The mechanisms underlying synaptic transmission at the layer 4 of sensory cortical areas
The mechanisms underlying synaptic transmission at the layer 4 of sensory cortical areas
by Chao-Hua Huang
Date of Examination:2010-10-13
Date of issue:2011-06-08
Advisor:Dr. Takeshi Sakaba
Referee:Prof. Dr. Erwin Neher
Referee:Dr. Tobias Moser
Referee:Dr. Dr. Oliver Schlüter
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-3309
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
Neurons in layer 4 (L4) of the cortex play an important role in transferring signals from thalamus to other layers of the cortex. Understanding the fundamental properties of synaptic transmission between L4 neurons helps us to gain a clear picture of how the neuronal network in L4 co-operates to process sensory information. In the present study, we have determined the underlying parameters that govern synaptic strength such as quantal size (q), size of readily releasable vesicle pool (N) and release probability (Pr) of excitatory synaptic connections within L4 of the visual cortex (V1) and the somatosensory cortex (S1) in mice. While only a single vesicle is released per release site under physiological conditions at V1 synapses, multivesicular release (MVR) is observed at S1 synapses. In addition, we observed a saturation of postsynaptic receptors at S1 synapses. Other synaptic properties are similar in both cortices. Dynamic clamp experiments suggest that higher Pr and MVR at S1 synapses lower the requirement of the number of synaptic inputs to generate postsynaptic action potentials. In addition, the slower decay of synaptic current and the intrinsic membrane properties of the postsynaptic neuron also contribute to the reliable transmission between S1 neurons.
Keywords: synaptic transmission; cortex; layer 4; multivesicular release
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Die Neuronen in Schicht vier (L4) des cerebralen Kortex spielen eine wichtige Rolle bei der Signalübertragung vom Thalamus zu anderen Kortexbereichen. Das Verständnis der grundlegenden Eigenschaften der synaptischen Übertragung zwischen Neuronen in L4 ermöglicht es uns, ein klarerers Bild davon zu erhalten, wie die neuronalen Netzwerke in L4 kooperieren um sensorische Informationen zu verarbeiten. In dieser Studie haben wir für exzitatorische synaptische Verbindungen innerhalb der L4 des visuellen Kortexes (V1) sowie des somatosensorischen Kortexes (S1) der Maus Parameter untersucht, die die synaptische Stärke beeinflussen, wie quantale Größe (q), die Größe des schnell freisetzbaren Vesikelvorrats (N) und die Freisetzungswahrscheinlichkeit (Pr) Während unter physiologischen Bedingungen in V1-Synapsen nur ein Vesikel pro Freisetzungszone freigesetzt wird, wurde bei S1-Synapsen multivesikuläre Freisetzung (MVR) beobachtet. Darüber hinaus konnten wir eine Sättigung der postsynaptischen Rezeptoren bei S1-Synapsen feststellen. Die anderen gemessenen synaptischen Eigenschaften sind in beiden Kortexregionen ähnlich. Experimente mit Dynamic Clamp deuten darauf hin, dass die niedrigere Freisetzungswahrscheinlichkeit sowie die multivesikuläre Freisetzung bei S1-Synapsen dazu führen, dass weniger synaptische Erregungen genügen, um ein Aktionspotential in der postsynaptischen Zelle auszulösen. Zusätzlich dazu tragen der langsamere Abfall des synaptischen Stroms und die intrinsischen Membraneigenschaften der postsynaptischen Zelle zur verlässlichen Signalübertragung zwischen S1-Neuronen bei.
Schlagwörter: synaptischen Übertragung; Kortex; Schicht vier; multivesikuläre Freisetzung