Structural and functional organization of thalamic regions involved in motor and executive functions.  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75676
Type K
Principal investigator Acsády, László
Title in Hungarian Motoros és exekutív funkciókban résztvevő talamikus területek struktúrális és funkcionális szerveződése
Title in English Structural and functional organization of thalamic regions involved in motor and executive functions.
Keywords in Hungarian talamokortikális, relésejt, oszcilláció, GABA, irányító bemenet, intralamináris mag, glicin
Keywords in English thalamocortical, relay cell, oscillations, GABA, driver afferents, intralaminar nuclei, glycine
Discipline
Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Ortelius classification: Neurobiology
Panel Neurosciences
Department or equivalent Laboratory of Thalamus Research (Institute of Experimental Medicine)
Participants Barthó, Péter
Bodor, Ágnes Lívia
Bokor, Hajnalka
Faddi, Krisztina
Giber, Kristóf
Mátyás, Ferenc
Plattner, Viktor
Rovó, Zita
Slézia, Andrea
Ulbert, István
Starting date 2008-10-01
Closing date 2012-10-31
Funding (in million HUF) 37.643
FTE (full time equivalent) 20.67
state closed project
Summary in Hungarian
A sokat tanulmányozott szenzoros talamokortikális hálózatokkal szemben, a talamusz és az agykéreg közötti kölcsönhatás a frontális kérgi területek esetében sokkal kevésbé ismert. E területek mozgási és mozgástervezési feladatokban vesznek részt, és érintettek számos neurológiai/pszichiátriai kórképben.
A jelen kutatási projektben azonosítani kívánjuk a kérgi kimenet hatását a talamokortikális neuronok tüzelési mintázatára a motoros talamuszban. Célul tűzzük ki továbbá annak megállapítását, hogy a motoros és intralamináris talamikus magvak kimenetei hogyan befolyásolják a szinkronizált oszcillációt különböző agykérgi területek között, különböző frekvencia tartományokban. A alábbi négy kutatási feladat megindítását tervezzük: 1) Anatómiai- és fiziológiai vizsgálatokkal tanulmányozzuk a neokortex hatását azon talamikus területekre, melyeket a törzsdúcok idegeznek be. 2) Megvizsgáljuk mennyiben használhatóak a rágcsáló anatómiai adatok főemlősök esetében. 3) Vizsgáljuk az intralamináris magvak aktivációjának/inaktivációjának hatását a szinkronizált kérgi oszcillációkra. 4) Meghatározzuk egy új, glicinerg előagyi pálya szerepét a talamokortikális aktivitásmintázat szabályozásában.
A talamusz és a frontális kérgi régiók közti kölcsönhatás vizsgálata feltárja a magasabbrendű talamokortikális funkciók mechanizmusát, és új utakat nyit a rendellenes talamokortikális oszcillációk megértéséhez. A pályázati terv 3 PhD-, 2 egyetemi hallgató és nemzetközi együttműködés bevonásával valósul meg.
Summary
In contrast to the well-studied sensory thalamocortical circuits, the interaction between thalamus and cortex is much less understood in case of frontal cortical regions. These areas are involved in motor and executive actions and are implicated in a range of major neurological/psychiatric diseases.
In the present project we aim to identify the influence of cortical output on the firing pattern of thalamocortical neurons in the motor thalamus. We also aim to establish how thalamic output influences synchronized oscillation among different cortical locations in various frequency ranges. Four projects will be launched: 1) Parallel anatomical and in vivo physiological experiments will be used to study the morpho-functional basis of correlated activity between the neocortex and thalamic territories innervated by the basal ganglia. 2) The applicability of rodent anatomical data to the primate condition will be examined. 3) The effect of activating/inactivating intralaminar thalamic nuclei on synchronized cortical oscillations will be studied. 4) The role of a novel inhibitory, glycinergic forebrain pathway in patterning thalamocortical activity will be determined.
Studying the interaction between thalamus and frontal cortical territories will reveal the mechanisms of higher order thalamocortical functions and open up new ways in understanding aberrant thalamocortical oscillations. The grant proposal involves 3 PhD and 2 undergraduate students and international collaboration.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Pályázatunk során célul tűztük ki a magasabb rendű talamusz magvak és az agykéreg közötti kölcsönhatások anatómiai és funkcionális jellemzését, valamint megvizsgáltuk, hogy a rágcsálókon tett megállapítások mennyiben vonatkoznak a főemlősökre. Eredményeink: 1) A Parkinson-kórban érintett talamikus agyterületek, rendkívül specializált, nagy hatékonyságú agykérgi bemenetet kapnak. Ezen bemenetek segítségével a mozgások tervezésében fontos agykérgi területek hatékonyan tudják befolyásolni a talamikus működést. 2) A tankönyvi adatokkal szemben magasabb rendű talamikus sejtek integrálhatnak két, különböző eredetű nagy hatékonyságú bemenetet, így nem csak egyszerű relé funkciót látnak el. 3) A magasabb rendű talamikus sejt aktivitásának időzítése eltér a szenzoros magvakétól. 4) Megállapítottuk a fő serkentő bemenetek eloszlását főemlős talamuszban és vizsgáltuk ennek hasonlóságát a rágcsáló talamuszéval. 5) Részletesen elemeztük a félelmi reakciókhoz köthető agykérgi területek , a talamusz és az amygdala összeköttetéseit. 6) Kimutattuk, hogy a kortikális szinten lateralizált érzelmi funkciók esetén a lateralizáció a talamuszban még nem figyelhető meg. 7) Karakterizáltunk egy új felszálló gátló rendszert az agytörzs és a talamusz között, ami rendkívül hatékonyan képes befolyásolni a teljes előagy működését. Eredményeink új megvilágításba helyezik a magasabb rendű talamusz magvak és az agykéreg normális és patológiás működésének megértését.
Results in English
In this project we aimed to characterize the anatomical and functional bases of the interaction between higher order thalamic nuclei and neocortex. We also examined to what extent primate and rodent thalami are comparable. Results: 1) Thalamic territories involved in Parkinson’s disease receive highly specialized, powerful cortical inputs. Thus, cortical regions involved in movement planning can exert strong, top-down control on thalamic activity via these connections. 2) In contrast to the text book view, we demonstrated that a single thalamic neuron in higher order cortical regions can integrate the activity of two powerful driver afferents, hence does not act a simple relay. 3) We showed that the timing of thalamocortical neuronal activity is different in first order and higher order thalamic nuclei. 4) We established the distribution of major excitatory afferents in the primate thalamus and compared it to rodents. 5) We analyzed the connectivity among the major cortical, thalamic and amygdalar regions involved in fear. 6) We demonstrated that the lateralization present in case of affective behavior at the level of neocortex is not expressed in the thalamus. 7) We characterized a novel ascending afferent system between the brainstem and the thalamus. This pathway exerts powerful influence on the activity of the entire forebrain. Our results allow novel insights into the normal and pathological function of higher order thalamic nuclei and the associated cortical regions.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75676
Decision
Yes





