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.2009年12月1日；587（第23部分）：5691-708。
doi:10.1113/jphysiol.2009.179945。 Epub 2009年10月19日。

CA1海马癫痫样同步过程中体周GABA能输入的定量动力学和空间分布

伊万·马奇奥尼 1, Gianmaria Maccaferri公司
附属公司

CA1海马癫痫样同步过程中体周GABA能输入的定量动力学和空间分布

伊万·马尔基奥尼等。 生理学杂志. .

摘要

难治性颞叶癫痫患者的体周GABA能量输入似乎较少甚至增加，并被认为有助于病理性放电的产生。然而，其在癫痫样同步化期间的功能活动程度尚未得到彻底调查。因此，尚不清楚区域特异性GABA能输入的结构保留或丢失如何影响网络。在这里，我们利用体外癫痫样活动模型来量化发作间期样放电期间体周GABA（a）受体介导的输入向CA1锥体神经元提供的电荷转移。通过记录GABA能中间神经元的放电和单一突触后电流向靶锥体细胞产生的电荷转移，我们已经估计了通过招募整个体周靶向中间神经元池动态产生的电荷转移，以及产生实验观察到的GABA能量输入所需的体周靶点中间神经元的数量。此外，我们还记录并比较了在不同的膜室（例如体细胞和近端树突）记录的GABA能量输入的动力学和电荷密度。我们的结果表明，GABA（A）受体介导的体周传入在突发同步过程中被大量激活，其动力学特性和电荷密度在体细胞和近端树突处相似。这些功能结果与其他实验室发布的结构数据非常吻合，并加强了这样一种假设，即在顽固性癫痫患者中潜在保存体周GABA能输入可能是产生病理网络活动的关键因素。

