Agyi hálózatok kutatási lehetőségei: kombinált elektrofiziológiai, viselkedési és molekuláris módszerek

Hasonló dokumentumok
Egy idegsejt működése. a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál

a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál. Nyugalmi potenciál. 3 tényező határozza meg:

Az idegsejtek kommunikációja. a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció

Az idegsejtek diverzitása

Ex vivo elektrofiziológia. Élettani és Neurobiológiai Tanszék

a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció. Szinaptikus jelátvitel.

-Két fő korlát: - asztrogliák rendkívüli morfológiája -Ca szignálok értelmezési nehézségei

Ex vivo elektrofiziológia. Élettani és Neurobiológiai Tanszék

Gyógyszerészeti neurobiológia. Idegélettan

A tanulási és emlékezési zavarok pathofiziológiája. Szeged,

Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet

Nemszinaptikus receptorok és szubmikronos Ca2+ válaszok: A két-foton lézermikroszkópia felhasználása a farmakológiai vizsgálatokra.

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Membránpotenciál, akciós potenciál

KÉSZÍTETTE: BALOGH VERONIKA ELTE IDEGTUDOMÁNY ÉS HUMÁNBIOLÓGIA SZAKIRÁNY MSC 2015/16 II. FÉLÉV

A sejtmembrán szabályozó szerepe fiziológiás körülmények között és kóros állapotokban

Adatelemzési eljárások az idegrendszer kutatásban Somogyvári Zoltán

Az egyedi neuronoktól az EEG hullámokig Somogyvári Zoltán

Mikroelektródás képalkotó eljárások Somogyvári Zoltán

Idegrendszer egyedfejlődése. Az idegszövet jellemzése

Az idegi működés strukturális és sejtes alapjai

Érzékszervi receptorok

Az ioncsatorna fehérjék szerkezete, működése és szabályozása. A patch-clamp technika

A somatomotoros rendszer

Nusser Zoltan. Celluláris Idegélettani Laboratórium MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet Budapest

Ca 2+ Transients in Astrocyte Fine Processes Occur Via Ca 2+ Influx in the Adult Mouse Hippocampus

IONCSATORNÁK. I. Szelektivitás és kapuzás. III. Szabályozás enzimek és alegységek által. IV. Akciós potenciál és szinaptikus átvitel

Bevezetés a központi idegrendszer élettanába. Témák

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Receptor felépítése. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Membránpotenciál. Nyugalmi membránpotenciál. Akciós potenciál

Szinaptikus folyamatok

Az akciós potenciál (AP) 2.rész. Szentandrássy Norbert

Nagyon köszönöm a disszertáció alapvetően pozitív megítélését és a gondos bírálatot. A következőkben válaszolok a feltett kérdésekre.

Egy idegsejt működése

A membránpotenciál. A membránpotenciál mérése

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Inger Modalitás Receptortípus. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

szabályozásában Gulyás Attila

OTKA ZÁRÓJELENTÉS Magasabbrendű talamikus magvak serkentő és gátló kontrollja

Az agy sejtszerkezeti és működési vizsgálata. Élettani és Neurobiológiai Tanszék

Funkcionális konnektivitás vizsgálata fmri adatok alapján

Pszichiátriai zavarok neurobiológiai alapjai

Az agykéreg szerveződése

A látás alapjai. Látás Nyelv Emlékezet. Általános elv. Neuron idegsejt Neuronális hálózatok. Cajal és Golgi 1906 Nobel Díj A neuron

Az agykérgi gátló idegsejt hálózatok konvergens és divergens elemeinek a vizsgálata. Ph.D. tézisek. Szabadics János

A-téma: Hippokampális gátlósejttípusok szinaptikus kapcsolatainak jellemzése 1) Az agykéregben található gátlósejtek aktivitási szintje jelentősen

AZ IDEGSEJTEK KÖZTI SZINAPTIKUS KOMMUNIKÁCIÓ Hájos Norbert. Összefoglaló

Az agyi jelek adaptív feldolgozása MENTÁ LIS FÁ R A DT S ÁG MÉRÉSE

Humán asztrociták. Nagyobb és komplexebb. idegrendszeri fejlődésben jelentős szerepű

