Presinaptica hyperpolarization induce una rapida modulazione analogica di spike evocato trasmissione mediata da assonale canali del sodio

(a) Facilitazione della trasmissione sinaptica alle connessioni CA3–CA3 mediante un pre-impulso iperpolarizzante (durata 200 ms). A sinistra, schema della configurazione di registrazione. Medio, esempio di facilitazione prodotta dall’impulso iperpolarizzante presinaptico (10 tracce sono state calcolate in media). Giusto, riassunto della facilitazione indotta dall’iperpolarizzazione presinaptica di ampiezza crescente. Si noti che non è stata indotta alcuna ulteriore facilitazione quando è stata aumentata la grandezza del pre-impulso iperpolarizzante. (b) h-ADF può essere indotto da una breve iperpolarizzazione presinaptica. A sinistra, esempi di registrazione da una coppia di neuroni piramidali CA3 collegati senza iperpolarizzazione e 15, 50, 100 e 200 ms di iperpolarizzazione a -93 mV prima del picco. A destra, sintesi della facilitazione indotta da 15, 50, 100 e 200 ms (tutti i test Wilcoxon, P<0.05, n=7). (c) d – e h-ADF sono coespressi alle connessioni CA3–CA3. A sinistra, esempio rappresentativo. Top tracce, potenziale di membrana del neurone presinaptico in controllo (nero), durante d-ADF (rosso), durante h-ADF (blu) e quando d – e h-ADF sono combinati (rosso scuro). Tracce inferiori, risposte postsinaptiche in ogni caso in media su 10 studi. A destra, dati di gruppo (test di Mann–Whitney, n=16, per d-ADF, 11 per h-ADF e 16 per d – e h-ADF). Si noti l’aumento graduale della trasmissione quando d – e h-ADF sono combinati.

È improbabile che un’iperpolarizzazione lunga 200 ms si verifichi in un contesto fisiologico. Pertanto, abbiamo studiato il corso temporale di h-ADF per iperpolarizzazioni più brevi (15, 50, 100 e 200 ms). h-ADF è stato osservato per tutte le durate di iperpolarizzazione testate (15 ms: 111±3%, 50 ms: 116±4%, 100 ms: 109±4%, 200 ms: 120±6% Wilcoxon, P<0,05 per tutte le durate, n = 7, Fig. 1 ter). Secondo questo risultato, è probabile che h-ADF sia indotto da iperpolarizzazione fisiologica.

I neuroni piramidali CA3 esprimono la facilitazione AD indotta dalla depolarizzazione (d-ADF)che risulta dalla lenta inattivazione dei canali Kv1.1 (costante di tempo: 3.3 s) 13. Abbiamo quindi esaminato se sia d – che h–ADF fossero espressi alle stesse connessioni CA3-CA3. Gli AP presinaptici sono stati attivati alternativamente dal potenziale di membrana a riposo (controllo -78 mV), dopo una lunga depolarizzazione della sottosoglia (10 s, -62.6 mV, d-ADF), dopo una breve iperpolarizzazione (200 ms, -96.1 mV, h-ADF) o dopo la combinazione di una lunga depolarizzazione e una breve iperpolarizzazione (d – e h-ADF; Fig. 1c, a sinistra). Infatti, la combinazione delle due forme di ADF ha prodotto, nelle stesse connessioni, una maggiore facilitazione (113±3%, n=16; Fig. 1c) rispetto a quello prodotto separatamente da ciascun protocollo (d-ADF da solo: 105±3%, n=16, h-ADF da solo: 108±4%, n=11; Fig. 1c). In particolare, h – e d-ADF medi sono stati trovati per sommare linearmente, suggerendo due meccanismi molecolari indipendenti. Inoltre, d-e h-ADF misurati nelle stesse coppie sono stati positivamente correlati (Fig. 1), suggerendo che alcune connessioni sinaptiche sono più suscettibili alla facilitazione dell’AD, probabilmente perché la propagazione del segnale analogico lungo l’assone dipende dalla distanza tra il soma e i terminali presinaptici. Questi dati dimostrano che h – e d-ADF coesistono nei neuroni piramidali CA3 e che i meccanismi sottostanti sono probabilmente indipendenti.

