Subclassification of neocortical neurons by electrophysiological membrane properties - Impact of noise overexposure
dc.contributor.advisor | Leão, Emelie Katarina Svahn | |
dc.contributor.author | Sousa, Ingrid Nogueira | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/5112631283892199 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Sequerra, Eduardo Bouth | |
dc.contributor.referees1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2028204211415978 | pt_BR |
dc.contributor.referees2 | Silberberg, Gilad | |
dc.contributor.referees3 | Petiz, Lyvia Lintzmaier | |
dc.contributor.referees4 | Anomal, Renata Figueiredo | |
dc.date.accessioned | 2024-07-16T21:02:33Z | |
dc.date.available | 2024-07-16T21:02:33Z | |
dc.date.issued | 2024-04-15 | |
dc.description.abstract | Loud noise-exposure can generate noise-induced tinnitus in both humans and animals. Several studies have observed that the noise-exposure (NE) can alter neuronal activity of many, if not all auditory nuclei, including the primary auditory cortex (A1). Despite the A1 providing important descending feedback to nuclei of the auditory pathway, still little is understood of how NE affects electrophysiological membrane properties of specific types of neurons in the A1. Here, we record firing properties from pyramidal cells (PCs) and Martinotti cells (MCs) of layer 5, the main cortical output layer, of the A1 in control conditions or one week after a noise overexposure (4-18 kHz, 90dBs, 1.5 h, followed by 1.5 h silence). MCs of the A1 were furthermore compared to control MC recordings from the primary motor cortex (M1) to elucidate speculations of morpho-electrical subtypes of L5 MCs. Electrophysiological subtypes of pyramidal cells and MCs were identified using principal component analysis and clustering, in combination with genetic markers for the MCs. We found that NE changes firing frequency of L5 PCs in opposite directions after depolarization current injections, where Type A PCs had a decrease in initial (p = 0.02) and steady state firing frequency (p = 0.050) and Type B PCs showed a significant increase in in steady state firing frequency (p = 0.048). Additionally, L5 MCs in A1 showed a significant increase in initial (p = 8.5 × 10−5) and steady state firing frequency (p = 6.3 × 10−5) after noise overexposure. When comparing control groups of MCs in L5 of A1 and M1 we observed, through PCA analysis, the formation of two clusters based on 14 membrane properties assessed. We called the groups, Type 1 and Type 2 MCs and they significantly differed in 10 parameters for A1 and 11 parameters for M1, showing that L5 MCs in the cortex are not a homogeneous group and can be subdivided into two main clusters. In conclusion, loud NE was seen to cause distinct effects in Type A and Type B L5 PCs and inhibitory L5 MCs, which appears to alter activity of descending and contralateral feedback in the auditory system. Lastly, we examined if differences in electrophysiological properties of subtypes of MCs are detectable after noise overexposure and found the data again to separate into two clusters. Together this thesis shows that L5 MCs from different cortical areas displayed strikingly similar characteristics, and that subclassification of MCs may be important for better understanding effects of loud noise exposure on cortical networks of the primary auditory cortex in order to develop treatment options to restore normal level of activity within the A1. | pt_BR |
dc.description.resumo | A exposição a ruídos altos pode gerar zumbido induzido por ruído em humanos e animais. Vários estudos observaram que a exposição ao ruído (NE) pode alterar a atividade neuronal de muitos, senão de todos os núcleos auditivos, incluindo o córtex auditivo primário (A1). Apesar do A1 fornecer importante feedback descendente aos núcleos da via auditiva, ainda pouco se sabe sobre como a NE afeta as propriedades eletrofisiológicas de membrana de tipos específicos de neurônios no A1. Aqui, fizemos registro de propriedades de disparo de células piramidais (PCs) e células Martinotti (MCs) da camada 5 (a principal camada de output cortical) do A1 em condições de controle ou uma semana após uma superexposição ao ruído (4-18 kHz, 90 dBs, 1,5 h, seguido de 1,5 h de silêncio). Além disso, os registros controle de MCs do A1 foram comparados aos registros controle de MCs do córtex motor primário (M1) para elucidar as especulações sobre a existência de subtipos morfo-elétricos de MCs em L5. Subtipos eletrofisiológicos de células piramidais e MCs foram identificados utilizando análise de componentes principais (PCA) e clustering, em combinação com marcadores genéticos para as MCs. Nossos dados mostraram que a NE altera a frequência de disparo das PCs em L5 em direções opostas após as injeções de corrente de despolarização, onde as PCs do Tipo A tiveram uma diminuição na frequência de disparo inicial (p = 0,02) e de disparo em estado estacionário (p = 0,050) e as PCs do Tipo B tiveram um aumento significativo na frequência de disparo em estado estacionário (p = 0,048). Também notamos que as MCs em A1 mostraram um aumento significativo na frequência de disparo inicial (p = 8,5 × 10−5) e em estado estacionário (p = 6,3 × 10−5) após a superexposição ao ruído. Ao comparar grupos controle de MCs na L5 de A1 e M1 observamos, através da análise de PCA, a formação de dois clusters com base nas 14 propriedades de membrana avaliadas. Nomeamos os grupos de MCs do Tipo 1 e MCs do Tipo 2 e, eles diferiram significativamente em 10 parâmetros para A1 e 11 parâmetros para M1, mostrando que as MCs na L5 do córtex não são um grupo homogêneo e podem ser subdivididos em duas classes principais. Em conclusão, observou-se que a alta NE causa efeitos distintos nas PCs do Tipo A e do Tipo B e também nas MCs inibitórias, o que parece alterar a atividade de feedback descendente e contralateral no sistema auditivo. Se as diferenças nas propriedades eletrofisiológicas de diferentes MCs permanecem após a superexposição ao ruído está além do que foi estudado nesta tese. No entanto, o fato das MCs em L5 de diferentes áreas corticais apresentarem características surpreendentemente semelhantes, ainda é um primeiro passo na direção de uma melhor classificação deste importante interneurônio inibitório. Finalmente, é importante estudar como a superexposição ao ruído pode afetar as propriedades da membrana neuronal, uma semana após um estímulo de ruído alto, a um nível celular para que assim se possa desenvolver opções de tratamento para restaurar o nível normal de atividade dentro do A1. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.identifier.citation | SOUSA, Ingrid Nogueira. Subclassification of neocortical neurons by electrophysiological membrane properties - Impact of noise overexposure. Orientadora: Dra. Emelie Katarina Svahn Leão. 2024. 129f. Tese (Doutorado em Neurociências) - Instituto do Cérebro, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/58803 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NEUROCIÊNCIAS | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Loud noise-overexposure | pt_BR |
dc.subject | Pyramidal cells | pt_BR |
dc.subject | Martinotti cells | pt_BR |
dc.subject | Auditory cortex | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::OUTROS::CIENCIAS | pt_BR |
dc.title | Subclassification of neocortical neurons by electrophysiological membrane properties - Impact of noise overexposure | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
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