Observations on the Hippocampal Formation: A study on the anatomy of the dentate-ammonic region in mink, sheep, and domestic pig, and spatial representations in the CA1 and subiculum of rats.

Abstract

Sammendrag Hippocampusformasjonen omfatter et område i hjernen hos pattedyr som er essensielt for romlig navigasjon og episodiske minner. Overordnet inndeles området i tre subregioner: Gyrus dentatus, cornu ammonis (CA1, CA2 og CA3), og subiculum. Størsteparten av fibre fra hjernebarken kommer fra lag II og III i entorhinal cortex (EC) og terminerer i ulike deler av hjerneområdet. Kort fortalt strekker fibrene seg fra EC lag II til gyrus dentatus og CA3, mens fibrene fra EC lag III ender i CA1 og subiculum. I DG danner de kortikale fibrene synapser med kornceller som, i stedet for å projisere tilbake til EC, sender sine aksoner (såkalte mosefibre) til CA3-feltet og samt kollateraler til det dype polymorflaget i gyrus dentatus. CA3 på sin side sender sine akson-kollateraler til CA1 som projiserer tilbake til EC og til subiculum. Til sist projiserer subiculum, tilsvarende CA1, også tilbake til EC og andre kortikale og subkortikale regioner. I denne avhandlingen presenteres to anatomiske beskrivelser av dentate gyrus og cornu ammonis 3, samt to elektrofysiologiske studier av celler i CA1 og subiculum. I den første artikkelen presenteres en kvalitativ og kvantitativ beskrivelse av den mest tallrike glutamaterge nervecellen i det dype polymorflaget av gyrus dentatus hos mink, mosecellen. Denne celletypen er en del av en tilbakemeldingssløyfe med de overliggende korncellene. Studien bruker Golgi-fargede histologiske snitt som muliggjorde datamaskinbaserte tredimensjonale rekonstruksjoner av cellenes dendrittiske tre. Hos mink er mosecellenes soma og proksimale dendritter lokalisert i polymorflaget, mens distale dendritter strekker seg inn i nabofeltene, inkludert CA3. Studien legger spesielt vekt på mosecelledendritter som strekker seg opp i det granulære og molekylære laget av gyrus dentatus (gmdendritter), i endesonen til fibre fra EC. Disse gm-dendrittene opptrådte oftere hos mink sammenlignet med rotter. I den andre artikkelen observerte og rapporterte vi cytologiske og fiberarkitektoniske trekk ved gyrus dentatus og den tilstøtende CA3-enden hos sau og gris. Fokus var på aksonkollateralene til korncellene i gyrus dentatus som lager et tett fibernettverk i det underliggende polymorflaget. Studien brukte blokker av samme hippocampus farget med enten Golgi eller Timm-thionin, noe som muliggjorde en direkte sammenligning av cytologiske detaljer og lokalisasjonen til mosefiberfiberterminalene, visualisert i Timm-farging av sink. Vi konkluderte med at våre observasjoner av kollateralpleksus muliggjorde en mer presis lokalisasjon av grensen mellom gyrus dentatus og CA3 enden enn tilsvarende grense om den var basert på cytoarkitektonikk alene. I den tredje artikkelen spurte vi om nevronene i subiculum representerte flere trekk ved en navigasjonsopplevelse og sammenliknet observasjonene med representasjonene til nerveceller i CA1-regionen. Datainnsamling til både artikkel III og IV ble gjennomført i et såkalt «åpent rom»-eksperiment (en kvadratisk boks uten andre objekter) og mens dyrene utførte en oppgave som krevde minner om et belønningssted. Analysene viste at mens CA1-celler stort sett representerte kun posisjon, var nevroner i subiculum modulert av posisjon, hoderetning og løpehastighet i kombinasjon. Den blandede representasjonen var også sterkere under oppgaven som krevde romlig hukommelse. I den fjerde og siste artikkelen reproduserte vi tidligere funn som viser at pyramideceller i CA1 representerer et dyrs egosentriske posisjon i et gitt miljø. Rådataene var imidlertid ikke overbevisende og virket å bestå av flere ulike funksjonelle celletyper, hvilket ledet til at vi testet validiteten av den statistiske modellen ved hjelp av et simulert datasett bestående av celler med forhåndsdefinerte romlige representasjoner. Analysen viste at modellen, når den ble brukt på celler med blandede representasjoner av romlige egenskaper, produserte et høyt antall falske positive egosentriske celler. Dette understreker viktigheten av å bruke statistiske modeller som kvantifiserer det relative bidraget til hver kovariant når man analyserer nerveceller med blandede representasjoner.