h-ADF è stato osservato nei giovani neuroni CA3 (DIV8–10 preparati da ratti P5–P7), e quindi potrebbe derivare principalmente dalla bassa densità o dalle proprietà immature dei canali ionici voltaggio-dipendenti. Abbiamo quindi determinato se h-ADF è stato trovato anche in cellule piramidali CA3 mature. Registrazioni accoppiate di neuroni CA3 collegati sono state ottenute in colture di fette DIV24-DIV32. Breve iperpolarizzazione presinaptica (200 ms) ha aumentato significativamente la forza sinaptica (104.2±1,1% n=25; Wilcoxon, P < 0,01; Fig.supplementare 2). l’h-ADF misurato nelle cellule mature era più piccolo di quello misurato nei neuroni in via di sviluppo (Mann-Whitney, P < 0.01; Fig supplementare. 2). Concludiamo quindi che l’h-ADF è regolato in modo evolutivo nei neuroni CA3 in vitro.

Tutte le registrazioni sono state ottenute con alto calcio extracellulare (3 mm) per ottimizzare la forza sinaptica. In queste condizioni, la probabilità di rilascio presinaptico è alta e la facilitazione presinaptica come h-ADF potrebbe essere sottovalutata. Abbiamo quindi misurato h–ADF nei neuroni CA3 maturi (DIV24-DIV32) registrati con calcio extracellulare fisiologico (1,3 mm)22. In queste condizioni, h-ADF è risultato essere intorno al +16,4% (Wilcoxon, P< 0,01; Fig.supplementare. 2). Concludiamo che l’h-ADF è fortemente espresso nei neuroni maturi registrati nel calcio extracellulare fisiologico.

h-ADF è indotto da IPSP simulati e oscillazioni

Per studiare il ruolo di h-ADF in condizioni quasi fisiologiche, una conduttanza simile a GABAA è stata introdotta nel neurone presinaptico usando il morsetto dinamico (Fig. 2a, a sinistra). In accordo con i risultati illustrati in Fig. 1, APS preceduto dall’iniezione di una corrente simile a IPSC ha prodotto una risposta più grande nel neurone postsinaptico rispetto agli APS innescati dal potenziale di membrana a riposo (Wilcoxon P<0.001, n=11). Coerente con un aumento presinaptico nel rilascio di glutammato, il PPR è stato ridotto quando gli IPSP gabaergici simulati hanno preceduto APs (da 121% nel controllo a 96%; Wilcoxon P<0.05, n=7; dati non mostrati). È interessante notare che la dimensione del potenziamento sinaptico è risultata dipendente dalla dimensione dell’IPSP simulato (R2=0.39, P<0.05), indicando che h-ADF è classificato tra potenziale di membrana a riposo (-74 mV) e iperpolarizzazione 10-Mv (-84 MV; Fig. 2a, a destra). In effetti, il fattore di facilitazione in questo intervallo è risultato essere 1.8% per mV di iperpolarizzazione.

(a) IPSP presinaptici inducono h-ADF. A sinistra, rappresentazione schematica del sistema utilizzato per iniettare una corrente dinamica che imita un input gabaergico nel neurone presinaptico. Medio, esempi di registrazioni elettrofisiologiche da una coppia collegata di neuroni CA3 in condizioni di controllo (tracce nere) e quando un input gabaergico simulato viene iniettato nella cellula presinaptica (tracce blu). A destra, grafico a dispersione che mostra l’EPSP/C normalizzato in funzione del valore di picco dell’IPSP presinaptico simulato. È stata osservata una chiara correlazione lineare (y=-1,8 x + 101,8, R2 di Pearson = 0,39, P < 0,05, n=11). (b) h-ADF indotta durante l’oscillazione θ della sottosoglia nei neuroni CA3. A sinistra, esempio rappresentativo. I picchi presinaptici vengono attivati in diverse fasi durante un’oscillazione della soglia del potenziale di membrana a 4 Hz. Si noti che la facilitazione si osserva quando il picco viene attivato durante le fasi iperpolarizzate dell’oscillazione. A destra, dati quantitativi (n = 8). Stelle: cambiamenti significativi (Wilcoxon, P < 0.05).

