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Neuronale Effekte der Caudatumreizung im visuellen Cortex

Hemmung und Aktivierung der spontanen und lichtaktivierten Nervenzellentladungen bei der Katze
  • Dietrich Lehmann
  • Martha Koukkou
Article

Zusammenfassung

  1. 1.

    178 extracellulär registrierte Neurone der Sehrinde von 20 encéphale isolé-Katzen wurden mit elektrischer Reizung des homolateralen Caput nuclei caudati und Lichtreizen untersucht.

     
  2. 2.

    Caudatumeinzelreize hemmten die Spontanentladung bei 37% der untersuchten Neurone etwa 100–300 msec nach dem Reiz. Nach initialer Aktivierung folgte der Hemmung oft eine 200–400 msec dauernde Nachaktivierung. 10% der Neurone zeigten eine initiale Hemmung für 50–100 msec.

     
  3. 3.

    Niederfrequente Reizserien (3–10/sec) ergaben in je etwa einem Drittel entweder Hemmung oder Aktivierung (teils überdauernd) oder unbeeinflußte Spontanaktivität. Hemmung kann nur 3–6 sec bestehen, und wird bei längerer Reizung durch Aktivierung ersetzt.

     
  4. 4.

    Tetanische Caudatumreizung (50–100/sec) erzeugte bei ca. 70% der Neurone mehrere Sekunden dauernde Aktivierungen nach wiederholten Tetani. Einzelne Reizungen ergaben superponierte kurzdauernde (1500 msec dauernde) Aktivierung bei 55% der Neurone. Längere Hemmung während der Reizung zeigten 19%, kurzdauernde späte Hemmung (100–300 msec Dauer) nach vorangehender post-tetanischer Aktivierung 18% der Neurone; 8% sind nicht klassifiziert.

     
  5. 5.

    Retinale Aktivierungen (durch Belichtung bei B-Neuronen, oder Verdunkelung bei D-Neuronen) wurden in 75% der getesteten 49 Neurone durch vorangehende tetanische Caudatumreizung gebahnt. Vier zunächst nicht auf Licht reagierende A-Neurone zeigten nach Caudatumreizung Lichtantworten.

     
  6. 6.

    Die im visuellen Cortex für den Schlafzustand typischen „burst“-Entladungen der Neurone waren nach frequenten Caudatumreizungen als Folge posttetanischer Aktivierung auslösbar, aber nicht durch niederfrequente Caudatumstimulation allein.

     
  7. 7.

    Die Deutung der Befunde wird mit ähnlichen komplexen Reizeffekten von anderen Hirnstrukturen diskutiert. Es wird angenommen, daß die Caudatum-Reizwirkung auf den visuellen Cortex durch das unspezifische reticulo-thalamische System vermittelt wird.

     

Abstract

  1. 1.

    The effects of electric stimuli to the homolateral caudate nucleus were studied in extracellular recordings from 178 neurones of the visual cortex (cat, encéphale isolé). Caudate conditioning of test responses to retinal illumination was investigated in 69 of the neurones.

     
  2. 2.

    Single electrical shocks to the caudate depressed spontaneous discharge 100–300 msec after the stimulus in 37% of the neurones. This inhibition was often preceded or followed by slight activation in the first 100 msec and/or 300 – 700 msec after stimulation. Only 10% of the neurones showed initial inhibition of 50–100 msec duration.

     
  3. 3.

    Low frequency stimulation (3–10/sec) caused either depression or activation of long duration or no alteration of spontaneous discharge, each in approximately 1/3 of the recorded neurones. Depression of discharge did not last longer than 3–6 sec and was followed by activation, even during continued stimulation.

     
  4. 4.

    Tetanic stimulation (50–100/sec) of the caudatum elicited activation in the majority of visual neurones: 70% showed a long lasting activation (several seconds) after repeated tetanic series, 55% short lasting superimposed activations (up to 1500 msec) after one tetanic train. Long inhibition during tetanic stimulation was found in 19% of the neurones, short posttetanic depression (following posttetanic activation) in 18%. 8% are not classified.

