بررسي اثر مدولاسيون رفتاري در قطار اسپايك سلول‌هاي پوركنژ بر طيف خروجي هسته‌ي عمقي مخچه

Investigating the Effect of Behavior Modulation in Purkinje Cells Spike Train on the Spectrum of Deep Cerebellar Nuclei Output

عمل‌كرد نورون، وابسته به خواص سيناپسهاي دريافتي و خواص ذاتي نورون است. با اين حال، جمع‌آوري سيناپسي و پاسخ‌هاي ذاتي مي‌تواند تا حد زيادي وابسته به ورودي سيناپسي باشد. هسته‌هاي عمقي مخچه كه سيناپس‌هاي مهاري از سلول‌هاي پوركنژ دريافت مي‌كنند، در اين زمينه مورد توجه هستند. انتقال رفتار از سلول پوركنژ به هسته‌ي عمقي در حيوان بيدار و نحوه‌ي كد كردن اين اطلاعات توسط هسته‌ي عمقي ناشناخته مانده است. براي بررسي اين موضوع ثبت‌هاي هم‌زمان از حدود 50 سلول پوركنژ هم‌گرا به هر هسته‌ي عمقي مورد نياز است كه در آزمايش‌ها غيرممكن است. بنابراين لازم است از روش‌هاي مدل‌سازي استفاده شود. در تحقيق حاضر به منظور بررسي اثر ورودي‌هاي سلول پوركنژ بر طيف فركانسي هسته‌ي عمقي، نحوه‌ي انتقال اطلاعات رفتاري از سلول پوركنژ به هسته‌ي عمقي و كدينگ رفتار توسط هسته‌ي عمقي، قطارهاي اسپايك مصنوعي از سلول پوركنژ توليد و مدولاسيون رفتاري (تنفس) به آن‌ها اضافه، و سپس به مدل هسته‌ي عمقي اعمال شدند. چگالي طيف توان آتش كردن هسته‌ي عمقي در پاسخ به سيناپس‌هاي ورودي از سلول پوركنژ بررسي و باندهاي فركانسي طيف خروجي هسته‌ي عمقي تحليل شد. نتايج نشان دادند كه فركانس مدولاسيون رفتاري در طيف خروجي هسته‌ي عمقي منعكس مي‌شود و در خروجي هسته‌ي عمقي در پاسخ به مدولاسيون رفتاري دريافت شده از سلول‌هاي پوركنژ، پيك فركانس پاييني قابل مشاهده است. از طرفي مطالعه‌ي قبلي نشان داده است كه هسته‌ي عمقي مخچه در پاسخ به مدولاسيون رفتاري دريافت شده از سلول‌هاي پوركنژ كدينگ فركانسي انجام مي‌دهد، نتايج تحقيق حاضر مي‌تواند تاييدي باشد بر انجام كدينگ فركانسي توسط هسته‌ي عمقي مخچه. به‌علاوه در خروجي هسته‌ي عمقي با نرخ آتش كردن بالا، يك پيك فركانس بالا مشاهده شد كه مي‌تواند ناشي از آتش كردن تونيك هسته‌ي عمقي باشد.

Neural function depends on the received synapses and the intrinsic properties of the neuron. However, synaptic integration and intrinsic responses can largely depend on the synaptic inputs. In this respect, deep cerebellar nuclei (DCN) neurons which receive inhibitory synapses from Purkinje cells (PCs) are of interest. Transmission of behavior from PC to DCN in awake animal and how this information is coded by the deep cerebellar nuclei remain unknown. To investigate this issue, simultaneous recordings from about 50 Purkinje cells converged to each DCN is required, which is impossible in experiments. Therefore, it is required to use modeling techniques. In this study, to explore the effect of Purkinje cells inputs on the power spectral of DCN output, the transmission of behavioral information from the Purkinje cell to the DCN, and behavior coding by the DCN, artificial spike trains (ASTs) of the Purkinje cell were generated, and behavioral modulation (respiration) was added to them, then, ASTs were applied to the DCN model. Power spectral density analysis of the DCN firing in response to the synaptic inputs from Purkinje cells was made and the frequency bands of the DCN output were analyzed. Results showed that the behavioral modulation frequency is reflected in the DCN spectrum and a peak is visible at low-frequencies at the power spectral of the DCN output in response to the behavioral modulation received from Purkinje cells. On the other hand, the previous study has shown that DCN performs frequency coding in response to the behavioral modulation received from Purkinje cells. Results of the present study coud confirm the frequency coding by the DCN. In addition, a high-frequency peak was observed, which coud be due to the tonic firing of the DCN.