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Previous issue date: 2016-12-01 / A sincroniza??o neuronal surge de uma intera??o cooperativa de v?rios tipos celulares atrav?s
de excita??o e inibi??o. Os mecanismos por tr?s desse tipo de coordena??o neuronal s?o, provavelmente,
os mais din?micos entre as fun??es cerebrais, dificultando sua compreens?o. Entre os
fatores que dificultam o estudo da sincronia, pode-se citar: o vasto n?mero de tipos de celulares,
a diversidade de processos sin?pticos, a contribui??o de uma multiplicidade de canais e correntes
i?nicas, entre outros. Essa tese tem como objetivo entender o papel de interneur?nios que
especificamente inervam o dom?nio distal dos dendritos de c?lulas piramidais do hipocampo e
neoc?rtex, na sincroniza??o de neur?nios em suas respectivas redes. A distribui??o de canais i?nicos e receptors sin?pticos em dendritos de c?lulas piramidais ? extremamente
anisotr?pica. Assim, interneur?nios que inervam dom?nios proximais e distais dos
dendritos causam efeitos distintos na c?lula alvo quando ativados. Por exemplo, por??es distais
dos dendritos cont?m em abund?ncia um dos principais canais marcapassos em neur?nios:
o canal regulado por nucleot?deo c?clico ativado por hiperpolariza??o. Esses canais produzem
uma corrente cati?nica despolarizante (Ih) e tem um papel importante na regula??o da excitabilidade
neuronal alterando dramaticamente as propriedades de disparo de neur?nios. Usando
modelagem computacional, essa tese mostra como a amplitude de Ih em certos tipos celulares
muda a taxa de disparo de um neur?nio, sua sincronia al?m da energia espectral e frequ?ncia
de oscila??es. Al?m disso, como a express?o de Ih difere entre regi?es cerebrais, localiza??o
e tipos celulares, essa tese, fazendo o uso de patch clamp, explora como Ih difere ao longo do
eixo dorsoventral do hipocampo em c?lulas oriens-lacunosum moleculare (OLM), que s?o os
principais interneur?nios que inervam dendritos distais dessa regi?o. Ademais, estudou-se aqui as c?lulas Martinotti, interneur?nios que inervam os dendritos distais
do neoc?rtex. Nesse estudo, mostrou-se como uma popula??o definida de interneur?nios
pode ser manipulada com o objetivo de controlar e coordenar o disparo de c?lulas piramidais.
Ao fornecer inibi??o com energia e frequ?ncia adequada, as c?lulas Martinotti afetam especificamente
um ?nico tipo de c?lula piramidal. Usando optogen?tica para ativar/desativar popula??es
de c?lulas Martinotti, ? poss?vel gerar potenciais de a??o rebote em c?lulas piramidais quando
alinhadas temporalmente. Os potenciais de a??o rebote, por sua vez, s?o resultado de uma forte
inibi??o produzida pelas c?lulas Martinotti, o que faz com que esses esses interneur?nios possam
resetar o disparo de c?lulas piramidais. De forma geral, c?lulas Martinotti e c?lulas OLM mostram similaridades surpreendentes em propriedades morfol?gicas, neuroqu?micas e eletrofisiol?gicas. Especialmente, suas longas proje??es axonais para camadas superiores assim como seus modos de disparo lentos, com baixos
limiares e acomodativos tornam esses neur?nios singulares em suas capacidades de sincronizar
os circuitos nos quais est?o inseridos. / Synchronization among neurons arises from the cooperative interaction of various cell types
through excitation and inhibition. The mechanisms behind this type of neuronal orchestration
are as versatile as almost no other coordination task in the brain, making its comprehension
heavily challenging. Among many others, the high number of involved cell types, the diversity
of synaptic processes as well as the contribution of a multitude of ion channels and currents span
the plurality of neuronal synchronization mechanisms in our brains. Focusing on two brain areas,
the hippocampus and the neocortex, this thesis aims to understand the role of distal dendritetargeting
interneurons in shaping pyramidal cell activity and the timing of their action potentials. The distribution of ion channels and synaptic receptors in pyramidal cell dendrites is extremely
anisotropic. Thus, interneurons innervating the proximal or distal areas of the dendrites cause
different effects in the target cell when activated. For example, the distal portions of the pyramidal
cell dendrites contain one of the most prominent pacemaker channels: the hyperpolarizationactivated
cyclic nucleotide-gated channels. These channels produce a cationic depolarizing current
(Ih) and play an essential role in the regulation of neuronal excitability. Using computational
modeling, this thesis shows how the amount of Ih in certain cell types determines their spike rate,
synchrony as well as power and frequency of ongoing network oscillations. Moreover, since Ih
differs between brain regions as well as cell types and location, this thesis electrophysiologically
explores how Ih differs along the dorsoventral axis of hippocampus in oriens-lacunosum moleculare
(OLM) cells, the main distal dendrite-targeting interneurons of that region. Utilizing the main distal dendrite-targeting interneuron of the neocortex, the Martinotti cell, this
thesis also shows how a defined population of interneurons can be manipulated in order to control
and align pyramidal cell firing. By providing the right amount and frequency of inhibition,
Martinotti cells are able to synchronize trains of subtype-specific pyramidal cells. Using optogenetic
approaches to activate/inactivate populations of Martinotti cells, these dendrite-targeting
interneurons are shown to trigger rebound action potentials in pyramidal cells when temporally
aligned. The rebound action potentials in turn are the result of strong inhibition by Martinotti
cells, giving these distal dendrite-targeting interneurons the power to reset pyramidal cell firing. Overall, Martinotti cells and OLM cells show quite striking similarities in morphological, neurochemical
and electrophysiological properties. Especially, their long axonal projections to upper
layers as well as their low-threshold, slow spiking fashion and the accommodating firing make
these distal dendrite-targeting interneurons so special for neuronal synchronization.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/24680 |
| Date | 01 December 2016 |
| Creators | Hilscher, Markus Michael |
| Contributors | 01771638605, Kushmerick, Christopher, 01250151600, Silberberg, Gilad, 00000000000, Schmidt, Kerstin Erika, 70024141437, Cammarota, Martin Pablo, 83369090015, Le?o, Richardson Naves, Le?o, Emelie Katarina Svahn |
| Publisher | PROGRAMA DE P?S-GRADUA??O EM NEUROCI?NCIAS, UFRN, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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