Abbiamo quindi studiato la modulazione della forza sinaptica durante l’oscillazione del potenziale di membrana presinaptica. L’oscillazione del potenziale di membrana presinaptica a 4 Hz è stata prodotta iniettando corrente sinusoidale e singoli picchi presinaptici sono stati evocati in diverse fasi dell’oscillazione. In accordo con i risultati precedenti, h-ADF è stato osservato quando la cella ha sparato durante le fasi di iperpolarizzazione dell’oscillazione (0 ms: 124,3±7%, 250 ms: 122±7%, Wilcoxon P<0,05, n=8; Fig. 2 ter). In altre fasi, la forza sinaptica è invariata (56 ms: 112,2±6%, 163 ms: 95,8±5%, 211 ms: 110,5±6%, Wilcoxon P>0,1, n=8). In particolare, non si osserva d-ADF con la depolarizzazione perché la sua durata è troppo breve per inattivare i canali Kv1.113. Concludiamo che le oscillazioni nell’intervallo θ inducono h-ADF nei neuroni CA3.

h-ADF è associato ad un aumento dell’ampiezza del picco assonale

Successivamente, abbiamo studiato i meccanismi alla base di h-ADF. Un possibile meccanismo per h-ADF è una modulazione dell’ampiezza del picco presinaptico indotta dall’iperpolarizzazione. Abbiamo quindi esaminato la conseguenza dell’iperpolarizzazione sull’ampiezza del picco misurata nell’assone. I neuroni CA3 sono stati riempiti con Alexa 488 (50 µM) per visualizzare l’arborizzazione dell’assone e le registrazioni attaccate alle cellule sono state ottenute dall’assone a distanze comprese tra 60 e 240 µm (Fig. 3 bis). Sull’iperpolarizzazione somatica, l’ampiezza del picco assonale è stata migliorata (106±1% dell’ampiezza di controllo, n=6, Wilcoxon, P<0,05; Fig. 3 ter). Tuttavia, la grandezza della facilitazione del picco assonale è stata trovata per diminuire con la distanza assonale con una costante di spazio di 212 µm (Fig. 3 ter). In conclusione, h-ADF nei neuroni CA3 è associato ad un aumento locale dell’ampiezza del picco nell’assone.

(a) Immagine confocale a sinistra di un neurone CA3 riempito con Alexa 488. Il collaterale dell’assone (freccia bianca) è identificato a sinistra e registrato in una configurazione collegata alla cella. A destra, registrazioni simultanee dal soma (in alto) e dall’assone (in basso) quando il picco viene attivato dal potenziale di membrana a riposo (nero) o da un pre-impulso iperpolarizzante transitorio (blu). (b) A sinistra, confronto dell’ampiezza del picco misurata nell’assone evocato con (blu) o senza (nero) pre-impulso iperpolarizzante. Si noti l’aumento dell’ampiezza nell’assone quando il picco viene attivato dal pre-impulso iperpolarizzante. Medio, analisi quantitativa del potenziamento iperpolarizzazione indotta dell’ampiezza spike assonale in sei neuroni. A destra, grafico a dispersione della variazione dell’ampiezza del picco assonale in funzione della distanza assonale (adattamento esponenziale, y=11,6 e−x/212, r2=0,81).

Mentre la registrazione di cellule intere da assoni CA3 è estremamente difficile nelle colture organotipiche, può essere ottenuta in neuroni piramidali L5 da fette acute5,6. Pertanto, abbiamo prima misurato se h–ADF potrebbe essere osservato anche a connessioni eccitatorie L5-L5. Coppie di neuroni piramidali L5 monosinapticamente collegati sono stati registrati in fette acute dalla corteccia sensori-motoria di giovani ratti (P14–P20). È stata trovata una breve iperpolarizzazione nel soma (200 ms, 10-15 mV) del neurone presinaptico per migliorare la forza sinaptica (109,6±2,3%, n=13, test di Wilcoxon, P<0,05; Fig. 4 bis).

