Aktivitás- és információfüggő szinaptikus plaszticitás in vitro neuronhálózatokban
Title in English
Activity- and Information-Dependent Synaptic Plasticity in Neural Networks in vitro
Panel
Neurosciences
Department or equivalent
Balaton Limnological Institute, Centre for Ecological Research, Hungarian Academy of Sciences (Centre for Ecological Research)
Participants
Győri, János Jelitai, Márta Madarász, Emília Molnár, Gábor Vehovszky, Ágnes
Starting date
2003-01-01
Closing date
2007-12-31
Funding (in million HUF)
9.400
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
Kompakt neuronhálózatok szinaptikus szerveződését és dinamikai viselkedését tanulmányoztuk a preszinaptikus aktivitás függvényében a nagy mocsári csiga (Lymnaea stagnalis) idegrendszerében. Hagyományos és modern elektrofiziológiai mószerek alkalmazásával kerestünk olyan újszerű hálózatszerveződési elveket, amelyek a neuronok közötti szinaptikus kapcsolatok hosszútávú, finom változásait eredményezhetik. Vizsgálataink első részében részletesen jellemeztük a kardiorespiratorikus neuronok spontán működését és válaszaikat szimulált szinaptikus bemenetekre. Fő kísérleti eszközként a mintázat clamp technikát alkalmaztuk, amellyel kiválasztott preszinaptikus neuronok aktivitását tudtuk tetszőlegesen vezérelni és azok hatását kvantitatíve jellemezni a neuronhálózatban. Oszcilláló tipusú preszinaptikus tüzelési mintázatok alkalmazásakor új, frekvenciaszelektív dinamikai viselkedést mutattunk ki. Ez a rezonáns viselkedés a neuronok belső biofizikai tulajdonságainak és a szinaptikus bemenetek időviszonyainak kölcsönhatásából alakul ki. Megállapítottuk, hogy a felnőtt állatokban a neuronhálózatok szinaptikus összeköttetéseit kevésbé befolyásolják plasztikus változások, mint a neurohumorális hatások. A sejtszintű memória folyamatokban lényeges szerepet játszó neuromodulátorokkal (5-HT, DA) végzett kísérleteink a hálózat dinamikus újraszerveződését tárták fel. Eszerint a molluskákban a már kialakult szinaptikus kapcsolatok is figyelemreméltó változatosságot produkálnak, mert a neurokémiai környezet változásai folyamatosan újrakonfigurálják azokat.
Results in English
In the current project we studied how presynaptic activity shapes the dynamics and synaptic organisation of compact neuronal networks in the pond snail Lymnaea stagnalis. We used both conventional and novel methods of electrophysiology seeking novel principles of plasticity, which might result in long-term, fine changes in the synaptic connectivity. In the first part of our investigation we performed a detailed characterization of the spontaneous firing patterns of cardiorespiratory neurons as well their responses to simulated synaptic inputs. We used the pattern clamp technique, which allowed us to control the activity of selected presynaptic neurons in a flexible manner. When using oscillatory presynaptic firing patterns as input we detected a novel, frequency selective dynamical behavior in several neurons of the cardiorespiratory circuit. This resonant behavior is an outcome of the interplay between the intrinsic biophysical properties of the neurons and the temporal structure of the synaptic inputs they receive. We found that in adult animals the synaptic interconnections are affected mainly by neurohormonal factors rather than by activity-dependent plastic changes. We observed dynamic reconfiguration of the neural connections in experiments with neuromodulators such as 5-HT and dopamine known to play important role in memory formation at the cellular level. Therefore, in molluscs, even mature synaptic connections display a remarkable degree of interanimal variability, reflecting the differential actions of neurochemical factors.
Vehovszky A, Szücs A, Szabó H, Pitt S, Elliott CJ.: Octopaminergic modulation of the membrane currents in the central feeding system of the pond snail Lymnaea stagnalis, Acta Biol. Hung. 55, 167-176., 2004
Szűcs A., H.D.I. Abarbanel, M.I. Rabinovich, A.I. Selverston: Dopaminergic modulation of spike dynamics in bursting neurons, Eur. J. Neurosci. 21, 763-772., 2005
Szűcs A., A.I. Selverston: Consistent dynamics suggests tight regulation of biophysical parameters in a small network of bursting neurons, J. Neurobiol. 66: 1584-1601., 2006
Nowotny T, Szücs A, Pinto RD, Selverston AI.: StdpC: A modern dynamic clamp, J. Neurosci. Methods 158: 287-299., 2006
Szücs A., Selverston AI.: Consistent dynamics suggests tight regulation of biophysical parameters in a small neuronal network., International IBRO Workshop, Jan. 26.-28., Budapest., 2006
Szücs A., Selverston AI.: Consistent dynamics suggest tight regulation of intrinsic properties and synaptic connectivity in a network of bursting neurons., 5th Forum of the European Neuroscience, FENS, július 8.-12., Bécs, Ausztria, 2006
Szücs A.: Artificial synapses in neuronal networks, In: Neural Synapse Research Trends, J.A. Lassau, Ed. Nova Science Publishers: Hauppauge, NY., 2007
Nowotny T, Szücs A, Levi R, Selverston AI.: Models wagging the dog: Are circuits constructed with disparate parameters?, Neural Comput. 19: 1986-2003., 2007
Szücs A, Vehovszky Á.: Monoaminergic modulation of network oscillations and synaptic connectivity in the Lymnaea, 11th Conference of the International Society of Invertebrate Neuroscience, Aug. 25.-29., Tihany, 2007
