In vitro electrophysiological investigation of synchronous population activity in rodent and human hippocampus.  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
77864
Type PD
Principal investigator Wittner, Lucia
Title in Hungarian Szinkron populációs aktivitás elektrofiziológiai vizsgálata patkány és emberi hippocampusban in vitro.
Title in English In vitro electrophysiological investigation of synchronous population activity in rodent and human hippocampus.
Keywords in Hungarian epilepszia, hippocampus, éles hullám, szinkronitás
Keywords in English epilepsy, hippocampus, sharp wave, synchrony
Discipline
Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)90 %
Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Panel Neurosciences
Department or equivalent Institute of Cognitive Neuroscience and Psychology (Research Center of Natural Sciences)
Starting date 2009-04-01
Closing date 2015-03-31
Funding (in million HUF) 7.211
FTE (full time equivalent) 4.00
state closed project
Summary in Hungarian
Az epilepsziát összefüggésbe hozzák az idegi hálózatok túlzott szinkronitásával, mely interiktális aktivitást és epilepsziás rohamokat idéz elő és tart fenn. Humán epilepsziás szövetben in vitro kimutatott interiktális-jellegű aktivitás jelentős hasonlóságot mutat rágcsálók agyi szeletében jelentkező fiziológiás szinkron populációs eseményekkel. E ritmikus szinkron aktivitási mintázatok kialakulásának és terjedésének mechanizmusai hatékonyabban feltárhatók, ha egyszerre vizsgáljuk a fiziológiai jellegzetességeket sejt- és hálózat szinten. Egyidejű intra- és többcsatornás extracelluláris elektrofiziológiai elvezetéseket szeretnénk végezni kontroll patkány és epilepsziás páciensekből származó, műtétileg eltávolított hippocampalis szövetszeleteken, amely méréseket kiegészítenénk a klorid homeosztázis, és azon keresztül a GABA gátló/serkentő tulajdonságának kialakításában részt vevő ionok esetleges változásainak feltárásával. A humán hippocampus azon makró- és mikróhálózati összeköttetéseinek rendellenességeit is szeretnénk feltárni, amelyek esetleges okozati összefüggésben vannak az epilepsziás rohamaktivitással. Kutatásaink fényt deríthetnek a klorid homeosztázisnak a szinkron populációs események kialakulásában és/vagy fenntartásában játszott szerepére, valamint rávilágíthatnak a fiziológiás és patológiás aktivitás közötti határvonalat adó finom különbségekre. A jövőbeli terápiás stratégiák, amelyek tekintetbe veszik a humán kutatások eredményeit, új, hatékonyabb gyógyszerek és/vagy az epilepsziás rohamokat megelőző, és/vagy az epilepszia okozta károsodásokat kezelő megoldások kifejlesztését eredményezhetik.
Summary
Epilepsies are thought to be associated with neuronal hypersynchrony, resulting in the generation and maintenance of interictal activity and seizures. In vitro interictal-like activity in epileptic human tissue show considerable similarities with physiological synchronous population events in control rodent slices. Generation and propagation mechanisms of these rhythmicities could be lightened by simultaneous analysis of physiological characteristics at cellular and network levels. We aim to concentrate on simultaneous intra- and multiple extracellular recordings in control rat and surgically resected hippocampal tissue slices derived from epileptic patients, completed with exploration of possible modifications in the ionic basis of chloride homeostasis, and hence, the inhibitory/excitatory actions of GABA. Furthermore, we intend to reveal abnormalities in macro- and microcircuits in the human hippocampal formation that might be causally related to seizure activity. We expect our results to clarify the significance of chloride homeostasis in the generation and/or maintenance of synchronous population events, and to elucidate subtle differences between normal and pathological activities. Upcoming therapeutic strategies considering current human research highlights could eventuate in the development of new, more efficient drugs and/or approach to prevent epileptic seizures and/or to treat the epilepsy caused damage.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A PD 77864 számú OTKA pályázat emberi és patkány agykérgi túlélő szeleteiben jelentkező szinkron populációs aktivitások feltárását tűzte ki célul. Leírtuk a patkány hippocampusban in vitro körülmények között spontán megjelenő kétféle éles hullám hálózati és sejtes tulajdonságait, rávilágítottunk a különböző gátló interneuron populációk fontos szerepére a kétféle populációs hullám kialakításában. Az epilepsziás emberi hippocampusban kialakuló interiktális jellegű aktivitást, valamint a nagyagykéregben jelentkező spontán populációs aktivitást (SPA) is jellemeztük elektrofiziológiai, két-foton mikroszkópiás és anatómiai technikákkal. Kimutattuk, hogy az epilepsziás emberi hippocampusban vélhetően a serkentés-gátlás felborult egyensúlya idézi elő az interiktális aktivitás megjelenését. A nagyagykéregben pedig mind epilepsziás, mind nem epilepsziás (tumoros) betegekből származó szövetben interiktális tüskékhez hasonló SPA aktivitást találtunk, ami arra utal, hogy ez a jelenség ez esetben nem kapcsolható közvetlenül össze a patológiás állapottal. Ez utóbbi projekt részletes leírása még folyamatban van. Eredményeink feltárták az emberi idegsejt populációk hálózati és sejtes működését. Továbbá rávilágíthatnak a patológiás és fiziológiás aktivitás közti finom különbségekre, és új terápiás célpontokat adhatnak a gyógyszeripar jövőbeli fejlesztéseinek.
