dc.contributor.author
Ferrarese, Leiron
dc.date.accessioned
2018-06-07T18:34:00Z
dc.date.available
2017-12-19T13:39:33.985Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/5186
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-9385
dc.description.abstract
Excitatory cortical pyramidal neurons are the principal output of the
neocortex, and have been associated with advanced cognitive functions of the
brain. Pyramidal neurons display an anatomical and functional segregation
whereby the basal and apical dendrites, that extend to different cortical
layers, receive synaptic inputs from different sources. This structure gives
them the hypothesized ability to function as an associative link between
different streams of information arriving to the cortex to electrotonically
distant branches of single neurons. In vivo cortical pyramidal neurons are
constantly active but it is unclear how network activity impacts on synaptic
input integration. The aim of this study is to investigate whether synaptic
integration in layer 2/3 pyramidal neurons in vivo is determined by input
location, moreover I assess the contribution of cortical network activity to
dendrite-specific integration. I used subcellular two-photon stimulation of
Channelrhodopsin-2 expressing neurons and in vivo whole-cell recordings to
show that network activity acts as a location specific modulator of synaptic
input strength. Synaptic input to apical dendrites is reduced and
compartmentalized in a distant-dependent manner during slow network activity
in anesthetize and awake animals. However during active movement in awake mice
input from apical dendrites is increased in amplitude. On the other hand,
basal synaptic input undergoes a gain modulation during slow network activity
whereby small amplitude inputs are amplified and large amplitude inputs are
reduced. Activity-dependent gain modulation was also observed for
glutamatergic thalamic and local monosynaptic pyramidal cell inputs thought to
target basal dendrites. Basal dendritic gain modulation was dependent on a
postsynaptic mechanism involving voltage-gated sodium channels. Thus, I
propose that a central functional role of slow cortical network activity is to
compartmentalize processing of top-down information thought to target apical
dendrites, while amplifying small amplitude bottom-up inputs to basal
dendrites. This cell-intrinsic mechanism could serve to bind functionally
distinct subthreshold information in single cells.
de
dc.description.abstract
Erregende Pyramidalzellen stellen die primären Ausgänge des Neokortex dar, und
werden mit höheren kognitiven Funktionen des Gehirns in Verbindung gebracht.
Pyramidalzellen zeigen eine anatomische und funktionelle Aufteilung, bei der
die apikalen und die basalen Dendriten, die sich in verschiedene kortikale
Schichten erstrecken, synaptische Eingänge aus verschiedenen Quellen erhalten.
Durch diesen Aufbau könnten sie als Verbindung zwischen verschiedenen
Informationsströmen fungieren, die an elektrotonisch weit voneinander
entfernten Verzweigungen einzelner Neurone im Kortex ankommen. Kortikale
Pyramidalzellen sind in vivo kontinuierlich aktiv, aber es ist unklar, wie die
Netzwerkaktivität die Integration synaptischer Eingänge beeinflusst. Das Ziel
dieser Studie ist es, zu untersuchen, ob die synaptische Integration in
Pyramidalzellen in Schicht 2/3 in vivo durch den Ort des Informationseingangs
bestimmt wird. Des Weiteren betrachte ich den Beitrag kortikaler
Netzwerkaktivität zur Dendriten-spezifischen Integration. Ich habe
subzelluläre Zwei-Photonen-Stimulation von Channelrhodopsin-2-exprimierenden
Neuronen sowie in vivo Ganzzellableitungen verwendet, um zu zeigen, dass die
Netzwerkaktivität als ortsspezifischer Modulator der synaptischen
Eingangsstärke wirkt. Synaptische Eingänge an apikalen Dendriten sind während
langsamer Netzwerkaktivität in narkotisierten und wachen Tieren in einer
entfernungsabhängigen Weise abgeschwächt und in Abschnitte gegliedert. Während
aktiver Bewegungen wacher Mäuse zeigen die Eingänge von apikalen Dendriten
jedoch eine größere Amplitude. Synaptische Eingänge basaler Dendriten wiederum
zeigen eine Modulation des Verstärkungsfaktors während langsamer
Netzwerkaktivität, durch die Eingänge kleiner Amplitude verstärkt und großer
Amplitude abgeschwächt werden. Eine aktivitätsabhängige Modulation der
Verstärkung wurde auch bei glutamatergen Eingängen vom Thalamus sowie lokalen
monosynaptischen Pyramidalzelleingängen beobachtet, die vermutlich an basalen
Dendriten ansetzen. Die Modulation der Verstärkung an basalen Dendriten hing
von einem postsynaptischen Mechanismus unter Mitwirkung spannungsabhängiger
Natriumkanäle ab. Somit ist es meine Hypothese, dass es eine zentrale
funktionelle Rolle langsamer Netzwerkaktivität ist, die Verarbeitung
vermutlich an apikalen Dendriten eintreffender Top-Down-Information
aufzugliedern, während Bottom-Up-Eingänge kleiner Amplitude an basalen
Dendriten verstärkt werden. Dieser den Zellen intrinsische Mechanismus könnte
dazu dienen, funktionell unterschiedliche unterschwellige Informationen in
einzelnen Zellen zu verbinden.
de
dc.format.extent
140 Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Electrophysiology
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
In vivo optogenetic interrogation of dendrite-specific synaptic integration
during network activity
dc.contributor.contact
leironf@gmail.com
dc.contributor.firstReferee
Dr. James Poulet
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Stephan Sigrist
dc.date.accepted
2017-11-23
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000106097-2
dc.title.translated
Optogenetische Untersuchung der dendritenspezifischen synaptischen Integration
unter Einfluss der Netzwerkaktivität
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000106097
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000022919
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access