 

List of publications

  
Giber, K., Diana, M., Plattner, V., Dugué, G.P., Bokor, H., Rousseau, C., Magloczky, Z., Havas, L., Hangya, B., Wildner, H., Dieudonne, S. and Acsády L.: A subcortical inhibitory signal for behavioral arrest in the thalamus, Nat. Neurosci. under re-revision., 2014
Slézia A, Hangya B, Ulbert I, Acsády L.: Phase advancement and nucleus-specific timing of thalamocortical activity during slow cortical oscillation, Journal of Neuroscience, 2011
Kim S, Mátyás F, Lee S, Acsády L, Shin HS.: Lateralization of observational fear learning at the cortical but not thalamic level in mice., Proc Natl Acad Sci U S A. 109:15497-501, 2012
Rovó Z, Ulbert I, Acsády L.: Drivers of the primate thalamus, J Neurosci. 32:17894-908, 2012
Mátyás, F., Lee, J., Shin, H.-S., and Acsády, L.: The fear circuit of the mouse forebrain: connections between the mediodorsal thalamus, frontal cortices and basolateral amygdala., Eur. J. Neurosci. 39, 1810–1823., 2014
Groh, A., Bokor, H., Mease, R.A., Plattner, V.M., Hangya, B., Stroh, A., Deschenes, M., and Acsády, L.: Convergence of Cortical and Sensory Driver Inputs on Single Thalamocortical Cells, Cerebral Cortex, Epub ahead of print, 2013
*P. BARTHO, I. ULBERT, L. ACSADY: Correlated single unit activity in thalamic and cortical networks, Program No. 173.12 Neuroscience Meeting Planner. Chicago, IL: Society for Neuroscience, 2009. Online., 2009
H. BOKOR, A. GROH, V. M. PLATTNER, A. L. BODOR, B. HANGYA, B. SAKMANN, M. DESCHENES, L. ACSADY: Nucleus specific cortical control of thalamic nuclei, convergence of cortical and peripheral driver afferents, Program No. 173.13 Neuroscience Meeting Planner. Chicago, IL: Society for Neuroscience, 2009. Online., 2009
A. SLEZIA, B. HANGYA, P. BARTHO, I. ULBERT, L. ACSADY: Heterogenous firing pattern in first order and higher order thalamic nuclei - Burst properties and phase relationship to cortical activity, Program No. 173.23 Neuroscience Meeting Planner. Chicago, IL: Society for Neuroscience, 2009. Online., 2009
L. ACSADY, K. GIBER, V. M. PLATTNER, S. DIEUDONNE, M. A. DIANA, H. BOKOR: A GABAergic-glycinergic ascending system from the brainstem reticular core to the thalamus, Program No. 514.10 Neuroscience Meeting Planner. Chicago, IL: Society for Neuroscience, 2009. Online., 2009
Plattner V. M., Diana M. A., Bokor H., Giber K., Dieudonne S. & Acsady L.: Electrophysiological features of a novel inhibitory ponto-thalamic pathway, FENS Abstr., vol.5, 130.63, 2010, 2010
Bokor H: Nucleus specific control of relay cell activity in the somatosensory thalamus, FENS Abstr., vol.5, 180.3, 2010, 2010
Bartho P. , Ulbert I. & Acsady L: Network activity in rodent thalamus during the cortical slow oscillation, FENS Abstr., vol.5, 110.4, 2010, 2010




 

Events of the project

  
2013-01-11 12:12:21
Résztvevők változása



Back »