Results in English
Present project (PD 77864) aimed to investigate synchronous population activities in human and rat cortical slice preparations. We described the network and cellular properties of two distinct and spontaneously occurring sharp waves in the rat hippocampus, in vitro. We showed the importance of differently activated interneuron populations in the generation of the two sharp waves. We described the interictal-like activity in the human epileptic hippocampus, as well as the synchronous population activity (SPA) emerging in the human neocortex with electrophysiological, two-photon and anatomical techniques. We demonstrated that the impaired balance of excitation/inhibition might be in the background of the interictal-like activity initiation. Neocortical SPA – similar to interictal spikes – appeared both in the tissues of epileptic and non-epileptic (tumour) patients, suggesting that this activity cannot be closely related to pathological processes. The detailed description of the latter project is in progress. Our results might shed light on the network and cellular mechanisms of human cortical neuronal population. Furthermore, they might reveal the border of physiological and pathological activities, and offer new therapeutic targets to future pharmaceutical research.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=77864
Decision
Yes





 

List of publications

  
Hofer KT, Kandrács Á, Ulbert I, Pál I, Szabó Cs, Héja L, Wittner L: The hippocampal CA3 region can generate two distinct types of sharp wave-ripple complexes, in vitro, Hippocampus. 2015 Feb;25(2):169-86, 2015
Kerekes BP, Tóth K, Kaszás A, Chiovini B, Szadai Z, Szalay G, Pálfi D, Bagó A, Spitzer K, Rózsa B, Ulbert I, Wittner L: Combined two-photon imaging, electrophysiological, and anatomical investigation of the human neocortex in vitro., Neurophotonics 1(1) 011013 (Jul-Sep 2014), 2014
Csercsa R, Dombovári B, Fabó D, Wittner L, Erőss L, Entz L, Sólyom A, Rásonyi G, Szűcs A, Kelemen A, Jakus R, Juhos V, Grand L, Magony A, Halász P, Freund TF, Maglóczky Z, Cash SS, Papp L, Karmos G, Halgren E, Ulbert I.: Laminar analysis of slow wave activity in humans., Brain. 2010 Sep;133(9):2814-29., 2010
Grand L, Wittner L, Herwik S, Göthelid E, Ruther P, Oscarsson S, Neves H, Dombovári B, Csercsa R, Karmos G, Ulbert I.: Short and long term biocompatibility of NeuroProbes silicon probes., J Neurosci Methods. 2010 Jun 15;189(2):216-29., 2010
Wittner L, Huberfeld G, Clémenceau S, Erőss L, Dezamis E, Entz L, Ulbert I, Baulac M, Freund TF, Maglóczky Z, Miles R.: The epileptic human hippocampal cornu ammonis 2 region generates spontaneous interictal-like activity in vitro., Brain. 2009 Nov;132(Pt 11):3032-46., 2009
Cash SS, Halgren E, Dehghani N, Rossetti AO, Thesen T, Wang C, Devinsky O, Kuzniecky R, Doyle W, Madsen JR, Bromfield E, Erőss L, Halász P, Karmos G, Csercsa R, Wittner L, Ulbert I.: The human K-complex represents an isolated cortical down-state., Science. 2009 May 22;324(5930):1084-7., 2009
Wittner L: Interictal activity in the epileptic human hippocampal formation., 13th Conference of Hungarian Neuroscience Society, Budapest, Hungary, 2011
Somogyvári, Z.; Wittner, L.; Ulbert, I.; Érdi, P.: Membrane potential reconstruction, based on extracellular potential measurements., 13th Conference of Hungarian Neuroscience Society, Budapest, Hungary, 2011