     
  5. 5.

    Neuron activation by illumination (B-neurones) or darkness (D-neurones) was often potentiated by preceding tetanic caudate stimulation. 4 A-neurones, previously not responding to light, showed responses to diffuse illumination after caudate tetani.

     
  6. 6.

    Bursts of neuronal spikes, typical for visual neurones during sleep, occured as late effects following posttetanic single spike activation. Bursts were not elicited by low frequency caudate stimulation.

     
  7. 7.

    The results are discussed in relation to the stimulation of the nonspecific ascending reticular system. Reticulo-thalamic structures may transmit the effects of caudate stimulation to the cortical neurones.

     

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Literatur

  1. 1.
    Akert, K., u. B. Anderson: Experimenteller Beitrag zur Physiologie des Nucleus caudatus. Acta physiol. scand. 22, 281–298 (1951).Google Scholar
  2. 2.
    Akimoto, H., u. O. Creutzfeldt: Reaktionen von Neuronen des optischen Cortex nach elektrischer Reizung unspezifischer Thalamuskerne. Arch. Psychiat. Nervenkr. 196, 494–519 (1958).Google Scholar
  3. 2a.
    N. Yamaguchi, K. Okabe, T. Nakagawa, I. Nakamura, K. Abe, H. Torii, and K. Masahashi: On the sleep induced through electrical stimulation on dog thalamus. Folia psychiat. neurol. jap. 10, 117–146 (1956).Google Scholar
  4. 3.
    Albe-Fessard, D.: Sur l'origine des ondes lentes observées en dérivation intracellulaire dans diverses structures cérébrales. C. R. Soc. Biol. (Paris) 154, 11–16 (1960).Google Scholar
  5. 4.
    Baumgartner, G., u. P. Hakas: Die Neurophysiologie des simultanen Helligkeitskontrastes. Pflügers Arch. ges. Physiol. 274, 489–510 (1962).Google Scholar
  6. 5.
    Branch, C. L., and A. R. Martin: Inhibition of Betz-cell activity by thalamic and cortical stimulation. J. Neurophysiol. 21, 380–390 (1958).Google Scholar
  7. 6.
    Buchwald, N. A., L. Rakic, E. J. Wyers, C. Hull, and G. Heuser: Integration of visual impulses and the “caudate loop”. Exp. Neurol. 5, 1–20 (1962).Google Scholar
  8. 7.
    E. J. Wyers, C. W. Lauprecht, and G. Heuser: The “caudate-spindle” IV. A behavioral index of caudate-induced inhibition. Electroenceph. clin. Neurophysiol. 13, 531–537 (1961).Google Scholar
  9. 8.
    T. Okuma, and G. Heuser: The “caudate-spindle” I. Electrophysiological properties. Electroenceph. clin. Neurophysiol. 13, 509–518 (1961).Google Scholar
  10. 9.
    Buser, P.: Vorlesungen an der University of California, Los Angeles, Herbst 1963 (unveröffentlicht).Google Scholar
  11. 10.
    Creutzfeldt, O., u. H. Akimoto: Convergenz und gegenseitige Beeinflussung von Impulsen aus der Retina und den unspezifischen Thalamuskernen an einzelnen Neuronen des optischen Cortex. Arch. Psychiat. Nervenkr. 196, 520–538 (1958).Google Scholar
  12. 11.
    G. Baumgartner u. L. Schoen: Reaktionen einzelner Neurone des sensomotorischen Cortex nach elektrischen Reizen. Arch. Psychiat. Nervenkr. 194, 597–619 (1956).Google Scholar
  13. 12.
    —, and R. Jung: Neuronal discharge in the cat's motor cortex during sleep and arousal. In: Ciba Symposion on “The nature of sleep”, p. 130–170, ed. G. E. W. Wolstenholme and M. O'Connor. London: Churchill 1961.Google Scholar
