Charakterystyka unerwienia brzusznego pola nakrywki przez jądro niepewne pnia mózgu szczura – badania elektrofizjologiczne i anatomiczne

Generowanie odpowiedzi na stres, stabilizacja hipokampalnego rytmu theta, utrzymywanie ogólnego pobudzenia mózgowia to przykłady procesów, w których regulację zaangażowane jest jądro niepewne (ang. nucleus incertus, NI) zlokalizowane w pniu mózgu ssaków. Podobnie jak układ dopaminergiczny śródmózgowia, w szczególności pole brzuszne nakrywki (ang. ventral tegmental area, VTA), NI jest także zaangażowane w zachowania związane z lokomocją i eksploracją, a także przetwarzanie bodźców awersyjnych. Z tego powodu słuszne wydało się przypuszczenie, że istnieje połączenie neuronalne pomiędzy NI i VTA. Ta hipoteza została potwierdzona przez wcześniejsze badania anatomiczne, które wykazały istnienie monosynaptycznego połączenia między tymi strukturami. Biorąc pod uwagę znaczenie poznania interakcji między strukturami mózgowymi ssaków zarówno w stanach fizjologicznych, jak i patologicznych, niniejsza praca ma na celu przedstawienie wyników poszerzających wiedzę na temat tego połączenia. W części elektrofizjologicznej badań przeprowadzono serię eksperymentów z rejestracją aktywności neuronalnej, będących kontynuacją wcześniejszych analiz prowadzonych w Zakładzie Neurofizjologii i Chronobiologii UJ, które wykazały istnienie subpopulacji neuronów VTA (ok. 38%) spełniających kryteria elektrofizjologiczne neuronów dopaminergicznych („DA-like”), których aktywność jest hamowana przez optogenetyczną aktywację neuronów NI. Badania in vivo przedstawione w tej pracy zostały przeprowadzone na szczurach pod narkozą uretanową (n=5). Dzięki wynikom uzyskanym z zastosowaniem rejestracji w konfiguracji juxtacellular, w połączeniu z późniejszym barwieniem immunohistochemicznym przeciwko hydroksylazie tyrozynowej (TH) udało się potwierdzić, że opisana wyżej subpopulacja neuronów VTA to neurony dopaminergiczne.W celu wizualizacji i analizy rozmieszczenia włókien NI w obrębie VTA, przeprowadzone zostały badania anatomiczne polegające na podaniu transportowanego anterogradnie wirusa niosącego gen dla białka fluorescencyjnego do NI szczura (n=6), a następnie pozyskano skrawki mózgu na poziomie VTA. Zdjęcia skrawków zostały poddane obróbce i binaryzacji. Przeprowadzona analiza statystyczna pokazała, że włókna NI są rozmieszczone nierównomiernie w VTA, tworząc wyraźny gradient w osi grzbietowo-brzusznej.

Generation of stress response, stabilization of hippocampal theta rhythm or maintaining general arousal are just examples of processes, which are regulated by the nucleus incertus (NI), located in mammalian brainstem. Similarly to the midbrain dopaminergic system, especially the ventral tegmental area (VTA), this structure is also involved in locomotion and exploratory behavior, as well as aversive stimuli processing. Due to that, an emerging surmise that the two structures are connected by a neuronal pathway appeared to be legitimate – this hypothesis was proven by previous anatomical studies, which have demonstrated the existence of a monosynaptic input from the NI to the VTA. Taking into consideration the importance of gaining knowledge about interactions among mammalian brain structures in physiological states as well as in pathological conditions, the following work is aimed at presenting some of the experimental results regarding the above neuronal pathway. In the electrophysiological part of the study, a series of experiments consisting in neuronal activity recording was conducted. These recordings were a follow-up of previous analyses held in the Department of Neurophysiology and Chronobiology, which have demonstrated the existence of a subpopulation of VTA neurons (~38%), meeting the electrophysiological criteria of dopaminergic neurons (“DA-like”), whose activity is supressed by an optogenetic activation of the NI. The presented in vivo studies were conducted on urethane-anaesthetized rats (n=5). Due to the results obtained with juxtacellular recording-labeling technique combined with subsequent immunostaining against tyrosine hydroxylase (TH) I have confirmed, that the above neuronal subpopulation of VTA neurons is dopaminergic.In order to visualize and analyse the spatial distribution of NI-originating fibers within the VTA, anatomical study was performed. This part of research consisted in injections of anterogradely-transported virus, carrying genes for the fluorescent protein mCherry to the NI of rats (n=6). Then, brain slices of the VTA were obtained and pictures of the slices underwent computer processing and binarization. According to statistical analysis, the NI-originating fibers are distributed unequally throughout the VTA, creating a pronounced dorsoventral gradient.