Publications - Institut Salk d'études biologiques

toutes les publications

Klug, JR, Yan, X., Hoffman, H., Engelhardt, MD, Osakada, F., Callaway, EM, Porte-poisse. Les projections corticales asymétriques vers les voies striatales directes et indirectes contrôlent distinctement les actions. (2025) Évie. 12. DOI : 10.7554/eLife.92992

+ développer le résumé

Cassidy, RM, Macias, AV, Lagos, WN, Ugorji, C., Callaway, EM Organisation complémentaire des circuits cortico-thalamo-corticaux pilotes et modulateurs de la souris. (2025) Journal of Neuroscience. DOI : 10.1523/JNEUROSCI.1167-24.2024

+ développer le résumé

Les projections corticocorticales (CC) dans le système visuel facilitent le traitement hiérarchique des informations sensorielles. Outre les connexions CC directes, les voies cortico-thalamo-corticales (CTC) indirectes, passant par le noyau pulvinar du thalamus, peuvent relayer les signaux sensoriels et réguler les interactions corticales en fonction des exigences comportementales. Bien que le pulvinar soit étroitement connecté à l'ensemble du cortex visuel, on ignore si les voies transthalamiques relient toutes les aires corticales ou si elles suivent des règles d'organisation systématiques. Les neurones pulvinars de souris projetant vers différentes aires étant spatialement entremêlés, leurs relations entrées/sorties ont été difficiles à caractériser par les méthodes anatomiques traditionnelles. Afin de déterminer l'organisation des circuits CTC, nous avons cartographié les aires visuelles supérieures (AHS) de souris mâles et femelles par imagerie du signal intrinsèque et ciblé cinq voies pulvinar→AHS pour un traçage spécifique des projections de la rage. Nous avons aligné le tissu cortical post-mortem sur des cartes in vivo afin de quantifier précisément les zones et les types cellulaires se projetant sur chaque population pulvinar→HVA. Les entrées « pilotes » de la couche corticothalamique 5 (L5CT) vers le pulvinar proviennent principalement du cortex visuel primaire (V1), ce qui est cohérent avec la hiérarchie CC. Les entrées L5CT des HVA latéraux évitent spécifiquement de piloter les connexions réciproques, ce qui est cohérent avec l'hypothèse de l'absence de boucles fortes. À l'inverse, les entrées « modulatrices » de la couche corticothalamique 6 (L6CT) sont réparties entre les zones et sont biaisées en faveur des connexions réciproques. Contrairement aux études précédentes chez les primates, nous constatons que chaque HVA reçoit une entrée disynaptique du colliculus supérieur. Les circuits CTC du pulvinar dépendent donc à la fois de la cible HVA et du type cellulaire d'entrée, de sorte que les voies de commande et de modulation d'ordre supérieur suivent des règles de connexion complémentaires similaires à celles régissant les circuits CT de premier ordre. Comprendre la fonction du pulvinar nécessitera de connaître ses connexions anatomiques. Grâce à un traçage rabique de pointe, nous établissons une carte des connexions pulvinaires cérébrales et CTC. Alors que la voie tectopulvinaire des primates cible sélectivement les aires visuelles dorsales, nous retrouvons une entrée SC omniprésente chez la souris. Cette projection extragéniculée corrobore un comportement inconscient guidé visuellement, suggérant que toutes les aires corticales visuelles contribuent à ces fonctions chez la souris. Nos résultats unifient également des hypothèses anatomiques de longue date. En effet, les entrées CTC « drivers » sont des relais de rétroaction et adhèrent à l'hypothèse de l'absence de boucles fortes. Les entrées L6CT « modulatrices » sont surreprésentées dans l'HVA cible, reflétant la connectivité réciproque décrite dans de précédentes études de traçage en masse. L'ensemble de ces résultats constitue une carte exhaustive pour guider les futures études expérimentales et théoriques de la fonction pulvinaire.

Patiño, M., Rossa, MA, Lagos, WN, Patne, NS, Callaway, EM Spécificité transcriptomique du type cellulaire des circuits corticaux locaux. (2024) Neuron. DOI: 10.1016 / j.neuron.2024.09.003

+ développer le résumé

Adusei, M., Callaway, EM, Usrey, WM, Briggs, F. Flux parallèles de rétroaction corticogéniculée directe provenant du cortex extrastrié de niveau moyen chez le singe macaque. (2024) eNeuro. DOI : 10.1523/ENEURO.0364-23.2024

+ développer le résumé

Les noyaux thalamiques de premier ordre reçoivent des signaux de rétroaction des récepteurs périphériques et les transmettent au cortex sensoriel primaire. Ce dernier, à son tour, fournit une rétroaction réciproque au thalamus de premier ordre. La grande majorité des entrées sensorielles thalamocorticales ciblant le cortex sensoriel primaire, leurs neurones corticothalamiques complémentaires sont supposés être également restreints à ce cortex. Nous infirmons cette hypothèse en caractérisant des neurones morphologiquement divers dans plusieurs aires corticales visuelles de niveau moyen du cerveau des primates () qui fournissent une rétroaction directe au thalamus visuel primaire, le noyau géniculé latéral dorsal (LGN). Bien que la majorité des neurones géniculocorticaux projettent vers le cortex visuel primaire (V1), une minorité, située principalement dans les couches koniocellulaires du LGN, fournit une entrée directe au cortex visuel extrastrié. Ces projections « contournant V1 » pourraient être impliquées dans la vision aveugle. Nous avons émis l'hypothèse que les entrées géniculocorticales ciblant directement le cortex extrastrié devraient être complétées par des circuits corticogéniculés réciproques. Grâce au traçage de circuits à médiation virale, nous avons découvert des neurones corticogéniculés dans trois aires extrastriées de niveau intermédiaire : MT, MST et V4. Des analyses morphologiques quantitatives ont révélé une distribution hétérogène de types cellulaires uniques selon les aires. De nombreux neurones corticogéniculés extrastriés présentaient une morphologie stellaire épineuse, suggérant un ciblage possible des couches koniocellulaires du LGN. Il est important de noter que plusieurs types morphologiques ont été observés selon les aires. Cette diversité morphologique pourrait suggérer des flux parallèles de rétroaction corticogéniculée contournant V1 à plusieurs étapes de la hiérarchie du traitement visuel. De plus, la présence de neurones corticogéniculés dans le cortex visuel nécessite une réévaluation du LGN comme centre d'information visuelle plutôt que comme simple relais. Les noyaux thalamiques de premier ordre sont les plus fortement connectés au cortex sensoriel primaire, en termes de rétroaction et de rétroaction. Dans le système visuel, des circuits de rétroaction directe relient le thalamus visuel aux aires visuelles extrastriées d'ordre supérieur, bien que la fonction de ces voies moins courantes demeure inconnue. Nous démontrons ici pour la première fois la présence de connexions de rétroaction directe complémentaires entre plusieurs aires corticales visuelles extrastriées et le thalamus visuel dans le cerveau des primates. Bien que rares, les circuits corticogéniculés extrastriés sont présents en permanence et contiennent des neurones morphologiquement divers, suggérant des flux parallèles de rétroaction extrastriée. Ces résultats indiquent une conservation évolutive des circuits qui intègrent les informations provenant de toute la hiérarchie du traitement visuel au sein du thalamus visuel.

Wang, H., Dey, O., Lagos, WN, Behnam, N., Callaway, EM, Stafford, BK Voies parallèles transportant des signaux rétiniens sélectifs en direction et en orientation vers la couche 4 du cortex visuel de la souris. (2024) Rapports de cellule 43(3):113830. DOI : 10.1016/j.celrep.2024.113830

+ développer le résumé

Zhang, LA, Li, P., Callaway, EM Identification laminaire à haute résolution dans le cortex visuel primaire du macaque à l'aide de sondes Neuropixels. (2024) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.01.23.576944

+ développer le résumé

Zhou, J., Zhang, Z., Wu, M., Liu, H., Pang, Y., Bartlett, A., Peng, Z., Ding, W., Rivkin, A., Lagos, WN, Williams, E., Lee, CT, Miyazaki, PA, Aldridge, A., Zeng, Q., Salinda, JLA, Claffey, N., Liem, M., Fitzpatrick, C., Boggeman, L., Yao, Z., Smith, KA, Tasic, B., Altshul, J., Kenworthy, MA, Valadon, C., Nery, JR, Castanon, RG, Patne, NS, Vu, M., Rashid, M., Jacobs, M., Ito, T., Osteen, J., Emerson, N., Lee, J., Cho, S., Rink, J., Huang, HH, Pinto-Duartec, A., Dominguez, B., Smith, JB, O'Connor, C., Zeng, H., Chen, S., Lee, KF, Mukamel, EA, Jin, X., Margarita Behrens, M., Ecker, JR, Callaway, EM Correspondance à l'échelle du cerveau entre l'épigénomique neuronale et les projections distantes. (2023) Nature. 624(7991):355-365. DOI: 10.1038/s41586-023-06823-w

+ développer le résumé

Les analyses unicellulaires décomposent les milliards de neurones du cerveau en milliers de groupes de « types cellulaires » résidant dans différentes structures cérébrales. De nombreux types cellulaires assurent leurs fonctions par le biais de projections ciblées à longue distance, permettant des interactions entre des types cellulaires spécifiques. Nous avons utilisé l'épi-rétro-séquençage pour relier les épigénomes et les types cellulaires unicellulaires aux projections à longue distance de 33,034 32 neurones disséqués de 24 régions différentes projetant vers 225 cibles différentes (926 combinaisons source-cible) à travers l'ensemble du cerveau de souris. Nous mettons en évidence l'utilisation de ces données pour interroger les principes reliant les types de projection à la transcriptomique et à l'épigénomique, et pour étudier les hypothèses sur les types cellulaires et les connexions liées à la génétique. Nous fournissons une synthèse globale avec XNUMX comparaisons statistiques de la discriminabilité des neurones projetant vers chaque cible pour chaque source. Nous intégrons cet ensemble de données à l'atlas plus vaste du réseau de recensement cellulaire de l'initiative BRAIN, composé de millions de neurones, afin de relier les types cellulaires de projection aux groupes de consensus. L'intégration avec la transcriptomique spatiale permet d'attribuer des clusters enrichis en projection à des régions sources plus petites que les dissections initiales. Nous illustrons ce phénomène en présentant des analyses approfondies des neurones de projection de l'hypothalamus, du thalamus, du rhombencéphale, de l'amygdale et du mésencéphale afin de mieux comprendre les propriétés de ces types cellulaires, notamment les gènes différentiellement exprimés, leurs éléments cis-régulateurs et leurs motifs de liaison aux facteurs de transcription associés, ainsi que l'utilisation des neurotransmetteurs.

Zemke, NR, Armand, EJ, Wang, W., Lee, S., Zhou, J., Li, YE, Liu, H., Tian, W., Nery, JR, Castanon, RG, Bartlett, A., Osteen, JK, Li, D., Zhuo, X., Xu, V., Chang, L., Dong, K., Indralingam, HS, Rink, JA, Xie, Y., Miller, M., Krienen, FM, Zhang, Q., Taskin, N., Ting, J., Feng, G., McCarroll, SA, Callaway, EM, Wang, T., Lein, ES, Behrens, MM, Ecker, JR, Ren, B. Programmes de régulation génétique conservés et divergents du néocortex des mammifères. (2023) Nature. 624(7991):390-402. DOI: 10.1038/s41586-023-06819-6

+ développer le résumé

Patiño, M., Lagos, WN, Patne, NS, Miyazaki, PA, Bhamidipati, SK, Collman, F., Callaway, EM Le type de cellule postsynaptique et la distance synaptique ne déterminent pas l'efficacité de la propagation monosynaptique du virus de la rage mesurée à la résolution synaptique. (2023) Évie. 12. DOI : 10.7554/eLife.89297

+ développer le résumé

Le traçage monosynaptique rétrograde utilisant le virus de la rage à glycoprotéine supprimée est un outil essentiel pour l'étude de la structure et de la connectivité des circuits neuronaux. Il permet d'identifier les connexions présynaptiques de premier ordre avec les populations cellulaires d'intérêt, tant au niveau du système nerveux central que périphérique, contribuant ainsi à déchiffrer les schémas complexes de connectivité des réseaux neuronaux responsables du fonctionnement cérébral. Malgré son utilité, les facteurs influençant la probabilité de propagation transsynaptique de la rage restent mal compris. S'il est bien établi que les niveaux d'expression de la glycoprotéine rabique utilisée pour trans-complémenter le virus de la rage à G supprimé peuvent entraîner d'importantes variations du nombre d'entrées marquées par cellule de départ (indice de convergence [IC]), on ignore comment les valeurs typiques de l'IC sont liées aux proportions de contacts synaptiques ou de neurones d'entrée marqués. De plus, on ignore si les entrées vers différents types cellulaires, ou les contacts synaptiques plus proximaux ou plus distaux du corps cellulaire, sont marqués avec des probabilités différentes. Nous utilisons ici une nouvelle construction du virus de la rage permettant le marquage simultané des spécialisations pré- et postsynaptiques afin de quantifier la proportion de contacts synaptiques marqués dans le cortex visuel primaire de la souris. Nous démontrons qu'en conditions normales, environ 40 % des synapses excitatrices présynaptiques de premier ordre des neurones excitateurs et inhibiteurs corticaux sont marquées. Nous démontrons qu'en utilisant des conditions de traçage adaptées, les proportions de contacts marqués sur les cellules pyramidales excitatrices L4, inhibitrices de la somatostatine (Sst) et inductrices du peptide intestinal vasoactif (Vip) sont similaires. De plus, nous ne constatons aucune différence dans les proportions de contacts excitateurs marqués sur les sites postsynaptiques à différents emplacements subcellulaires.

Jorstad, NL, Close, J., Johansen, N., Yanny, AM, Barkan, ER, Travaglini, KJ, Bertagnolli, D., Campos, J., Casper, T., Crichton, K., Dee, N., Ding, SL, Gelfand, E., Goldy, J., Hirschstein, D., Kiick, K., Kroll, M., Kunst, M., Lathia, K., Long, B., Martin, N., McMillen, D., Pham, T., Rimorin, C., Ruiz, A., Shapovalova, N., Shehata, S., Siletti, K., Somasundaram, S., Sulc, J., Tieu, M., Torkelson, A., Tung, H., Callaway, EM, Hof, PR, Keene, CD, Levi, BP, Linnarsson, S., Mitra, PP, Smith, K., Hodge, RD, Bakken, TE, Lein, ES La cytoarchitecture transcriptomique révèle les principes de l'organisation du néocortex humain. (2023) Science. 382(6667):eadf6812. DOI : 10.1126/science.adf6812

+ développer le résumé

Klug, JR, Yan, X., Hoffman, HA, Engelhardt, MD, Osakada, F., Callaway, EM, Porte-poisse. Les projections corticales asymétriques vers les voies striatales directes et indirectes contrôlent distinctement les actions. (2023) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2023.10.02.560589

+ développer le résumé

Wang, H., Dey, O., Lagos, WN, Behnam, N., Callaway, EM, Stafford, BK Voies parallèles transportant des signaux rétiniens sélectifs de direction et d'orientation vers la couche 4 du cortex visuel de la souris. (2023) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2023.09.18.558281

+ développer le résumé

Des voies visuelles fonctionnelles et anatomiques parallèles reliant la rétine au cortex visuel primaire (V1) via le noyau géniculé latéral (LGN) sont communes à de nombreuses espèces de mammifères, notamment les souris, les carnivores et les primates. Cependant, le nombre beaucoup plus important de types de cellules ganglionnaires rétiniennes (CGR) qui se projettent vers le LGN, ainsi que la lamination plus limitée du LGN et de la couche réceptrice thalamocorticale 4 (L4) chez la souris, laissent une incertitude considérable quant aux caractéristiques visuelles présentes à la fois dans la rétine et dans V1 qui pourraient être héritées des voies parallèles ou extraites par les circuits V1 du système visuel murin. Nous avons exploré ici les relations entre les propriétés fonctionnelles des neurones V4 de L1 et leurs entrées dans le CGR en tirant parti de deux lignées murines exprimant Cre – Nr5a1-Cre et Scnn1a-Tg3-Cre – qui marquent chacune des populations fonctionnellement et anatomiquement distinctes de neurones L4. Les propriétés d'accord visuel des neurones L4 V1 ont été évaluées par l'expression de GCaMP6 dépendante de Cre, suivie d'une imagerie calcique à 2 photons. Les cellules dendritiques régulatrices (CGR) alimentant ces neurones (via les LGN) ont été marquées et caractérisées par un marquage rétrograde transsynaptique dépendant de Cre avec le virus de la rage délété en G. Nous avons observé des différences significatives dans l'accord des neurones Nr5a1-Cre et Scnn1a-Tg3-Cre pour la direction, l'orientation, la fréquence spatiale, la fréquence temporelle et la vitesse. De manière frappante, un sous-ensemble de CGR présentait des propriétés d'accord correspondant à celles des neurones L4 V1 auxquels ils fournissaient des entrées. Globalement, ces résultats suggèrent que l'accord de direction et d'orientation des neurones V1 pourrait être au moins en partie hérité de voies parallèles provenant de la rétine.

Zemke, NR, Armand, EJ, Wang, W., Lee, S., Zhou, J., Li, YE, Liu, H., Tian, W., Nery, JR, Castanon, RG, Bartlett, A., Osteen, JK, Li, D., Zhuo, X., Xu, V., Miller, M., Krienen, FM, Zhang, Q., Taskin, N., Ting, J., Feng, G., McCarroll, SA, Callaway, EM, Wang, T., Behrens, MM, Lein, ES, Ecker, JR, Ren, B. Analyse épigénomique comparative unicellulaire des programmes de régulation des gènes dans le néocortex des rongeurs et des primates. (2023) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2023.04.08.536119

+ développer le résumé

Fischer, KB, Collins, HK, Pang, Y., Roy, DS, Zhang, Y., Feng, G., Li, SJ, Kepecs, A., Callaway, EM Restriction monosynaptique de la souche H129 du virus de l'herpès simplex antérograde pour le traçage des circuits neuronaux. (2023) Journal de neurologie comparée. DOI : 10.1002/cne.25451

+ développer le résumé

Li, P., Garg, AK, Zhang, LA, Rashid, MS, Callaway, EM Les domaines fonctionnels des cônes opposés dans le cortex visuel primaire combinent des signaux pour les mécanismes d'apparition des couleurs. (2022) Nature Communications. 13(1):6344. DOI: 10.1038/s41467-022-34020-2

+ développer le résumé

Wang, H., Dey, O., Lagos, WN, Callaway, EM Diversité de la fréquence spatiale, de la fréquence temporelle et du réglage de la vitesse dans les zones et couches corticales visuelles de la souris. (2022) Journal de neurologie comparée. DOI : 10.1002/cne.25404

+ développer le résumé

Le système visuel de la souris est constitué de plusieurs aires corticales visuelles considérées comme spécialisées pour différentes caractéristiques visuelles et/ou tâches. Des études antérieures ont révélé des différences entre le cortex visuel primaire (V1) et d'autres aires visuelles supérieures, à savoir l'aire antérolatérale (AL) et l'aire postéromédiale (PM), ainsi que leurs préférences d'accord pour les fréquences spatiales et temporelles. Cependant, ces différences ont principalement été caractérisées par des méthodes biaisées en faveur des couches superficielles du cortex, comme l'imagerie calcique à deux photons. Moins d'études ont examiné les types de cellules des couches plus profondes de ces aires et leurs préférences d'accord. Étant donné que les neurones superficiels et les neurones des couches profondes, ainsi que les différents types de neurones des couches profondes, sont connus pour avoir des entrées et des sorties de rétroaction et d'anticipation différentes, la comparaison des préférences d'accord de ces groupes est importante pour comprendre le traitement de l'information visuelle corticale. Dans cette étude, nous avons utilisé l'électrophysiologie extracellulaire et l'imagerie calcique à deux photons ciblant deux classes de cellules de la couche 5 afin de caractériser leurs propriétés d'accord dans V1, AL et PM. Nous constatons que les neurones de la couche profonde, à l'instar des neurones de la couche superficielle, sont également spécialisés pour différentes fréquences spatiales et temporelles, les différences les plus marquées étant observées entre AL et V1, et AL et PM, mais pas entre V1 et PM. Cependant, nous constatons que les populations de neurones de la couche profonde privilégient une plus large gamme de SF et de TF par rapport aux études précédentes. Nous constatons également que les neurones de la couche 5 à projection extratélencéphalique sont plus sélectifs quant à la direction que les neurones de la couche 5 à projection intratélencéphalique.