  14. 13.
    R. Spehlmann u. D. Lehmann: Veränderung der Neuronaktivität des visuellen Cortex durch Reizung der substantia reticularis mesencephali. In: Neurophysiologie und Psychophysik des visuellen Systems, p. 351–363, ed. R. Jung u. H. Kornhuber. Berlin, Göttingen, Heidelberg: Springer 1961.Google Scholar
  15. 14.
    Demetrescu, M., and Maria Demetrescu: The inhibitory action of the caudate nucleus in cortical primary receiving areas in cat. Electroenceph. clin. Neurophysiol. 14, 37–52 (1962).Google Scholar
  16. 15.
    Euler, C. Von, and J. D. Green: Excitation, inhibition and rhythmical activity in hippocampal pyramidal cells in rabbit. Acta physiol. scand. 48, 110–125 (1960).Google Scholar
  17. 16.
    Favale, E., C. Loeb, G. F. Rossi, and G. Sacco: EEG synchronization and behavioral signs of sleep following low frequency stimulation of the brain stem reticular formation. Arch. ital. Biol. 99, 1–22 (1961).Google Scholar
  18. 17.
    Forman, D., and J. W. Ward: Responses to electrical stimulation of caudate nucleus in cats in chronic experiments. J. Neurophysiol. 20, 230–244 (1957).Google Scholar
  19. 18.
    Freeman, G. L., and L. Krasno: Inhibitory functions of the corpus striatum. Arch. Neurol. Psychiat. (Chic.) 44, 323–327 (1940).Google Scholar
  20. 19.
    Goldring, S., L. U. Anthony, P. E. Stohr, and J. L. O'Leary: “Caudate-induced” cortical potentials: Comparison between monkey and cat. Science 139, 772 (1963).Google Scholar
  21. 20.
    Green, J. D., M. Mancia, and R. Von Baumgarten: Recurrent inhibition in the olfactory bulb I. Effects of antidromic stimulation of the lateral olfactory tract. J. Neurophysiol. 25, 467–488 (1962).Google Scholar
  22. 21.
    Grützner, A., O.-J. Grüsser u. G. Baumgartner: Reaktionen einzelner Neurone im optischen Cortex der Katze nach elektrischer Reizung des Nervus opticus. Arch. Psychiat. Nervenkr. 197, 377–404 (1958).Google Scholar
  23. 22.
    Heath, R. G., and R. Hodes: Induction of sleep by stimulation of the caudate nucleus in macaque Rhesus and man. Trans. Amer. neurol. Ass. 77, 204–210 (1952).Google Scholar
  24. 23.
    Hess, W. R.: Das Schlafsyndrom als Folge diencephaler Reizung. Helv. physiol. pharmacol. Acta 2, 305–344 (1944).Google Scholar
  25. 24.
    Heuser, G., N. A. Buchwald, and E. J. Wyers: The “caudate-spindle” II. Facilitatory and inhibitory caudate-cortical pathways. Electroenceph. clin. Neurophysiol. 13, 519–524 (1961).Google Scholar
  26. 25.
    Hösli, L., u. M. Monnier: Schlaf- und Weckwirkungen des intralaminären Thalamus. Pflügers Arch. ges. Physiol. 275, 439–451 (1962).Google Scholar
  27. 26.
    Horvath, F., S. Soltysik, and N. A. Buchwald: Cortical spindles evoked by stimulation of caudate nucleus and internal capsule. Physiologist 6, 203 (1963).Google Scholar
  28. 27.
    Hubel, D. H.: Single unit activity in striate cortex of unrestrained cats. J. Physiol. (Lond.) 147, 226–238 (1959).Google Scholar
  29. 28.
    Jung, R.: Hirnelektrische Untersuchungen über den Elektrokrampf: Die Erregungsabläufe in corticalen und subcorticalen Hirnregionen bei Katze und Hund. Arch. Psychiat. Nervenkr. 183, 206–244 (1949).Google Scholar