(a) Registrazione accoppiata di neuroni piramidali L5 collegati sinapticamente. Facilitazione media sinaptica prodotta da una breve iperpolarizzazione presinaptica (-20 mV; 200 ms). Le EPSC corrispondono a medie superiori a 25 tracce. A destra, h-ADF ottenuto in 12 coppie L5–L5. (b) Registrazioni duali soma–assone nei neuroni piramidali L5. A sinistra, disegno sperimentale che mostra la doppia registrazione dal soma e dal bleb assonale del neurone piramidale L5. Medio, registrazione Soma-assone in neuroni piramidali L5. Si noti che una breve iperpolarizzazione del soma aumenta l’ampiezza del picco nell’assone ma non nel soma. In alto a destra, AP overshoot misurato nell’assone in funzione del potenziale di membrana nel corpo cellulare, per potenziali a riposo (nero) o iperpolarizzati (blu) (n=6 tracce per ciascun caso). In basso a destra, diagramma di fase dei picchi assonali evocati a riposo (nero) e a seguito di una breve iperpolarizzazione (blu). Notare l’ampiezza migliorata dopo una breve iperpolarizzazione (freccia). Anche il tasso di depolarizzazione è migliorato e la soglia del picco è leggermente iperpolarizzata.

Per confermare che l’h-ADF nei neuroni piramidali L5 era associato all’aumento dell’ampiezza del picco assonale, sono state ottenute registrazioni simultanee di cellule intere dal soma e dagli assoni cut-end (bleb) (50-80 µm dal soma) nei neuroni piramidali L5. L’iperpolarizzazione transitoria del soma (circa -13 mV) ha migliorato l’ampiezza del picco overshoot nell’assone ma non nel soma (+5,5±1,5 contro -0,3±1,1 mv, n=5, Mann–Whitney, P<0,05; Fig. 4 ter). Anche la velocità di depolarizzazione è stata aumentata (da 251±59 a 289±56 Mv ms−1, n=5) e la soglia del picco è stata iperpolarizzata (da -35,7±5,2 a -38,8±4,3 mv, n=5). Concludiamo che h-ADF nelle cellule piramidali CA3 e L5 è associato all’aumento dell’ampiezza del picco misurata nell’assone.

h-ADF è associato a segnali di calcio assonali potenziati

Abbiamo successivamente utilizzato l’imaging Ca2+ per determinare la conseguenza del miglioramento indotto dall’iperpolarizzazione dell’ampiezza del picco nell’assone. I neuroni piramidali CA3 sono stati riempiti con 50µM Alexa-594; 250 µM Fluo-4 e segnali di calcio evocati da spike sono stati misurati in putativi boutons en passant a distanze comprese tra 150 e 250 µm dal soma (Fig. 5 bis). L’integrale del transitorio Ca2 + evocato con spike è stato aumentato quando il picco presinaptico è stato evocato a seguito di un’iperpolarizzazione transitoria di ∼20 mV (126±10%, n=5; Fig. 5 ter). Concludiamo che, durante h-ADF, l’iperpolarizzazione presinaptica migliora sia l’ampiezza del picco presinaptico che l’afflusso Ca2+ indotto dal picco, che successivamente migliora il rilascio di glutammato.

(a) Un breve pre-impulso iperpolarizzante migliora il transitorio Ca2+ evocato con picchi. In alto a sinistra, disegno sperimentale che mostra un neurone piramidale CA3 pieno di Alexa-594 e Fluo-4. Scatola bianca: area ingrandita a destra, mostrando un bouton presinaptico. In alto a destra, tracce di tensione registrate nel corpo cellulare di un neurone piramidale CA3. In basso a destra, esempio di segnali fluorescenti registrati nel bouton presinaptico. Il picco-evocato Ca2+ transient è stato aumentato di ∼20% quando il picco presinaptico è stato evocato a seguito di un’iperpolarizzazione transitoria. b) Dati quantitativi (n = 5).