Zhang, Y., Roy, DS, Zhu, Y., Chen, Y., Aida, T., Hou, Y., Shen, C., Lea, NE, Schroeder, ME, Skaggs, KM, Sullivan, HA, Fischer, KB, Callaway, EM, Wickersham, IR, Dai, J., Li, XM, Lu, Z., Feng, G. Le ciblage des circuits thalamiques permet de remédier aux déficits moteurs et de l’humeur chez les souris atteintes de la maladie de Parkinson. (2022) Nature. DOI: 10.1038 / s41586-022-04806-x

+ développer le résumé

Patiño, M., Lagos, WN, Patne, NS, Tasic, B., Zeng, H., Callaway, EM Classification transcriptomique unicellulaire des neurones corticaux infectés par la rage. (2022) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 119(22):e2203677119. DOI : 10.1073/pnas.2203677119

+ développer le résumé

Cook, JR, Li, H., Nguyen, B., Huang, HH, Mahdavian, P., Kirchgessner, MA, Strassmann, P., Engelhardt, M., Callaway, EM, Porte-poisse. Le cortex auditif secondaire assure un mécanisme sensorimoteur pour la synchronisation des actions. (2022) Nature Neuroscience. 25(3):330-344. DOI: 10.1038/s41593-022-01025-5

+ développer le résumé

Liu, H., Zhou, J., Tian, W., Luo, C., Bartlett, A., Aldridge, A., Lucero, J., Osteen, JK, Nery, JR, Chen, H., Rivkin, A., Castanon, RG, Clock, B., Li, YE, Hou, X., Poirion, OB, Preissl, S., Pinto-Duarte, A., O'Connor, C., Boggeman, L., Fitzpatrick, C., Nunn, M., Mukamel, EA, Zhang, Z., Callaway, EM, Ren, B., Dixon, JR, Behrens, MM, Ecker, JR Atlas de méthylation de l'ADN du cerveau de souris à une résolution unicellulaire. (2021) Nature. 598(7879):120-128. DOI: 10.1038/s41586-020-03182-8

+ développer le résumé

Les cellules cérébrales de mammifères présentent une remarquable diversité d'expression génétique, d'anatomie et de fonction. Pourtant, le paysage régulateur de l'ADN sous-jacent à cette grande hétérogénéité est mal compris. Nous réalisons ici une évaluation complète des épigénomes des types de cellules cérébrales de souris en appliquant le séquençage de la méthylation de l'ADN mononucléaire pour profiler 103,982 95,815 noyaux (dont 8,167 45 neurones et 161 XNUMX cellules non neuronales) provenant de XNUMX régions du cortex, de l'hippocampe, du striatum, du pallidum et des aires olfactives de la souris. Nous avons identifié XNUMX groupes cellulaires présentant des localisations spatiales et des cibles de projection distinctes. Nous avons construit des taxonomies de ces types épigénétiques, annotées de gènes signatures, d'éléments régulateurs et de facteurs de transcription. Ces caractéristiques indiquent le paysage régulateur potentiel soutenant l'attribution de types cellulaires putatifs et révèlent l'utilisation répétée de régulateurs dans les cellules excitatrices et inhibitrices pour déterminer les sous-types. Le paysage de méthylation de l'ADN des neurones excitateurs du cortex et de l'hippocampe variait continuellement selon des gradients spatiaux. Grâce à cet ensemble de données approfondi, nous avons construit un modèle de réseau neuronal artificiel qui prédit avec précision l'identité du type cellulaire d'un neurone et la localisation spatiale des zones cérébrales. L'intégration de méthylomes d'ADN haute résolution avec des données d'accessibilité de la chromatine d'un noyau a permis de prédire avec une grande confiance les interactions activateur-gène pour tous les types cellulaires identifiés, lesquelles ont ensuite été validées par des expériences de capture de conformation de chromatine spécifiques à chaque type cellulaire. En combinant des ensembles de données multiomiques (méthylation de l'ADN, contacts chromatiniens et chromatine ouverte) provenant de noyaux uniques et en annotant le génome régulateur de centaines de types cellulaires du cerveau de souris, notre atlas de méthylation de l'ADN établit les bases épigénétiques de la diversité neuronale et de l'organisation spatiale du cerveau de la souris.

Zhang, Z., Zhou, J., Tan, P., Pang, Y., Rivkin, AC, Kirchgessner, MA, Williams, E., Lee, CT, Liu, H., Franklin, AD, Miyazaki, PA, Bartlett, A., Aldridge, AI, Vu, M., Boggeman, L., Fitzpatrick, C., Nery, JR, Castanon, RG, Rashid, M., Jacobs, MW, Ito-Cole, T., O'Connor, C., Pinto-Duartec, A., Dominguez, B., Smith, JB, Niu, SY, Lee, KF, Jin, X., Mukamel, EA, Behrens, MM, Ecker, JR, Callaway, EM Diversité épigénomique des neurones de projection corticale dans le cerveau de la souris. (2021) Nature. 598(7879):167-173. DOI: 10.1038/s41586-021-03223-w

+ développer le résumé

Les types de cellules neuronales sont classiquement définis par leurs propriétés moléculaires, leur anatomie et leurs fonctions. Bien que les progrès récents en génomique unicellulaire aient permis une caractérisation moléculaire à haute résolution de la diversité des types cellulaires du cerveau, les types de cellules neuronales sont souvent étudiés hors du contexte de leurs propriétés anatomiques. Afin de mieux comprendre la relation entre les caractéristiques moléculaires et anatomiques qui définissent les neurones corticaux, nous avons combiné ici le marquage rétrograde et le séquençage de la méthylation de l'ADN mononucléaire afin de relier les propriétés épigénomiques neuronales aux projections. Nous avons examiné 11,827 63 neurones néocorticaux isolés issus de 5 projections cortico-corticales et cortico-sous-corticales à longue distance. Nos résultats ont montré des signatures épigénétiques uniques des neurones de projection, correspondant à leur localisation laminaire et régionale et à leurs schémas de projection. Sur la base de leurs épigénomes, les cellules intra-télencéphaliques projetant vers différentes cibles corticales ont pu être distinguées plus précisément. Certains neurones de couche 5 projetant vers des cibles extra-télencéphaliques (L5 ET) formaient des groupes distincts alignés avec leurs projections axonales. Cette séparation variait selon les aires corticales, ce qui suggère l'existence de différences spécifiques aux sous-types de L5 ET, lesquelles ont été validées par des études anatomiques. Notamment, une population de neurones de projection cortico-corticaux s'est regroupée avec L5 ET plutôt qu'avec des neurones intra-télencéphaliques, ce qui suggère qu'une population de neurones corticaux LXNUMX ET projette vers les deux cibles. Nous avons vérifié l'existence de ces neurones par un double marquage rétrograde et un traçage antérograde des neurones de projection cortico-corticale, qui ont révélé des terminaisons axonales dans des cibles extra-télencéphaliques, notamment le thalamus, le colliculus supérieur et le pont. Ces résultats soulignent la puissance des approches épigénomiques unicellulaires pour relier les propriétés moléculaires des neurones à leurs propriétés anatomiques et de projection.

Kirchgessner, MA, Franklin, AD, Callaway, EM Influences distinctes « motrices » et « modulatrices » des différentes voies corticothalamiques visuelles. (2021) Biologie actuelle. DOI : 10.1016/j.cub.2021.09.025

+ développer le résumé

Faulkner, RL, Wall, NR, Callaway, EM, Cline, HT Application du virus de la rage recombinant au cerveau du têtard de Xénope. (2021) eNeuro. DOI : 10.1523/ENEURO.0477-20.2021

+ développer le résumé

Le système expérimental de Xénope a apporté des connaissances significatives sur le développement et la plasticité des circuits neuronaux. La recherche en neurosciences sur Xénope serait enrichie par des outils supplémentaires permettant d'étudier la structure et le fonctionnement de ces circuits. Les virus de la rage sont des outils puissants pour marquer et manipuler les circuits neuronaux et ont été largement utilisés pour étudier la connectomique à mésoéchelle. La possibilité d'utiliser le virus de la rage pour transduire des neurones et exprimer des transgènes chez Xénope n'a pas été étudiée de manière systématique. Le virus de la rage délété en glycoprotéine transduit les neurones au niveau de la terminaison axonale et marque rétrogradement leurs corps cellulaires. Nous démontrons que le virus de la rage délété en glycoprotéine infecte les neurones locaux et de projection du têtard de Xénope lorsqu'il est injecté directement dans le tissu cérébral. Le pseudotypage du virus de la rage délété en glycoprotéine avec EnvA limite l'infection aux cellules présentant une expression exogène du récepteur EnvA, TVA. Le virus pseudotypé EnvA infecte spécifiquement les neurones des têtards dont l'expression de TVA est induite par son promoteur, démontrant ainsi son utilité pour le marquage de populations neuronales ciblées. Les types de cellules neuronales sont définis par une combinaison de caractéristiques, notamment la localisation anatomique, l'expression de marqueurs génétiques, les sites de projection axonale, la morphologie et les propriétés physiologiques. Nous démontrons que l'expression de TVA dans un hémisphère et l'injection du virus pseudotypé EnvA dans l'hémisphère controlatéral marquent rétrogradement les neurones définis par la localisation du corps cellulaire et le site de projection axonale. Grâce à cette approche, la rage peut être utilisée pour identifier les types cellulaires du cerveau de Xénope et, simultanément, pour exprimer des transgènes permettant de surveiller ou de manipuler l'activité neuronale. Cela fait de la rage un outil précieux pour étudier la structure et la fonction des circuits neuronaux chez Xénope. Les études sur Xénope ont grandement contribué à notre compréhension du développement et de la plasticité des circuits cérébraux, de la régénération et de la régulation hormonale du comportement et de la métamorphose. Nous montrons ici que le virus rabique recombinant transduit les neurones du têtard de Xénope, élargissant ainsi la palette d'outils utilisables pour l'étude du cerveau de Xénope. Le virus rabique peut être utilisé pour le marquage rétrograde et l'expression d'un large éventail de transgènes, notamment des protéines fluorescentes pour le traçage anatomique et l'étude de la morphologie neuronale, des indicateurs de voltage ou de calcium pour visualiser l'activité neuronale, et des canaux photo- ou chimiosensibles pour contrôler l'activité neuronale. La polyvalence de ces outils permet diverses expériences d'analyse et de manipulation de la structure et du fonctionnement du cerveau de Xénope, y compris la connectivité à mésoéchelle.

Abbott, LF, Bock, DD, Callaway, EM, Denk, W., Dulac, C., Fairhall, AL, Fiete, I., Harris, KM, Helmstaedter, M., Jain, V., Kasthuri, N., LeCun, Y., Lichtman, JW, Littlewood, PB, Luo, L., Maunsell, JHR, Reid, RC, Rosen, BR, Rubin, GM, Sejnowski, TJ, Seung, HS, Svoboda, K., Tank, DW, Tsao, D., Van Essen, DC L'esprit d'une souris. (2020) Téléphone 182(6):1372-1376. DOI : 10.1016/j.cell.2020.08.010

+ développer le résumé

Yang, CF, Kim, EJ, Callaway, EM, Feldman, JL Projections monosynaptiques vers les neurones excitateurs et inhibiteurs du complexe pré-Bötzinger. (2020) Frontières en neuroanatomie. 14h58. DOI : 10.3389/fnana.2020.00058

+ développer le résumé

Kim, EJ, Zhang, Z., Huang, L., Ito-Cole, T., Jacobs, MW, Juavinett, AL, Senturk, G., Hu, M., Ku, M., Ecker, JR, Callaway, EM Extraction de types distincts de cellules neuronales à partir d'une population génétiquement continue. (2020) Neuron. DOI: 10.1016 / j.neuron.2020.04.018

+ développer le résumé

Kirchgessner, MA, Franklin, AD, Callaway, EM Influence fonctionnelle contextuelle et dynamique des voies corticothalamiques sur le thalamus visuel de premier ordre et d'ordre supérieur. (2020) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. DOI: 10.1073 / pnas.2002080117

+ développer le résumé

Fischer, KB, Collins, HK, Callaway, EM Sources d'expression hors cible à partir de vecteurs AAV dépendants de la recombinase et atténuation avec des vecteurs ATG-out insensibles au croisement. (2019) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 116(52):27001-27010. DOI : 10.1073/pnas.1915974116

+ développer le résumé

Hafner, G., Witte, M., Guy, J., Subhashini, N., Fenno, LE, Ramakrishnan, C., Kim, YS, Deisseroth, K., Callaway, EM, Oberhuber, M., Conzelmann, KK, Staiger, JF La cartographie des entrées afférentes à l'échelle du cerveau des neurones GABAergiques exprimant la parvalbumine dans le cortex en tonneau révèle des motifs de circuits locaux et à longue portée. (2019) Rapports de cellule 28(13):3450-3461.e8. DOI: 10.1016/j.celrep.2019.08.064

+ développer le résumé

Juavinett, AL, Kim, EJ, Collins, HC, Callaway, EM Une relation topographique systématique entre les neurones thalamiques postérieurs latéraux de la souris et leurs cibles de projection corticale visuelle. (2019) Journal de neurologie comparée. 528(1):95-107. DOI : 10.1002/cne.24737

+ développer le résumé

Garg, AK, Li, P., Rashid, MS, Callaway, EM La couleur et l’orientation sont codées conjointement et organisées spatialement dans le cortex visuel primaire des primates. (2019) Science. 364(6447):1275-1279. DOI : 10.1126/science.aaw5868

+ développer le résumé

McBride, EG, Lee, SJ, Callaway, EM Influences locales et globales de la sélection spatiale visuelle et de la locomotion dans le cortex visuel primaire de la souris. (2019) Biologie actuelle. 29(10):1592-1605. DOI : 10.1016/j.cub.2019.03.065

+ développer le résumé

La sélection sensorielle et le mouvement modulent localement et globalement les réponses neuronales de manière apparemment similaire. Par exemple, la locomotion améliore les réponses visuelles dans le cortex visuel primaire (V1) de la souris, ressemblant aux effets de l'attention spatiale sur l'activité corticale visuelle des primates. Cependant, les interactions entre ces mécanismes locaux et globaux et leurs effets sur le comportement perceptif restent largement méconnus. Nous décrivons ici une nouvelle tâche de sélection visuospatiale chez la souris, dans laquelle les animaux surveillent soit l'un des deux emplacements pour détecter un changement de contraste (« souris sélectives »), soit les deux (« souris non sélectives ») et peuvent courir à volonté. Les souris sélectives ne fonctionnent bien que lorsque le stimulus sélectionné change, ce qui entraîne des modifications électrophysiologiques locales dans l'hémisphère correspondant de V1, notamment une diminution des corrélations de bruit et une augmentation de l'information visuelle. Les souris non sélectives fonctionnent bien lorsque l'un des deux stimulus change, ce qui entraîne des modifications globales dans les deux hémisphères de V1. Lors de la locomotion, les souris sélectives présentent de moins bonnes performances comportementales, une augmentation des corrélations au bruit en V1 et une diminution de l'information visuelle. En revanche, les souris non sélectives présentent une diminution des corrélations au bruit en V1, mais aucun changement de performance ni d'information visuelle. Nos résultats démontrent que les souris peuvent améliorer l'information visuelle localement ou globalement, mais que l'interaction de l'effet global de la locomotion avec la sélection locale altère les performances comportementales. À l'avenir, ce modèle murin facilitera les études futures sur les mécanismes de modulation sensorielle locaux et globaux et leurs effets sur le comportement.

Bennett, C., Gale, SD, Garrett, ME, Newton, ML, Callaway, EM, Murphy, GJ, Olsen, SR Les circuits thalamiques d'ordre supérieur canalisent des flux parallèles d'informations visuelles chez la souris. (2019) Neuron. 102(2):477-492. DOI : 10.1016/j.neuron.2019.02.010

+ développer le résumé

Padmanabhan, K., Osakada, F., Tarabrina, A., Kizer, E., Callaway, EM, Gage, FH, Sejnowski, TJ Les entrées centrifuges du bulbe olfactif principal révélées par la cartographie des circuits cérébraux entiers. (2019) Frontières en neuroanatomie. 12h115. DOI : 10.3389/fnana.2018.00115

+ développer le résumé

Yetman, MJ, Washburn, E., Hyun, JH, Osakada, F., Hayano, Y., Zeng, H., Callaway, EM, Kwon, HB, Taniguchi, H. Tracé monosynaptique intersectionnel pour décortiquer l'organisation spécifique au sous-type des entrées interneurones GABAergiques. (2019) Nature Neuroscience. 22:492-502. DOI: 10.1038/s41593-018-0322-y

+ développer le résumé

Dhande, OS, Stafford, BK, Franke, K., El-Danaf, R., Percival, KA, Phan, AH, Li, P., Hansen, BJ, Nguyen, PL, Berens, P., Taylor, WR, Callaway, E., Euler, T., Huberman, AD Empreintes moléculaires des cellules ganglionnaires rétiniennes sélectives dans la direction marche-arrêt à travers les espèces et pertinence pour les circuits visuels des primates. (2018) Journal of Neuroscience. DOI : 10.1523/JNEUROSCI.1784-18.2018

+ développer le résumé

La capacité à détecter des objets en mouvement est une fonction essentielle sur le plan éthologique. Des neurones directionnels sélectifs ont été identifiés dans la rétine, le thalamus et le cortex de nombreuses espèces, mais leur homologie reste opaque. Par exemple, on ignore si des cellules ganglionnaires rétiniennes directionnellement sélectives (DSGC) existent chez les primates et, le cas échéant, si elles sont équivalentes aux DSGC de souris et de lapin. Nous avons utilisé ici une approche moléculaire/circuit chez les deux sexes pour répondre à ces questions. Chez la souris, nous avons identifié le facteur de transcription Satb2 (Special AT-rich sequence-binding protein 2) comme marqueur sélectif de trois types de RGC : les DSGC On-Off codant pour le mouvement antérieur ou postérieur, un type nouvellement identifié de DSGC Off-DSGC et un type de RGC Off-soutenu. Chez le lapin, nous avons constaté que l'expression de Satb2 est conservée dans les DSGC On-Off ; cependant, elle a évolué pour inclure les DSGC On-Off codant pour les mouvements ascendants et descendants, en plus des mouvements antérieurs et postérieurs. Nous montrons ensuite que les cellules rétiniennes de macaque (CGR) expriment probablement Satb2 sous une forme unique. Nous avons utilisé des outils de cartographie de circuits basés sur le virus de la rage pour identifier les CGR Satb2 des macaques et avons découvert que leurs arborisations dendritiques sont relativement grandes et monostratifiées. L'ensemble de ces données indique que les cellules rétiniennes dendritiques (DSGC) On-Off exprimant Satb2 ne sont probablement pas présentes dans la rétine des primates. De plus, si des DSGC sont présentes dans la rétine des primates, il est peu probable qu'elles expriment Satb2. La capacité à détecter le mouvement d'un objet est une caractéristique fondamentale de presque tous les systèmes visuels. Nous identifions ici un nouveau marqueur des cellules ganglionnaires rétiniennes codant pour le mouvement directionnel, conservé au cours de l'évolution chez la souris et le lapin, mais pas chez les primates. Nous montrons que chez le macaque, les cellules ganglionnaires rétiniennes exprimant ce marqueur constituent un seul type et sont morphologiquement distinctes des cellules ganglionnaires rétiniennes sélectives en direction chez la souris et le lapin. Nos résultats indiquent que les neurones rétiniens sélectifs de direction On-Off peuvent avoir divergé au cours de l'évolution chez les primates et, plus généralement, fournir de nouvelles informations sur l'identité et l'organisation des voies visuelles parallèles des primates.