A pályázat célul tűzte ki a gerincvelői nociceptív ingerületfeldolgozást végző érző és a gerincvelői szintű motoros működéseket irányító mozgató

Az alvás biológiája. Lőrincz Magor

A sejtek közöti kommunikáció formái. BsC II. Sejtélettani alapok Dr. Fodor János

IONCSATORNÁK. Osztályozás töltéshordozók szerint: pozitív töltésű ion: Na+, K+, Ca2+ negatív töltésű ion: Cl-, HCO3-

Neuronok előkészítése funkcionális vizsgálatokra. Az alkalmazható technikák előnyei és hátrányai. Neuronok izolálása I

Dr. Lendvai Balázs Preszinaptikus moduláció megfigyelése 2-foton képalkotással A téma címe:.. A kutatás időtartama: Témavezető neve:..

CELLULÁRIS SZÍV- ELEKTROFIZIOLÓGIAI MÉRÉSI TECHNIKÁK. Dr. Virág László

Látás Nyelv - Emlékezet. ETE47A001/2016_17_1/

Kódolás az idegrendszerben

1. Propriospinalis axon - gerincvelői motoneuron párok korrelatív fiziológiai, morfológiai vizsgálata és számítógépes modellezése

Neurotoxikológia VII. Neurotoxikológiai vizsgáló módszerek elektrofiziológia és viselkedésvizsgálat

Synchronization of cluster-firing cells in the medial septum

A Különböző típusú GABAerg interneuronok szerepe a hippokampális gamma oszcillációkban című OTKA (T49517 sz.) pályázat zárójelentése

Látás Nyelv - Emlékezet. ETE47A001/ /

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Inger Modalitás Receptortípus. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Tanulás az idegrendszerben. Structure Dynamics Implementation Algorithm Computation - Function

AZ ÖSZTROGÉN ÉS A DEHIDROEPIANDROSZTERON SZEREPE A SZINAPTIKUS ÁTRENDEZŐDÉSBEN

II. félév, 8. ANATÓMIA elıadás JGYTFK, Testnevelési és Sporttudományi Intézet. Idegrendszer SYSTEMA NERVOSUM

Az ingerületi folyamat sejtélettani alapjai

Az érzékelés biofizikájának alapjai. Érzékelési folyamat szereplői. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

AZ IDEGSZÖVET Halasy Katalin

Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Biofizika szeminárium

SZOCIÁLIS VISELKEDÉSEK

Limbikus rendszer Tanulás, memória

Eredmény: 0/199 azaz 0%

Sáry Gyula SZTE ÁOK Élettani Intézet

Az agykéreg és az agykérgi aktivitás mérése

Elektromos ingerlés ELEKTROMOS INGERLÉS. A sejtmembrán szerkezete. Na + extra. Elektromos ingerlés:

Ujfalussy Balázs Idegsejtek biofizikája Harmadik rész

A kutatási programnak megfelelően a pályázati beruházásokkal és saját fejlesztéssekkel megteremtettük a sokcsatornás multiunit elvezetések alapvető

Magasabb idegrendszeri folyamatok

FEJEZETEK AZ ÉLETTAN TANTÁRGYBÓL

A LÁTÁS BIOFIZIKÁJA AZ EMBERI SZEM GEOMETRIAI OPTIKÁJA. A szem törőközegei. D szem = 63 dioptria, D kornea = 40, D lencse = 15+

IDEGSZÖVET 1. neuronok felépítése, típusai, végszervei 2. gliasejtek típusai és funkciója

Sejt - kölcsönhatások az idegrendszerben

A hippokampális gamma oszcillációk keletkezésének sejtszintű mechanizmusai és kannabinoidok által történő szabályozása. Dr.