L’inattivazione del canale Nav nell’assone determina h-ADF

L’ampiezza aumentata del picco assonale durante l’iperpolarizzazione potrebbe essere dovuta al recupero dei canali Nav dall’inattivazione. Per confermare il ruolo dell’inattivazione del canale del sodio in h-ADF, abbiamo usato un modello NEURONALE di due neuroni CA3 monosinapticamente collegati. Abbiamo quindi determinato l’incidenza di modificare l’inattivazione dei canali del sodio nell’assone su h-ADF. Quando la mezza inattivazione dei canali assonali del sodio è stata impostata su -80 mV (refs 18, 19), l’iperpolarizzazione somatica ha migliorato l’ampiezza del picco, la carica della corrente di calcio evocata dal picco e la trasmissione sinaptica (Fig. 6a, a sinistra). Ciò è dovuto al recupero dei canali Nav dall’inattivazione mediante iperpolarizzazione (Fig. 6b, a sinistra). Tuttavia, non si è verificato alcun cambiamento se la mezza inattivazione dei canali assonali del sodio è stata impostata su -70 mV (Fig. 6a, a destra). In quest’ultimo caso, la percentuale di canali Nav disponibili è già molto elevata al potenziale di membrana a riposo, producendo un AP di ampiezza completa (Fig. 6a,b, destra). Pertanto, il recupero dall’inattivazione non influisce ulteriormente sull’ampiezza del picco presinaptico. Pertanto, h-ADF nel modello è dovuto al recupero dei canali Nav dall’inattivazione e viene aumentato iperpolarizzando la mezza inattivazione Nav (Fig. 6 quater).

(a) h-ADF simulato in condizioni di controllo (inattivazione V1 / 2=-80 mV per i canali assonali del sodio). Nota l’ampiezza aumentata del picco. Mancanza di h-ADF quando la mezza inattivazione del canale assonale del sodio viene depolarizzata (V1/2=-70 mV). (b) Riepilogo della disponibilità di Navaxon con inattivazione V1/2=-80 mV o -70 mV. Si noti l’aumento marcato con -80 ma non -70 mV. c) Grandezza dell’h-ADF simulato in funzione dell’inattivazione V1/2 dei canali Nav nell’assone. Si noti l’aumento di h-ADF indotto dall’iperpolarizzazione di V1/2. (d) Miglioramento sperimentale di inattivazione Nav con CBZ aumenta la grandezza di h-ADF. In condizioni di controllo (a sinistra), questa connessione non esprime h-ADF. Quando viene aggiunto CBZ, h-ADF è ora visibile (a destra). (e) Dati quantitativi per 10 connessioni CA3–CA3 mature (DIV 24-32). Stella: Wilcoxon, P < 0.05.

Inoltre, abbiamo utilizzato il nostro modello di NEURONE per simulare la disponibilità assonale del canale Nav durante un’oscillazione theta simile a quella utilizzata in Fig. 2 ter. I canali Nav sono stati trovati per inattivare durante la depolarizzazione e recuperare durante l’iperpolarizzazione, spiegando la modulazione EPSC durante l’oscillazione (Fig. 4). Tuttavia, l’inattivazione è più rapida del recupero durante l’oscillazione a causa della cinetica Nav più lenta a potenziali depolarizzati (Fig. 4). Questo spiega perché le EPSC prodotte a 163 ms non presentavano alcun h-ADF, sebbene il picco sia emesso da un potenziale leggermente iperpolarizzato (Fig. 2 ter). Infatti, a questo punto dei canali Nav oscillazione non ha avuto abbastanza tempo per recuperare da inattivazione (Fig. 4).

Complessivamente, questi risultati supportano il fatto che h-ADF è dovuto al recupero dei canali Nav dall’inattivazione.