Luo, L., Callaway, EM, Svoboda, K. Dissection génétique des circuits neuronaux : une décennie de progrès. (2018) Neuron. 98(2):256-281. DOI : 10.1016/j.neuron.2018.03.040

+ développer le résumé

Callaway, EM, Garg, Alaska Technologie cérébrale : des neurones enregistrés en masse. (2017) Nature. 551(7679):172-173. DOI : 10.1038/551172a

Juavinett, AL, Nauhaus, I., Garrett, ME, Zhuang, J., Callaway, EM Identification automatisée des zones visuelles de la souris avec imagerie du signal intrinsèque. (2017) Protocoles naturels. 12(1):32-43. DOI : 10.1038/nprot.2016.158

+ développer le résumé

Suzuki, K., Tsunekawa, Y., Hernandez-Benitez, R., Wu, J., Zhu, J., Kim, EJ, Hatanaka, F., Yamamoto, M., Araoka, T., Li, Z., Kurita, M., Hishida, T., Li, M., Aizawa, E., Guo, S., Chen, S., Goebl, A., Soligalla, RD, Qu, J., Jiang, T., Fu, X., Jafari, M., Esteban, CR, Berggren, WT, Lajara, J., Nuñez-Delicado, E., Guillen, P., Campistol, JM, Matsuzaki, F., Liu, GH, Magistretti, P., Zhang, K., Callaway, EM, Zhang, K., Belmonte, JC Édition du génome in vivo via l'intégration ciblée indépendante de l'homologie médiée par CRISPR/Cas9. (2016) Nature. 540(7631):144-149. DOI : 10.1038/nature20565

+ développer le résumé

Dimidschstein, J., Chen, Q., Tremblay, R., Rogers, SL, Saldi, GA, Guo, L., Xu, Q., Liu, R., Lu, C., Chu, J., Grimley, JS, Krostag, AR, Kaykas, A., Avery, MC, Rashid, MS, Baek, M., Jacob, AL, Smith, GB, Wilson, DE, Kosche, G., Kruglikov, I., Rusielewicz, T., Kotak, VC, Mowery, TM, Anderson, SA, Callaway, EM, Dasen, JS, Fitzpatrick, D., Fossati, V., Long, MA, Noggle, S., Reynolds, JH, Sanes, DH, Rudy, B., Feng, G., Fishell, G. Une stratégie virale pour cibler et manipuler les interneurones chez les espèces de vertébrés. (2016) Nature Neuroscience. 19(12):1743-1749. DOI : 10.1038/nn.4430

+ développer le résumé

Xu, C., Krabbe, S., Gründemann, J., Botta, P., Fadok, JP, Osakada, F., Saur, D., Grewe, BF, Schnitzer, MJ, Callaway, EM, Lüthi, A. Des voies hippocampiques distinctes médiatisent des rôles dissociables du contexte dans la récupération de la mémoire. (2016) Téléphone 167(4):961-972. DOI : 10.1016/j.cell.2016.09.051

+ développer le résumé

Tian, J., Huang, R., Cohen, JY, Osakada, F., Kobak, D., Machens, CK, Callaway, EM, Uchida, N., Watabe-Uchida, M. Informations distribuées et mixtes dans les entrées monosynaptiques des neurones dopaminergiques. (2016) Neuron. 91(6):1374-1389. DOI : 10.1016/j.neuron.2016.08.018

+ développer le résumé

Barth, L., Burkhalter, A., Callaway, EM, Connors, BW, Cauli, B., DeFelipe, J., Feldmeyer, D., Freund, T., Kawaguchi, Y., Kisvarday, Z., Kubota, Y., McBain, C., Oberlaender, M., Rossier, J., Rudy, B., Staiger, JF, Somogyi, P., Tamas, G., Yuste, R. Commentaire sur « Principes de connectivité entre les types de cellules morphologiquement définis dans le néocortex adulte ». (2016) Science. 353(6304):1108. DOI : 10.1126/science.aaf5663

+ développer le résumé

Smith, JB, Klug, JR, Ross, DL, Howard, CD, Hollon, NG, Ko, VI, Hoffman, H., Callaway, EM, Gerfen, CR, Jin, X. La dissection génétique révèle les entrées et les sorties des compartiments du patch striatal et de la matrice. (2016) Neuron. 91(5):1069-1084. DOI : 10.1016/j.neuron.2016.07.046

+ développer le résumé

Nauhaus, I., Nielsen, KJ, Callaway, EM Mosaïque de champ réceptif efficace dans Primate V1. (2016) Neuron. 91(4):893-904. DOI : 10.1016/j.neuron.2016.07.015

+ développer le résumé

Padmanabhan, K., Osakada, F., Tarabrina, A., Kizer, E., Callaway, EM, Gage, FH, Sejnowski, TJ Représentations diverses de l'information olfactive dans les projections de rétroaction centrifuge. (2016) Journal of Neuroscience. 36(28):7535-45. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3358-15.2016

+ développer le résumé

Faget, L., Osakada, F., Duan, J., Ressler, R., Johnson, AB, Proudfoot, JA, Yoo, JH, Callaway, EM, Hnasko, TS Entrées afférentes aux types de cellules définis par les neurotransmetteurs dans l'aire tegmentale ventrale. (2016) Rapports de cellule 15(12):2796-2808. DOI : 10.1016/j.celrep.2016.05.057

+ développer le résumé

Kim, EJ, Jacobs, MW, Ito-Cole, T., Callaway, EM Traçage amélioré du circuit neuronal monosynaptique à l'aide de glycoprotéines du virus de la rage modifiées. (2016) Rapports de cellule 15(4):692-699. DOI : 10.1016/j.celrep.2016.03.067

+ développer le résumé

Wall, NR, De La Parra, M., Sorokin, JM, Taniguchi, H., Huang, ZJ, Callaway, EM Cartes à l'échelle du cerveau des entrées synaptiques vers les interneurones corticaux. (2016) Journal of Neuroscience. 36(14):4000-4009. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3967-15.2016

+ développer le résumé

Briggs, F., Kiley, CW, Callaway, EM, Usrey, WM Substrats morphologiques pour les flux parallèles de rétroaction corticogénulaire provenant à la fois de V1 et de V2 du singe macaque. (2016) Neuron. 90(2):388-399. DOI : 10.1016/j.neuron.2016.02.038

+ développer le résumé

Zarrinpar, A., Callaway, EM Entrée locale fonctionnelle aux neurones pyramidaux de la couche 5 du cortex visuel du rat. (2016) Cereb. Cortex. 26(3):991-1003. DOI : 10.1093/cercor/bhu268

+ développer le résumé

Tuncdemir, SN, Wamsley, B., Stam, FJ, Osakada, F., Goulding, M., Callaway, EM, Rudy, B., Fishell, G. La connectivité précoce des interneurones de la somatostatine intervient dans la maturation des circuits corticaux des couches profondes. (2016) Neuron. 89(3):521-35. DOI : 10.1016/j.neuron.2015.11.020

+ développer le résumé

Hasenstaub, A., Otte, S., Callaway, E. Contrôle spécifique du type de cellule de la synchronisation des pics par inhibition oscillatoire de la bande gamma. (2016) Cereb. Cortex. 26(2):797-806. DOI : 10.1093/cercor/bhv044

+ développer le résumé

Kim, EJ, Juavinett, AL, Kyubwa, EM, Jacobs, MW, Callaway, EM Trois types de neurones de la couche corticale 5 qui diffèrent en termes de connectivité et de fonction à l’échelle du cerveau. (2015) Neuron. 88(6):1253-1267. DOI : 10.1016/j.neuron.2015.11.002

+ développer le résumé

Callaway, EM, Luo, L. Traçage du circuit monosynaptique avec des virus de la rage à glycoprotéine supprimée. (2015) Journal of Neuroscience. 35(24):8979-8985. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0409-15.2015

Juavinett, AL, Callaway, EM Réponses de mouvement de modèle et de composant dans les zones corticales visuelles de la souris. (2015) Biologie actuelle. 25(13):1759-1764. DOI : 10.1016/j.cub.2015.05.028

+ développer le résumé

Couvrant environ 9 mm(2) de la surface du cortex postérieur, le cortex visuel de la souris, petit mais organisé, a récemment attiré l'attention pour sa sophistication surprenante et sa facilité d'expérimentation. Bien qu'il ne possède pas les colonnes d'orientation hautement ordonnées des primates, le cortex visuel de la souris est organisé de manière rétinotopique et contient au moins dix zones extrastriées qui intègrent probablement des caractéristiques visuelles plus complexes via des flux de traitement dorsaux et ventraux. L'extension de notre compréhension de la perception visuelle au modèle murin se justifie par la capacité croissante à interroger des circuits neuronaux spécifiques à l'aide de techniques génétiques et moléculaires. Afin d'explorer les propriétés fonctionnelles du flux dorsal putatif de la souris, nous avons utilisé des plaids en mouvement, qui montrent des différences entre les cellules qui identifient le mouvement local (cellules composantes) et celles qui intègrent le mouvement global du plaid (cellules à motifs ; Figure 1A ;). Chez les primates, les réponses cellulaires à motifs sont rares dans le V1 du primate, mais beaucoup plus nombreuses dans les régions d'ordre supérieur ; 25 à 30 % des cellules du MT et 40 à 60 % du MST sont sélectives quant à la direction des motifs. Nous présentons des preuves que les souris présentent un petit nombre de cellules de motif dans les zones LM et RL, tandis que V1, AL et AM présentent une grande similitude avec les composantes. Bien que la proportion de cellules de motif soit plus faible dans le cortex visuel de la souris que dans le MT des primates, cette étude démontre que l'organisation du système visuel de la souris présente d'importantes similitudes avec celle des primates et ouvre la possibilité d'utiliser la souris pour étudier les mécanismes de calcul du mouvement.

Izpisua Belmonte, JC, Callaway, EM, Caddick, SJ, Churchland, P., Feng, G., Homanics, GE, Lee, KF, Leopold, DA, Miller, CT, Mitchell, JF, Mitalipov, S., Moutri, AR, Movshon, JA, Okano, H., Reynolds, JH, Ringach, D., Sejnowski, TJ, Silva, AC, Strick, PL, Wu, J., Zhang, F. Cerveaux, gènes et primates. (2015) Neuron. 86(3):617-31. DOI : 10.1016/j.neuron.2015.03.021

+ développer le résumé

Li, PH, Gauthier, JL, Schiff, M., Sher, A., Ahn, D., Field, GD, Greschner, M., Callaway, EM, Litke, AM, Chichilnisky, EJ Identification anatomique des cellules enregistrées extracellulairement dans des enregistrements multiélectrodes à grande échelle. (2015) Journal of Neuroscience. 35(11):4663-4675. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3675-14.2015

+ développer le résumé

Garrett, ME, Nauhaus, I., Marshel, JH, Callaway, EM Topographie et organisation aréolaire du cortex visuel de la souris. (2014) Journal of Neuroscience. 34(37):12587-12600. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1124-14.2014

+ développer le résumé

Pour guider les futures expériences visant à comprendre le système visuel de la souris, il est essentiel de bien comprendre la topographie globale des aires corticales visuelles. Idéalement, la méthode utilisée pour mesurer la topographie corticale est objective, robuste et suffisamment simple pour guider le ciblage ultérieur des aires visuelles chez chaque sujet. Nous avons développé une méthode automatisée qui utilise des cartes rétinotopiques du cortex visuel de souris obtenues par imagerie du signal intrinsèque (Schuett et al., 2002 ; Kalatsky et Stryker, 2003 ; Marshel et al., 2011) et applique un algorithme pour identifier automatiquement les régions corticales répondant à un ensemble de critères quantifiables définissant une aire visuelle. Cette approche a permis une parcellisation détaillée du cortex visuel de la souris, délimitant neuf zones connues (cortex visuel primaire, zone latéro-médiale, zone antéro-latérale, zone rostro-latérale, zone antéro-médiale, zone postéro-médiale, zone latéro-intermédiaire, zone postérieure et zone post-rhinale) et révélant deux zones supplémentaires qui n'avaient pas été décrites auparavant comme cartographiées visuotopiquement chez la souris (zone antérieure latéro-latérale et zone médiale). À l'aide des cartes topographiques et des limites de zone définies pour chaque animal, nous avons caractérisé plusieurs caractéristiques de l'organisation de la carte, notamment la variabilité de la position et de la taille de la zone, la couverture du champ visuel et le grossissement cortical. Nous démontrons que les zones supérieures chez la souris ont souvent des représentations incomplètes ou biaisées vers des régions particulières de l'espace visuel, suggérant des spécialisations pour le traitement de types spécifiques d'informations sur l'environnement. Ce travail fournit une description complète de l'organisation visuotopique de la souris et décrit les outils essentiels pour une localisation fonctionnelle précise des aires visuelles.

Ni, Y., Nawabi, H., Liu, X., Yang, L., Miyamichi, K., Tedeschi, A., Xu, B., Wall, NR, Callaway, EM, Lui, Z. Caractérisation des neurones propriospinaux prémoteurs descendants longs de la moelle épinière. (2014) Journal of Neuroscience. 34(28):9404-9417. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1771-14.2014

+ développer le résumé

Cetin, A., Callaway, EM Contrôle optique des neurones infectés de manière rétrograde à l'aide de vecteurs lentiviraux « TLoop » régulés par des médicaments. (2014) Journal of Neurophysiology. 111(10):2150-2159. DOI : 10.1152/jn.00495.2013

+ développer le résumé

De nombreuses approches utilisant des vecteurs viraux pour administrer des transgènes présentent une efficacité de transduction limitée, mais nécessitent des niveaux élevés d'expression transgénique. En particulier, l'infection par les terminaisons axonales est relativement inefficace, mais constitue un moyen puissant d'infecter des types de neurones spécifiques. L'association de cette approche avec des approches optogénétiques nécessite des niveaux élevés d'expression génique, généralement inaccessibles aux vecteurs non toxiques à infection rétrograde. Nous avons généré des vecteurs lentiviraux pseudotypés par la glycoprotéine rabique, utilisant une boucle de rétroaction positive composée d'un promoteur Tet pilotant à la fois son propre activateur de transcription dépendant de la tétracycline (tTA) (« TLoop ») et la channelrhodopsine-2-YFP (ChR2YFP). Nous montrons que les vecteurs TLoop expriment fortement des protéines, de manière contrôlable par les médicaments, dans les neurones qui se projettent vers les sites d'injection dans le cerveau de souris. Après l'infection initiale, le virus se propage de manière rétrograde, s'intègre de manière stable dans le génome de l'hôte et exprime des produits géniques. L'expression est robuste et permet des études optogénétiques de neurones se projetant vers le site d'injection du virus, comme le démontrent les enregistrements intracellulaires ciblés par fluorescence. L'expression de ChR2YFP n'a provoqué aucun signe de toxicité observable et s'est poursuivie jusqu'à 6 mois après l'infection. L'expression peut être bloquée de manière réversible par l'administration de doxycycline, si nécessaire, pour l'expression de produits géniques potentiellement plus toxiques. Globalement, nous présentons un système qui permettra aux chercheurs d'atteindre des niveaux élevés d'expression génique, même en cas de transduction virale inefficace. Les vecteurs spécifiques que nous démontrons pourraient améliorer les efforts visant à mieux comprendre les contributions de certains types de neurones de projection au fonctionnement cérébral.

Sun, Y., Nguyen, AQ, Nguyen, JP, Le, L., Saur, D., Choi, J., Callaway, EM, Xu, X. Connectivité du circuit spécifique au type de cellule du CA1 hippocampique révélée par le traçage de la rage dépendant de Cre. (2014) Rapports de cellule 7(1):269-280. DOI : 10.1016/j.celrep.2014.02.030

+ développer le résumé

Cruz-Martín, A., El-Danaf, RN, Osakada, F., Sriram, B., Dhande, OS, Nguyen, PL, Callaway, EM, Ghosh, A., Huberman, AD Un circuit dédié relie les cellules ganglionnaires rétiniennes sélectives en direction au cortex visuel primaire. (2014) Nature. 507(7492):358-361. DOI : 10.1038/nature12989

+ développer le résumé

La manière dont des caractéristiques spécifiques de l'environnement sont représentées dans le cerveau est une question importante et sans réponse en neurosciences. Un sous-ensemble de neurones rétiniens, appelés cellules ganglionnaires à orientation sélective (DSGC), sont spécialisés dans la détection de mouvements le long d'axes spécifiques du champ visuel. Malgré des études approfondies sur les circuits rétiniens qui confèrent aux DSGC leurs propriétés d'accordage uniques, leurs circuits en aval dans le cerveau et, par conséquent, leur contribution au traitement visuel restent flous. Chez la souris, plusieurs types de DSGC se connectent au noyau géniculé latéral dorsal (dLGN), la structure thalamique visuelle qui abrite les neurones relais corticaux. On ignore cependant si l'information à orientation sélective calculée au niveau de la rétine est acheminée vers les circuits corticaux et intégrée à d'autres canaux visuels. Nous démontrons ici l'existence d'un circuit disynaptique reliant les DSGC aux couches superficielles du cortex visuel primaire (V1) grâce à la cartographie virale des circuits transsynaptiques et à l'imagerie fonctionnelle des signaux calciques d'origine visuelle dans les axones thalamocorticaux. Ce circuit centralise les informations de plusieurs types de DSGC, converge vers une subdivision spécialisée du dLGN et délivre des signaux orientés et directionnels au V1 superficiel. Il est à noter que ce circuit est anatomiquement séparé de la voie rétino-géniculo-corticale qui transporte les informations visuelles non orientées vers les couches plus profondes du V1, comme la couche 4. Ainsi, la souris possède plusieurs voies rétino-géniculo-corticales parallèles, fonctionnellement spécialisées, dont l'une provient des DSGC rétiniennes et délivre des informations orientées et directionnellement spécifiquement aux couches superficielles du cortex visuel primaire. Ces données démontrent que la sélectivité de direction et d’orientation de certains neurones V1 peut être influencée par l’activation des DSGC.