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数字

图11
图11。在体细胞近端树突中记录到的突发电流具有类似的特性
一，上部面板：平均种群突发电流（按单位缩放，灰色区域为±s.e.m.公司。)同时记录在体细胞（Is，左）、近端树突（Id，中），并显示重叠（Is、Id，右）。注意类似的动力学。下图是在体细胞或树突（d）的单个记录中测得的动力学参数汇总图（20–80%上升时间，左；100–37%衰变时间，中）。右侧面板显示了由体电极和树枝电极同时测量的膜输入电阻。B类，上部面板显示了在胞体或近端树枝晶处测量的标度电流密度（分别为ρIs、ρId）。躯体痕迹被缩放成统一的比例，而树突记录被归一化以保持正确的比例。痕迹显示为总体平均值±s.e.m.公司。体细胞（ρIs，左）、近端树突（ρId，中）和叠加（ρIs，ρId）的（灰色区域）。下部图显示了所有实验的电极间距（左）、计算的电荷密度（中）以及体电极和树枝状电极的串联电阻（右）。箭头表示两个数据点特别接近且难以区分。
图2
图2。0 mV的突发电流由GABA介导一受体
一，使用标准（p1）或含氟移液管（p2）从锥体神经元同时进行的电压钳记录显示，氟依赖性阻断在0 mV时记录的突发电流，但在−60 mV时未记录。左图，平均轨迹±标准误差（灰色区域）n个=10个实验。在平均之前，用控制移液管记录的细胞痕迹的峰值被缩放到一个单位，而含氟细胞的事件被归一化，以保持正确的峰值比例。右侧面板，0 mV下记录的突发电流电荷转移总图。注意控制神经元和含氟神经元之间的巨大差异。B类，与相同一，但保持电位为−60 mV。注意氟化物对在此电压下记录的突发电流没有影响。
图8
图8。类似突发活动的刺激模式诱导癫痫型ACSF的短期可塑性
主图显示了在向癫痫型ACSF（黑条）过渡期间以0.33 Hz（填充三角形）刺激锥体层诱发的药物隔离IPSC的归一化振幅的时间进程。请注意，转换为类似癫痫样发作的刺激模式（填充正方形：以50 Hz的频率，以1 s的间隔，三个刺激序列）会在序列中产生平均IPSC振幅的强烈抑制。右上角的插图显示了控制中诱发的IPSC的叠加轨迹与。癫痫型ACSF（分别为1和2）。下面的插图显示了对刺激序列（3）的平均响应，而中间的面板显示了控制IPSC（1）与序列中三个IPSC的平均值叠加(公式图像).d日-AP5（50μ米)和NBQX（20μ米)在整个实验过程中都在场。
图1
图1。钾浓度升高引起的网络驱动活动（8.5 m米)和漏镁2+（0米米)在外部浴缸中
一,事后（post-hoc）生物细胞负载金字塔细胞（p）的可视化：注意其广泛的树突状树枝状结构。B类，在电流（上迹线，p1）和电压灯（下迹线，p2，V（V）小时=0 mV）配置。注意，在细胞1的癫痫样放电期间，细胞2中存在自发外向电流（突发电流）。C类，0 mV时的自发爆发电流被GABA完全消除一加巴静受体（12.5μ米，黑色条）。数据来自n个=4个录制。
图7
图7。在癫痫活动期间，通过人群分析可以检测到单一的IPSC
一，控制性ACSF（左）和发作电流发展前向癫痫型ACSF过渡期间单一IPSC的种群分析（右）。痕迹为平均值±s.e.m.公司。通过电流注射在突触前中间神经元（上图）中触发的动作电位的（灰色区域），以及在靶细胞上记录的单一IPSC（下图）。注意记录的稳定性，以及在突发电流发生之前没有效果。B类，癫痫活动期间自发放电产生的单一IPSC。仅显示了突触前动作电位（上部轨迹）和突触后膜电流（下部面板）的总体平均值。请注意，线性拟合用作基线，以纠正目标单元格中由于突发电流（斜虚线）而出现的非平稳条件。垂直虚线用作参考。C类，对照ACSF和癫痫样活动期间记录的单一IPSCs的比较（减去线性漂移后，箭头）。注意不同的振幅。D类，上部插图：控制中单一IPSC提升阶段的非线性拟合（灰线）与。癫痫状态有显著差异(P（P）< 0.05,F类测试）。估计参数为：Y（Y）最大值=13.34微安，X（X）50=3.309毫秒，S公司=1.153毫秒−1控制ACSF中获得的轨迹，以及Y（Y）最大值=5.685微安，X（X）50=2.940毫秒，S公司=1.194毫秒−1用于癫痫活动期间记录的痕迹。下插图：当比较控制条件与存在突发电流的癫痫样活动时，注意到标度单位IPSC上升阶段的潜伏期中点向左偏移（箭头，基线校正后，如C类和D类).E类，面板的相同总体分析B类用于没有突触连接证据的双重记录。请注意，与B类，当前跟踪中不可见向外的“凹凸”。
图5
图5。在0 mV的保持电位下记录的单一IPSC的特性
一突触前中间神经元对正（200 pA）和负（-100 pA）电流阶跃的反应。注意典型的快速尖峰发射模式和没有明显的超极化凹陷。B类，突触前中间神经元（i）之间连接的基本性质，如一和靶锥体细胞（p）：注意重复激活的短期抑制。C类，总结了八个单一连接的绘图。注意IPSC振幅、上升时间和电荷转移的巨大变化，这表明突触前神经元间群的异质性。图中重叠的数据点用箭头突出显示。
图4
图4。癫痫样活动期间中间神经元放电的进一步特性