Jegyzőkönyv. dr. Kozsurek Márk. A CART peptid a gerincvelői szintű nociceptív információfeldolgozásban szerepet játszó neuronális hálózatokban

Pázmány Péter Katolikus Egyetem. Információs Technológiai és Bionikai kar. Kerekes Bálint Péter

Agy a gépben gép az agyban:

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Hippocampalis principális sejtek és interneuronok szinaptikus kapcsolatrendszerének kvantitatív elemzése

A kémiai szinapszis (alapok)

A sejtek membránpotenciálja (MP)

Az idegrendszer és a hormonális rednszer szabályozó működése

dc_349_11 MTA Doktori Értekezés Tézisei A hippocampus gátló neuronhálózatainak átalakulása temporális lebeny eredetű epilepsziában Maglóczky Zsófia

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektromos ingerelhetőség. A membránpotenciál mérése. Panyi György

EEG Alvás Napszaki ritmusok

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Idegsejtek közötti kommunikáció

1. Mi jellemző a connexin fehérjékre?

A neurogliaform sejtek szerepe az agykéregben

Átírás:

Agyi hálózatok kutatási lehetőségei: kombinált elektrofiziológiai, viselkedési és molekuláris módszerek Arszovszki Antónia MTA-ELTE NA B Molekuláris és Rendszer Neurobiológiai Kutatócsoport

Mi alkotja az agyat? ~ 2.6 x 10 9 16 x 10 9 a becsült neuron mennyiség eltérő denzitás a különböző agyterületeken: (agranuláris kéreg: 14-18 neuron/0,001 mm 3, látókéreg : 40-100 neuron/0,001 mm 3 ) ~10% neuron ~90% ~10% ~90% glia astroglia mikroglia oligodendrocyta serkentősejt (glutamáterg) vetítő piramissejt gátlósejt (GABAerg) lokális interneuron vetítő interneuron

etilla terminológia avagy mi alapján kategorizáljuk az idegsejteket? Morfológiai jellemzők Szóma alak méret; orientáció Dendritek arborizáció polaritás elágazások finom struktúra posztszinaptikus elemek Axon iniciális szegmentum arborizáció terminalis alakja elágazások butonok szinaptikus célterületek The etilla Interneuron Nomenclature Group (ING, 2008) A64- Kapcsolatok kémiai és/vagy elektromos szinapszisok forrás elhelyezkedés és eloszlás Lasztóczi & Klausberger, 2014)

etilla terminológia avagy mi alapján kategorizáljuk az idegsejteket? calbindin Molekuláris jellemzők transzkripciós faktorok (c-fos) neurotranszmitterek vagy szintetizáló enzimeik (TH) neuropeptidek kálcium-kötő fehérjék (calbindin, parvalbumin, calretinin.) receptorok: ionotrop; metabotrop szerkezeti fehérjék sejtfelszíni markerek ion-csatornák konnexinok transzporterek neurobiotin

Típus: piramissejt (70%) kortex, hippokampusz, amygdala szaglógumó, striatum, középagy, köztiagy, gerincvelő Serkentősejtek iramissejtek Morfológiai jellemzők: jellegzetes piramis alakú szóma 2 különböző (apikális, bazális ) tüskés dendritfa tüske: legtöbb serkentő bemenet ide érkezik szinaptikus integráció!!! Neurotranszmitter: glutamát - NMDA, AMA receptorok Molekuláris jellemzők: kálcium-kötő fehérje (CB+ ;CB-) rojekció: számos távoli agyterületre Egyéb serkentő sejttípusok: szemcsesejt (hipp.), tüskés csillagsejt (kortex) Egyéb serkentő neurotranszmitter: acetilkolin, katekolaminok, szerotonin, hisztamin (Arszovszki et al., 2014) a/ Wooley et al., 1996 b/ Matus, 2000

Típusok: lokális interneuron (struktúrán belül marad, serkentősejteket gátol) interneuron-specifikus interneuron (struktúrán belül marad, interneuronokat gátol) Gátlósejtek Interneuronok -/+ kapcsolat -/- kapcsolat vetítő interneuron (kilép a struktúrából és távolabbi területeken lévő sejteket gátol) -/+;-/-; kapcsolat Morfológiai jellemzők: szóma alakja heterogén (fusiform, poligonális, kerek ) dendrit leggyakrabban sima, ritkán tüskés Molekuláris jellemzők: rendkívül heterogén Neurotranszmitter: GABA GABAA, GABAB Feed-back gátlás + - Feed-forward gátlás + -