Ruiz, O., Lustig, BR, Nassi, JJ, Cetin, A., Reynolds, JH, Albright, TD, Callaway, EM, Stoner, GR, Roe, AW L'optogénétique à travers des fenêtres sur le cerveau chez le primate non humain. (2013) Journal of Neurophysiology. 110(6):1455-67. DOI : 10.1152/jn.00153.2013

+ développer le résumé

L'optogénétique combine l'optique et la génétique pour contrôler l'activité neuronale avec une spécificité cellulaire et une précision temporelle de l'ordre de la milliseconde. Son utilisation chez des organismes modèles tels que les rongeurs, la drosophile et Caenorhabditis elegans est désormais bien établie. Cependant, son application aux primates non humains (PNH) tarde à se développer. L'un des principaux défis réside dans l'administration de virus et de lumière au cerveau à travers l'épaisse dure-mère des PNH, qui ne peut être pénétrée que par des dispositifs de grand diamètre, endommageant le cerveau. L'opacité de la dure-mère des PNH empêche la visualisation du cortex sous-jacent, limitant ainsi la précision spatiale des injections virales, des enregistrements électrophysiologiques et de la photostimulation. Nous décrivons ici une nouvelle approche optogénétique consistant à remplacer la dure-mère native par une dure-mère artificielle optiquement transparente. Cette dure-mère artificielle peut être pénétrée par de fines micropipettes en verre, permettant des injections virales ciblées et précises dans le tissu cérébral avec un minimum de dommages au cortex. L'expression des agents optogénétiques peut être surveillée visuellement au fil du temps. Plus important encore, cette fenêtre optique permet une photostimulation ciblée et non invasive, ainsi que des mesures concomitantes de l'activité neuronale par imagerie du signal intrinsèque et enregistrements électrophysiologiques. Nous présentons les résultats obtenus à partir de PNH anesthésiés-paralysés (imagerie optique) et éveillés (électrophysiologie). Les améliorations apportées par la dure-mère artificielle par rapport aux méthodes actuelles devraient permettre une utilisation généralisée des outils optogénétiques dans la recherche sur les PNH, une étape clé vers le développement de thérapies pour les maladies neuropsychiatriques et neurologiques chez l'homme.

Osakada, F., Callaway, EM Conception et génération de vecteurs recombinants du virus de la rage. (2013) Protocoles naturels. 8(8):1583-1601. DOI : 10.1038/nprot.2013.094

+ développer le résumé

Nienborg, H., Hasenstaub, A., Nauhaus, I., Taniguchi, H., Huang, ZJ, Callaway, EM Dépendance au contraste et contributions différentielles des neurones exprimant la somatostatine et la parvalbumine à l'intégration spatiale dans la souris V1. (2013) Journal of Neuroscience. 33(27):11145-11154. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.5320-12.2013

+ développer le résumé

Une caractéristique du cortex visuel primaire est la suppression des réponses visuelles lorsqu'un stimulus s'étend au-delà du champ récepteur classique. Nous avons examiné ici le rôle des neurones inhibiteurs exprimant la somatostatine (SOM⁺) ou la parvalbumine (PV⁺) sur la suppression du champ récepteur environnant et la taille du champ récepteur préféré. Nous avons enregistré l'activité extracellulaire multicanal dans V1 de souris transgéniques exprimant la channelrhodopsine dans les neurones SOM⁺ ou PV⁺. La taille préférée et la suppression du champ récepteur environnant ont été mesurées à l'aide de réseaux à onde carrée dérivante de rayons variables et à deux contrastes. Conformément aux observations chez les primates, nous avons constaté que la taille préférée était plus grande pour les contrastes faibles à toutes les profondeurs corticales, tandis que l'indice de suppression (IS) avait tendance à diminuer avec le contraste. Nous avons ensuite examiné l'effet de ces mesures sur les unités supprimées par la photoactivation des neurones SOM⁺ ou PV⁺. Lors de l'activation des neurones SOM⁺, nous avons constaté une augmentation significative de l'IS à des profondeurs corticales supérieures à 400 μm, tandis que l'activation des neurones PV⁺ a entraîné une tendance à des IS plus faibles, quelle que soit la profondeur corticale. À l'inverse, l'activation des neurones PV⁺ a significativement augmenté la taille préférée à toutes les profondeurs corticales, de manière similaire à la diminution du contraste, tandis que l'activation des neurones SOM⁺ n'a eu aucun effet systématique sur la taille préférée à toutes les profondeurs. Ces données suggèrent que les neurones SOM⁺ et PV⁺ contribuent différemment à l'intégration spatiale. Nos résultats sont compatibles avec l'idée que les neurones SOM⁺ interviennent dans la suppression de l'environnement, en particulier dans le cortex profond, tandis que l'activation PV⁺ diminue la stimulation de l'entrée corticale et ressemble donc aux effets de la diminution du contraste sur l'intégration spatiale.

Mur, NR, De La Parra, M., Callaway, EM, Kreitzer, AC Innervation différentielle des neurones de projection striatale à voie directe et indirecte. (2013) Neuron. 79(2):347-360. DOI : 10.1016/j.neuron.2013.05.014

+ développer le résumé

Li, Y., Stam, FJ, Aimone, JB, Goulding, M., Callaway, EM, Gage, FH Les cellules associées à la voie perforante de la couche moléculaire contribuent à l'inhibition de la rétroaction dans le gyrus denté adulte. (2013) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 110(22):9106-11. DOI : 10.1073/pnas.1306912110

+ développer le résumé

Yin, L., Geng, Y., Osakada, F., Sharma, R., Cetin, AH, Callaway, EM, Williams, DR, Merigan, WH Imagerie des réponses lumineuses des cellules ganglionnaires rétiniennes dans l'œil de souris vivante. (2013) Journal of Neurophysiology. 109(9):2415-2421. DOI : 10.1152/jn.01043.2012

+ développer le résumé

Nauhaus, I., Nielsen, KJ, Disney, AA, Callaway, EM Micro-organisation orthogonale de l'orientation et de la fréquence spatiale dans le cortex visuel primaire des primates. (2012) Nature Neuroscience. 15(12):1683-1690. DOI : 10.1038/nn.3255

+ développer le résumé

Marshel, JH, Kaye, AP, Nauhaus, I., Callaway, EM Opposition de direction antéro-postérieure dans le noyau géniculé latéral superficiel de la souris. (2012) Neuron. 76(4):713-720. DOI : 10.1016/j.neuron.2012.09.021

+ développer le résumé

Callaway, EM, Marder, E. Caractéristiques communes de divers circuits. (2012) Opinion actuelle en neurobiologie. 22(4):565-567. DOI : 10.1016/j.conb.2012.07.003

Nielsen, KJ, Callaway, EM, Krauzlis, RJ Inactivation neuronale réversible et manipulation comportementale basées sur un vecteur viral chez le singe macaque. (2012) Frontières en neurosciences des systèmes. 6h48. DOI : 10.3389/fnsys.2012.00048

+ développer le résumé

Les vecteurs viraux sont des outils prometteurs pour la dissection des circuits neuronaux. En principe, ils peuvent manipuler les neurones à un niveau de spécificité impossible à atteindre autrement. Si de nombreuses études ont utilisé des approches basées sur des vecteurs viraux dans le cerveau de rongeurs, seules quelques-unes ont employé cette technique chez le primate non humain, malgré l'importance de ce modèle animal pour la recherche en neurosciences. Nous rapportons ici la preuve qu'une approche basée sur des vecteurs viraux peut être utilisée pour manipuler le comportement d'un singe lors d'une tâche. À cette fin, nous avons utilisé le système récepteur de l'allatostatine/allatostatine (AlstR/AL), dont l'efficacité pour l'inactivation des neurones in vivo a été démontrée. L'AlstR a été exprimé dans les neurones du singe V1 par injection d'un vecteur du virus adéno-associé 1 (AAV1). Deux singes ont été entraînés à une tâche de détection, au cours de laquelle ils devaient effectuer une saccade vers une cible périphérique de faible intensité. L'injection d'AL a provoqué un déficit rétinotopique lors de la tâche de détection chez l'un des singes. Plus précisément, le singe présentait une altération marquée de la détection des cibles placées à l'emplacement du champ visuel représenté au site d'injection du virus, mais pas pour les cibles présentées ailleurs. Nous avons confirmé que ces déficits étaient bien dus à l'interaction d'AlstR et d'AL en injectant une solution saline, ou AL à un emplacement V1 sans expression d'AlstR. L'histologie post-mortem a confirmé l'expression d'AlstR chez ce singe. Nous n'avons pas réussi à reproduire les résultats comportementaux chez un deuxième singe, car l'injection d'AL n'a pas altéré les performances de ce dernier dans la tâche de détection. Cependant, l'histologie post-mortem a révélé un très faible niveau d'expression d'AlstR chez ce singe. Nos résultats démontrent que les approches basées sur des vecteurs viraux peuvent produire des effets suffisamment puissants pour influencer les performances d'un singe dans une tâche comportementale, ce qui conforte le développement de cette approche pour étudier comment les circuits neuronaux contrôlent les comportements complexes chez les primates non humains.

Li, Y., Aimone, JB, Xu, X., Callaway, EM, Gage, FH Le développement des entrées GABAergiques contrôle la contribution des neurones en maturation au réseau hippocampique adulte. (2012) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 109(11):4290-5. DOI : 10.1073/pnas.1120754109

+ développer le résumé

Nauhaus, I., Nielsen, KJ, Callaway, EM La non-linéarité de l'imagerie Ca2+ à deux photons produit des mesures déformées du réglage pour les populations neuronales V1. (2012) Journal of Neurophysiology. 107(3):923-936. DOI : 10.1152/jn.00725.2011

+ développer le résumé

Nous avons étudié la précision relative des réseaux dérivants et des stimuli de bruit pour caractériser fonctionnellement des populations neuronales par imagerie calcique à deux photons. L'imagerie calcique peut fausser les mesures en raison de la non-linéarité de la conversion des pics en fluorescence observée. Nous démontrons l'impact considérable de la saturation de fluorescence sur les mesures fonctionnelles chez le furet V1 en montrant que les réponses aux réseaux dérivants violent fortement l'invariance de contraste du réglage d'orientation, une propriété fondamentale des taux de pics. La relation observée est cohérente avec une saturation qui écrête les pics de la courbe de réglage à contraste élevé d'environ 40 %. La non-linéarité était également apparente dans les réponses de la souris V1 aux réseaux dérivants, mais moins marquée que chez le furet. L'invariance de contraste est toutefois maintenue pour les courbes de réglage mesurées avec un stimulus de réseau randomisé. Ce résultat est cohérent avec des travaux antérieurs montrant que la partie linéaire d'un système linéaire-non linéaire peut être récupérée par corrélation inverse. De plus, nous démontrons qu'un stimulus de bruit est plus efficace pour maintenir les taux de pics dans le régime de fonctionnement linéaire d'une non-linéarité saturante, ce qui maximise les rapports signal/bruit et simplifie la récupération de la dynamique des pics rapides à partir de transitoires calciques lents. Enfin, nous découvrons des champs récepteurs spatio-temporels en supprimant la non-linéarité et le transitoire calcique lent d'un modèle de génération de fluorescence, ce qui nous a permis d'observer un affinement dynamique du réglage de l'orientation. Nous concluons que pour les enregistrements à deux photons, il est impératif de prendre en compte la distorsion non linéaire lors de la conception des stimuli et de l'interprétation des résultats, en particulier dans les zones sensorielles, les espèces ou les types cellulaires à taux de décharge élevés.

Vivar, C., Potter, MC, Choi, J., Lee, JY, Stringer, TP, Callaway, EM, Gage, FH, Suh, H., van Praag, H. Entrées monosynaptiques vers de nouveaux neurones dans le gyrus denté. (2012) Nature Communications. 3:1107. DOI : 10.1038/ncomms2101

+ développer le résumé

Nhan, HL, Callaway, EM Morphologie des neurones projetant le colliculus supérieur et la zone temporale moyenne dans le cortex visuel primaire des primates. (2012) Journal de neurologie comparée. 520(1):52-80. DOI : 10.1002/cne.22685

+ développer le résumé

Français Les couches 5 et 6 du cortex visuel primaire des primates (V1) abritent des groupes cellulaires morphologiquement divers, dotés de projections corticocorticales et corticosous-corticales. Les neurones de projection de l'aire temporale moyenne (MT) de la couche 6 sont particulièrement intéressants, car ils sont les seuls neurones corticaux de la couche profonde à fournir à la fois des entrées corticocorticales de type feedforward (vers l'aire MT) et des projections corticosous-corticales de type feedback (vers le colliculus supérieur [SC]) (Fries et al. [1985] Exp Brain Res 58:613-616). Cependant, en raison des limites des techniques de traçage anatomique, on sait peu de choses sur la morphologie détaillée de ces cellules. Nous avons donc utilisé un virus de la rage génétiquement modifié comme traceur rétrograde pour remplir les dendrites des neurones de projection avec la protéine fluorescente verte (GFP) (Wickersham et al. [2007] Nat Methods 4:47-49). Nous avons injecté le virus dans le SC ou la zone MT de macaques et examiné les cellules marquées dans V1. Deux tiers des neurones marqués après injection dans le SC se trouvaient dans la couche 5, composée de cellules à « hautes touffes » et de cellules à « non touffes » ; les cellules restantes étaient des cellules à « non touffes » de la couche 6. Les injections dans la zone MT ont marqué les neurones des couches 4B et 6, comme décrit précédemment (Shipp et Zeki [1989] Eur J Neurosci 1 : 309-332). Les neurones de la couche 6 projetant vers MT étaient remarquablement similaires à ceux de la couche 6 projetant vers le SC. Contrairement aux arborescences dendritiques denses et focalisées des pyramides à « hautes touffes » de la couche 5, toutes les cellules à « non touffes » présentaient des dendrites basales clairsemées, mais inhabituellement longues. Les cellules non tuftées ressemblent étroitement aux cellules de Meynert (le Gros Clark [1942] J Anat 76:369-376; Winfield et al. [1983] Proc R Soc Lond B Biol Sci 217:129-139), mais les reconstructions in vivo complètes présentées ici montrent que leurs dendrites basales peuvent s'étendre beaucoup plus loin (jusqu'à 1.2 mm) et sont moins asymétriques que ce que l'on déduit des reconstructions de Golgi.

Marshel, JH, Garrett, ME, Nauhaus, I., Callaway, EM Spécialisation fonctionnelle de sept zones corticales visuelles de la souris. (2011) Neuron. 72(6):1040-1054. DOI : 10.1016/j.neuron.2011.12.004

+ développer le résumé

Choi, J., Callaway, EM Entrées monosynaptiques aux neurones inhibiteurs exprimant ErbB4 dans le cortex somatosensoriel primaire de la souris. (2011) Journal de neurologie comparée. 519(17):3402-3414. DOI : 10.1002/cne.22680

+ développer le résumé

Des études antérieures ont décrit des entrées dans le cortex somatosensoriel (S1) chez la souris ou le rat à l'aide de traceurs rétrogrades ou antérogrades. Cependant, ces études ne révèlent pas quels types de cellules du cortex S1 reçoivent des connexions monosynaptiques directes de ces sources d'entrée. Nous décrivons ici les entrées monosynaptiques d'une sous-population de neurones inhibiteurs de S1 de souris exprimant ErbB4. Nous avons utilisé une protéine pont, déjà décrite, composée du ligand d'ErbB4, la neuréguline (NRG1), fusionnée au récepteur viral aviaire TVB (TVB-NRG1), ainsi qu'au lentivirus pseudotypé EnvB (LV) et au virus de la rage (RV), pour coinfecter sélectivement les neurones exprimant ErbB4 (Choi et al. [2010] Proc Natl Acad Sci USA 107:16703-16708). Le gène de la glycoprotéine du RV a été supprimé et remplacé par mCherry, de sorte que les cellules infectées expriment mCherry et que le virus ne peut se propager sans apport de glycoprotéine rabique (RG) par transcomplémentation. Le LV codait et exprimait la RG pour permettre la transcomplémentation dans les neurones co-infectés, permettant ainsi au RV de se propager par voie transsynaptique et de marquer leurs entrées monosynaptiques directes. Le RV ne pouvait se propager au-delà des entrées directes, en raison de l'absence de RG dans les cellules présynaptiques. Cette méthode a révélé des connexions à longue distance depuis le thalamus, le noyau basal, le raphé et des aires corticales distantes, notamment les cortex moteur ipsilatéral, somatosensoriel secondaire, rétrosplénial et périrhinal, ainsi que le S1 controlatéral. De plus, les connexions locales des neurones pyramidaux ipsilatéraux au sein de S1 ont été marquées. Ces sources d'entrée représentent toutes les entrées connues de S1 décrites avec des traceurs standard, ce qui suggère que la sous-population de neurones inhibiteurs ErbB4-positifs infectés à l'aide de la protéine de pont TVB-NRG1 reçoit des entrées sans discrimination des sources d'entrée S1.

Osakada, F., Mori, T., Cetin, AH, Marshel, JH, Virgen, B., Callaway, EM Nouvelles variantes du virus de la rage pour surveiller et manipuler l'activité et l'expression des gènes dans des circuits neuronaux définis. (2011) Neuron. 71(4):617-631. DOI : 10.1016/j.neuron.2011.07.005

+ développer le résumé

Callaway, EM, Borrell, V. Sculpture développementale de la morphologie dendritique des neurones de la couche 4 du cortex visuel : influence de l'entrée rétinienne. (2011) Journal of Neuroscience. 31(20):7456-7470. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.5222-10.2011

+ développer le résumé

La morphologie dendritique détermine le type d'informations reçues par un neurone, ce qui a un impact profond sur le traitement de l'information neuronale. Dans le cortex cérébral des mammifères, les neurones excitateurs ont été classés en deux morphologies dendritiques principales, pyramidales ou étoilées, qui diffèrent principalement par l'étendue de la dendrite apicale. Les mécanismes développementaux régulant l'émergence et le raffinement des morphologies dendritiques ont été étudiés pour les neurones pyramidaux corticaux, mais on en sait peu sur les neurones étoilés épineux. En utilisant la biolistique pour marquer des cellules individuelles sur des coupes cérébrales aiguës du cortex visuel primaire du furet, nous montrons que les neurones de la couche 4 se développent en deux étapes : initialement, tous les neurones apparaissent pyramidaux, avec une dendrite apicale proéminente et quelques petites dendrites basales. Plus tard, la majorité de ces neurones présentent une modification de l'étendue relative des dendrites basales et apicales, ce qui entraîne une sculpture progressive en une morphologie étoilée. Nous constatons également qu'environ 22 % des neurones conservent la proportionnalité de leurs arborisations dendritiques, demeurant sous forme de cellules pyramidales à maturité. Lorsque les furets ont été privés d'entrées rétiniennes aux premiers stades de leur développement postnatal par énucléation binoculaire, une proportion significative de neurones épineux de la couche 4 n'a pas réussi à remodeler leurs dendrites apicales, et environ 55 % sont restés sous forme de neurones pyramidaux. Nos résultats démontrent que les neurones stellaires épineux corticaux émergent par sculpture différentielle des arborisations dendritiques d'une morphologie pyramidale initiale et que les entrées sensorielles jouent un rôle fondamental dans ce processus.