Tihanyi, B. T.; Hangya, B.; Entz, L.; Fabó, D.; Erőss, L.; Wittner, L.; Jakus, R.; Varga, V.; Freund, T. F.; Ulbert, I.: Complex cortical activity during human slow wave sleep revealed by information theory., 13th Conference of Hungarian Neuroscience Society, Budapest, Hungary, 2011
Fiáth R, Horváth D, Grand L, Wittner L, Dombovári B, Csercsa R, Karmos G & Ulbert I.: Layer specific distribution of spontaneous multiunit activity in the cat auditory cortex in sleep and wakefulness., FENS 2010, Amsterdam, The Netherlands, 2010
Horváth D, Grand L, Wittner L, Dombóvári B, Kisban S, Herwik S, Ruther P, Neves HP, Karmos G, Ulbert I.: Long term implantation of silicon-based micro probe arrays., P7-24. IBRO Workshop, Pécs, 2010., 2010
Fiáth R, Horváth D, Grand L, Wittner L, Dombóvári B, Karmos G, Ulbert I, Csercsa R.: Laminar distribution of the spontaneous multiunit activity in the cat auditory cortex during slow wave sleep., P4-10. IBRO Workshop, Pécs, 2010., 2010
Entz, L., Fabó, D., Erőss, L., Halász, P., Wittner, L., Karmos, G., Ulbert, I.: Single pulse cortical electrical stimulation induced slow oscillation in different vigilance states in epileptic patients., Epilepsia 2009, 50(Suppl. 10):93., 2009
Wittner, L., Huberfeld, G., Clemenceau, S., Erőss, L., Dezamis, E., Entz, L., Ulbert, I., Baulac, M., Miles, R.: The epileptic human hippocampal CA2 region generates spontaneous interictal like activity in vitro., Epilepsia 2009, 50(Suppl. 10):78-79., 2009
L. Grand, L. Wittner, E. Göthelid, S. Oscarsson, S. Herwik, P. Ruther, H. Neves, G. Karmos, I. Ulbert: Assessing tissue reaction around Neuroprobes silicon multielectrodes with different coatings., 390.1/HH9 2009 Neuroscience Meeting Planner. Chicago, IL: Society for Neuroscience, 2009. Online., 2009
L. Entz, D. Fabó, L. Erőss, P. Halász, L. Wittner, R. Csercsa, B. Dombovári, G. Karmos, I. Ulbert: Detection of slow oscillation elicited by cortical electrical stimulation in different vigilance states in humans., 723.12/F14 2009 Neuroscience Meeting Planner. Chicago, IL: Society for Neuroscience, 2009. Online., 2009
Tóth Kinga, Kandrács Ágnes, Szabó Csilla, Bagó Attila, Erőss Loránd, Entz László, Orbay Péter, Czirják Sándor, Várady Péter, Sipos László, Freund Tamás, Ulbert István, Wittner Lucia: Patterns of synchronous population activity in the neocortical tissue of epileptic and non-epileptic tumor patients, in vitro, Epilepsia 53(Suppl.5):102, 2012
Kinga Tóth, Ágnes Kandrács, Csilla Szabó, Attila Bagó, Loránd Erőss, László Entz, Tamás Freund, István Ulbert, Lucia Wittner: Patterns of synchronous population activity in the neocortex of patients with epilepsy or tumour, in vitro., XIV. MITT Konferencia, Budapest, P5.20., 2013
Bálint Péter Kerekes, Kinga Tóth, Attila Kaszás, Balázs Rózsa, István Ulbert, Lucia Wittner: Multimodal analysis of the human cortical synchronous population activity in vitro, XIV. MITT Konferencia, Budapest, P1.22., 2013
Hangya B, Tihanyi BT, Entz L, Fabó D, Erőss L, Wittner L, Jakus R, Varga V, Freund TF, Ulbert I: Complex Propagation Patterns Characterize Human Cortical Activity during Slow-Wave Sleep., J Neurosci. 2011 Jun 15;31(24):8770-9., 2011
