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A Polished and Reinforced Thinned-skull Window for Long-term Imaging of the Mouse Brain

In vivo imaging of cortical function requires optical access to the brain without disruption of the intracranial environment. We present a method to form ...

The primary somatosensory barrel cortex processes tactile vibrissae information, allowing rodents to actively perceive spatial and textural features of their immediate surroundings. Each whisker on the snout is individually represented in the neocortex by an anatomically identifiable 'barrel' specified by the segregated termination zones of thalamocortical axons of the ventroposterior medial nucleus, which provide the primary sensory input to the neocortex. The sensory information is subsequently processed within local synaptically connected neocortical microcircuits, which have begun to be investigated in quantitative detail. In addition to these local synaptic microcircuits, the excitatory pyramidal neurons of the barrel cortex send and receive long-range glutamatergic axonal projections to and from a wide variety of specific brain regions. Much less is known about these long-range connections and their contribution to sensory processing. Here, we review current knowledge of the long-range axonal input and output of the mouse primary somatosensory barrel cortex. Prominent reciprocal projections are found between primary somatosensory cortex and secondary somatosensory cortex, motor cortex, perirhinal cortex and thalamus. Primary somatosensory barrel cortex also projects strongly to striatum, thalamic reticular nucleus, zona incerta, anterior pretectal nucleus, superior colliculus, pons, red nucleus and spinal trigeminal brain stem nuclei. These long-range connections of the barrel cortex with other specific cortical and subcortical brain regions are likely to play a crucial role in sensorimotor integration, sensory perception and associative learning.

Long-range connectivity of mouse primary somatosensory barrel cortex.

Der prim&auml;re somatosensorische Fass Kortex verarbeitet taktile Vibrissae Informationen, so dass Nagetiere, r&auml;umliche und strukturelle Eigenschaften von ihrer unmittelbaren Umgebung aktiv wahrzunehmen. Jedes Barthaar auf die Schnauze ist einzeln dargestellt, in der Gro&szlig;hirnrinde durch ein anatomisch erkennbaren &#39;Fass&#39;, angegeben durch die getrennte K&uuml;ndigung Zonen der Thalamocortical Axone des medialen Ventroposterior Kerns, die den prim&auml;ren sensorischen Eingang zu der Gro&szlig;hirnrinde zu bieten. Die sensorische Informationen ist innerhalb der lokalen synaptisch verbunden neokortikalen Mikroschaltungen, weiterverarbeitet, die begonnen haben, quantitative detailliert untersucht werden. Neben diesen lokalen synaptischen Mikroschaltungen die exzitatorischen pyramidenf&ouml;rmigen Nervenzellen der Hirnrinde Fass senden und empfangen von Langstrecken Glutamat axonale Projektionen in und aus einer Vielzahl von spezifischen Hirnregionen. &Uuml;ber diese weitr&auml;umigen Verbindungen und ihren Beitrag zur sensorischen Verarbeitung ist weit weniger bekannt. Hier &uuml;berpr&uuml;fen wir aktuelle Kenntnisse &uuml;ber die weitr&auml;umige axonale Eingabe und Ausgabe der Maus prim&auml;re somatosensorische Fass Rinde. Prominente gegenseitige Projektionen befinden sich zwischen prim&auml;ren somatosensorischen Kortex und sekund&auml;ren somatosensorischen Kortex, motorischen Kortex, Perirhinal Rinde und Thalamus. Prim&auml;re somatosensorische Fass Kortex Webprojekte auch stark in Striatum, Thalamus Retikul&auml;re Kern, Zona Incerta, anterior pretectal Kern, &uuml;berlegene Colliculus, Pons, roten Kern und spinalen trigeminal Hirnstamm Kerne. Diese weitr&auml;umigen Verbindungen des Cortex Fass mit anderen spezifischen kortikale und subkortikale Hirnregionen d&uuml;rften eine entscheidende Rolle bei der sensomotorischen Integration, Sinneswahrnehmung und assoziativem Lernen.

Langstrecken-Konnektivit&auml;t Maus prim&auml;re somatosensorische Fass Hirnrinde.

Classical studies of mammalian movement control define a prominent role for the primary motor cortex. Investigating the mouse whisker system, we found an additional and equally direct pathway for cortical motor control driven by the primary somatosensory cortex. Whereas activity in primary motor cortex directly evokes exploratory whisker protraction, primary somatosensory cortex directly drives whisker retraction, providing a rapid negative feedback signal for sensorimotor integration. Motor control by sensory cortex suggests the need to reevaluate the functional organization of cortical maps.

Motor control by sensory cortex.

Klassische Studien von S&auml;ugetier-Bewegungssteuerung definieren eine herausragende Rolle f&uuml;r den prim&auml;ren motorischen Kortex. Die Untersuchung des Maus barthaare Systems, fanden wir eine zus&auml;tzliche und ebenso direkte Signalweg f&uuml;r kortikale Motorsteuerung, getrieben von der prim&auml;ren somatosensorischen Kortex. W&auml;hrend Aktivit&auml;t im prim&auml;ren motorischen Kortex direkt explorative barthaare Bremsverhalten hervorruft, treibt die prim&auml;ren somatosensorischen Kortex direkt barthaare Retraktion, bietet eine schnelle Gegenkopplung-Signal zur sensomotorischen Integration. Motorsteuerung durch sensorische Kortex schl&auml;gt die Notwendigkeit die funktionelle Organisation des kortikalen Karten neu zu bewerten.

Motorsteuerung durch sensorische Kortex.

Synaptic interactions between excitatory and inhibitory neocortical neurons are important for mammalian sensory perception. Synaptic transmission between identified neurons within neocortical microcircuits has mainly been studied in brain slice preparations in vitro. Here, we investigate brain-state-dependent neocortical synaptic interactions in vivo by combining the specificity of optogenetic stimulation with the precision of whole-cell recordings from postsynaptic excitatory glutamatergic neurons and GFP-labeled inhibitory GABAergic neurons targeted through two-photon microscopy.

In vivo optogenetic stimulation of neocortical excitatory neurons drives brain-state-dependent inhibition.

Synaptische Interaktionen zwischen erregenden und hemmenden neokortikalen Neuronen sind wichtig f&uuml;r S&auml;ugetier-Sinneswahrnehmung. Synaptische &Uuml;bertragung zwischen den identifizierten Neuronen in neokortikalen Mikroschaltungen wurde haupts&auml;chlich im Gehirn-Scheibe-Vorbereitungen in-vitro untersucht. Hier untersuchen wir Gehirn-Zustand-abh&auml;ngigen neokortikalen synaptische Interaktionen in-vivo durch die Kombination der Spezifit&auml;t der Optogenetic Stimulation mit der Pr&auml;zision von ganz-Zell-Aufnahmen postsynaptisches exzitatorischen Glutamat Neuronen und GFP-beschrifteten hemmenden GABAergic Nervenzellen gezielt durch zwei-Photonen-Mikroskopie.

Article	Year
Long-range connectivity of mouse primary somatosensory barrel cortex. The European journal of neuroscience\| PubMed ID: 20550566	2010
Motor control by sensory cortex. Science (New York, N.Y.)\| PubMed ID: 21109671	2010
In vivo optogenetic stimulation of neocortical excitatory neurons drives brain-state-dependent inhibition. Current biology : CB\| PubMed ID: 21945274	2011

Celine Mateo

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