A nucleus pedunculopontinus a retikuláris aktivációs rendszer egy kolinerg magja. Élettani jelentőségét az adja, hogy az alvás-ébrenlét ciklusok szabályozásában, a szenzoros kapuzásban és a mozgásszabályozásban játszik fontos szerepet.
A PPN neuronjainak csoportosítására számos kísérlet történt. Az in vitro kísérleteken alapuló csoportosítás funkcionális tulajdonságokat alapul véve csoportosította a PPN neuronjait. Azonban a funkcionális tulajdonságok a neuronok morfológiai markereivel történő korrelálása mindezidáig nem történt meg.
A jelen munka első részében a korábbi, post hoc neurokémiai sejtazonosításra épülő csoportosítást vizsgáltuk felül transzgén technikán alapuló sejtazonosítás segítségével.
Megállapítottuk, hogy az A-árammal rendelkező kolinerg neuronok két további csoportra, korai és késői tüzelésű neuronokra bonthatóak. Kimutattuk továbbá, hogy az A-áram, az alacsony küszöbű tüskék és a magas küszöbű membránpotenciál-oszcillációk is változó eloszlást mutatnak a rostrocaudalis tengely mentén.
A rostrocaudalis tengely mentén általunk leírt számos különbség potenciálisan a Parkinson-kór esetén végzett mély agyi stimuláció hely szerint különböző kimeneteleinek a sejtszintű elektrofiziológiai hátterét jelentheti.
A PPN számos, az alvás-ébrenlét ciklusokat befolyásoló neuromodulációs mechanizmus célpontja. Így munkánk második részében célul tűztük ki, hogy az orexinnek a SIC-ekre (fázisos lassú befelé irányuló áramok) kifejtett hatását vizsgáljuk. Megállapítottuk, hogy ha a kiinduló SIC aktivitás alacsony volt, az orexin növelte azt; míg ha a SIC aktivitás kontroll körülmények között magas volt, az orexin csökkentette azt. Ez a feltehetően NMDA receptor aktiváció vagy deszenzitizáció által okozott jelenség megegyezett az összes, általunk vizsgált neuromodulációs hatás esetén. A megfigyelt jelenség feltehetően egy aspecifikus, közös, asztrocitafüggő komponense a neuromodulációs hatásoknak, és a neuronális deszinkronizáció mértékét hivatott szabályozni.The pedunculopontine nucleus (PPN) is a part of the reticular activating system. Its main physiological functions are the participation in regulation of sleep-wakefulness cycles, sensory gating and movement. Early electrophysiological studies characterized and grouped PPN neurons based on certain functional properties (i.e., the presence or absence of the A-current, spike latency, and low threshold spikes). However, systematic assessment of these properties and correlation of them with morphological markers are still missing.
In the first part of my work, we re-assessed functional grouping of neurons according to their functional properties. The neurochemical identification of neurons was previously based on post hoc cell identification, whereas we used transgenic techniques for this purpose. We found that cholinergic neurons possessing A-current can be further distinguished as early- and late-firing neurons. Furthermore, we demonstrated that the A-current, the low threshold spikes and the high threshold membrane potential oscillations have uneven distribution along the rostrocaudal axis of the nucleus. Numerous rostrocaudal differences in functional neuronal properties might serve as a background of the different outcomes of deep brain stimulation in Parkinson's disease targeting different parts of the pedunculopontine nucleus.
Orexinergic actions stabilize wakefulness by acting on the nuclei of the reticular activating system, including the pedunculopontine nucleus. In the second part of my work, we investigated orexinergic neuromodulatory actions on astrocyte-mediated neuronal slow inward currents of pedunculopontine neurons and their relationships with tonic currents by using slice electrophysiology on preparations from mice.
We found that orexin stimulated SIC activity if it was low under control conditions, whereas it inhibited SIC activity if it was high in control. This phenomenon caused by NMDA receptor activation or desensitization was identical in case of all previously investigated neuromodulatory agents (cannabioid, serotonergic and muscarinic agonists). The observed phenomenon is potentially an aspecific, common, astrocyte-dependent component of neuromodulatory actions and its role might be the regulation of neuronal desynchronization