Miyamichi, K., Amat, F., Moussavi, F., Wang, C., Wickersham, I., Wall, NR, Taniguchi, H., Tasic, B., Huang, ZJ, He, Z., Callaway, EM, Horowitz, MA, Luo, L. Représentations corticales de l'entrée olfactive par traçage transsynaptique. (2011) Nature. 472(7342):191-196. DOI : 10.1038/nature09714

+ développer le résumé

Wall, NR, Wickersham, IR, Cetin, A., De La Parra, M., Callaway, EM Traçage du circuit monosynaptique in vivo par ciblage dépendant de Cre et complémentation du virus de la rage modifié. (2010) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 107(50):21848-21853. DOI : 10.1073/pnas.1011756107

+ développer le résumé

Weible, AP, Schwarcz, L., Wickersham, IR, Deblander, L., Wu, H., Callaway, EM, Seung, HS, Kentros, CG Le ciblage transgénique du virus de la rage recombinant révèle la connectivité monosynaptique de neurones spécifiques. (2010) Journal of Neuroscience. 30(49):16509-16513. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2442-10.2010

+ développer le résumé

Comprendre le fonctionnement des circuits neuronaux nécessite une connaissance approfondie de la connectivité cellulaire. Notre compréhension actuelle des circuits neuronaux est limitée par les contraintes des outils existants de traçage transsynaptique. Parmi les problèmes les plus complexes figurent le manque de spécificité cellulaire de la captation, le transport à travers plusieurs étapes synaptiques confondant les entrées directes et indirectes, et le mauvais marquage des entrées mineures. Nous avons utilisé une nouvelle combinaison de technologie de souris transgéniques et d'un système de traçage récemment développé basé sur le virus de la rage (Wickersham et al., 2007a,b) pour surmonter ces trois contraintes. Comme le virus nécessite l'expression du transgène pour l'infection initiale et l'infection transsynaptique rétrograde ultérieure, nous avons créé plusieurs lignées de souris exprimant ces gènes dans des types cellulaires définis en utilisant le système transactivateur dépendant de la tétracycline (Mansuy et Bujard, 2000). Le marquage fluorescent issu de la réplication virale est ainsi limité à des types de cellules neuronales définis et à leurs entrées monosynaptiques directes. La réplication virale ne dépendant pas de l'expression du transgène, elle assure une amplification robuste du signal dans les neurones présynaptiques, quelle que soit la force de l'entrée. Nous avons injecté le virus dans des croisements transgéniques exprimant les transgènes viraux dans des types cellulaires spécifiques de la formation hippocampique afin de démontrer une infection cellulaire spécifique et un transport rétrograde monosynaptique du virus, qui marque fortement même les entrées mineures. Cette complémentation transgénique neuronale spécifique du virus rabique recombinant est très prometteuse pour l'obtention de schémas de câblage à résolution cellulaire du SNC des mammifères.

Heider, B., Nathanson, JL, Isacoff, EY, Callaway, EM, Siegel, RM Imagerie à deux photons du calcium dans les neurones corticaux striés transfectés par un virus chez un singe en activité. (2010) PLOS One. 5(11). DOI : 10.1371/journal.pone.0013829

+ développer le résumé

Haubensak, W., Kunwar, PS, Cai, H., Ciocchi, S., Wall, NR, Ponnusamy, R., Biag, J., Dong, HW, Deisseroth, K., Callaway, EM, Fanselow, MS, Lüthi, A., Anderson, DJ Dissection génétique d'un microcircuit amygdalien qui contrôle la peur conditionnée. (2010) Nature. 468(7321):270-276. DOI : 10.1038/nature09553

+ développer le résumé

Hasenstaub, AR, Callaway, EM Peignez-le en noir (ou en rouge, ou en vert) : les outils optiques et génétiques éclairent les contributions inhibitrices à la fonction du circuit cortical. (2010) Neuron. 67(5):681-684. DOI : 10.1016/j.neuron.2010.08.039

+ développer le résumé

Choi, J., Young, JA, Callaway, EM Transduction sélective de vecteurs viraux d'interneurones corticaux exprimant ErbB4 in vivo avec une protéine de pont récepteur-ligand viral. (2010) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 107(38):16703-16708. DOI : 10.1073/pnas.1006233107

+ développer le résumé

Marshel, JH, Mori, T., Nielsen, KJ, Callaway, EM Ciblage de réseaux neuronaux uniques pour l'expression génétique et le marquage cellulaire in vivo. (2010) Neuron. 67(4):562-574. DOI : 10.1016/j.neuron.2010.08.001

+ développer le résumé

Hasenstaub, A., Otte, S., Callaway, E., Sejnowski, TJ Le coût métabolique comme principe unificateur régissant la biophysique neuronale. (2010) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 107(27):12329-34. DOI : 10.1073/pnas.0914886107

+ développer le résumé

Otte, S., Hasenstaub, A., Callaway, EM Contrôle spécifique du type cellulaire de la réactivité neuronale par inhibition oscillatoire de la bande gamma. (2010) Journal of Neuroscience. 30(6):2150-2159. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4818-09.2010

+ développer le résumé

Les réseaux néocorticaux sont composés de populations cellulaires diverses, dont le contenu chimique, les caractéristiques électrophysiologiques et la connectivité diffèrent. L'activité oscillatoire gamma des sous-réseaux inhibiteurs a été supposée réguler le traitement de l'information dans le cortex dans son ensemble. Les neurones inhibiteurs de ces sous-réseaux synchronisent leurs décharges et innervent sélectivement les compartiments périsomatiques de leurs neurones cibles, générant une inhibition tonique et à fluctuations rapides. Comment les différents types de neurones corticaux réagissent-ils aux variations du niveau et de la structure de l'inhibition périsomatique ? Comment expliquer l'hétérogénéité des réponses entre les types cellulaires ? Ces propriétés de réponse sont-elles fixes ou flexibles ? Pour répondre à ces questions, nous utilisons l'enregistrement in vitro de cellules entières et l'injection de courant somatique à clamp dynamique pour étudier six types distincts de neurones corticaux. Nous démontrons que les différents types de neurones varient systématiquement dans leur réceptivité aux variations rapides de la structure de l'inhibition et dans l'amplitude de l'influence des variations du tonus inhibiteur sur leur production. À l'aide de modèles neuronaux simples et d'hybrides neuronaux modèles (pince dynamique), nous déterminons quelles différences intrinsèques entre les types cellulaires conduisent à ces variations de réceptivité. Ces résultats suggèrent des différences importantes dans la manière dont les types cellulaires sont affectés par l'inhibition des fréquences gamma, ce qui pourrait avoir des implications importantes au niveau des circuits. Bien que les différences intrinsèques observées in vitro soient utiles pour élucider les propriétés cellulaires fondamentales et les différences entre les types cellulaires, nous étudions également comment les propriétés intégratives des neurones sont susceptibles d'être rapidement modulées dans le contexte de réseaux actifs in vivo.

Xu, X., Roby, KD, Callaway, EM Caractérisation immunochimique des neurones corticaux inhibiteurs de souris : trois classes chimiquement distinctes de cellules inhibitrices. (2010) Journal de neurologie comparée. 518(3):389-404. DOI : 10.1002/cne.22229

+ développer le résumé

Le cortex cérébral possède divers types de neurones inhibiteurs. Dans le cortex du rat, des recherches antérieures ont montré que la parvalbumine (PV), la somatostatine (SOM), la calrétinine (CR) et la cholécystokinine (CCK) marquent quatre classes chimiques distinctes d'interneurones GABAergiques. Cependant, contrairement au cortex du rat, des études antérieures indiquent une colocalisation significative de la SOM et de la CR dans les neurones inhibiteurs corticaux de souris. Dans la présente étude, nous avons caractérisé plus en détail les distinctions immunochimiques entre les neurones corticaux inhibiteurs de souris par double marquage immunochimique avec des marqueurs chimiques. Nous avons constaté que la PV, la SOM et le peptide vaso-intenstinal (VIP) identifient de manière fiable trois sous-populations distinctes et non chevauchantes, car il n'y avait aucun chevauchement d'immunoréactivité entre la PV et tous les autres marqueurs chimiques testés, et la SOM et le VIP ne présentaient aucun chevauchement dans les neurones marqués de toutes les zones corticales. En comparaison, un chevauchement significatif était observé dans les combinaisons d'autres marqueurs chimiques. Français Avec quelques variations laminaires et régionales, le chevauchement moyen de SOM/CR (pourcentage de cellules SOM+ exprimant CR) et SOM/neuropeptide tyrosine (NPY) dans toutes les couches et régions corticales examinées était respectivement de 21.6 % et 7.1 %. Le chevauchement moyen de VIP/CR, VIP/NPY et CR/NPY était respectivement de 34.2 %, 9.5 % et 10 %. Nous avons quantifié et évalué les pourcentages de cellules GABAergiques positives aux marqueurs et montré que les sous-populations non chevauchantes (c'est-à-dire les cellules PV+, SOM+ et VIP+) représentaient environ 60 % de la population cellulaire GABAergique. Prises ensemble, nos données révèlent d'importantes distinctions chimiques entre les neurones corticaux inhibiteurs de souris et indiquent que PV, SOM et VIP peuvent marquer différemment une majorité de neurones corticaux inhibiteurs de souris.

Lyon, DC, Nassi, JJ, Callaway, EM Un relais disynaptique du colliculus supérieur au cortex visuel du flux dorsal chez le singe macaque. (2010) Neuron. 65(2):270-279. DOI : 10.1016/j.neuron.2010.01.003

+ développer le résumé

Nathanson, JL, Jappelli, R., Scheeff, ED, Manning, G., Obata, K., Brenner, S., Callaway, EM Les promoteurs courts dans les vecteurs viraux stimulent l'expression sélective dans les neurones inhibiteurs des mammifères, mais ne limitent pas l'activité à des types de cellules inhibitrices spécifiques. (2009) Circuits neuronaux avant. 3h19. DOI : 10.3389/neuro.04.019.2009

+ développer le résumé

Wehr, M., Hostick, U., Kyweriga, M., Tan, A., Weible, AP, Wu, H., Wu, W., Callaway, EM, Kentros, C. Silençage transgénique des neurones dans le cerveau des mammifères par l'expression du récepteur de l'allatostatine (AlstR). (2009) Journal of Neurophysiology. 102(4):2554-2562. DOI : 10.1152/jn.00480.2009

+ développer le résumé

Le cerveau des mammifères est un ensemble extrêmement complexe de circuits neuronaux interconnectés. L'analyse des circuits neuronaux centraux sera grandement facilitée par la possibilité de désactiver certains types de cellules neuronales tout en enregistrant d'autres types dans des cerveaux intacts. L'administration de médicaments ne pouvant être limitée à certains types de cellules, elle ne peut être obtenue qu'en plaçant des transgènes « silencieux » sous le contrôle de promoteurs neuronaux spécifiques. À cette fin, nous avons créé une lignée de souris transgéniques plaçant le récepteur du neuropeptide allatostatine (AL) de la drosophile (AlstR) sous le contrôle de l'élément tetO, permettant ainsi son expression inductible lorsqu'il est croisé avec des lignées tet-transactivatrices. Les mammifères ne possèdent ni AL ni AlstR endogènes, mais l'activation d'AlstR exprimé de manière exogène dans les neurones de mammifères entraîne une hyperpolarisation membranaire via des canaux K(+) rectificateurs entrants couplés aux protéines G endogènes, ce qui réduit considérablement la probabilité que les neurones déclenchent des potentiels d'action. Nous démontrons ici que cette lignée tetO/AlstR est capable d'exprimer largement l'ARNm d'AlstR dans les neurones principaux du prosencéphale lorsqu'elle est croisée avec une lignée transactivatrice disponible dans le commerce. Nous caractérisons électrophysiologiquement ce croisement sur des coupes d'hippocampe, démontrant que l'application d'AL en bain entraîne une hyperpolarisation des neurones pyramidaux CA1, les rendant réfractaires à l'induction de potentiels d'action par injection de courant. Enfin, nous démontrons la capacité de l'application d'AL à inhiber les réponses de pointes évoquées par le son des neurones corticaux auditifs dans le cerveau intact de souris transgéniques AlstR/tetO. Croisée avec d'autres lignées transactivatrices exprimant des types de cellules neuronales définis, cette lignée AlstR/tetO devrait s'avérer un outil très utile pour l'analyse des circuits neuronaux centraux intacts.

Nathanson, JL, Yanagawa, Y., Obata, K., Callaway, EM Marquage préférentiel des neurones corticaux inhibiteurs et excitateurs par tropisme endogène des vecteurs de virus adéno-associés et de lentivirus. (2009) Neuroscience. 161(2):441-450. DOI : 10.1016/j.neuroscience.2009.03.032

+ développer le résumé

Nassi, JJ, Callaway, EM Stratégies de traitement parallèle du système visuel des primates. (2009) Examens de la nature Neuroscience. 10(5):360-372. DOI : 10.1038/nrn2619

+ développer le résumé

Xu, X., Callaway, EM Spécificité laminaire de l'entrée fonctionnelle vers différents types de neurones corticaux inhibiteurs. (2009) Journal of Neuroscience. 29(1):70-85. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4104-08.2009

+ développer le résumé

Malgré la présence de nombreux types de cellules inhibitrices, l'entrée excitatrice laminaire n'a été caractérisée que pour un nombre limité de types identifiés, et on ignore s'il existe des différences entre les types de cellules quant à leurs sources laminaires d'entrée inhibitrice. Dans la présente étude, nous avons caractérisé les sources d'entrée locale de neuf types distincts de neurones inhibiteurs des couches 2 et 3 dans des tranches vivantes de cortex somatosensoriel de souris. Des enregistrements de cellules entières de types cellulaires identifiés, facilités par l'utilisation de souris transgéniques exprimant la protéine fluorescente verte dans des populations limitées de neurones inhibiteurs, ont été combinés à une photostimulation par balayage laser. Nous avons constaté que chaque type de cellule inhibitrice recevait des profils d'entrée laminaires excitateurs et inhibiteurs distincts. Les entrées excitatrices pouvaient être regroupées en trois catégories. Tous les types de cellules inhibitrices recevaient une forte excitation des couches 2 et 3, et pour les cellules de Martinotti positives à la calrétinine (CR) et les interneurones à pics en rafale, il s'agissait de leur source dominante d'entrée excitatrice. Trois autres types cellulaires, dont les cellules panier à décharge rapide, les cellules de Martinotti CR-négatives et les interneurones bipolaires, ont également reçu une forte entrée excitatrice de la couche 4. Les quatre autres types cellulaires inhibiteurs, dont les cellules chandelier, les cellules neurogliaformes, les cellules panier à décharge irrégulière et les cellules panier présumées à décharge régulière, ont reçu une forte entrée excitatrice de la couche 5A et non de la couche 4. Les sources laminaires d'entrée inhibitrice variaient selon les types cellulaires et ne pouvaient être prédites à partir des sources d'entrée excitatrice. Ainsi, il existe des différences spécifiques au type cellulaire dans les sources laminaires d'excitation et d'inhibition, et des profils d'entrée complémentaires de la couche 4 par rapport à la couche 5A suggèrent des différences entre les types cellulaires dans leurs relations avec les voies lemniscales et paralemniscales.

Callaway, EM Tracé de circuits transneuronaux avec des virus neurotropes. (2008) Opinion actuelle en neurobiologie. 18(6):617-623. DOI : 10.1016/j.conb.2009.03.007

+ développer le résumé

Barbour, DL, Callaway, EM Connexions locales excitatrices des neurones superficiels du cortex auditif du rat. (2008) Journal of Neuroscience. 28(44):11174-11185. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2093-08.2008

+ développer le résumé

Le cortex cérébral des mammifères est constitué de plusieurs zones spécialisées dans le traitement de l'information pour de nombreuses modalités sensorielles différentes. Bien que la structure de base soit similaire pour chaque zone corticale, des connexions neuronales spécialisées sont probablement à l'origine de besoins spécifiques en matière de traitement de l'information. Comparativement aux cortex visuel primaire (V1) et somatosensoriel (S1), la connectivité intrinsèque du cortex auditif primaire (A1) est mal connue. Afin de mieux comprendre le flux d'information du thalamus vers et à travers le cortex A1 du rat, nous avons utilisé une méthode de criblage rapide et à haut débit exploitant le déblocage du glutamate induit par laser pour construire des cartes d'entrée excitatrice de neurones individuels. Nous avons constaté que les entrées excitatrices des neurones pyramidaux des couches 2 et 3 étaient similaires à celles de V1 et S1 ; ces cellules recevaient une forte excitation principalement des couches 2 à 4. Cependant, des observations anatomiques et physiologiques indiquent que les entrées et sorties des neurones excitateurs de la couche 4 du cortex A1 contrastent avec celles de V1 et S1. Les pyramides des couches 2/3 de A1 présentent d'importants arborisations axonales dans la couche 4, et la photostimulation démontre que ces pyramides peuvent se connecter aux neurones excitateurs de la couche 4. De plus, la plupart, voire la totalité, de ces neurones excitateurs de la couche 4 se projettent hors du circuit cortical local. Contrairement à S1 et V1, où la rétroaction vers la couche 4 est exclusivement médiée par des circuits locaux indirects impliquant des projections des couches 2/3 vers les couches profondes et une rétroaction profonde vers la couche 4, la couche 4 de A1 intègre les entrées excitatrices récurrentes thalamiques et fortes de la couche 4 avec une rétroaction relativement directe des couches 2/3 et fournit une sortie corticale directe.