La densità del canale Nav determina la forza di h-ADF

h-ADF dipende dalla disponibilità di canali del sodio nell’assone. Pertanto, riducendo la densità dei canali Nav dovrebbe influenzare h-ADF. Infatti, il nostro modello ha mostrato che riducendo la densità del canale Nav al 70% della condizione di controllo migliorato h-ADF dal 130 al 180% (Fig. 7 bis). Il parametro critico qui era il guadagno di overshoot di spike presinaptico che dipende dalla conduttanza Na attivabile (Fig. 7 ter). In condizioni di controllo, questo valore era già alto e l’iperpolarizzazione dell’elemento presinaptico da -78 a -93 mV ha migliorato l’ampiezza del picco del 28%. Quando la densità di Nav è stata ridotta, la stessa iperpolarizzazione ha migliorato l’ampiezza dell’AP presinaptico del 42%.

(a) Riduzione della densità del canale Nav nel modello di h-ADF. In condizioni di controllo (a sinistra), h-ADF ammonta a +30%. Dopo aver ridotto la densità del canale Nav (70% del controllo, a destra), h-ADF viene aumentato a +80%. b) Modulazione dell’ampiezza del picco presinaptico in funzione della conduttanza Na attivabile. In condizioni di controllo, l’iperpolarizzazione da -78 a -93 mV aumenta solo leggermente l’ampiezza del picco (doppia freccia nera). Quando la densità del canale Nav viene ridotta, l’aumento dell’ampiezza del picco viene aumentato del 20% (doppia freccia blu chiaro). (c) Riduzione sperimentale della densità Nav con TTX. In condizioni di controllo (a sinistra), questa connessione non esprime h-ADF. Quando viene aggiunta una bassa concentrazione di TTX, la trasmissione viene preservata e h-ADF è ora visibile (a destra). (d) Dati quantitativi per sei connessioni CA3–CA3 mature (DIV 20-32). Stella: Wilcoxon, P < 0.05.

Abbiamo verificato sperimentalmente che la riduzione della densità del canale Nav ha aumentato l’h-ADF nei neuroni CA3. Abbiamo quindi parzialmente bloccato i canali Nav con una bassa concentrazione di tetrodotossina (TTX) applicata nel bagno (15-25 nM). A questa concentrazione TTX blocca 8 l ‘ 80% della corrente Na+ ma preserva l’induzione di punte Na+ veloci24,25. In presenza di TTX, l’ampiezza del picco nel soma è stata ridotta del 45±4% (n=9) e la trasmissione sinaptica alle connessioni CA3–CA3 è stata ridotta del 55±8% (n=9; Fig supplementare. 5). Ancora più importante, riducendo la percentuale di canali Nav attivabili con TTX 15-25 nM è stato trovato per migliorare notevolmente h-ADF nei neuroni maturi che non esprimono h-ADF (da 103±3% in controllo a 121±4% in presenza di TTX, n=6, Wilcoxon P<0.05; Fig. 7 quater, d). Questi dati confermano quindi che l’h-ADF nei neuroni CA3 dipende dalla disponibilità di canali Nav.

I canali Ca2+ di tipo T sono presenti nell’assone. Potrebbero essere attivati durante la sequenza di iperpolarizzazione-depolarizzazione utilizzata per indurre h-ADF e quindi possono rappresentare h-ADF. Tuttavia, h-ADF è risultato rimanere stabile in presenza di mibefradil a 100 nM, un bloccante del canale di tipo T (da 112,2±1,1% nel controllo a 116,2±11,9% con mibefradil, n=3; dati non mostrati), suggerendo che i canali Ca2+ di tipo T non partecipano a h-ADF.

h-ADF promuove la sincronia di rete

Successivamente abbiamo testato l’implicazione di h-ADF nella sincronia di rete utilizzando un modello di rete ippocampale formato da 80 cellule eccitatorie simili a piramidi (e-cells) e 20 cellule inibitorie simili a interneuroni (i-cells) interconnesse (Fig. 8a; vedi Metodi). le celle e e i sono state alimentate da input stocastici. La rete di cellule e divenne sincronizzata e le oscillazioni nella gamma gamma apparvero quando la forza sinaptica tra le cellule e aumentò (Fig. 6). Queste oscillazioni sono state guidate da i-cells: l’attivazione di e-cells è stata trovata per promuovere l’attivazione di i-cells, che a sua volta ha messo a tacere l’intera rete (Fig. 6). Poiché h-ADF aumenta la forza sinaptica interpiramidale quando il picco presinaptico è preceduto da un IPSP, h-ADF è un buon candidato per promuovere queste oscillazioni guidate da i-cell.

