Neuronale Aktivitätsmuster und die Einflüsse der Anästhetika Isofluran, Distickstoffmonoxid und Ketamin auf lokale Feldpotentiale im auditorischen Kortex der Brown Norway Ratte

Abstract

Akustische Stimulation erregt spezifische Areale des auditorischen Kortex, wobei Gruppen von Neuronen in unterschiedlichen auditorischen Feldern sowohl simultan als auch sequentiell erregt werden. Die daraus entstehenden zeitlichen und räumlichen Muster wurden in der Vergangenheit als propagating waves (kortikale Wellen) bezeichnet und überwiegend mit Hilfe von optical-imaging-Methoden dargestellt. Diese Studie machte kortikale Wellen als Antwort auf einen akustischen Klickreiz in Brown Norway Ratten mit elektrophysiologischen Ableitungen sichtbar. Es wurden Kartierungen mit Mikroelektroden (bis zu 220 Positionen) vorgenommen, aus denen durch simultane Darstellung der abgeleiteten lokalen Feldpotentiale (LFPs) über Zeit ein Film erstellt wurde, der durch Normalisierung der einzelnen LFP-Signale ein Aktivitätsmuster, die kortikalen Wellen, sichtbar machte. Um die Verursachung der Wellen durch den Narkosezustand auszuschließen, wurden die 16 Ratten auf drei Versuchsgruppen verteilt und die Einflüsse der Anästhesie mit Isofluran und Lachgas (N2O), reinem Isofluran und Ketamin verglichen. Es fand sich ein Aktivitätsmuster, das nach ca. 7 ms poststimulus einsetzte und ca. 40 ms andauerte. Die Wellen nahmen ihren Ausgang zwischen den Feldern AI und AAF, von wo aus sie sich in zwei separaten Wellen in ventro-dorsaler Richtung, entlang der Isofrequenzstreifen, in diese Felder hinein bewegten. Sie wandten sich anschließend kaudalwärts und vereinigten sich zu einer gemeinsamen Wellenfront. Die kortikalen Wellen traten in allen drei Narkoseformen unverändert auf, obwohl z.T. signifikante Unterschiede zwischen LFP-Signalen in den Feldern AI und AAF in den unterschiedlichen Narkosegruppen beobachtet wurden. Die Reihenfolge, in der die propagating waves die auditorischen Felder durchliefen, entsprach den Ergebnissen histologischer Studien bei der Katze, die hierarchische Prozessierungsstufen auditorischer Felder postuliert haben. AI und AAF erscheinen als hierarchisch äquivalente, primäre Felder, die Felder SRAF, VAF und PAF stellen höhere kortikale Verarbeitungsstufen dar. Die vorliegende Studie leistet einen Beitrag auf der Suche nach Ursprung und Bedeutung von propagating waves im auditorischen Kortex der Ratte.

Central processing of acoustic signals is assumed to take place in a stereotypical spatial and temporal pattern involving different fields of auditory cortex. So far, cortical propagating waves representing such patterns have mainly been demonstrated by optical imaging, repeatedly in the visual and somatosensory cortex. In this study, the surface of rat auditory cortex was mapped by recording local field potentials (LFPs) in response to a broadband acoustic stimulus. From the peak amplitudes of LFPs, cortical activation maps were constructed over 4 cortical auditory fields. Whereas response onset had same latencies across primary auditory field (A1), anterior auditory field (AAF), and ventral auditory field and longer latencies in posterior auditory field, activation maps revealed a reproducible wavelike pattern of activity propagating for ~45 ms poststimulus through all cortical fields. The movement observed started with 2 waves within the primary auditory fields A1 and AAF moving from ventral to dorsal followed by a motion from rostral to caudal, passing continuously through higher-order fields. The pattern of propagating waves was well reproducible and showed only minor changes if different anesthetics were used. The results question the classical ‘‘hierarchical’’ model of cortical areas and demonstrate that the different fields process incoming information as a functional unit.