Tan, W., Janczewski, WA, Yang, P., Shao, XM, Callaway, EM, Feldman, JL La désactivation des neurones exprimant la somatostatine du complexe pré-Bötzinger induit une apnée persistante chez le rat éveillé. (2008) Nature Neuroscience. 11(5):538-540. DOI : 10.1038/nn.2104

+ développer le résumé

Larsen, DD, Wickersham, IR, Callaway, EM Le traçage rétrograde avec le virus de la rage recombinant révèle des corrélations entre les cibles de projection et l'architecture dendritique dans la couche 5 du cortex du tonneau de la souris. (2008) Circuits neuronaux avant. 1h5. DOI : 10.3389/neuro.04.005.2007

+ développer le résumé

Luo, L., Callaway, EM, Svoboda, K. Dissection génétique des circuits neuronaux. (2008) Neuron. 57(5):634-660. DOI : 10.1016/j.neuron.2008.01.002

+ développer le résumé

Nielsen, KJ, Callaway, EM Plus qu’un sentiment : une sensation issue d’une stimulation corticale. (2008) Nature Neuroscience. 11(1):10-11. DOI: 10.1038/nn0108-10

+ développer le résumé

Nassi, JJ, Callaway, EM Circuits spécialisés du cortex visuel primaire à V2 et à la zone MT. (2007) Neuron. 55(5):799-808. DOI : 10.1016/j.neuron.2007.07.037

+ développer le résumé

Wickersham, IR, Lyon, DC, Barnard, RJ, Mori, T., Finke, S., Conzelmann, KK, Young, JA, Callaway, EM Restriction monosynaptique du traçage transsynaptique à partir de neurones uniques génétiquement ciblés. (2007) Neuron. 53(5):639-647. DOI : 10.1016/j.neuron.2007.01.033

+ développer le résumé

Wickersham, IR, Finke, S., Conzelmann, KK, Callaway, EM Tracé neuronal rétrograde avec un virus de la rage mutant par délétion. (2007) Méthodes de la nature. 4(1):47-49. DOI : 10.1038/nmeth999

+ développer le résumé

Nassi, JJ, Callaway, EM Plusieurs circuits relayant les voies visuelles parallèles des primates vers la zone temporale moyenne. (2006) Journal of Neuroscience. 26(49):12789-12798. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4044-06.2006

+ développer le résumé

Sceniak, député, Chatterjee, S., Callaway, EM Sommation spatiale visuelle dans les afférences géniculocorticales du macaque. (2006) Journal of Neurophysiology. 96(6):3474-3484. DOI : 10.1152/jn.00734.2006

+ développer le résumé

Français Les propriétés de sommation spatiale des signaux visuels ont été analysées pour les afférences géniculocorticales dans le cortex visuel primaire (V1) de macaques paralysés et anesthésiés. Les réponses d'entrée afférentes ont été enregistrées extracellulairement pendant l'inactivation corticale par superfusion du cortex avec du muscimol, permettant l'étude des propriétés des cellules du noyau géniculé latéral du thalamus (LGN) en l'absence de rétroaction corticale. Les réponses des entrées afférentes ont été classées comme magno-, parvo- ou koniocellulaires en fonction de l'organisation anatomique au sein du cortex, établie par des reconstructions histologiques, et de la sensibilité de la longueur d'onde de la réponse visuelle. Plus de 80 % des afférences ont montré une forte suppression environnante [indice de suppression (IS) > 0.5] et 14 % ont montré une suppression environnante négligeable (IS < 0.2). Des réponses afférentes avec une suppression environnante faible et forte ont été trouvées dans les couches d'entrée corticales 4C et 4A. Les estimations à contraste élevé de l'étendue spatiale de l'entourage classique étaient similaires à celles de l'entourage non classique. Les entourages classique et non classique étaient, en moyenne, 1.5 fois plus grands que le centre excitateur. Contrairement aux neurones de V1, l'étendue spatiale de la sommation excitatrice des afférences géniculocorticales était invariante au contraste. La suppression de l'entourage non classique présentait une légère dépendance au contraste, les estimations étant plus élevées (20 %) à faible contraste et plus fortes à fort contraste (13 %). La suppression de l'entourage est inhérente aux réponses d'entrée corticales et provient probablement d'une inhibition latérale dans le CGL ou la rétine. Bien que la suppression de l'entourage dans les réponses afférentes augmente légèrement avec le contraste, la propagation spatiale de l'excitation reste fixe avec le contraste. Ceci plaide en faveur de mécanismes d'action distincts pour la modulation dépendante du contraste dans les réponses corticales et sous-corticales.

Xu, X., Roby, KD, Callaway, EM Type de neurone inhibiteur cortical de souris qui coexprime la somatostatine et la calrétinine. (2006) Journal de neurologie comparée. 499(1):144-160. DOI : 10.1002/cne.21101

+ développer le résumé

Le cortex des mammifères contient une diversité de types de neurones inhibiteurs, chacun possédant des propriétés morphologiques, immunochimiques et/ou physiologiques distinctes. Dans le cortex du rat, des marqueurs chimiques distinguent au moins quatre classes de neurones distinctes et non chevauchantes, basées sur l'expression de la parvalbumine (PV), de la somatostatine (SST), de la calrétinine (CR) et de la cholécystokinine (CCK). Il a généralement été admis que ces classifications s'appliquent également à d'autres espèces de rongeurs. Dans le cortex de la souris, cependant, nous avons observé une colocalisation significative de la SST et de la CR dans les neurones inhibiteurs ; environ 30 % des cellules positives à la SST contenaient de la CR, et environ 33 % des cellules positives à la CR contenaient de la SST dans les cortex frontal, somatosensoriel (S1) et visuel (V1). Les cellules colocalisées à la SST et à la CR étaient concentrées dans les couches 2/3. Français Nous avons en outre caractérisé les propriétés morphologiques et physiologiques des types de neurones inhibiteurs corticaux de souris qui expriment la SST en utilisant des souris transgéniques « GIN », chez lesquelles la GFP est exprimée dans un sous-ensemble de neurones inhibiteurs de la SST (voir Oliva et al. [2000] J Neurosci 20:3354-3368). En général, les cellules SST/CR+ et SST/CR- présentaient des caractéristiques morphologiques des cellules de Martinotti telles que décrites dans le cortex de rat, et elles avaient également des schémas de décharge de pointes accommodatives similaires. Cependant, elles différaient significativement dans les comparaisons quantitatives de morphologie et de formes de pointes. Les cellules SST/CR+ avaient des champs dendritiques plus étendus horizontalement et plus de processus primaires que les cellules SST/CR- ; et les cellules SST/CR- avaient des largeurs de potentiel d'action plus étroites et une post-hyperpolarisation plus rapide que les cellules SST/CR+. Ainsi, nos données montrent une différence importante entre les espèces dans la distinction chimique des sous-types de neurones inhibiteurs et indiquent que la colocalisation du CR dans les cellules SST est corrélée à différentes caractéristiques morphologiques et physiologiques.

Borrell, V., Kaspar, BK, Gage, FH, Callaway, EM Preuve in vivo de la migration radiale des neurones par translocation somale à longue distance dans le cortex visuel en développement du furet. (2006) Cereb. Cortex. 16(11):1571-83. DOI : 10.1093/cercor/bhj094

+ développer le résumé

Callaway, EM, Sanes, JR Nouvelles technologies. (2006) Opinion actuelle en neurobiologie. 16(5):540-542. DOI : 10.1016/j.conb.2006.08.014

Tan, EM, Yamaguchi, Y., Horwitz, GD, Gosgnach, S., Lein, ES, Goulding, M., Albright, TD, Callaway, EM Inactivation sélective et rapidement réversible des neurones de mammifères in vivo à l'aide du récepteur de l'allatostatine de la drosophile. (2006) Neuron. 51(2):157-70. DOI : 10.1016/j.neuron.2006.06.018

+ développer le résumé

Nassi, JJ, Lyon, DC, Callaway, EM Le LGN parvocellulaire fournit une entrée disynaptique robuste à la zone de mouvement visuel MT. (2006) Neuron. 50(2):319-327. DOI : 10.1016/j.neuron.2006.03.019

+ développer le résumé

Callaway, EM Dois-je rester ou partir ? Les boutons présynaptiques du cortex adulte n'ont toujours pas pris de décision. (2006) Neuron. 49(6):780-783. DOI : 10.1016/j.neuron.2006.03.007

+ développer le résumé

Gosgnach, S., Lanuza, GM, Butt, SJ, Saueressig, H., Zhang, Y., Velasquez, T., Riethmacher, D., Callaway, EM, Kiehn, O., Goulding, M. Les neurones spinaux V1 régulent la vitesse des sorties locomotrices des vertébrés. (2006) Nature. 440(7081):215-9. DOI : 10.1038/nature04545

+ développer le résumé

Zarrinpar, A., Callaway, EM Connexions locales à des types spécifiques de neurones de couche 6 dans le cortex visuel du rat. (2006) Journal of Neurophysiology. 95(3):1751-1761. DOI : 10.1152/jn.00974.2005

+ développer le résumé

Larsen, docteur en médecine, Callaway, EM Développement d'arborisations axonales spécifiques à chaque couche dans le cortex somatosensoriel primaire de la souris. (2006) Journal de neurologie comparée. 494(3):398-414. DOI : 10.1002/cne.20754

+ développer le résumé

Dans le néocortex en développement, les neurones pyramidaux utilisent des signaux moléculaires pour former sélectivement des arborescences axonales dans les couches appropriées. Malgré l'utilité des souris pour les études moléculaires et génétiques, peu de travaux ont été menés sur le développement d'arborisations axonales spécifiques à chaque couche des neurones pyramidaux chez la souris. Nous avons marqué et reconstruit intracellulairement les axones des neurones pyramidaux des couches 2/3 et 5 dans des tranches de cortex somatosensoriel primaire de souris C57Bl6, entre 7 et 21 jours après la naissance. Pour tous les neurones étudiés, le développement des arborisations axonales chez la souris suit un schéma similaire à celui observé chez d'autres espèces ; la spécificité laminaire des premières branches axonales est similaire à celle des animaux matures. À P7, les neurones pyramidaux sont très simples, ne possédant qu'un axone principal descendant et quelques branches primaires. Français Entre P7 et P10, il y a une forte augmentation du nombre total de branches axonales, et les axones continuent d'augmenter en complexité et en longueur totale de P10 à P21. Contrairement aux observations chez les furets, les chats et les singes, deux types de neurones pyramidaux de couche 2/3 sont présents chez les souris matures et en développement ; les cellules de la couche 2/3 superficielle sont dépourvues d'arborescences axonales dans la couche 4, et les cellules proches de la bordure de la couche 4 ont des arborisations axonales substantielles dans la couche 4. Nous décrivons également les schémas d'arborisation axonale et dendritique de trois types de cellules pyramidales dans la couche 5. Les axones des neurones pyramidaux de la couche 5 à touffes hautes s'arborisent presque exclusivement dans les couches profondes tandis que les neurones pyramidaux de la couche 5 à simples hauts et courts projettent également des axones vers les couches superficielles.

Yoshimura, Y., Callaway, EM La spécificité à petite échelle des réseaux corticaux dépend du type de cellule inhibitrice et de la connectivité. (2005) Nature Neuroscience. 8(11):1552-1559. DOI : 10.1038/nn1565

+ développer le résumé

Callaway, EM Structure et fonction des voies parallèles dans le système visuel précoce des primates. (2005) Journal de physiologie. 566 (Partie 1) : 13-19. DOI : 10.1113/jphysiol.2005.088047

+ développer le résumé

Briggs, F., Callaway, EM Modèles laminaires d'entrée excitatrice locale dans les neurones de la couche 5 du cortex visuel primaire du macaque. (2005) Cereb. Cortex. 15(5):479-488. DOI : 10.1093/cercor/bhh154

+ développer le résumé

Borrell, V., Yoshimura, Y., Callaway, EM Administration ciblée de gènes aux neurones inhibiteurs télencéphaliques par électroporation directionnelle in utero. (2005) Journal des méthodes en neurosciences. 143(2):151-158. DOI : 10.1016/j.jneumeth.2004.09.027

+ développer le résumé

Callaway, EM Un arsenal moléculaire et génétique pour les neurosciences des systèmes. (2005) Tendances en neurosciences. 28(4):196-201. DOI : 10.1016/j.tins.2005.01.007

+ développer le résumé

Lein, ES, Callaway, EM, Albright, TD, Gage, FH Redéfinition des limites du sous-champ CA2 hippocampique chez la souris à l'aide de l'expression génétique et de la reconstruction tridimensionnelle. (2005) Journal de neurologie comparée. 485(1):1-10. DOI : 10.1002/cne.20426

+ développer le résumé

Yoshimura, Y., Dantzker, JL, Callaway, EM Les neurones corticaux excitateurs forment des réseaux fonctionnels à petite échelle. (2005) Nature. 433(7028):868-873. DOI : 10.1038/nature03252

+ développer le résumé

La spécificité des connexions des neurones corticaux crée des colonnes de neurones fonctionnellement similaires, s'étendant de la pie-mère à la substance blanche. Nous étudions ici s'il existe un niveau de spécificité supplémentaire, plus fin, créant des sous-réseaux de neurones excitateurs au sein de colonnes fonctionnelles. Nous avons testé la spécificité à fine échelle des connexions aux neurones pyramidaux des couches 2 et 3 corticales du cortex visuel du rat en utilisant des analyses de corrélation croisée des courants synaptiques évoqués par photostimulation. En enregistrant simultanément des cellules pyramidales adjacentes des couches 2 et 3, nous constatons que lorsqu'elles sont connectées entre elles (20 % de toutes les paires enregistrées), elles partagent une entrée commune provenant de la couche 4 et au sein de la couche 2 et 3. Lorsque les neurones adjacents des couches 2 et 3 ne sont pas connectés entre eux, ils partagent très peu (voire aucune) entrée excitatrice commune provenant des couches 4 et 2 et 3. En revanche, tous les neurones des couches 2 et 3 partagent une entrée excitatrice commune provenant de la couche 5 et une entrée inhibitrice provenant des couches 2 et 3, qu'ils soient ou non connectés entre eux. Ainsi, les connexions excitatrices de la couche 4 à la couche 4/2 et au sein de la couche 3/2 forment des assemblages à petite échelle de neurones sélectivement interconnectés ; les connexions inhibitrices et les connexions excitatrices de la couche 3 relient les neurones à travers ces sous-réseaux à petite échelle. Des sous-réseaux relativement indépendants de neurones excitateurs sont donc intégrés à l'architecture fonctionnelle à plus grande échelle ; cela permet aux neurones voisins de transmettre l'information de manière plus indépendante que ne le suggéraient les descriptions précédentes des circuits corticaux.

Callaway, EM Substrats neuronaux dans le cortex visuel primaire pour les interactions entre les voies visuelles parallèles. (2005) Progrès dans la recherche sur le cerveau. 149:59-64. DOI: 10.1016/S0079-6123(05)49005-6

Siegel, RM, Callaway, EM L'héritage de Francis Crick pour les neurosciences : entre l'alpha et l'oméga. (2004) PLOS Biologie. 2(12). DOI : 10.1371/journal.pbio.0020419

Horwitz, GD, Callaway, EM Inhibition antisens de l'apprentissage de la récompense. (2004) Nature Neuroscience. 7(10):1023-1024. DOI: 10.1038/nn1004-1023

Callaway, EM Rencontres rapprochées : la manière dont les neurones corticaux trouvent et se connectent à leurs bons partenaires synaptiques dépend du type de cellule. (2004) Neuron. 43(2):156-158. DOI : 10.1016/j.neuron.2004.07.006

+ développer le résumé

Callaway, EM Connexions de rétroaction, de rétroaction et inhibitrices dans le cortex visuel des primates. (2004) Les réseaux de neurones. 17(5-6):625-632. DOI: 10.1016/j.neunet.2004.04.004

+ développer le résumé

Brivanlou, IH, Dantzker, JL, Stevens, CF, Callaway, EM Spécificité topographique des connexions fonctionnelles du CA3 hippocampique au CA1. (2004) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 101 (8): 2560-2565.

+ développer le résumé

Chatterjee, S., Callaway, EM Voies parallèles opposées aux couleurs vers le cortex visuel primaire. (2003) Nature. 426(6967):668-671. DOI : 10.1038/nature02167

+ développer le résumé

Callaway, EM Réglage de l'orientation : un chemin tortueux vers le droit chemin. (2002) Neuron. 36 (5): 783-785.

+ développer le résumé

Callaway, EM, Yuste, R. Stimuler les neurones avec la lumière. (2002) Opinion actuelle en neurobiologie. 12 (5): 587-592.

+ développer le résumé

Chatterjee, S., Callaway, EM Contributions du cône S à la voie visuelle magnocellulaire chez le singe macaque. (2002) Neuron. 35 (6): 1135-1146.

+ développer le résumé

Borrell, V., Callaway, EM La réorganisation des arborescences axonales exubérantes contribue au développement de la spécificité laminaire dans le cortex visuel du furet. (2002) Journal of Neuroscience. 22(15):6682-6695. DOI : 20026663

+ développer le résumé

On pense que les axones corticaux spécifiques à chaque couche se développent précisément dès le départ, sans former de branches exubérantes dans les couches corticales incorrectes. Nous avons testé cette hypothèse en suivant le développement des arborescences axonales des neurones pyramidaux des couches 2/3 du cortex visuel du furet, qui, chez l'adulte, présentent des arborescences axonales denses dans les couches 2/3 et 5, et non dans la couche 4. Nous avons débuté nos études à des âges plus précoces et avons échantillonné à des intervalles plus rapprochés que lors des études précédentes. Français Nos études révèlent qu'entre le jour postnatal (P) 14 et P18, la croissance initiale des arborescences axonales manque de spécificité pour les couches 2/3 et 5 et implique la formation d'un petit nombre de branches incorrectes dans la couche 4. Après P18, le nombre de branches axonales incorrectes dans la couche 4 a diminué, tandis qu'il y avait une croissance axonale importante spécifiquement dans les couches 2/3 et 5. Pour étudier plus en détail les mécanismes impliqués dans la direction de la croissance spécifique à la couche et l'élimination des branches axonales, nous avons étudié le développement des neurones de la couche 2/3 dans des tranches maintenues en culture pendant 5 jours. Dans ces études, la croissance initiale imprécise à P14-18 suivie d'une croissance précise après P18 a été imitée in vitro, mais l'élimination des axones incorrects de la couche 4 n'a pas eu lieu. Ces études révèlent que la plupart des arborescences axonales poussent précisément dans les bonnes couches, mais la croissance initiale implique la formation d'un petit nombre de branches axonales incorrectes qui sont ensuite éliminées. Par conséquent, les mécanismes qui régulent la croissance axonale ne sont pas aussi précis initialement que plus tard, et des mécanismes doivent exister pour permettre l'élimination sélective des collatéraux axonaux des couches incorrectes.

Lechner, HA, Lein, ES, Callaway, EM Une méthode génétique pour le silençage sélectif et rapidement réversible des neurones des mammifères. (2002) Journal of Neuroscience. 22(13):5287-5290. DOI : 20026527

+ développer le résumé

Callaway, EM Spécificité du type cellulaire des connexions corticales locales. (2002) Journal of Neurocytology. 31(3-5):231-237.

+ développer le résumé

La fonction du cortex cérébral dépend de l'organisation précise des circuits formés par les neurones qui le composent. Les connexions entre les neurones ne sont pas aléatoires, mais spécifiques à plusieurs niveaux d'organisation. Par exemple, chaque aire corticale est connectée uniquement à un sous-ensemble sélectionné d'autres aires et, au sein d'une même aire, les arborescences axonales et dendritiques des neurones individuels s'arborisent selon des schémas précis, propres à chaque couche (pour une revue, voir Felleman et Van Essen, 1991 ; Callaway, 1998). Chaque couche contient des dendrites provenant de plusieurs types cellulaires, y compris des cellules dont les somas se trouvent à l'intérieur et à l'extérieur de cette couche. Des études anatomiques ont montré que les axones s'arborisant dans une couche corticale particulière peuvent se connecter sélectivement aux dendrites de certains types cellulaires de cette couche, tout en évitant les dendrites d'autres types cellulaires (par exemple, Freund et Gulyas, 1991 ; Hornung et Celio, 1992 ; Staiger et al., 1996). Ces connexions spécifiques au type cellulaire sont cependant difficiles à élucider par des méthodes anatomiques, de sorte que la fréquence de cette spécificité reste incertaine. Des méthodes expérimentales récentes combinant l'enregistrement intracellulaire de neurones individuels à une stimulation neuronale focale par libération de glutamate par la lumière (« photostimulation ») ont facilité l'analyse des connexions corticales spécifiques au type cellulaire. Ces études montrent que la spécificité des connexions est prédominante dans le cortex. Je passe ici en revue des études basées sur la photostimulation examinant les sources laminaires d'entrée corticale vers différents types cellulaires dans les cortex visuel et somatosensoriel du rat et dans le cortex visuel primaire du singe.