(a) Schema di un modello di rete CA3. La rete è composta da 80 celle e (triangoli bianchi) e 20 celle i (cerchi rossi). Le cellule piramidali e gli interneuroni sono stati alimentati da input stocastici. Le connessioni tra neuroni piramidali (frecce blu) sono le uniche connessioni in cui h-ADF può essere aggiunto come h-ADF non è stato testato sperimentalmente in altre connessioni. (b) regola h-ADF a sinapsi eccitatorie tra neuroni piramidali. Viene applicata una facilitazione massima del 20%, in base alla tensione di membrana misurata 17 ms prima del picco. (c) Effetto della regola h-ADF sulla sincronia di rete. In alto a sinistra, rastergram che mostra l’attività di rete in condizioni di controllo con una forza sinaptica di 2,8 mS.In basso a sinistra, traccia rappresentativa in una e-cell. In alto a destra, con la regola h-ADF (+20% h-ADF), la sincronia è aumentata. In basso a destra, traccia rappresentativa in una cella elettronica. Si noti che il potenziale di membrana attraversa il limite −73-mV tra i picchi (linee tratteggiate). (d) Spettro di potenza dei dati mostrati in c (forza sinaptica di 2,8 mS). L’aggiunta di regole h-ADF aumenta notevolmente la sincronia di rete attorno alla frequenza gamma (29 Hz). (e) coefficienti di sincronizzazione calcolati per le forze sinaptiche da 2 a 3.6. L’incorporazione di h-ADF aumenta la sincronia (blu).

La regola h-ADF è stata incorporata nella rete aumentando la forza sinaptica tra le cellule e in base al potenziale di membrana misurato 17 ms prima del picco. Infatti, la forza sinaptica è stata aumentata del 20% se il potenziale presinaptico era inferiore a -84 mV (Fig. 8 ter). Questa regola è stata derivata direttamente dai valori misurati sperimentalmente (vedi Figg 1a e 2a). Per una forza e-cell-sinaptica di 2,8 mS, l’aggiunta di h-ADF nella rete ha notevolmente migliorato sia la frequenza di cottura che la sincronia tra le cellule e (Fig. 8 quater-e). Infatti, la propensione ad oscillare nella gamma gamma è stata notevolmente facilitata se h-ADF tra e-cells era efficace (Fig. 8 e). È interessante notare che, in una rete con inibizione dello smistamento (ECl=-73 MV invece di -80 mV in condizioni di controllo), la regola h-ADF non ha migliorato la sincronia e non ha promosso le oscillazioni gamma (Fig. 6). Tuttavia, poiché h-ADF aumenta la forza sinaptica tra le cellule e, il suo effetto di sincronizzazione potrebbe essere semplicemente dovuto all’aumento del tasso di picco della rete. Per aumentare il tasso di picco senza influire sulla forza sinaptica, abbiamo deciso di fissare la forza inter-e-cell a 2,5 mS e aumentare la frequenza di azionamento esterna delle e-cell da 6 a 20 Hz. Abbiamo tracciato il coefficiente di sincronizzazione rispetto alla velocità di picco della rete. Anche se la sincronia ha mostrato di essere linearmente correlata alla velocità di picco, h-ADF ha aumentato il coefficiente di sincronizzazione per un dato tasso di picco nell’intervallo 4-14 Hz (Fig. 6). Ciò ha dimostrato che per il basso tasso di picco, h-ADF aumenta la sincronia indipendentemente dall’attività media della rete. In conclusione, nel nostro modello, h-ADF aumenta la sincronizzazione della rete e promuove le oscillazioni collegando la forza sinaptica interpiramidale con l’attività degli interneuroni.