一，在电流钳中保持的中间神经元（i）和电压钳中保持在0mV的锥体细胞（p）之间的双重记录中的同时活动。B类总结图显示了以下各项的平均分布：左，中间神经元的动作电位与伴生锥体细胞中同时记录的平均突发电流上升时间的20%点之间的潜伏期；中间，爆发时中间神经元的瞬时频率；对了，每个双记录中各个参数之间的关系。
图3
图3。突发电流期间中间神经元的可变尖峰时间
一癫痫样活动期间同时记录的中间神经元（i）-锥体细胞（p）对的解剖学鉴定。左侧显示放射层中的多极中间神经元，而右侧显示水平层定向中间神经元。B类显示了在相邻金字塔单元（p）中同时记录的突发电流期间它们各自的放电模式（i）V（V）小时=0 mV。五个连续的事件被叠加：注意，尽管记录的中间神经元的解剖结构不同，但放电时间的相似性。C类，相对于GABA能量输入动态的峰值时间量化。图中显示了在配对锥体细胞上测量的突发电流上升和下降期间中间神经元放电概率的分布。请注意X（X）这些绘图中使用的轴（和面板D类（左）与突发电流的上升和下降百分比呈线性关系，但与时间无关。D类，左：显示癫痫型GABA期间最大放电概率分布的汇总图一12个中间神经元/锥体细胞双重记录样本中的受体介导电流。请注意，在大多数情况下，最大点火概率发生在突发电流的衰减阶段。右图：同一双记录的每个脉冲电流期间产生的动作电位数量的汇总图。
图12
图12。在不同的实验环境中，在体细胞和近端树突处记录到的突发电流揭示了它们的主要起源
一，在双电压灯配置下记录的突发电流（体，Is；枝晶，Id，V（V）小时=0 mV（两个站点）小于同一站点在混合电压/电流灯配置中记录的事件。将单个实验的平均轨迹缩放为单位，然后求平均值，以构建双电压灯配置下的总体曲线。对混合电压/电流灯配置下记录的反映电流的轨迹进行归一化，以保持比例，并显示从双电压灯切换到单电压灯的效果。平均值±s.e.m.公司。插图中分别显示了黑线和灰色区域。比较体电极在双电压灯（左，上插图）或单电压灯（右，下面板）下记录的电流。类似地，从双电压灯切换到混合配置对树枝状事件的影响分别显示在右上方和下方面板中。B类，总结图，指示在不同实验配置（电压灯，VC；电流灯，I=0）下在胞体和枝晶处记录的电荷转移。还要注意，在双电压灯下计算的胞体和树枝晶处的电荷转移之和大于在单电压灯配置下任何单个电极测量的电荷转移。
图6
图6。树突靶向层oriens中间神经元和锥体细胞之间单一IPSC的性质
一，不同放大倍数下记录细胞的解剖鉴定。左图：注意轴突（箭头）从中间神经元（i）出来，并向锥体细胞（p）的厚近端树突延伸。右：低倍镜下显示两个细胞的树突状树枝状结构。插图显示了中间神经元对200 pA去极化步骤的放电模式以及膜对−100 pA超极化电流脉冲的响应。B类在标准（左）和癫痫型ACSF（右）中，以0 mV记录的单一IPSC。在标准ACSF中，动作电位由短暂（5 ms持续时间）电流脉冲（500 pA振幅）触发。癫痫型ACSF表现为自发活动。突触前中间神经元的放电和锥体细胞的大爆发电流的同时出现，使得很难在单次扫描中区分单一的IPSC。
图10
图10。用于研究突发电流空间分布的电压灯和不同记录配置相关的动态误差
一和B类，胞体和枝晶的混合电压/电流灯配置揭示了突发电流期间的钳位损失。在一躯体处于电压灯下(V（V）小时=0 mV），枝晶处于电流灯下，而相反的配置如所示B类注意与树枝状电压灯相关的较大错误。Is和Id表示在胞体和树突处记录的电流，而Vs和Vd表示在两个膜室处测量的电压。C类左面板，五个双记录体电压灯期间动态误差的平均总体分析。灰色区域表示±s.e.m（标准电气）。右侧面板指示这些实验的电极间距离。D类，在体细胞和树突状位点同时电压灯。注意，电流的大小比一和B类中的数据一,B类和D类形成同一双录音。
图9
图9。与体细胞和树突状电压灯记录相关的稳态误差的量化
一，来自锥体神经元的同时记录的IR-DIC图像。两个移液管之间的距离为40μm。B类，分别从胞体/枝晶（上面板）和枝晶/胞体（下面板）中的混合电压/电流灯配置中采样迹线。VCs=胞体处的电压灯，VCd=树枝晶处的电压灯管，I=0s=胞体处的电流灯管，I=0d=枝晶处的电流灯。注意体电极记录的电流较大，树枝状电压灯产生的稳态和动态电压误差较大。虚线设置为0 mV电位下的参考。C类，总结了两种不同配置下的稳态误差。Vc表示电压灯电极中的命令电压，而Vd和Vs分别是电流灯移液管在树枝晶和胞体处测得的电位。
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中的注释

  • 癫痫样发作的抑制作用有多大？
    巴甫洛夫一世，库尔曼DM。 巴甫洛夫一世等人。 生理学杂志。2010年1月1日；588（第1部分）：17-8。doi:10.1113/jphysiol.2009.184150。 生理学杂志。2010 PMID：20045901 免费PMC文章。 没有可用的摘要。

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