsayar. Bununla birlikte, parkinsonizmde kortikal-bazal gangliyon devrelerinde anormal derecede abartılı olan senkronize ağ salınımları bağlamında striatal SPN ateşlemesini aydınlatmak için acil bir ihtiyaç vardır. Bunu ele almak için, sırasıyla kortikal yavaş dalga aktivitesi (SWA) ve aktivasyonu ile tanımlanan iki beyin durumu sırasında dopamin-intact ve dopamin-deplasmanlı sıçanların dorsal striatumunda birim aktiviteleri kaydettik. Dopamin tükenmesi striatal net çıktıyı arttırdı, ancak "doğrudan yol" SPN'leri (dSPN'ler) ve "doğrudan yol" SPN'leri (iSPN'ler) üzerinde zıt etkilere sahipti; Ateşleme oranları dengesizleşti ve ağ salınımlarıyla farklı bir şekilde ilgilendiler. SWA sırasında yaygın olan yavaş ( ⁇ 1 Hz) salınımlarla ilgili rahatsız edici striatal aktivite dinamikleri, kortikal aktivasyon sırasında ortaya çıkan abartılı beta frekansı (15-30 Hz) salınımlarına kısmen genelleştirilmiştir. Her iki durumda da, SPN'ler devam eden kortikal salınımlara faz kilitli ateşleme insidansı daha yüksek gösterdi ve SPN toplulukları dopamin tükenmesinden sonra daha yüksek seviyelerde ritmik korelasyonlu ateşleme gösterdi. Önemli olarak, dopamin tüketen striatumda, sıklıkla aşırı ateşleme oranları ve anormal faz kilitli ateşlemeyi kortikal beta salınımlarına gösteren yaygın bir iSPN popülasyonu, tercihen ve aşırı derecede beta frekanslarındaki ateşlemelerini senkronize etti. Tersine, dSPN'ler kortikal aktivasyon sırasında ne hiperaktif ne de büyük ölçüde senkronize edildi. Bu veriler toplu olarak, SPN'nin parkinson beta salınımlarına ateş eden hücre tipi seçici bir entrenasyonunu göstermektedir. Aşırı aktif, aşırı senkronize iSPN'lerin bir popülasyonunun bazal gangliyon devrelerinde bu patolojik ritimleri düzenleyebileceği sonucuna varıyoruz.SIGNIFICANCE STATEMENT, bazal gangliyonun bir parçası olan striatumdan dopamin'in kronik olarak tükenmesi, Parkinson hastalığının bazı semptomlarına neden olur. Burada, dopamin tükenmesinin in vivo'daki striatal nöron atışını nasıl değiştirdiğini, spiny projeksiyon nöronlarının (SPN'ler) parkinsonizmdeki bazal gangliyon devreleri boyunca patolojik olarak abartılan senkronize beta frekansı (15-30 Hz) salınımlarına nasıl karıştığını ve nasıl karıştığını tanımlamaya vurgu yaparak açıklıyoruz. "Dolaysız yol" olarak adlandırılan SPN'lerin seçkin bir popülasyonunun sadece anormal derecede yüksek oranlarda ateş etmediğini, aynı zamanda özellikle abartılı beta salınımlarına katılmaya eğilimli olduğunu keşfettik. Sonuçlarımız, hastalık semptomlarının sunumunu, ateşleme hızındaki değişiklikler veya ateşleme senkronizasyonu / ritmikliği temelinde açıklayan iki tamamlayıcı teori arasında önemli bir bağlantı sağlar.

İlgili konular