Cortical and subcortical neuronal dynamics during absence epilepsy
Cortico-thalamo-cortical oscillations play a crucial role in both normal and pathological brain activity, arising from complex interactions between the cortex and the thalamus. However, the activity of identified cortical neurons during the paroxysmal oscillations associated with ASs in awake animal...
Elmentve itt :
| Szerző: | |
|---|---|
| További közreműködők: | |
| Dokumentumtípus: | Disszertáció |
| Megjelent: |
2026
|
| Tárgyszavak: | |
| Online Access: | http://doktori.ek.szte.hu/13123 |
| Tartalmi kivonat: | Cortico-thalamo-cortical oscillations play a crucial role in both normal and pathological brain activity, arising from complex interactions between the cortex and the thalamus. However, the activity of identified cortical neurons during the paroxysmal oscillations associated with ASs in awake animals has not been thoroughly explored. The prevailing narrative suggests that seizures disrupt cortical activity indiscriminately by uniformly increasing neuronal excitability; however, direct evidence for such uniform recruitment at the single-neuron level is lacking. In this study, we recorded single units from pyramidal neurons and various interneuron subtypes in the neocortex of two validated rodent models of AE while the animals were awake and behaving. Our findings reveal that neurons maintain their firing rank order across interictal (between seizures) and ictal (during seizures) states, regardless of whether their firing rate during seizures increases, decreases, or remains stable relative to the interictal phase. This indicates that ictal activity does not represent a random cortical takeover; instead, it reflects a scalable modulation of pre-existing network states. These results challenge the generalized hyperexcitability model and emphasize the structured and heterogeneous nature of cortical activity during ASs, with implications for understanding the mechanisms involved and for developing targeted therapies. In addition to the thalamocortical system, which generates these pathological oscillations, multiple neuronal circuits, including the serotonergic system, have been implicated in their modulation and in associated comorbidities. Neuronal activity in one of the major synaptic input structures to the brainstem's DRN, the LH, has not yet been characterised in the context of AE. We utilised in vivo electrophysiology to assess the involvement of the LH in AE using a genetic rodent model. Our findings show that neuronal activity in the LH is coupled with SWDs. This suggests that the LH, a brain region involved in regulating autonomic functions and heavily innervating the DRN, is implicated in ASs. The decreased activity of LH neurons during SWDs could result in reduced excitation and increased disinhibition in the DRN. These results support the idea of long-range subcortical regulation of serotonergic neuromodulation during ASs and enhance our understanding of the state dependence of these seizures and their associated comorbidities. Taken together, our findings suggest that AE are not characterized by uniform neuronal recruitment, but rather reflect structured, state-dependent network dynamics involving both cortical and subcortical systems. A kortiko-talamo-kortikális oszcillációk meghatározó szerepet játszanak mind a fiziológiás, mind a patológiás agyi működésben, és a kéreg, valamint a talamusz közötti összetett kölcsönhatások eredményeként jönnek létre. Az absence rohamokhoz társuló paroxizmális oszcillációk során azonban azonosított kortikális neuronok aktivitását éber állatokban mindeddig nem vizsgálták részletesen. Az uralkodó elképzelés szerint a rohamok a kortikális aktivitást egységesen fokozott neuronális ingerlékenység révén befolyásolják, azonban az egyedi neuronok homogén rekrutációjára közvetlen bizonyíték nem áll rendelkezésre. Vizsgálatunk során piramissejtek és különböző interneuron-altípusok aktivitását rögzítettük két validált rágcsáló absence epilepszia modell neokortexében éber, viselkedő állatokban. Eredményeink azt mutatták, hogy a neuronok megőrzik relatív tüzelési rangsorukat az interiktális (rohamok közötti) és iktális (roham alatti) állapotok között, függetlenül attól, hogy tüzelési frekvenciájuk a rohamok során növekedett, csökkent vagy változatlan maradt az interiktális állapothoz képest. Mindez arra utal, hogy az iktális aktivitás nem a kortikális hálózat véletlenszerű „kisajátítását” jelenti, hanem a már meglévő hálózati állapotok skálázható modulációját tükrözi. Eredményeink megkérdőjelezik a generalizált hiperexcitabilitás modelljét, és rámutatnak arra, hogy az absence rohamok során a kortikális aktivitás strukturált és heterogén mintázatot mutat. Megfigyeléseink hozzájárulnak a rohamok hátterében álló mechanizmusok jobb megértéséhez, valamint a célzott terápiás beavatkozások fejlesztéséhez. A patológiás oszcillációk kialakulásában központi szerepet játszó talamokortikális rendszer mellett számos egyéb idegrendszeri hálózat, köztük a szerotonerg rendszer is részt vesz a rohamok modulációjában és a társuló komorbiditások kialakulásában. A laterális hipotalamusz (LH), amely az agytörzsi dorzális raphe mag (DRN) egyik jelentős afferens struktúrája, szerepét absence epilepsziában mindeddig nem vizsgálták részletesen. A laterális hipotalamusz absence epilepsziában betöltött szerepének feltárására in vivo elektrofiziológiai vizsgálatokat végeztünk egy genetikai rágcsálómodellben. Eredményeink szerint a laterális hipotalamusz neuronális aktivitása szoros kapcsolatot mutat a tüske–hullám kisülésekkel. Ez arra utal, hogy a laterális hipotalamusz, amely az autonóm funkciók szabályozásában játszik szerepet és kiterjedt kapcsolatokat létesít a dorzális raphe maggal, részt vesz az absence rohamok hálózati mechanizmusaiban. A laterális hipotalamusz neuronjainak csökkent aktivitása a tüske–hullám kisülések alatt a dorzális raphe mag csökkent ingerléséhez és fokozott diszinhibíciójához vezethet. Eredményeink alátámasztják a szerotonerg neuromoduláció távoli szubkortikális szabályozásának szerepét absence rohamok során, és hozzájárulnak a rohamok állapotfüggőségének, valamint a kapcsolódó komorbiditások kialakulásának jobb megértéséhez. Összességében eredményeink arra utalnak, hogy az absence epilepsziát nem az idegsejtek egységes rekrutációja jellemzi, hanem olyan strukturált, állapotfüggő hálózati dinamika, amelyben a kortikális és szubkortikális rendszerek egyaránt meghatározó szerepet játszanak. |
|---|---|
| Terjedelem/Fizikai jellemzők: | 57 |