Hippocampus (dca1) 1. Szomatikus interneuronok: (lokális) (1-4) 2. Dendritikus interneuronok: (lokális/projekciós) (5-18) 3. Interneuron-specifikus interneuronok: (19-21) CB+ piramissejt CB- piramissejt

etilla terminológia avagy mi alapján kategorizáljuk az idegsejteket? Elektrofiziológiai jellemzők A (unit) asszív vagy küszöb alatti paraméterek: nyugalmi membrán potenciál membrán idő állandó bemeneti ellenállás oszcilláció és rezonancia rektifikáció Akciós potenciál (A) jellemzők: amplitúdó küszöb fél-szélesség (half-width); hiperpolarizáció utáni szakasz depolarizáció utáni szakasz A hullámforma változások dendritikus visszaterjedés depolarizációs plató Tüzelési mintázat: oszcillatórikus és rezonáns viselkedés stimulációkra adott válaszok extracellulárisan elvezetett tüzelés (unit/spike) oszcillációhoz viszonyuló fáziskapcsoltság funkcionális válasz specifitás autokorreláció / keresztkorreláció lokális mezőpotenciál (LF) változásai osztszinaptikus válaszok: spontán és kiváltott S receptor alegységek aránya térbeli és időbeli összegződés rövid- és hosszú távú plaszticitás réskapcsolatok (gap junctions)

EEG rágcsálókban 500ms 1mV 100ms 1mV lassú hullám 0.1-1 Hz lassú hullámú alvás delta 1-4 Hz lassú hullámú alvás theta 4-8 Hz exploráció, szenzoros feldolgozás, REM alvás (paradoxical sleep) (alpha 9-13 Hz éber inaktív állapot) béta 14-30 Hz szenzoros feldolgozás gamma 30-80 Hz exploráció, szenzoros feldolgozás, REM alvás éleshullám (sharp-wave ripple) 100-200 Hz mozdulatlan állapot, táplálkozási magatartás, lassú hullámú alvás

Hálózatkutatás http://www.fokusz.info matematikai hálózat kommunikációs hálózat (facebook ) számítógépes hálózat (internet ) vállalati hálózat közlekedési hálózat. mesterséges neuronhálózat F C B A https://www.extremetech.com D E

Valódi neuronhálózat IR becsült szinapszisok száma : 10 14 több száz/több ezer szinapszis érkezik egy sejttestre és dendritjeire sok sejt felől egyszerre a dendritekre érkező jelek összeadódnak, ha elérik a küszöböt A keletkezik és az ingerület az axonon elindul a célsejtek felé (axonelágazások) nem digitális rendszer A kivételével a szinapszisok nem állandóak, dinamikusan változnak időben hosszú projekciók esetén vagy direkt a célterületre vetít a sejt vagy átkapcsol valahol (direkt kapcsolat vs. sorba kapcsolt) egyes agyterületen ritmusgenerátor sejtek (oszcillációk) távoli agyterületek közti fáziskapcsoltság

szóma tüskés dendrit iramissejt + axonelágazás serkentő bouton axon (mielinizált főaxon) Interneuron axon - l gátló bouton sima dendrit vetítő lokális interneuron-specifikus vetítő

Neuronhálózatok:huzalozás - 1.agyterület + l 2.agyterület l + 1.agyterület 2.agyterület + - l + + l

Neuronhálózatok:huzalozás 1.agyterület 2.agyterület - l + + - l + 1.agyterület 2.agyterület + + - - l l l + l +

Neuronhálózatok: precíz időzítés 1.agyterület 2.agyterület + - l - + + l + + 3.agyterület + - + l

Neuronhálózatok: precíz időzítés 1.agyterület 2.agyterület - l + + - l + Időleges csatoltság kialakulása: először helyben, majd távoli területek között Az oszcillációk szinkronitásának térbeli eloszlása konnektom változik-e egy bizonyos folyamat során. l 1:1 fázis szinkron 1:4 fázis szinkron fázis-amplitúdó szinkron alva és alva, 2012 alapján

Neuronhálózatok: fáziskapcsoltság theta oszcilláció (4-8 Hz) unit LF - + - l + + + theta viselkedő patkányban (6-9Hz) exploráló magatartásnál REM alvásban uretán altatásban (3-6Hz) +