Callaway, EM Mécanismes neuronaux pour la génération de cellules complexes visuelles. (2001) Neuron. 32 (3): 378-380.

+ développer le résumé

Briggs, F., Callaway, EM Entrée spécifique à la couche vers différents types de cellules dans la couche 6 du cortex visuel primaire du singe. (2001) Journal of Neuroscience. 21 (10): 3600-3608.

+ développer le résumé

La couche 6 du V1 du singe contient une population de neurones pyramidaux excitateurs diversifiée, tant sur le plan physiologique qu'anatomie. Des schémas d'arborisation distincts des axones et des dendrites au sein des couches corticales fonctionnellement spécialisées définissent huit types de neurones pyramidaux de la couche 6 et suggèrent des rôles spécifiques dans le traitement de l'information pour chaque type cellulaire. Afin de comprendre comment les sources d'entrée contribuent au fonctionnement cellulaire, nous avons examiné les sources laminaires d'entrées excitatrices fonctionnelles sur des neurones pyramidaux individuels de la couche 6 par photostimulation laser à balayage. Nous avons constaté une corrélation entre les sources d'entrées excitatrices et le type cellulaire. Les neurones de classe I dont les arborisations axonales ciblent sélectivement la couche réceptrice magnocellulaire (M) 4Calpha reçoivent des entrées de la couche 4B à dominance M, tandis que les neurones de classe I dont les arborisations axonales ciblent la couche réceptrice parvocellulaire (P) 4Cbeta reçoivent des entrées de la couche 2/3 à dominance P. Étonnamment, ces types neuronaux ne diffèrent pas significativement quant aux entrées qu'ils reçoivent directement des couches 4Calpha ou 4Cbeta. Les cellules de classe II, dépourvues d'arborescences axonales denses dans la couche 4C, reçoivent des informations excitatrices des couches ciblées par leurs axones locaux. Plus précisément, les cellules de type IIA projettent des axones vers les couches profondes et reçoivent des informations de ces couches, mais pas les couches superficielles. Les neurones de type IIB projettent des informations vers les couches les plus profondes et les plus superficielles, mais pas les couches intermédiaires, et en reçoivent. Les neurones de type IIC s'arborisent dans l'ensemble des couches corticales et tendent à recevoir des informations de toutes les couches corticales. Ces observations ont des implications pour les rôles fonctionnels des différents types de cellules de la couche 6 dans le traitement de l'information visuelle.

Yabuta, NH, Sawatari, A., Callaway, EM Deux canaux fonctionnels allant du cortex visuel primaire aux zones corticales visuelles dorsales. (2001) Science. 292(5515):297-300. DOI : 10.1126/science.1057916

+ développer le résumé

Butler, AK, Dantzker, JL, Shah, RB, Callaway, EM Développement des axones corticaux visuels : effets spécifiques à chaque couche des influences extrinsèques et du blocage de l'activité. (2001) Journal de neurologie comparée. 430 (3): 321-331.

+ développer le résumé

Au cours du développement cortical normal, les neurones pyramidaux forment des arborescences axonales intracorticales spécifiques à des couches corticales particulières. Les neurones pyramidaux de la couche 6 sont capables de développer des projections spécifiques à chaque couche dans des coupes de cortex visuel de furet en culture, ce qui indique que les influences extrinsèques, notamment l'activité visuelle structurée, ne sont pas nécessaires (Dantzker et Callaway [1998] J Neurosci 18:4145-4154). Français Cependant, lorsque l'activité spontanée est bloquée dans les cultures avec de la tétrodotoxine, les neurones pyramidaux de la couche 6 ne parviennent pas à cibler préférentiellement leurs axones vers la couche 4. Pour déterminer si les mécanismes qui régulent le développement des arborescences des neurones pyramidaux de la couche 6 peuvent être généralisés aux neurones pyramidaux d'autres couches, nous avons examiné le développement des neurones pyramidaux des couches 5 et 2/3 dans des tranches de cortex visuel de furet en culture préparées le 14e ou 15e jour postnatal. Les neurones pyramidaux de la couche 5 ont développé des arborescences axonales spécifiques à la couche pendant 5 à 7 jours in vitro. Cependant, contrairement aux neurones pyramidaux de la couche 6, les neurones pyramidaux de la couche 5 ont formé des arborescences axonales spécifiques à la couche en présence de tétrodotoxine. Contrairement aux neurones pyramidaux des couches 5 et 6, les neurones pyramidaux des couches 2/3 n'ont pas formé de projections spécifiques à la couche appropriées pendant 5 à 7 jours in vitro. Prises ensemble, ces données suggèrent que le développement d'axones spécifiques à chaque couche est régulé par des mécanismes différents selon les neurones des différentes couches et ne peut être catégoriquement classé comme dépendant ou indépendant de l'activité. Il convient plutôt de prendre en compte le type de neurone pyramidal, les couches ciblées et le type d'activité.

Yabuta, NH, Butler, AK, Callaway, EM Spécificité laminaire des circuits locaux dans le cortex en tonneau des souris knockout éphrine-A5. (2000) Journal of Neuroscience. 20(15):RC88.

+ développer le résumé

Dantzker, JL, Callaway, EM Sources laminaires d'entrée synaptique vers les interneurones inhibiteurs corticaux et les neurones pyramidaux. (2000) Nature Neuroscience. 3(7):701-707. DOI : 10.1038/76656

+ développer le résumé

Sawatari, A., Callaway, EM Diversité et spécificité du type cellulaire des connexions excitatrices locales aux neurones de la couche 3B du cortex visuel primaire du singe. (2000) Neuron. 25 (2): 459-471.

+ développer le résumé

Furuta, T., Wang, SS, Dantzker, JL, Dore, TM, Bybee, WJ, Callaway, EM, Denk, W., Tsien, RY 7-hydroxycoumarine-4-ylméthyles bromés : groupes protecteurs photolabiles avec des sections efficaces biologiquement utiles pour la photolyse à deux photons. (1999) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 96 (4): 1193-1200.

+ développer le résumé

Yabuta, New Hampshire, Callaway, EM Taches de cytochrome-oxydase et connexions horizontales intrinsèques des neurones pyramidaux de couche 2/3 chez le primate V1. (1998) Neurosciences visuelles. 15 (6): 1007-1027.

+ développer le résumé

Les neurones pyramidaux des couches superficielles du cortex cérébral possèdent de nombreux axones horizontaux qui servent de substrat aux interactions latérales entre les colonnes corticales. Ces connexions relieraient des régions fonctionnellement similaires, comme le suggère l'observation selon laquelle les blobs de cytochrome oxydase du cortex visuel primaire (V1) du singe sont préférentiellement connectés aux blobs et les interblobs aux interblobs. Afin de mieux comprendre la relation précise entre connexions horizontales et blobs, nous avons marqué intracellulairement 20 neurones pyramidaux des couches 2/3 dans des coupes cérébrales tangentielles vivantes de V1 de macaques. La localisation de chaque corps cellulaire et des boutons synaptiques cellulaires par rapport aux blobs a été analysée quantitativement. Nous avons trouvé des preuves de deux types de cellules situées à des distances caractéristiques du centre des blobs : (1) les neurones dépourvus d’axones groupés à longue distance (somata à 130-200 µm du centre des blobs) et (2) les cellules dotées de collatéraux axonaux groupés à longue distance (somata < 130 µm ou > 200 µm du centre des blobs). Pour toutes les cellules, les boutons synaptiques proches du corps cellulaire étaient situés à des distances similaires du centre des blobs à celles du corps cellulaire. La majorité des boutons des cellules dépourvues de clusters axonaux distaux étaient proches de leur corps cellulaire. Les cellules situées à plus de 200 µm du centre des blobs étaient interblobs et présentaient des collatéraux axonaux groupés à longue distance ciblant sélectivement les régions interblobs distantes. Les cellules situées à moins de 130 µm du centre des blobs étaient présentes à la fois dans les blobs et les interblobs, mais beaucoup étaient proches des frontières traditionnellement définies. Les boutons synaptiques distants de ces cellules étaient généralement situés relativement près des centres des blobs, mais les neurones les plus proches de ces centres avaient des boutons synaptiques plus proches de ces centres que ceux plus éloignés. Aucune transition nette n'a été observée suggérant une spécificité des blobs et des interblobs en tant qu'entités binaires distinctes. Il semble plutôt qu'ils constituent les extrémités d'un continuum. Ces observations ont des implications importantes pour la fonction des interactions latérales au sein de V1.

Yabuta, New Hampshire, Callaway, EM Flux fonctionnels et connexions locales des neurones de la couche 4C dans le cortex visuel primaire du singe macaque. (1998) Journal of Neuroscience. 18 (22): 9489-9499.

+ développer le résumé

Le système visuel des primates est composé de multiples aires corticales fonctionnellement spécialisées. La diversité fonctionnelle de ces aires refléterait les différentes contributions des voies visuelles parallèles précoces aux neurones de l'aire V1, qui alimentent les aires corticales supérieures. La voie M fournirait des informations sur le mouvement et le contraste, via la couche 4B de V1, aux aires visuelles dorsales. La voie P fournirait des informations sur la forme et la couleur, via la couche 2/3 de V1, aux aires visuelles ventrales, avec des contributions spécialisées des neurones à cytochrome oxydase (CO) blob et interblob. Cependant, les relations anatomiques détaillées entre les voies M et P et les neurones de V1 qui alimentent les aires corticales extrastriées supérieures sont mal comprises. Pour étudier ces relations, des neurones stellaires épineux des couches M et P réceptrices de V1, 4Calpha et 4Cbeta, respectivement, ont été marqués intracellulairement, et leurs arborescences axonales et dendritiques ont été reconstruites. Nous avons constaté que les neurones dotés de dendrites dans la couche supérieure 4Calpha projettent des axones vers la couche 4B et les blobs CO des couches 2/3, relayant ainsi l'entrée M vers ces régions. D'autres neurones de la couche inférieure 4Calpha fournissent une entrée M aux interblobs. Ces cellules ont soit (1) des dendrites limitées à la couche inférieure 4Calpha et des axones ciblant spécifiquement les interblobs des couches 2/3, soit (2) des dendrites dans les couches inférieures 4Calpha et 4Cbeta et des axones ciblant les blobs et les interblobs. Les neurones récepteurs P de la couche 4Cbeta présentent des arborescences axonales denses dans les blobs et les interblobs, mais pas dans la couche 4B. Des analyses quantitatives révèlent que les cellules 4Calpha fournissent environ cinq fois plus de synapses que les cellules 4Cbeta à la couche 4B, tandis que les cellules 4Cbeta fournissent cinq fois plus de synapses que les cellules 4Calpha à la couche 2/3. Ces observations impliquent que l'entrée M est dominante dans la couche 4B. Dans les couches 2 et 3, les blobs et les interblobs reçoivent des entrées M et P, mais l'entrée P est dominante, et l'entrée M vers les interblobs provient exclusivement d'une sous-population d'afférents M ciblant le 4Calpha inférieur, et non d'afférents ciblant uniquement le 4Calpha supérieur (cf. Blasdel et Lund, 1983). Nous supposons que les voies M et P vers les interblobs sont des systèmes linéaires de type X, tandis que les blobs reçoivent également une entrée M non linéaire de type Y.

Dantzker, JL, Callaway, EM Le développement d'axones corticaux visuels locaux et spécifiques à chaque couche en l'absence d'influences extrinsèques et d'activité intrinsèque. (1998) Journal of Neuroscience. 18 (11): 4145-4154.

+ développer le résumé

La spécificité laminaire des connexions verticales dans le cortex visuel primaire (aire 17) se développe précisément dès le départ, ce qui conduit à l'hypothèse selon laquelle le ciblage axonal spécifique à une couche est attribuable à des signaux moléculaires intrinsèques au cortex (Lund et al., 1977 ; Katz et Callaway, 1992). Cependant, d'autres facteurs susceptibles d'influencer le développement axonal n'ont pas été étudiés. Cette étude examine le rôle de l'activité corticale intrinsèque et des influences extrinsèques qui pourraient résulter de connexions formées plus tôt avec des aires corticales et sous-corticales externes. Des cultures de tranches organotypiques ont été préparées à partir de l'aire 17 du furet avant la formation de connexions axonales locales et ont été incubées pendant 5 à 7 jours pour permettre la formation d'arborescences axonales locales initiales en l'absence d'influences extrinsèques. De plus, certaines tranches ont été cultivées en présence de tétrodotoxine, un inhibiteur des canaux Na+, afin de bloquer les potentiels d'action spontanés au sein de la tranche. Français Des neurones individuels ont été marqués intracellulairement avec de la biocytine, et leurs schémas d'arborisations axonales locales ont été reconstruits. Cette étude se concentre sur le développement des neurones pyramidaux de la couche 6, dont les axones contournent in vivo une cible incorrecte, la couche 5, avant de s'arboriser spécifiquement dans leur cible locale, la couche 4. Nous avons constaté que les axones se développant in vitro s'arborisaient préférentiellement dans la couche 4 par rapport à la couche 5. Cependant, l'inhibition de l'activité spontanée dans la tranche corticale a diminué cette spécificité, ce qui a entraîné un nombre similaire de branches axonales dans les couches 4 et 5. Ainsi, bien que les axones corticaux ne nécessitent pas d'influences extérieures, une activité spontanée intrinsèque est nécessaire pour une arborisation axonale spécifique dans les cibles laminaires correctes.

Callaway, EM Scènes visuelles et neurones corticaux : ce que vous voyez est ce que vous obtenez. (1998) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 95 (7): 3344-3345.

Callaway, EM Développement prénatal des circuits locaux spécifiques à chaque couche dans le cortex visuel primaire du singe macaque. (1998) Journal of Neuroscience. 18 (4): 1505-1527.

+ développer le résumé

Des études antérieures ont démontré que les arborescences axonales spécifiques des quatre principales couches corticales – 2/3, 4, 5 et 6 – se développent précisément dès le départ grâce à des signaux indépendants de l'activité. Dans le cortex visuel primaire du macaque (V1), la couche 2/3 est subdivisée en couches nommées 2/3A, 3B, 4A et 4B, et la couche 4 est subdivisée en 4Calpha et 4Cbeta. Les neurones individuels du V1 des macaques matures possèdent des arborescences axonales hautement spécifiques de ces sous-couches. Nous avons étudié le développement prénatal de la spécificité laminaire et sous-laminaire des circuits locaux du V1 du macaque. Deux cent trente-huit neurones ont été marqués intracellulairement dans des tranches de cerveau vivant préparées à partir du V1 de cinq macaques prénataux âgés de 100 à 145 jours après la conception (E100-E145). Les arborescences axonales et dendritiques des neurones marqués ont été reconstruites afin d'évaluer leurs relations avec les couches corticales. Nous avons constaté que les neurones épineux en développement des couches 2 à 4B et de la couche 5 ciblent spécifiquement les couches superficielles et profondes sans former de branches « incorrectes » dans la couche 4C. De même, les neurones pyramidaux de la couche 6 qui ciblent la couche 4C ne forment pas de branches « incorrectes » dans la couche 5. Ces résultats indiquent que des projections spécifiques vers les principales couches corticales se développent avec un degré élevé de sélectivité, comme chez d'autres espèces. Cependant, le développement de projections spécifiques aux sous-couches n'était pas toujours précis dès le départ. Contrairement aux animaux postnatals, les axones de certains neurones épineux prénatals de la couche 4Cbêta se ramifient dans la couche 4B. À âges similaires, de nombreux neurones pyramidaux de la moitié supérieure de la couche 6 présentent des branches axonales dans la couche 4Calpha ainsi que dans la couche 4Cbêta ; ces projections sont spécifiques de la couche 4Cbêta chez les animaux plus matures. On observe également une exubérance similaire dans les arborescences axonales d'autres types cellulaires de la couche 6. Des projections transitoires ont également été observées dans la sous-plaque et dans la substance blanche pour les cellules de toutes les couches, à l'exception de la couche 4Cbêta. Ces observations indiquent qu'au moins certaines projections spécifiques à la sous-couche émergent par élimination des branches axonales exubérantes et suggèrent qu'elles pourraient utiliser des mécanismes dépendants de l'activité pour identifier les couches cibles « correctes ». De tels indices pourraient être fournis par des différences laminaires dans les schémas d'activité prénatale spontanée du réseau rétino-géniculo-cortical.

Callaway, EM Circuits locaux dans le cortex visuel primaire du singe macaque. (1998) Examen annuel des neurosciences. 21:47-74. DOI : 10.1146/annurev.neuro.21.1.47

+ développer le résumé

Wiser, Alaska, Callaway, EM Colonnes de dominance oculaire et projections locales des neurones pyramidaux de la couche 6 dans le cortex visuel primaire du macaque. (1997) Biologie du développement. 14 (2): 241-251.

+ développer le résumé

Callaway, EM, Lieber, JL Développement des arborescences axonales des neurones pyramidaux de la couche 6 dans le cortex visuel primaire du furet. (1996) Journal de neurologie comparée. 376(2):295-305. DOI: 10.1002/(SICI)1096-9861(19961209)376:2<295::AID

+ développer le résumé

Nous avons suivi le développement des arborescences axonales des neurones pyramidaux de la couche 6 du cortex strié du furet afin de déterminer si les collatérales axonales en développement précoce se forment spécifiquement dans les couches cibles appropriées dès le départ ou acquièrent leur spécificité adulte par l'élimination de projections initialement exubérantes. Ces neurones ont été choisis pour l'étude car ils sont parmi les premiers à être générés dans le cortex strié du furet en développement et, chez les animaux matures, ces cellules possèdent des arborescences axonales hautement spécifiques de la couche 4 et, dans une moindre mesure, des couches 2/3, mais présentent peu de branches collatérales dans la couche 5. Les arborescences axonales de neurones pyramidaux individuels de la couche 6 ont été reconstruites après marquage sur des coupes vivantes préparées à partir du cortex strié de furets âgés de 13 à 35 jours après la naissance (P13-35). Français Aux âges les plus précoces (P13-15), les arborescences axonales consistaient en un axone simple s'étendant de la base du corps cellulaire dans la sous-plaque ou la substance blanche et formant généralement quelques branches collatérales mais ne montant jamais dans la couche 5. À P19-20, environ la moitié des cellules avaient des collatérales axonales étendues dans la couche 5 ou plus, et celles-ci semblaient déjà se ramifier préférentiellement dans la couche 4. Toutes les cellules des animaux plus âgés avaient des arborescences axonales substantielles dans les couches 2 à 4. À P26-28, il y avait environ dix fois plus de branches axonales dans la couche 4 que dans la couche 5. Entre P26-28 et P35, il n'y a pas eu de changement significatif dans le nombre de branches dans la couche 5, mais le nombre de branches et de terminaisons collatérales axonales dans la couche 4 a approximativement doublé. Ainsi, l’étendue de l’arborisation axonale dans la couche 4 augmente considérablement entre P13 et P35, et la croissance est très spécifique pour les couches cibles correctes, avec peu de branches formées dans la couche 5.

