Circuit plasticity during up-states in mouse barrel cortex
| Autor(a) principal: | |
|---|---|
| Data de Publicação: | 2015 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10316/29581 |
Resumo: | Dissertação de mestrado em Investigação Biomédica, apresentada à Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra |
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Circuit plasticity during up-states in mouse barrel cortexSonoSono REMEndocabinoidesMemóriaDissertação de mestrado em Investigação Biomédica, apresentada à Faculdade de Medicina da Universidade de CoimbraO sono é caracterizado por ocorrências cíclicas de movimento rápido dos olhos (REM) e não-REM, pelo qual inclui “Slow wave sleep” (SWS, estágio 3 e 4) e o sono leve correspondentes aos estágios 1 e 2. Nos humanos, a primeira parte da noite (sono recente) consiste em SWS e o sono REM prevalece durante a segunda metade (sono tardio). Num evento de rede inteira, o sono suprime os sinais moleculares que mediam a remodelação sináptica relacionado com LTP mas estimula a sinalização dependente de LTD, parecendo ser mediado pelo SWS[1]. As oscilações lentas tem sido anteriormente observadas em diferentes áreas corticais, ocorrendo espontaneamente up-states e down, ambos in vivo e in vitro. Os espontâneos up-states ocorrem intrinsecamente dentro do córtex [2, 3]. Também conseguem ser observados in vivo em resposta a uma entrada sensorial [4] e conseguem ser ligados e desligados por estimulação sináptica in vitro[5]. O processo da consolidação de memórias pode produzir varias associações e alterações qualitativas na representação de memórias, em que o sono tem o potencial final de estabilizar os seus efeitos e melhorar a sua performance, sendo observado em tarefas de memória declarativas e procederias[6]. A hipótese de homeostasia propõe que a rede integrativa de pesos sinápticos, devido à codificação de informação durante o acordar, é compensada durante um subsequente SWS. De acordo com esta hipótese, o SWS serve para globalmente efetuar um “downscale” de pesos sinápticos ao longo do cortex, e assim aumentar o rácio sinal-para-ruído para reativar memórias e preservar a capacidade das redes corticais de armazenar nova informação, prevenindo a sua saturação[7]. Os endocanabinoides (ECs) são uma classe de neurotrasmissores sintetizados e libertados a partir da membrana pós-sináptica dos PNs corticais durante períodos de - 1 - _____________________________________________________________________________ estimulação de atividade celular, como por exemplo, durante os up-states. No córtex, a ativação de receptores CB1 diminuí a libertação de GABA e glutamato[8], sugerindo que este sistema neuromodulatório loca pode sintonizar a atividade das redes neuronais regulando os níveis de neurotransmissores excitatórios e inibitórios dentro dos circuitos corticais. Dada a importância de consolidação de memórias durante o SWS, nós procedemos à investigação dos efeitos modulatórios dos recetores CB1 enquanto bloqueados pelo antagonista AM251. A presença de AM251 nas fatias de “barrel córtex” do ratinho resultaram numa diminuição de amplitude do estado up e, por sua vez, em acordo com a importância dos endocanabinoides na modelação das oscilações SWS. Para investigar qual dos dois processos de plasticidade neuronal (LTP ou LTD) ocorre durante a plasticidade sináptica das redes neuronais presentes no “barrel córtex” durante a fase de SWS, os nossos resultados indicam que após uma experiência protocolo de “pairing” em up-states, são observados efeitos de LTD dada à redução significativa dos níveis de slope e força neuronal (EPSPs). Em suma, é notavel mencionar o fato de afetar o sistema de endocanabinoides com o auxílio de antagonistas pode vir a ajudar no tratamento de, por exemplo, desordens de stress pós-traumático. Para além disso, estas descobertas permitem sugerir a importância de LTD durante o SWS no “barrel córtex” de ratinhos e, em termos de perspectivas futuras, poder-se-á proceder a experiências in vivo, de forma a revelar posterior informação valiosa sobre os mecanismos por detrás dos up-states em mamíferos e, potencialmente, estimular/inibir o processamento de memórias.Sleep is characterized by the cyclic occurrence of rapid eye movement (REM) sleep and non-REM sleep, which includes slow wave sleep (SWS, stages 3 and 4) and lighter sleep stages 1 and 2. In humans, the first part of the night (early sleep) consists of SWS, whereas REM sleep prevails during the second half (late sleep). In a whole network event, sleep suppresses the molecular signals that mediate LTP-related synaptic remodelling but enhances LTD-related signalling, and this effect seems to be mediated by SWS[1]. Slow oscillations have previously been observed in different cortical areas as spontaneously occurring up- and down-states both in vivo and in vitro. Spontaneous up-states occur intrinsically within the cortex [2, 3]. They can also be observed in vivo in response to sensory input[4] and can be turned on and off by synaptic stimulation in vitro [5]. Memory consolidation can produce several associations and qualitative changes in memory representations, whereas sleep has the potential to outcome stabilizing effects and improve their performance, being observed in declarative and procedural memory tasks[6]. The synaptic homeostasis hypothesis proposes that the net build-up of synaptic weights, due to encoding of information during waking, is compensated during subsequent SWS. According to this hypothesis, SWS serves to globally downscale synaptic weights across the cortex, thus increasing the signal-to-noise ratio for reactivated memories and preserving the capacity of cortical networks to store new information by preventing their saturation[7]. Endocannabinoids (ECs) are a class of neurotransmitters synthesized and released from the post-synaptic membrane of cortical PNs during periods of enhanced cellular activity such as during up-states. In the cortex, activation of CB1 decreases release of - 3 - _____________________________________________________________________________ both GABA and glutamate[8] suggesting this local neuromodulatory system may tune network activity by regulating both excitatory and inhibitory neurotransmission within local cortical circuits. Para investigar qual dos dois processos de plasticidade neuronal (LTP ou LTD) ocorre durante a plasticidade sináptica das redes neuronais presentes no “barrel cortex”, presente na fase de SWS, os nossos resultados indicam que após uma experiência protocolo de “pairing” em up-states, são observados efeitos de LTD dada à redução significativa dos níveis de slope e força neuronal (EPSPs) enfraquecida. Given the importance of memory consolidations during SWS, we investigate the modulatory effects of CB1 receptors while being blocked by the antagonist AM251. The presence AM251 in a mouse barrel cortex slice resulted in an up-state amplitude decrease therefore agreeing with the importance of endocannabinoids in the modulation of SWS oscillations. To investigate which of the two processes of neural plasticity (LTP or LTD) occur during synaptic plasticity in the barrel cortex circuitry, present in SWS, our results indicate that after conducting a pairing protocol experiment in up-states, it is observed LTD effects duo to a significant reduction of slope levels and weakening neural strength (EPSPs). In sum, it is remarkable to mention that targeting the endocannabinoid system may aid in the treatment of disorder associated with impaired extinction-like processes, such as post-traumatic stress disorder. Overall these findings allow to suggest the importance of LTD during SWS in mouse barrel cortex and future projects can now proceed to in vivo experiments, in order to reveal further promising information about the underlying mechanisms of up-states in mammals and potentially enhance/inhibit the memory consolidation processing2015info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://hdl.handle.net/10316/29581http://hdl.handle.net/10316/29581TID:201628910engOliveira, Emanuel Limainfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2022-01-20T17:48:43Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/29581Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T20:44:59.420054Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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