Elemental anomalies in the hippocampal formation after repetitive electrical stimulation : an X-ray fluorescence microscopy study

Our previous studies carried out on the pilocarpine model of seizures showed that highly resolved elemental analysis might be very helpful in the investigation of processes involved in the pathogenesis of epilepsy, such as excitotoxicity or mossy fiber sprouting. In this study, the changes in elemental composition that occurred in the hippocampal formation in the electrical kindling model of seizures were examined to determine the mechanisms responsible for the phenomenon of kindling and spontaneous seizure activity that may occur in this animal model. X-ray fluorescence microscopy was applied for topographic and quantitative analysis of selected elements in tissues taken from rats subjected to repetitive transauricular electroshocks (ES) and controls (N). The detailed comparisons were carried out for sectors 1 and 3 of the Ammon's horn (CA1 and CA3, respectively), the dentate gyrus (DG) and hilus of DG. The obtained results showed only one statistically significant difference between ES and N groups, namely a higher level of Fe was noticed in CA3 region in the kindled animals. However, further analysis of correlations between the elemental levels and quantitative parameters describing electroshock-induced tonic and clonic seizures showed that the areal densities of some elements (Ca, Cu, Zn) strongly depended on the progress of kindling process. The areal density of Cu in CA1 decreased with the cumulative (totaled over 21 stimulation days) intensity and duration of electroshock-induced tonic seizures while Zn level in the hilus of DG was positively correlated with the duration and intensity of both tonic and clonic seizures

A model of seizure-induced neurodegeneration in dysplastic rat brain

Malformacje rozwojowe, takie jak dysplazja mózgowia i heterotopie okołokomorowe są często związane z lekooporną padaczką u ludzi, a szczególnie dzieci. Ze względu na to, jedyną skuteczną formą terapii padaczki związanej z dysplazją mózgowia pozostaje chirurgiczna resekcja ognisk drgawkowych. W celu stworzenia nowych leków, które być może pozwolą na mniej inwazyjne leczenie tych przypadków epilepsji, konieczne jest lepsze poznanie jej mechanizmów na poziomie komórkowym i molekularnym. Ważnym narzędziem używanym do tego celu są zwierzęce modele dysplazji mózgu. Niniejsza praca koncentruje się na charakterystyce zmian dysplastycznych wywołanych ekspozycją na promieniowanie gamma na różnych etapach rozwoju embrionalnego szczurów oraz na analizie ich związku ze zmianami podatności na eksperymentalnie wywołane drgawki. We wcześniejszych badaniach, w których wykorzystano modele napadów drgawkowych wywołanych podaniem kwau kainowego lub pilokarpiny, profil drgawek był zróżnicowany w zależności od stadium prenatalnego rozwoju, w którym zaburzona była neurogeneza. Związane to mogły być z neurochemicznie specyficznym działaniem pilokarpiny czy kwasu kainowego. Niniejsza praca wykorzystuje model napadów drgawkowych wywołanych szokami elektrycznymi, który dotychczas nie był stosowany do badania zwierząt z dysplazją mózgu. W tym modelu, powtarzająca się elektrostymulacja podprogowa prowadzi do pojawienia się napadów. Ważną zaletą tej procedury, w porównaniu z użyciem czynników farmakologicznych, jest neurochemiczna neutralność stymulacji, a więc brak wybiórczego pobudzania specyficznych układów neuronalnych. Dzięki temu możliwe jest wykrycie bardziej ogólnych zmian podatności na drgawki. Przeprowadzono badania, w których zwierzęta zostały wyeksponowane na działanie promieniowania gamma (dawka 1 Gy) w 13, 15, 17 lub 19 dniu rozwoju embrionalnego (odpowiednio E13, E15, E17 i E19), a po osiągnięciu dojrzałości poddane elektrostymulacji. Do celów porównawczych wykorzystano szczury kontrolne, nienapromienione, ale poddane elektrostymulacji oraz zwierzęta normalne, nienapromienione i niepoddane elektrostymulacji. Celem badań była ocena podatności na napady drgawkowe wywołane elektrostymulacją, a następnie wykrycie charakterystycznych zmian morfologii mózgowia i wybranych aspektów jego struktury wewnętrznej, w tym zmian ilości i rozmieszczenia interneuronów parwalbumino- i kalretynino-pozytywnych. Otrzymane wyniki analizowano łącznie, aby ujawnić związki pomiędzy zmianami dysplastycznymi a podatnością na napady drgawkowe. Wynikiem tych badań było wykrycie licznych zmian anatomicznych, strukturalnych i funkcjonalnych charakterystycznych dla dysplazji mózgu o różnej genezie (wywołanych napromienieniem w różnych stadiach rozwoju). Należą do nich: redukcja grubości ściany kory mózgowej, szczególnie widoczna u zwierząt napromienionych na wczesnych etapach rozwoju embrionalnego (E13, E15), heterotopie okołokomorowe u zwierząt napromienionych w E15 lub E17, zmiany struktury formacji hipokampa oraz dyspersja neuronów piramidowych w rogu Ammona, wykryta tylko u zwierząt napromienionych w E17. Wykazano również zmiany liczby interneuronów, odzwierciedlające możliwe zaburzenia ich migracji w okresie prenatalnym. Tym zmianom strukturalnym towarzyszyły zmiany funkcjonalne widoczne w profilach drgawek wywołanych elektrostymulacją. Grupy zwierząt napromienionych w E13 lub E15 przejawiły wysoką podatność na drgawki toniczne, natomiast bardzo niską na drgawki kloniczne. U zwierząt grupy napromienionej w E17 zależność była odwrotna - niskiej podatności na napady toniczne towarzyszyła wysoka podatnośc na napady kloniczne. Wykryte, istotne korelacje pomiędzy zmianami morfologii i struktury wewnętrznej mózgowia a przebiegiem drgawek oraz ich typem, mogą świadczyć o dużej roli dysplazji w modulowaniu podatności na czynniki epileptogenne. Zróżnicowanie profilów przebiegu i natężenia drgawek, związane prawdopodobnie z aktywnością różnych obszarów mózgu, mogło być spowodowane odmiennymi właściwościami prenatalnie wywołanych dysplazji