Hagmann et al., 2008, alapján Konnektom: hálózati térkép Konnektom: az idegrendszeri strukturális kapcsolatok teljes leírása (huzalozás) Konnektomika: sejtcsoportok, hálózatok feltérképezése, adatelemzés funkcionális képalkotó módszerek, diffúziós eljárások (fmri, ET ) http://humanconnectome.org

Az agy kapcsolatainak szintjei Strukturális kapcsoltság (anatómiai kapcsolatok) Funkcionális kapcsoltság (koherencia, korrelációk) Effektív kapcsoltság (információáramlás) fmri EEG TMS MEG http://www.scholarpedia.org/article/brain_connectivity

Inger feldolgozás viselkedés MÉM: 10%? LUCY tévhit https://www.reddit.com

Elektrofiziológia Anatómia Funkcionális képalkotó módszerek Neuronhálózat Optogenetika Molekuláris biológia OMICS Matematikai modellek, AI

Hálózatkutatásban alkalmazott kombinálható technikák Anatómiai kapcsolatok: (időben rögzített) retrográd/anterográd tracerek (vírusok) immunhisztokémia (IHC) in situ hibridizáció (ISH) fluorescens, fény- és elektronmikroszkópia 3D rekonstrukció átlátszó agy/patkány projekt www.youtube.com Funkcionális kapcsolatok: (valós idejű) elektrofiziológia funkcionális képalkotó módszerek (fmri, ET, NIRS, SECT, MEG ) 2-foton mikroszkópia fluorescens molekulával jelölt partikulumok (fehérje, mrns stb ) nyomonkövetése optogenetika, optofarmakológia (Chudakov és mtsai, 2010)

Elektrofiziológia egy/többelektródás rendszerek Egyelektródás elvezetések: (üveg, fém) elektród/neuron pozíciója alapján: extracell, juxtacell, intracell Előnyök: elektrolit oldat összetétele választható (KCl, NaCl stb ) elvezetés után sejtjelölés, részletes morfológia, sejtprofil meghatározás, 3D rekonstrukció drót: egyszerű, olcsó, adott területről EEG-t és multi-unitot elvezetni Többelektródás rendszerek: (üveg-, fém-, szénelektródok) sejthálózatok populációs aktivitásának vizsgálata horizontális, vertikális, (tetród, optród, 16, 32, 64, 128, fólia) Előnyök: csatornaszámtól függően akár többszáz sejt tüzelési mintázatának egyidejű értékelése

Elektrofiziológia egyelektródás rendszerek Juxtacell Intracell Extracell Extracelluláris (üveg) Juxtacelluláris (üveg) Intracelluláris (üveg) atch-clamp (üveg) Egyszerű drót (fém) Előny: egyedi sejt tulajdonságai mérhetőek Hátrány: kis elemszám Na + Cl - Na + Cl - Ca 2+ K + K + K + Ca 2+ K + Ca 2+ K + K + Ca2+ Ca 2+ K + K+ Cl - Na + Na + Na + Cl - Cl - Cl - Na + Na +

Intracelluláris elvezetés (sharp electrode) : Elektrofiziológia üvegelektródák Mit mérünk? membrán jellemzők, membránpotenciál Hol mérjük? In vitro: szeletben In vivo: altatott állatban Előnyök: nagyon részletes intracell jel sejtjelölés, post-hoc azonosítás Technikai jellemzők: hegyméret: <1µm ellenállás: >40mΩ pipetta: 3M KCl + Lucifer yellow (leggyakrabban) konfiguráció: current-clamp

Juxtacelluláris elvezetés/jelölés Elektrofiziológia üvegelektródák Mit mérünk? neuron részletes tüzelési mintázata (unit) környezet mezőpotenciálja (LF) Hol mérjük? In vivo: altatott In vivo: szabadon mozgó Előnyök: sejtjelölés, post-hoc azonosítás részletes morfológia, neurokémiai profil, 3D rekonstrukció Technikai jellemzők: hegyméret: ~1µm ellenállás: 10-30mΩ pipetta: NaCl + jelölőanyag (neurobiotin) konfiguráció: current-clamp

