Characteristic of spontaneous electric activity of nucleus incertus neurons in relation to field activity of rats hippocampus - in vivo studies

Hipokampalne oscylacje theta odgrywają istotną rolę w licznych procesach mózgowych takich jak kształtowanie pamięci, nawigacja w przestrzeni czy generowanie różnych stanów behawioralnych, takich jak fazy snu czy pobudzenie. Kluczową strukturą odpowiedzialną za generowanie tych oscylacji jest kompleks przegrody przyśrodkowej wraz z przekątnym pasmem Broki (MS/DBB). Synchronizacja rytmu ma swój początek w siatkowatym jądrze mostu zlokalizowanym w pniu mózgu. Jednym z miejsc przekaźnikowych w tym polisynaptycznym połączeniu pomiędzy przodomózgowiem a strukturami pnia mózgu jest jądro niepewne (NI). Szeroko opisywaną kluczową funkcja tego GABA-ergicznego jądra jest właśnie jego rola w modulowaniu hipokamplanego rytmu theta. Pomimo wzrastającego zainteresowania tą strukturą, charakterystyka elektrofizjologiczna neuronów NI wciąż jest niekompletna, dlatego głównym celem niniejszej pracy było uzupełnienie tej wiedzy. Eksperymenty przeprowadzano na anestezjowanych uretanem szczurach szczepu Sprague-Dowley. Pod tą narkozą są obecne cykliczne zmiany stanu mózgowia, nazywane odpowiednio stanem aktywacji (fale theta w zapisie EEG) i deaktywacji (fale delta w zapisie EEG). Podczas całości eksperymentu rejestrowano lokalne potencjały polowe (LFP) z warstwy jamisto-drobinowej obszaru CA1 hipokampa. Do rejestracji zewnątrzkomórkowej aktywności neuronów jądra niepewnego użyto 4-rdzeniowej 32-kanałowej matrycy mikroelektrodowej. Ta efektywna metoda pozwala na zarejestrowanie aktywności elektrycznej z wielu neuronów jednocześnie. Wyniki badań potwierdzają opisaną wcześniej korelację miedzy aktywnością neuronów NI a zmianami aktywności hipokampa. Ponadto wyróżniono nowe grupy neuronów. Pierwszą z nich stanowią neurony generujące potencjały czynnościowe w konkretnej fazie oscylacji theta, drugą neurony nie wykazujące takiej preferencji. Badając wzorce aktywności elektrycznej tych neuronów, stwierdzono obecność komórek o aktywności erupcyjnej. Wyniki te stanowią kolejny krok w kierunku uzupełnienia wiedzy o elektrofizjologii neuronów jądra niepewnego i mogą być pomocne w lepszym zrozumieniu mechanizmu powstawania i synchronizacji hipokampalnego rytmu theta.

Hippocampal theta rhythm plays a crucial role in numerous brain controlled functions, such as the formation of memories, navigation in space, or generation of different behavioural states (e.g. arousal or phases of sleep). The key structures responsible for the generation of theta oscillations are the medial septum and the diagonal band of Broca. The synchronization of this rhythm is induced in the reticularis pontis oralis (RPO) located in the brainstem. Nucleus incertus (NI) is one of the relay stations in a polysynaptic connection between forebrain and pontine structures. The widely described key function of GABAergic nucleus is its role in the modulation of hippocampal theta rhythm. Despite growing interest in this structure, the electrophysiological characterisation of NI neurons is still unclear, so the main goal of this research was to fill this gap in our knowledge. Experiments were performed on urethane anaesthetised male Sprague-Dawley rats. Cyclical alternations of brain states, described as activation (theta waves in EEG) and deactivation (delta waves in EEG), were present under aforementioned anaesthesia.Throughout the experiment, the local field potentials were recorded from the stratum lacunosum moleculare of the hippocampal CA1 region. To register the extracellular neural activity of NI, 32-channel microelectrode arrays were used. This method allows simultaneous recording of the electric activity of numerous neurons. Our results confirm previously described correlation between the activity of NI neurons and alternation of brain states. Furthermore, new groups of neurons were classified. The first one is theta-phase locked neurons and the second is neurons without such preference. The activity patterns of NI neurons were also examined and the presence of bursting neurons was observed. Obtained results provide necessary data to deepen our knowledge about the electrophysiology of NI neurons and may help better understand the mechanism of formation and synchronization of the hippocampal theta rhythm.