  30. 29.
    — Coordination of specific and nonspecific afferent impulses at single neurons of the visual cortex. In: Reticular Formation of the brain, p. 423–434. Boston and Toronto: Little Brown & Co. 1958.Google Scholar
  31. 30.
    —, and R. Hassler: The extrapyramidal motor system. In: Handbook of Physiology. Neurophysiology II, 863–927. Washington: American Physiological Society, 1960.Google Scholar
  32. 31.
    Kandel, E. R., W. A. Spencer, and F. J. Brinley, jr.: Electrophysiology of hippocampal neurons I. Sequential invasion and synaptic organisation. J. Neurophysiol. 24, 225–242 (1961).Google Scholar
  33. 32.
    Klee, M. R., u. H. D. Lux: Intracellulare Untersuchungen über den Einfluß hemmender Potentiale im Cortex II. Die Wirkungen elektrischer Reizung des Nucleus caudatus. Arch. Psychiat. Nervenkr. 203, 667–689 (1962).Google Scholar
  34. 33.
    Krauthamer, G., et D. Albe-Fessard: Inhibition d'activités évoquées corticales et sous-corticales par la stimulation des noyaux de la base et des régions limitrophes de la capsule interne. C. R. Soc. Biol. (Paris) 155, 1443–1450 (1961).Google Scholar
  35. 34.
    Krupp, P., and M. Monnier: Inhibitory and excitatory action of the intralaminary thalamus on single cortical neurons. Exp. Neurol. 7, 24–34 (1963).Google Scholar
  36. 35.
    Laursen, A. M.: Movements evoked from the region of the caudate nucleus in cats. Acta physiol. scand. 54, 175–184 (1962).Google Scholar
  37. 36.
    — Corpus striatum. Acta physiol. scand. 59, Suppl. 211, 1–111 (1963).Google Scholar
  38. 37.
    Lehmann, D., and M. Koukkou: Neuronal discharge and spontaneous EEG spindles in the visual cortex of encéphale isolé cats. Excerpta Med. Int. Congr. Ser. 37, 10–11 (1961).Google Scholar
  39. 38.
    — Burst patterns in visual cortical neurons and caudate stimulation. Physiologist 6, 222 (1963).Google Scholar
  40. 39.
    -- --, and R. Spehlmann: Neuronal effects of caudate stimulation in the visual cortex. Proc. 22nd Int. Congr. Physiol. Sci. Leiden 1962, Vol. 2, Abstr. No. 1099.Google Scholar
  41. 40.
    K. Murata u. M. Koukkou: Simultane Periodik der Neuronaktivität in verschiedenen Cortexfeldern der Katze. Naturwissenschaften 49, 611–612 (1962).Google Scholar
  42. 41.
    Li, C. L.: The facilitatory effect of the stimulation of an unspecific thalamic nucleus on cortical sensory neuronal responses. J. Physiol. (Lond.) 131, 115–124 (1956).Google Scholar
  43. 42.
    — The inhibitory effect of stimulation of a thalamic nucleus on neuronal activity in the motor cortex. J. Physiol. (Lond.) 133, 40–53 (1956).Google Scholar
  44. 43.
    Lux, H. D., u. M. R. Klee: Intracelluläre Untersuchungen über den Einfluß hemmender Potentiale im Cortex I. Die Wirkungen elektrischer Reizung unspezifischer Thalamuskerne. Arch. Psychiat. Nervenkr. 203, 648–666 (1962).Google Scholar
  45. 44.
    Mettler, F. A., H. W. Ades, E. Lipman, and E. A. Culler: The extrapyramidal system. An experimental demonstration of function. Arch. Neurol. Psychiat. (Chic.) 41, 984–995 (1939).Google Scholar
  46. 45.