Juxta: Elvezetés és jelölés üvegelektróddal spontán tüzelési mintázat (NaCl + neurobiotin) stimulálható a sejt (ingerlés, eltérő elektrolit összetétel) sejt/dendritek feltöltése részleges vagy teljes axonhálózat a túlélési idő függvényében

Juxta: Analízis Tüzelési mintázat: Regular spiking Fázis-korreláció: Theta melyik fázisán tüzel a sejt? unit Bursty LF Cluster-firing Éleshullám esetén aktiválódik vagy gátlódik a sejt? Autocorrelogram / Cross-correlogram Van-e korreláció egy idősor (EEG) alatt bekövetkező saját események (unit) vagy két sejt tüzelése között? 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Borhegyi Zs. ábrája

Juxta: Morfológia, IHC, projekció, térképezés + 3D rekonstrukció Morfológia: Hol a sejt? Hogy néz ki? Molekuláris profil: Milyen markerfehérjét tartalmaz? rojekció: 3D rekonstrukció összevetve az agy atlaszokkal Rosral Z Caudal

Juxta: vca1 vetítő piramissejt + 1 3 2 A64- (Arszovszki et al., 2014)

- l Juxta: Minden egyben Lokális interneuron a basolaterális amygdalában, amely kapcsolódik a hippokampális theta oszcillációhoz (Bienvenu et al. 2012)

Juxta kombinációk: Szabadon mozgó állatban viselkedési paradigmában + Előny: Mit csinál 1 neuron adott viselkedés közben? ost-hoc azonosítás lehetősége, 3D rekonstrukció Hátrány: komplikált technika stabilitási problémák viselkedési paradigma esetén előtte hosszú habituáció, tréning

Magasrendű kortikális funkciók vizsgálata: szabálykövetés-döntés Wisconsin card sorting test 3 szabály random változik: szín szám forma https://en.wikipedia.org

Hogyan modellezzük a humán teszteket a patkányokban? (Borhegyi és Klausberger, nem publikált kísérlet) atkány a D kiinduló pontból indul, ahol mindig kap egy kis cukros folyadék jutalmat Választ egy cél-kart, ahol ha a válasz megfelel az aktuális szabálynak szintén jutalmat kap A következő kört a kiindulópontra való visszatéréssel indítja róba-szerencse alapján kell tanulnia Teszthelyzetben a már megtanult szabály megváltozik olyanra amit még nem ismer Karim Benchenane et al., Neuron 66, 921 936, June 24, 2010

Szabadon mozgó juxta: morfológia molekuláris profil (Borhegyi és Klausberger, nem publikált ábra)

Juxta kombinációk: rögzített fejű, de mozgó állatban mesterséges vizuális környezetben változatos viselkedési paradigmák lehetősége multiszenzoros funkciók vizsgálata kombinálható egyéb technikákkal (elektrofiziológia, optogenetika, calciumimaging ) https://brainwindows.wordpress.com/2009/10/14/pl aying-quake-with-a-real-mouse/ (Aharoni, 2013 disszertáció )

atch-clamp: Elektrofiziológia üvegelektródák Mit mérünk? szinaptikus események, csatorna tulajdonságok membránpotenciál Hol mérjük? In vitro: szeletben Előnyök: sokrétű, nagyfelbontású jel citoplazma kinyerése, részleges vagy teljes mrns profil (szekvenálás, CR) monoszinaptikus kapcsolatban lévő sejtpárok feltérképezése Technikai jellemzők: hegyméret: 1-2µm ellenállás: 3-8mΩ pipetta: KCl / citoplazma kinyerése konfiguráció: voltage-clamp vagy current-clamp

Egyszerű drótelektród (single wire): Elektrofiziológia fémelektródák Mit mérünk? LF Hol mérjük? In vivo: altatott állatban In vivo: szabadon mozgó állatban Előnyök: részletes LF és multi-unit elvezetés, akár viselkedés közben is egyszerű, olcsó Hátrány: nincs sejtazonosításra lehetőség

