SYNAPTIC COMPUTATIONS IN CENTRAL VESTIBULAR NEURONS

中央前庭神经元的突触计算

基本信息

  • 批准号:
    10399537
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.13万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-06-01 至 2024-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Animals must cope with the pervasive force of gravity as they navigate the environment. To sense and respond to this force, vertebrates rely on signals from the inner ear, where gravito-inertial sensors called otoliths drive activity in peripheral vestibular circuits. This information is then processed by central vestibular neurons in the brainstem and transformed into postural outputs via projections to the spinal cord. Although studies in slice preparation have indicated that vestibular neurons make linear computations of their inputs, this concept has not been tested in vivo. The objective of this proposal is to determine how vestibulospinal neurons carry out computations of sensory inputs. To surmount the technical challenges of examining synaptic and cellular properties of this circuit, I propose to use the larval zebrafish. Zebrafish are an excellent system for this line of research because of their accessibility, transparency, and homology to other vertebrates. Furthermore, we can carry out many experiments that are not feasible in mammalian models, including in vivo whole cell patch- clamp analysis of synaptic responses to sensory stimuli. This technical advance permits us to record sensory- evoked activity in the intact brain, over the time period in which postural behaviors develop. In addition, we can exploit a mutant fish line in which otolith development is delayed by two weeks, providing in effect a high selective sensory deprivation to vestibular circuits. The proposed experiments will therefore reveal how sensory information is encoded during development, both under normal conditions and those of sensory delay. In Aim 1, we will use a combination of behavior, imaging, and physiology to define the anatomy, sensory responses, and functional role of vestibulospinal neurons in vivo. These experiments will define the homology between zebrafish and mammalian vestibulospinal nuclei. In Aim 2, we will quantify how sensory afferents converge to produce central tuning. We will further ask how this convergence develops over the time period in which animals begin to self-right with respect to gravity. Here we will use both ultrastructural reconstructions of vestibular afferents to the central vestibulospinal neurons as well as physiological analyses of the development of sensory encoding. Finally, in Aim 3 we will examine the functional contributions of inhibition to sensory tuning and develop a highly constrained model of vestibular computations. Together, the proposed experiments will provide a rigorous and quantitative analysis of how sensory tuning is constructed in central vestibular neurons.
项目摘要 动物在环境中航行时,必须应对无处不在的重力。去感知和回应 对于这种力,脊椎动物依靠内耳发出的信号,在那里,被称为耳石的重力惯性传感器驱动 外周前庭回路的活动。然后,这些信息由大脑中的中央前庭神经元处理。 脑干通过向脊髓的投射转化为体位性输出。虽然对切片的研究 准备工作表明,前庭神经元对其输入进行线性计算,这一概念 没有在体内进行测试。这项建议的目的是确定前庭脊髓神经元是如何执行 感官输入的计算。克服检查突触和细胞的技术挑战 这条线路的特性,我建议用斑马鱼幼体。斑马鱼是这一系列的绝佳系统 研究是因为它们的可及性、透明度和与其他脊椎动物的同源性。此外,我们还可以 进行许多在哺乳动物模型中不可行的实验,包括体内全细胞贴片- 对感觉刺激的突触反应的钳制分析。这项技术进步允许我们记录感官- 在姿势行为发展的一段时间内,完整大脑中的诱发活动。此外,我们 可以利用突变的鱼线,其中耳石发育延迟两周,实际上提供了很高的 前庭回路的选择性感觉剥夺。因此,拟议中的实验将揭示出 无论是在正常情况下还是在感觉延迟的情况下,信息都是在发育过程中编码的。在AIM 1,我们将使用行为、成像和生理学的组合来定义解剖学、感觉反应、 以及前庭脊髓神经元在体内的功能作用。这些实验将定义两者之间的同源性 斑马鱼和哺乳动物的前庭脊髓核。在目标2中,我们将量化感觉传入如何汇聚到 产生中央调谐。我们将进一步询问这种趋同在以下时间段中是如何发展的 动物开始在地心引力作用下保持自如。在这里,我们将使用两种超微结构重建 前庭中枢前庭脊髓神经元的传入及其发育的生理学分析 感官编码。最后,在目标3中,我们将检验抑制对感觉的功能贡献。 调整和开发一个高度受限的前庭计算模型。总而言之,建议的 实验将提供一个严格和定量的分析,以了解感觉调谐是如何在中枢 前庭神经元。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Spinal Interneurons: Diversity and Connectivity in Motor Control.
脊髓中间神经元:运动控制的多样性和连通性。
  • DOI:
    10.1146/annurev-neuro-083122-025325
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.9
  • 作者:
    Sengupta,Mohini;Bagnall,MarthaW
  • 通讯作者:
    Bagnall,MarthaW
Organization of the gravity-sensing system in zebrafish.
  • DOI:
    10.1038/s41467-022-32824-w
  • 发表时间:
    2022-08-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
  • 通讯作者:
Spinal V1 neurons inhibit motor targets locally and sensory targets distally.
  • DOI:
    10.1016/j.cub.2021.06.053
  • 发表时间:
    2021-09-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Sengupta M;Daliparthi V;Roussel Y;Bui TV;Bagnall MW
  • 通讯作者:
    Bagnall MW
Development of vestibular behaviors in zebrafish.
  • DOI:
    10.1016/j.conb.2018.06.004
  • 发表时间:
    2018-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Bagnall MW;Schoppik D
  • 通讯作者:
    Schoppik D
Clonally related, Notch-differentiated spinal neurons integrate into distinct circuits.
  • DOI:
    10.7554/elife.83680
  • 发表时间:
    2022-12-29
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Bello-Rojas S;Bagnall MW
  • 通讯作者:
    Bagnall MW
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    2023
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    2023
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    $ 38.13万
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  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 38.13万
  • 项目类别:
    Research Grant
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