    Moruzzi, G.: Synchronizing influences of the brain stem and the inhibitory mechanisms underlying the production of sleep by sensory stimulation. Electroenceph. clin. Neurophysiol. Suppl. 13, 231–253 (1960).Google Scholar
  47. 46.
    —, and H. W. Magoun: Brain stem reticular formation and activation of the EEG. Electroenceph. clin. Neurophysiol. 1, 455–473 (1949).Google Scholar
  48. 47.
    Pawlow, I. P.: Sämtliche Werke. Berlin: Akademie Verlag 1954.Google Scholar
  49. 48.
    Phillips, C. G.: Actions of antidromic pyramidal volleys on single Betz cells in the cat. Quart. J. exp. Physiol. 44, 1–25 (1959).Google Scholar
  50. 49.
    Pompeiano, O., and J. E. Swett: EEG and behavioral manifestations of sleep induced by cutaneous nerve stimulation in normal cats. Arch. ital. Biol. 100, 311–342 (1962).Google Scholar
  51. 50.
    Purpura, D. P., E. M. Housepian, and H. Grundfest: Analysis of caudate-cortical connections in neuraxially intact and telencéphale isolé-cats. Arch. ital. Biol. 96, 145–167 (1958).Google Scholar
  52. 51.
    Sawa, M., N. Maruyama, S. Kaji, and T. Hanai: Actions of stimulation to medullary pyramid on single neurons in cat's motor cortex. Folia psychiat. neurol. jap. 14, 316–346 (1960).Google Scholar
  53. 52.
    Sherrington, C. S.: Man on his nature. Cambridge, Mass.: University Press 1951.Google Scholar
  54. 53.
    Shimamoto, T., and M. Verzeano: Relations between caudate and diffusely projecting thalamic nuclei. J. Neurophysiol. 17, 278–288 (1954).Google Scholar
  55. 54.
    Spehlmann, R., O. D. Creutzfeldt u. R. Jung: Neuronale Hemmung im motorischen Cortex nach elektrischer Reizung des Caudatum. Arch. Psychiat. Nervenkr. 201, 332–354 (1960).Google Scholar
  56. 55.
    Sterman, M. B., and C. D. Clemente: Forebrain inhibitory mechanisms: Sleep patterns induced by basal forebrain stimulation in the behaving cat. Exp. Neurol. 6, 103–117 (1962).Google Scholar
  57. 56.
    Stevens, J., C. Kim, and P. D. Mac Lean: Stimulation of caudate nucleus. Arch. Neurol. (Chic.) 4, 47–54 (1961).Google Scholar
  58. 57.
    Stoupel, N., et C. Terzuolo: Etude des connexions et de la physiologie du noyau caudé. Acta neurol. psychiat. belg. 54, 239–248 (1954).Google Scholar
  59. 58.
    Umbach, W.: Zur Elektrophysiologie des Caudatum der Katze: Elektrische Reizung und Krampfauslösung in verschiedenen Großhirnstrukturen und ihre Beziehung zum Nucleus caudatus. Arch. Psychiat. Nervenkr. 199, 553–572 (1959).Google Scholar
  60. 59.
    Vogt, C., u. O. Vogt: Zur Kenntnis der pathologischen Veränderungen des Striatum und des Pallidum und zur Pathophysiologie der dabei auftretenden Krankheitserscheinungen. S.-B. Akad. Wiss. Heidelberg, math.-nat. Kl. 14, 3–56 (1919).Google Scholar
  61. 60.
    Wieck, H. H., A. Stammler, G. Huffmann, F. J. Kuhn u. F. W. Kohlmann: Untersuchungen über Rindenpotentiale nach Reizung des Nucleus caudatus bei der Katze. Pflügers Arch. ges. Physiol. 272, 146–160 (1960).Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1964

Authors and Affiliations

  • Dietrich Lehmann
    • 1
  • Martha Koukkou
    • 1
  1. 1.Aus der Abteilung für Klinische Neurophysiologie der Universität Freiburg i. Br.Germany

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