Callaway, EM, Wiser, Alaska Contributions des neurones épineux individuels des couches 2 à 5 aux circuits locaux du cortex visuel primaire du macaque. (1996) Neurosciences visuelles. 13 (5): 907-922.

+ développer le résumé

Nous avons étudié les circuits locaux excitateurs du cortex visuel primaire (VI) du macaque afin d'étudier leurs relations avec les flux magnocellulaires (M) et parvocellulaires (P). Soixante-deux neurones épineux marqués intracellulairement dans les couches 2 à 5 ont été analysés. Nous avons effectué des observations détaillées de la spécificité laminaire et cylindrique des arborescences axonales et noté des corrélations avec les arborescences dendritiques. Nous avons mis en évidence un mélange important des flux M et P par les circuits locaux du VI. Ce mélange est assuré par les neurones de la couche réceptrice géniculée primaire 4C, ainsi que par ceux des couches supragranulaire et infragranulaire. Nous nous sommes également intéressés aux éventuelles différences dans les projections axonales de neurones présentant différentes morphologies dendritiques. Nous avons constaté que les neurones épineux étoilés et pyramidaux de la couche 4B présentent des arborescences axonales similaires. Cependant, nous avons identifié deux types de neurones pyramidaux de la couche 5. Français La majorité ont une morphologie dendritique pyramidale conventionnelle, une arborescence axonale dense dans les couches 2.4B, et ne se projettent pas vers la substance blanche. Les neurones de projection de la couche 5 ont une morphologie dendritique « à ramification arrière » inhabituelle (les branches dendritiques apicales sont arquées vers le bas plutôt que vers le haut) et une arborisation axonale faible ou nulle dans les couches 2-4B, mais ont de longues projections axonales horizontales dans la couche 5B. Nous ne trouvons pas de forte projection des neurones pyramidaux de la couche 5 vers la couche 6. Dans V1 du macaque, il ne semble pas y avoir de source unique d'entrée locale forte vers la couche 6 ; seule une minorité de cellules des couches 2-5 ont des branches axonales dans la couche 6 et celles-ci sont clairsemées. Nos résultats suggèrent que les circuits locaux dans V1 médient des interactions entre les entrées M et P qui sont complexes et difficiles à intégrer dans un cadre simple.

Sawatari, A., Callaway, EM Convergence des voies magno- et parvocellulaires dans la couche 4B du cortex visuel primaire du macaque. (1996) Nature. 380(6573):442-446. DOI: 10.1038/380442a0

+ développer le résumé

Wiser, Alaska, Callaway, EM Contributions des neurones pyramidaux individuels de la couche 6 aux circuits locaux du cortex visuel primaire du macaque. (1996) Journal of Neuroscience. 16 (8): 2724-2739.

+ développer le résumé

Callaway, EM Neurotransmetteurs en cage. Éclaircissement sur les circuits neuronaux. (1994) Biologie actuelle. 4 (11): 1010-1012.

+ développer le résumé

Callaway, EM, Katz, LC La photostimulation utilisant du glutamate en cage révèle des circuits fonctionnels dans des tranches de cerveau vivantes. (1993) Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique. 90 (16): 7661-7665.

+ développer le résumé

Une approche de cartographie à haute résolution spatiale des circuits fonctionnels de tranches de cerveau de mammifères vivants a été développée. L'emplacement des neurones établissant des connexions synaptiques fonctionnelles avec un neurone unique est révélé par photostimulation de zones très restreintes de la tranche (50 à 100 microns de diamètre), tout en conservant un enregistrement de la cellule entière du neurone d'intérêt. La photostimulation est obtenue en baignant les tranches de cerveau dans une forme moléculairement captée du neurotransmetteur glutamate [ester alpha-(4,5-diméthoxy-2-nitrobenzyle) de l'acide L-glutamique], qui est ensuite convertie en forme active par de brèves impulsions (< 1 ms) d'irradiation ultraviolette. L'activation directe des récepteurs sur les neurones enregistrés dans l'hippocampe du rat et le cortex visuel du furet démontre que la photostimulation est fiable et reproductible, et peut être répétée au même site au moins 30 fois sans diminution notable de la réactivité neuronale. La photostimulation de neurones présynaptiques situés à distance du neurone enregistré a provoqué des réponses synaptiques dans les cellules hippocampiques et corticales, à des distances allant jusqu'à plusieurs millimètres du neurone enregistré. La stimulation de 25 à 100 sites présynaptiques distincts, lors de l'enregistrement d'un seul neurone postsynaptique, a été facilement réalisée. La photostimulation à base de glutamate en cage élimine les artefacts et les limitations inhérents aux méthodes de stimulation conventionnelles, notamment la stimulation des axones de passage, la désensibilisation, la faible résolution temporelle des pipettes « puffer », ainsi que les artefacts actuels liés à l'application iontophorétique. Cette approche permet une étude physiologique détaillée et la manipulation des circuits intrinsèques complexes du cerveau des mammifères.

Katz, LC, Callaway, EM Développement des circuits locaux dans le cortex visuel des mammifères. (1992) Examen annuel des neurosciences. 15 : 31-56. DOI : 10.1146/annurev.ne.15.030192.000335

Callaway, EM, Katz, LC Développement des arborescences axonales des neurones épineux de la couche 4 dans le cortex strié du chat. (1992) Journal of Neuroscience. 12 (2): 570-582.

+ développer le résumé

Les neurones épineux de la couche 4 du cortex strié du chat sont les principaux récepteurs des afférences géniculocorticales et assurent des liaisons cruciales avec les autres couches corticales pour le traitement de l'information visuelle. À l'aide d'une coloration intracellulaire, nous avons examiné le développement des projections axonales locales de ces neurones afin de déterminer (1) si la spécificité laminaire de leurs projections était spécifique ou était le résultat de projections exubérantes transitoires et (2) si l'émergence de connexions excitatrices de la couche 4 vers les couches 2/3 pouvait contribuer au développement, dépendant de l'activité, de connexions horizontales groupées des neurones pyramidaux des couches 2/3. Les différences d'étendue des projections vers les couches infragranulaires (couches 5 et 6, qui reçoivent des projections éparses) et les couches superficielles (couches 2/3 et 4, qui reçoivent des projections étendues) se sont développées spécifiquement dès le départ. Au 15e jour postnatal (P15), les projections vers les couches infragranulaires étaient matures et étaient indiscernables de celles de l'animal le plus âgé étudié (P33). En revanche, les projections vers les couches superficielles ont continué à gagner en complexité après P15. Les projections au sein de la couche 4, les plus élaborées à tous les âges étudiés, ont atteint leur maturité vers P20, tandis que celles vers les couches 2/3 ont continué à gagner en complexité jusqu'à P33. Aucune preuve de projections exubérantes vers aucune de ces couches corticales n'a été observée. À des âges postnatals très précoces (P5), des projections vers la région de la sous-plaque étaient évidentes. Celles-ci ont disparu vers P8-P11, suggérant la présence de connexions transitoires des neurones épineux de la couche 4 vers les neurones de la sous-plaque. La privation binoculaire n'a pas empêché l'émergence de projections des neurones épineux de la couche 4 vers les couches 2/3 ni le développement de différences laminaires normales de densité de projection. Les connexions de la couche 4 vers la couche 2/3 sont apparues après que les connexions horizontales de la couche 2/3 ont été grossièrement groupées, mais en synchronisme avec l'affinement ultérieur des regroupements. Les collatérales des cellules de la couche 4 ont d'abord traversé la couche 3 à P11, mais étaient extrêmement courtes (ne s'étendant que de 50 à 200 microns au-delà de la limite laminaire) et rares (seulement 4 cellules sur 19). Puisque, dès P8, les projections horizontales des neurones pyramidaux de la couche 2/3 sont déjà grossièrement groupées, l'émergence de ce regroupement est probablement indépendante des projections excitatrices de la couche 4 vers la couche 2/3. La proportion de cellules se projetant vers la couche 2/3 et la complexité de leurs arborescences ont augmenté au cours des semaines suivantes, correspondant étroitement au moment de l'affinement des connexions horizontales grossièrement groupées et à l'émergence de la réactivité visuelle dans la couche 2/3. (RÉSUMÉ TRONQUÉ À 400 MOTS)

Callaway, EM, Katz, LC Émergence et affinement des connexions horizontales groupées dans le cortex strié du chat. (1990) Journal of Neuroscience. 10 (4): 1134-1153.

+ développer le résumé

Les cellules pyramidales de la couche 2/3 du cortex strié du chat adulte présentent de longues connexions axonales horizontales intrinsèques, tant dans la couche 2/3 que dans la couche 5. Ces connexions forment des « amas » périodiques de branches axonales plus fines reliant des colonnes présentant une sélectivité d'orientation similaire. Nous avons étudié la séquence des événements et les mécanismes possibles sous-jacents au développement de ces connexions horizontales intrinsèques groupées, en utilisant une combinaison de traceurs neuronaux et de marquage intracellulaire. De petites injections de microsphères de latex fluorescentes réalisées au cours de la première semaine postnatale (à P4-6), examinées en coupes tangentielles, ont produit une distribution uniforme et non groupée de cellules marquées rétrogradement jusqu'à 2 mm du site d'injection. À P8, le marquage rétrograde s'étendait sur une zone plus étendue et un regroupement était perceptible, principalement parmi les cellules marquées les plus éloignées. À P6 et P8, le marquage était similaire dans les couches 2/3 et 5, indiquant que la transition des connexions groupées aux connexions non groupées s'est produite simultanément pour les cellules des lames superficielles et profondes. À la fin de la deuxième semaine postnatale (P12-15), les cellules marquées rétrogradement étaient beaucoup plus regroupées à l'intérieur et au-delà de l'étendue du marquage P6 ; la densité de cellules marquées était élevée dans toute la région marquée, mais beaucoup plus élevée au sein des amas. La périodicité de ces amas naissants était similaire à celle observée chez l'adulte. Malgré un regroupement évident, le schéma de marquage rétrograde observé après les injections à 2-3 semaines (P12-21) différait nettement de celui observé chez l'adulte, les régions entre les amas contenant de nombreuses cellules marquées. Au cours des 3 semaines suivantes, les connexions se sont affinées, de sorte qu'à la sixième semaine postnatale (P36-38), les régions entre les amas contenaient très peu de cellules marquées rétrogradement et le schéma global de marquage rétrograde était indiscernable de celui observé chez l'adulte. Malgré les différences d'âge post-migratoire des neurones des lames superficielles et profondes, le regroupement des cellules marquées rétrogradement de ces deux populations était similaire à tous les âges. Des expériences, dans lesquelles 2 à 2 semaines se sont écoulées entre l'injection de microsphères et l'abattage des animaux, ont démontré que ni la formation initiale d'agrégats bruts ni leur affinement n'étaient dus à la mort cellulaire. L'affinement des agrégats résultait plutôt de l'élimination d'un processus spécifique. Lorsqu'une injection de microsphères rouges à P3 était suivie d'une injection de microsphères vertes exactement au même endroit à P15, la première injection a entraîné un aggrégat brut, comme prévu. La quasi-totalité des cellules doublement marquées par la dernière injection se trouvaient dans les agrégats les plus denses de marquage de la première injection. (RÉSUMÉ TRONQUÉ À 29 MOTS)

Callaway, EM, Soha, JM, Van Essen, DC Perte différentielle des connexions neuromusculaires en fonction du niveau d'activité et de la position spinale des motoneurones soléaires du lapin néonatal. (1989) Journal of Neuroscience. 9 (5): 1806-1824.

+ développer le résumé

Nous avons testé si la capacité des synapses à entrer en compétition pour l'occupation des plaques terminales lors de l'élimination des synapses neuromusculaires est affectée par des différences de position spinale ou de niveau d'activité du motoneurone parent. Pour tester le rôle de la position spinale, les tailles relatives des unités motrices des motoneurones des positions moyenne et extrême (rostrale/caudale) du pool moteur du soléaire du lapin ont été déterminées à trois âges postnatals : 3-4 jours (âges « précoces », lorsque le soléaire est fortement polyinnervé), 5-8 jours (âges « intermédiaires ») et 9-11 jours (âges « tardifs », lorsque le soléaire vient d'atteindre un état d'innervation unique). Les tailles moyennes des unités motrices des racines ventrales extrêmes étaient similaires à celles des racines ventrales moyennes des muscles soléaires jeunes, mais étaient significativement plus petites (de 15 à 18 %) pour les muscles intermédiaires et tardifs. Ainsi, les motoneurones des positions extrêmes entrent manifestement moins efficacement en compétition pour la rétention des synapses que ceux des positions moyennes. Pour tester le rôle de l'activité différentielle, des synapses actives et inactives ont été placées directement l'une contre l'autre par l'implantation de bouchons de Silastic chargés de tétrodotoxine (TTX) dans l'un des nerfs spinaux contenant une minorité d'axones moteurs du muscle soléaire. L'activité différentielle a été maintenue pendant une période de perte synaptique importante, depuis l'implantation au jour 27 ou 4 jusqu'à l'âge intermédiaire (jours 5-8). Les tensions des contractions des unités motrices ont ensuite été mesurées afin de déterminer le nombre relatif de synapses conservées par les motoneurones actifs et inactifs. Les unités motrices inactivées étaient en moyenne significativement plus grandes (de plus de 9 %) que le groupe correspondant d'animaux normaux et témoins implantés. La taille anormalement importante des unités motrices inactivées a persisté chez les animaux ayant récupéré du blocage de TTX et examinés après la disparition de l'innervation multiple. Par conséquent, l'effet du blocage de TTX ne peut être attribué à un simple ralentissement de l'élimination synaptique, spécifiquement parmi les motoneurones inactifs. Nous concluons qu'une inactivité présynaptique complète améliore les chances de survie par rapport à une activité normale lors de l'élimination des synapses dans le muscle soléaire du lapin nouveau-né. Cette différence de capacité compétitive pourrait contribuer au développement d'une caractéristique importante des muscles adultes : la corrélation entre la taille des unités motrices et le seuil de recrutement.

Callaway, EM, Van Essen, DC Ralentissement de l'élimination des synapses par superfusion d'alpha-bungarotoxine du muscle soléaire du lapin néonatal. (1989) Biologie du développement. 131 (2): 356-365.

+ développer le résumé

Afin d'examiner le rôle de l'activité postsynaptique dans la régulation du taux d'élimination des synapses neuromusculaires, l'activité contractile des muscles soléaires de lapins nouveau-nés a été diminuée par une superfusion chronique d'alpha-bungarotoxine (alpha-BGT) à leur surface. La superfusion a été commencée 6 jours après la naissance et poursuivie pendant une durée variable (2 à 5 jours) avant l'analyse des muscles. Le pourcentage de fibres polyinnervées a été évalué physiologiquement et anatomiquement pour les muscles traités par alpha-BGT et leurs muscles controlatéraux, ainsi que pour les muscles normaux et témoins du même âge. Dans les muscles exposés à l'alpha-BGT, la polyinnervation était significativement plus importante que dans les muscles de chacun des groupes témoins. L'analyse anatomique a également révélé que la rétention de la polyinnervation dans les muscles traités par alpha-BGT était plus prononcée près de la surface du muscle, bien que les plaques terminales centrales aient également été affectées. Cette découverte, associée à l'évidence que seul un faible pourcentage de fibres musculaires était complètement inactivé, suggère que le blocage de l'activité était également plus prononcé près de la surface et relativement faible au centre du muscle. Le pourcentage de plaques terminales pour lesquelles l'élimination synaptique était retardée était supérieur au pourcentage estimé dont l'activité était complètement bloquée, ce qui suggère que la perte synaptique était ralentie même dans les fibres musculaires conservant une certaine activité postsynaptique. Ces observations indiquent que le taux d'élimination synaptique dépend des niveaux de récepteurs fonctionnels de l'acétylcholine. Ce processus pourrait être médié de manière graduelle par des modifications de l'activité postsynaptique (infraliminaires ou supraliminaires) ou par un effet non électrique du blocage des récepteurs postsynaptiques.

Soha, JM, Callaway, EM, Van Essen, DC Manque de sélectivité du type de fibre lors de la réinnervation du muscle soléaire du lapin néonatal. (1989) Biologie du développement. 131 (2): 401-414.

+ développer le résumé

Les fibres à contraction rapide et lente du muscle squelettique des mammifères néonatals sont chacune innervées de manière très spécifique par les motoneurones du type correspondant, même à un âge où la polyinnervation est répandue. La reconnaissance chimiospécifique est un mécanisme possible permettant d'établir ce schéma d'innervation. Nous avons étudié cette possibilité en étudiant le degré de spécificité lors de la réinnervation du muscle soléaire de lapin après un écrasement nerveux au jour 1 ou 4 postnatal. Nous avons analysé la composition des types de fibres en mesurant les temps de montée des contractions des unités motrices dans les deux jours suivant le début de la réinnervation fonctionnelle (2 à 5 jours après l'écrasement nerveux). Contrairement à la large distribution bimodale des temps de montée des contractions d'unités motrices individuelles observée dans les muscles normaux, les unités motrices des muscles réinnervés ont présenté une distribution plus étroite et unimodale des temps de montée. Les temps de montée des unités réinnervées étaient intermédiaires à ceux des unités rapides et lentes normales, suggérant que les unités réinnervées étaient composées d'un mélange de fibres à contraction rapide et lente. Une autre possibilité, selon laquelle la réinnervation spécifique serait masquée par la dédifférenciation contractile des fibres musculaires, a été examinée en maintenant un blocage de la transmission induit par une intoxication à la toxine botulique pendant une durée équivalente. Les temps de montée des contractions musculaires des unités motrices traitées présentaient la distribution bimodale caractéristique des muscles normaux, suggérant que les fibres musculaires peuvent conserver une diversité contractile pendant une période transitoire de dénervation. Nous avons réalisé des simulations informatiques pour estimer la diversité des temps de montée induite par différents degrés de spécificité lors de la réinnervation. Sur la base de cette analyse, nous concluons qu'il y a peu, voire pas, de réinnervation sélective des types de fibres musculaires aux âges étudiés.

Callaway, EM, Soha, JM, Van Essen, DC Compétition favorisant les motoneurones inactifs par rapport aux motoneurones actifs lors de l'élimination des synapses. (1987) Nature. 328(6129):422-426. DOI: 10.1038/328422a0

+ développer le résumé

Edward Callaway, Ph.D.

Institut Salk d'études biologiques - Publications

toutes les publications

Soutenez la recherche Salk

Éducation

AFFILIATIONS

Prix et distinctions

profil

Caractéristiques

Site Web

Contact

Edward Callaway, Ph.D.

Institut Salk d'études biologiques - Publications

toutes les publications

Soutenez la recherche Salk

Éducation

AFFILIATIONS

Prix ​​et distinctions

profil

Caractéristiques

Site Web

Contact

Prix et distinctions