Miles R, Blaesse P, Huberfeld G, Wittner L, Kaila K: Chloride homeostasis and GABA signaling in temporal lobe epilepsy., In Jasper's Basic Mechanisms of the Epilepsies, 4th edition Oxford University Press 2012. Eds: JL Noebels, M Avoli, MA Rogawski, RW Olsen and AV Delgado-Escueta, 2012
K. Hofer, K. Tóth, Á. Kandrács, Cs. Szabó, A. Bagó, L. Erőss, L. Entz, T. F. Freund, I. Ulbert, L. Wittner: Patterns of synchronous population activity in the neocortex of patients with epilepsy or tumour, In vitro., P336.05 Neuroscience Meeting Planner. San Diego, CA: Society for Neuroscience, 2013. Online, 2013
B. P. Kerekes, A. Kaszás, K. Tóth, B. Chiovini, G. Szalay, D. Pálfy, K. Spitzer, I. Ulbert, L. Wittner, B. Rózsa: Simultaneous Ca-imaging and electrophysiology of human cortical population activity In vitro., P235.12 Neuroscience Meeting Planner. San Diego, CA: Society for Neuroscience, 2013. Online, 2013
B. P. Kerekes, A. Kaszás, K. Tóth, B. Chiovini, G. Szalay, D. Pálfy, K. Spitzer, I. Ulbert, L. Wittner, B. Rózsa: Simultaneous Electrophysiology and Ca-imaging of human cortical sinchronous population activity in vitro., IBRO Workshop 2014. Debrecen, Hungary, P78., 2014
Wittner L, Huberfeld G, Clémenceau S, Erőss L, Dezamis E, Entz L, Ulbert I, Baulac M, Freund TF, Maglóczky Z, Miles R.: The epileptic human hippocampal cornu ammonis 2 region generates spontaneous interictal-like activity in vitro., Brain. 2009 Nov;132(Pt 11):3032-46., 2009
Katharina Hofer, István Ulbert, Ildikó Pál, Csilla Szabó László Héja and Lucia Wittner: Patterns of sharp-wave ripple complexes in the rat hippocampus in vitro., IBRO Workshop 2014. Debrecen, Hungary, P119c., 2014
Em Ben Sorum, László Entz, Lucia Wittner, István Ulbert, Lóránd Erőss, Daniel Fabó: Multi-phase translational research with epilepsy patients., IBRO Workshop 2014. Debrecen, Hungary, P171., 2014
K. Tóth, K. Hofer , Á. Kandrács, C. Szabó, A. Bagó, L. Erőss, L. Entz, T.F. Freund, I. Ulbert, L.: Patterns of synchronous population activity in the neocortex of patients with epilepsy or tumour, in vitro., IBRO Workshop 2014. Debrecen, Hungary, P181b., 2014
Csercsa R, Dombovári B, Fabó D, Wittner L, Erőss L, Entz L, Sólyom A, Rásonyi G, Szűcs A, Kelemen A, Jakus R, Juhos V, Grand L, Magony A, Halász P, Freund TF, Maglóczky Z, Cash SS, Papp L, Karmos G, Halgren E, Ulbert I.: Laminar analysis of slow wave activity in humans., Brain. 2010 Sep;133(9):2814-29., 2010
Hangya B, Tihanyi BT, Entz L, Fabó D, Erőss L, Wittner L, Jakus R, Varga V, Freund TF, Ulbert I: Complex Propagation Patterns Characterize Human Cortical Activity during Slow-Wave Sleep., J Neurosci. 2011 Jun 15;31(24):8770-9., 2011
Grand L, Wittner L, Herwik S, Göthelid E, Ruther P, Oscarsson S, Neves H, Dombovári B, Csercsa R, Karmos G, Ulbert I.: Short and long term biocompatibility of NeuroProbes silicon probes., J Neurosci Methods. 2010 Jun 15;189(2):216-29., 2010
Dombovári B, Fiáth R, Kerekes BP, Tóth E, Wittner L, Horváth D, Seidl K, Herwik S, Torfs T, Paul O, Ruther P, Neves H, Ulbert I.: In vivo validation of the electronic depth control probes., Biomed Tech (Berl). 2014 Aug;59(4):283-9., 2014
Entz, L., Fabó, D., Erőss, L., Halász, P., Wittner, L., Karmos, G., Ulbert, I.: Single pulse cortical electrical stimulation induced slow oscillation in different vigilance states in epileptic patients., Epilepsia 2009, 50(Suppl. 10):93., 2009



Back »