Structural changes in the neocortex as correlates of variations in EEG spectra and seizure susceptibility in rat brains with different degrees of dysplasia

Disturbances of the early stages of neurogenesis lead to irreversible changes in the structure of the mature brain and its functional impairment, including increased excitability, which may be the basis for drug-resistant epilepsy. The range of possible clinical symptoms is as wide as the different stages of disturbed neurogenesis may be. In this study, we used a quadruple model of brain dysplasia by comparing structural and functional disorders in animals whose neurogenesis was disturbed with a single dose of 1 Gy of gamma rays at one of the four stages of neurogenesis, that is, on days 13, 15, 17, or 19 of prenatal development. When reached adulthood, the prenatally irradiated rats received EEG teletransmitter implantation. Thereafter, pilocarpine was administered and significant differences in susceptibility to seizure behavioral symptoms were detected depending on the degree of brain dysplasia. Before, during, and after the seizures significant correlations were found between the density of parvalbumin-immunopositive neurons located in the cerebral cortex and the intensity of behavioral seizure symptoms or increases in the power of particular EEG bands. Neurons expressing calretinin or NPY showed also dysplasia-related increases without, however, correlations with parameters of seizure intensity. The results point to significant roles of parvalbumin-expressing interneurons, and also to expression of NPY-an endogenous anticonvulsant and neuroprotectant reducing susceptibility to seizures and supporting neuronal survival

Maternal immune activation affects socio-communicative behavior in adult rats

Abstract A wide body of evidence suggests a relationship between maternal immune activation (MIA) and neurodevelopmental disorders such as autism spectrum disorder (ASD). Since social and communicative deficits are included in the first diagnostic criterion of ASD, we aimed to characterize socio-communicative behaviors in the MIA model based on prenatal exposure to poly(I:C). Our previous studies demonstrated impaired socio-communicative functioning in poly(I:C)-exposed adolescent rats. Therefore, the current study sought to clarify whether these changes would persist beyond adolescence. For this purpose, we analyzed behavior during the social interaction test and recorded ultrasonic vocalizations (USVs) accompanying interactions between adult poly(I:C) rats. The results demonstrated that the altered pattern of social behavior in poly(I:C) males was accompanied by the changes in acoustic parameters of emitted USVs. Poly(I:C) males also demonstrated an impaired olfactory preference for social stimuli. While poly(I:C) females did not differ from controls in socio-positive behaviors, they displayed aggression during the social encounter and were more reactive to somatosensory stimulation. Furthermore, the locomotor pattern of poly(I:C) animals were characterized by repetitive behaviors. Finally, poly(I:C) reduced parvalbumin and GAD67 expression in the cerebellum. The results showed that prenatal poly(I:C) exposure altered the pattern of socio-communicative behaviors of adult rats in a sex-specific manner