Elektrofiziológia többelektródás rendszerek multi-barell elektród tetród (8, 16, 32, 64, 128.) silicon probe fésűelektród fóliaelektród Előny: Csatornaszámtól függően akár többszáz sejt tüzelési mintázatának egyidejű értékelése viselkedés közben!!! Hátrány: sejtek ismeretlenek klaszteranalízis átlagol Buzsaki 2004, Nat Rev Neurosci

Elektrofiziológia többelektródás rendszerek fémelektródák Tetród, optród és társai Mit mérünk? tüzelési mintázat + LF Hol mérjük? In vivo: szabadon mozgó állatban Előnyök: csatornaszámtól függően akár többszáz sejt tüzelési mintázatának egyidejű értékelése részletes LF és tüzelési mintázat viselkedés közben hosszú időn keresztül mérhető jel Technikai jellemzők: méret: 15µm ellenállás: 100-400kΩ konfiguráció: referencia

Elektrofiziológia tetród, optród és társai (Anikeeva et al., 2012)

Elektrofiziológia analízis Extracelluláris unit válogatás (cluster-analysis) serkentő és gátlósejtek eltérő spike alak, autokorrelogram

Elektrofiziológia silicon probe technológia Előnyök: Réteges struktúrában a vertikális rétegek közötti eltérő LF mérhető a csatorna közti távolság függvényében (CSD). Lasztóczi B. kísérlete nyomán

Elektrofiziológia többelektródás rendszerek

Elektrofiziológia analízis iramis sejt modell: átlagolt akciós potenciálok sejttesten, dendriteken eltérő spike alak (Schomburg et al. 2012)

Térbeli lokalizáció helysejtek HD sejtek (fejforgatás) gridsejtek határsejtek (Hartley et al., 2014)

Térbeli lokalizáció: helysejtek helysejtek által kódolt helymező kör alakú arénában O Keefe and Nadel, 1978 után piramissejt ami fáziskapcsolt (theta) helyet kódol (J. O Keefe and M. Recce,1993.)

Theta fázis kapcsoltság A helysejt időzítése (spike) kapcsolódik a theta oszcillációhoz és helyet kódol a lineáris karon O Keefe & Recce, Hippocampus, 1993 Skaggs et al., Hippocampus, 1996 Klausberger előadása nyomán

Helysejtek navigációs térkép 80 sejt térfüggő tüzelési mintázata ugyanabban a környezetben Fekete: a patkány valós útvonala iros: számítógépes útvonal előrejelzés a helysejtek aktivitásból következtetve Wilson, McNaughton, Science 1993

Helysejtek emberben taxisofőr játék navigáció random generált városon keresztül minden városban 3 jelölt célbolt (20-ból) 6 nem jelölt nem célbolt (48-ból) 1 út során 7 utas felvétele és célba juttatása random navigáció közben elvezetés 317 sejtből (frontális és temporális lebeny) (Eckstrom et al., Nature 2003)

A Jennifer Aniston neuron Quiroga et al., Nature 2005

A neuron doktrinától... (Yuste, 2015) Kulcstechnikák: 1873: Golgi módszer felfedezése (Golgi) 1929: Elektromos elvezetés idegrostból (Adrian) EEG (Hans Berger) 1945: Elektronmikroszkópia (orter és mtsai) 1949: Wolfram mikroelektród (Hubel)

a hálózatokig Kulcstechnikák: 1977: Szerves feszültség-indikátorok (Salzberg és mtsai) 1983: Multi-elektród elvezetések, stereotród (Buzsaki és mtsai, McNaughton és mtsai) 1986: Digitális fényképezés, CCD kamerák (Connor) 1990: Funkcionális MRI (Ogawa és mtsai) 2-foton mikroszkópia (Denk és mtsai) 1994: Multi-neuron elvezetések (Meister és mtsai) 1997: Genetikailag-kódolt kalcium indikátorok (Miyawaki)

Megjegyzendő információk: serkentő, gátlósejt típusok, általános jellemzők konnektom fogalma, szintjei elektrofiziológiai technikák, előnyök, hátrányok sejtazonosítási technikák, molekuláris profil, rekonstrukció, térképezés navigációhoz, pozícióhoz, látványhoz köthető sejtek Köszönöm a figyelmet!