Ex Vivo optogénétiques Dissection de circuits Peur en tranches cérébrales

des outils précis pour la visualisation et l'activation simultanée de connexions spécifiques entre les zones du cerveau et des types spécifiques de neurones sont de plus en plus important dans la compréhension des fonctions cérébrales et des maladies connectivité fonctionnelle états sains sous-jacents. Idéalement, cela implique une enquête physiologique des propriétés synaptiques précises avec lesquelles identifiés neurones communiquent. Cela est particulièrement vrai pour les connexions entre les zones du cerveau qui ne peuvent être conservés dans une seule tranche de cerveau aiguë. Dans le passé, cela a été réalisé en grande partie dans des expériences séparées. D'une part, les traceurs neuronaux injectés in vivo ont été employés combinée à la lumière ultérieure ou de l' analyse au microscope électronique des partenaires pré- et post – synaptiques. D'autre part, lorsque des faisceaux de fibres à partir de la région d'origine sont conservées et accessibles dans la préparation de tranches, la stimulation électrique a été utilisé pour évaluer les mécanismes de communication synaptiques avec des cellules dans la région cible,.

Avec l'avènement de l' optogénétique, l'expression ciblée de cations-canaux de lumière-gated, comme Channelrhodopsins (CHRS) fusionnée à des protéines fluorescentes, permet désormais l' activation des neurones et de leurs trajectoires axonales tout en permettant leur visualisation et l' analyse post-hoc anatomique ^{1- 4.} Parce que les axones ChR exprimant peuvent être stimulés même quand il est coupé du parent somata ^5, il est possible dans le cerveau des tranches à: 1) évaluer les contributions des régions du cerveau qui ne sont pas accessibles avec une stimulation électrique classique parce que des faisceaux de fibres ne sont pas séparables ou la trajectoire spécifique On ne sait pas; 2) d'identifier sans équivoque la région d'origine pour les entrées spécifiques qui ont été postulées mais incomplètement comprises; et 3) étudier la connectivité fonctionnelle entre les types cellulaires définis, à la fois localement et dans les projections à long terme. En raison d'un certain nombre d'avantages, cette cartographie optogenetic de circuits dans des tranches de cerveau est devenu largely utilisé dans les dernières années, et une variété de vecteurs viraux pour l'expression de CHRS fluorescence marqués sont facilement disponibles auprès de fournisseurs commerciaux. Quelques avantages clés d'activation optogenetic sur la stimulation électrique conventionnelle ne sont pas des dommages aux tissus en raison de placement des électrodes de stimulation, la spécificité de la stimulation de la fibre parce que la stimulation électrique peut également recruter des fibres de passage ou d'autres cellules voisines, et une stimulation aussi rapide et temporellement précis. En outre, l' injection stéréotaxique de vecteurs viraux peut facilement être ciblée sur des zones spécifiques du cerveau ⁶ et une expression spécifique conditionnelle ou de type cellulaire peuvent être réalisés en utilisant l' expression Cre dépendant et / ou des promoteurs spécifiques ^7. Ici, cette technique est appliquée pour la cartographie de longue portée et de circuits locaux dans le système de la peur.

L'amygdale est une région clé pour l' acquisition et l' expression de la peur, et le stockage de la peur et de souvenirs émotionnels ^8,9. Outre from l'amygdale, le cortex médial préfrontal (CPFm) et de l' hippocampe (HC), des structures qui sont réciproquement connectés à l'amygdale, sont impliqués dans les aspects de l' acquisition, la consolidation et la récupération de la peur et d' extinction des souvenirs ^10,11. L' activité dans les subdivisions de la CPFm semble jouer un double rôle dans le contrôle de la peur à la fois haute et basse déclare ^12,13. Cela pourrait être en partie médiée par des liaisons directes de CPFm à l'amygdale qui permettrait de contrôler l'activité de l'amygdale et de sortie. Par conséquent, au cours des dernières années, plusieurs études ont commencé en ex vivo des expériences de tranche pour étudier les interactions synaptiques entre afférences MPFC et les cellules cibles spécifiques dans l'amygdale ^14-17.

Au cours de l'apprentissage de la peur, l'information sensorielle au sujet conditionné et inconditionné stimuli atteint l'amygdale via des projections des régions thalamiques et corticales spécifiques. Plasticité de ces entrées pour les neurones dans la partie latérale (LA) du BASOLamygdale ateral (BLA) est un mécanisme important qui sous – tend la peur conditionné ^9,18. Des preuves croissantes suggèrent que les processus de plastique parallèles dans l'amygdale impliquent des éléments inhibiteurs pour contrôler la peur mémoire ^19. Un groupe de neurones inhibiteurs en cluster sont les GABAergiques paracapsular intercalés cellules médiales (de mpITCs), mais leur connectivité et la fonction précise est incomplètement compris ^20-22. Ici, la cartographie du circuit optogenetic est utilisé pour évaluer afférentes et efférentes la connectivité de ces cellules et leur impact sur ​​les neurones cibles dans l'amygdale, ce qui démontre que mpITCs reçoivent l' entrée sensorielle directe des stations de relais thalamiques et corticales ^23. expression spécifique de ChR en mpITCs ou neurones BLA permet la cartographie des interactions locales, révélant que mpITCs inhibent, mais sont également mutuellement activé par, BLA principaux neurones, les plaçant dans des circuits inhibiteurs feed-forward et de rétroaction nouvelles qui contrôlent efficacement l'activité de BLA23.