Previous studies have suggested that brain stem noradrenergic inputs differentially modulate neurons in the paraventricular nucleus (PVN). Here, we compared the effects of norepinephrine (NE) on spontaneous GABAergic inhibitory postsynaptic currents (sIPSCs) in identified PVN neurons using slice patch technique. In 17 of 18 type I neurons, NE $(30{\sim}100{\mu}M)$ reversibly decreased sIPSC frequency to $41{\pm}7%$ of the baseline value $(4.4{\pm}0.8\;Hz,\;p<0.001).$ This effect was blocked by yohimbine $(2{\sim}20{\mu}M),$ an ${\alpha}_2-adrenoceptor$ antagonist and mimicked by clonidine $(50{\mu}M),$ an ${\alpha}_2-adrenoceptor$ agonist. In contrast, NE increased sIPSC frequency to $248{\pm}32%$ of the control $(3.06{\pm}0.37\;Hz,\;p<0.001)$ in 31 of 54 type II neurons, but decreased the frequency to $41{\pm}7$ of the control $(5.5{\pm}1.3\;Hz)$ in the rest of type II neurons (p<0.001). In both types of PVN neurons, NE did not affect the mean amplitude and decay time constant of sIPSCs. In addition, membrane input resistance and amplitude of sIPSC of type I neurons were larger than those of type II neurons tested (1209 vs. 736 $M{\Omega},$ p<0.001; 110 vs. 81 pS, p<0.001). The results suggest that noradrenergic modulation of inhibitory synaptic transmission in the PVN decreases the neuronal excitability in most type I neurons via ${\alpha}_2-adrenoceptor,$ however, either increases in about 60% or decreases in 40% of type II neurons.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics S
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v.36S
no.8
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pp.39-47
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1999
This paper describes on-line retrainable RBF network in order to control the coiling temperature for a hot coil strip at Pohang Iron & Steel Company(POSCO). The proposed neural network can be used for improving conventional rule-based lookup table, which generates a heat transmission coefficient. To cope with time-varying characteristics of hot coil process, additional synaptic weights for on-line retraining purposes are introduced to hidden-to-output weights of conventional RBF network. Those weights are locally adjusted to newly incoming test data while preserving old information trained with off-line past data. Hence the effect of catastrophic interference can be greatly alleviated with the proposed network. In addition, rejection scheme is introduced for reliability concerns. From the experimental results applied to the actual process, it is noticed that overall control performance represents about 2.2% increase compared to the conventional one.
Epilepsy is a chronic neurological disease characterized by spontaneous recurrent seizures and caused by various factors and mechanisms. Malfunction of the olfactory bulb is frequently observed in patients with epilepsy. However, the morphological changes in the olfactory bulb during epilepsy-induced neuropathology have not been elucidated. Therefore, in the present study, we investigated the expression of parvalbumin (PV), one of the calcium-binding proteins, and morphological changes in the rat main olfactory bulb (MOB) following pilo-carpine-induced status epilepticus (SE). Pilocarpine-induced SE resulted in neuronal degeneration in the external plexiform layer (EPL) and glomerular layer (GL) of the MOB. PV immunoreactivity was observed in the neuronal somas and processes in the EPL and GL of the control group. However, six hours after pilocarpine administration, PV expression was remarkably decreased in the neuronal processes compared to the somas and the average number of PV-positive interneurons was significantly decreased. Three months after pilocarpine treatment, the number of PV-positive interneurons was also significantly decreased compared to the 6 hour group in both layers. In addition, the number of NeuN-positive neurons was also significantly decreased in the EPL and GL following pilocarpine treatment. In double immunofluorescence staining for PV and MAP2, the immunoreactivity for MAP2 around the PV-positive neurons was significantly decreased three months after pilocarpine treatment. Therefore, the present findings suggest that decreases in PV-positive GABAergic interneurons and dendritic density in the MOB induced impaired calcium buffering and reciprocal synaptic transmission. Thus, these alterations may be considered key factors aggravating olfactory function in patients with epilepsy.
Oxidative stress or accumulation of reactive oxygen species (ROS) leads neuronal cellular death and dysfunction, and it contributes to neuronal degenerative disease such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease and stroke. Glutamate is one of the major excitatory neurotransmitter in the central nervous system (CNS). Glutamate contributes to fast synaptic transmission, neuronal plasticity, outgrowth and survival, behavior, learning and memory. In spite of these physiological functions, high concentration of glutamate causes neuronal cell damage, acute insults and chronic neuronal neurodegenerative diseases. Heme oxygenase-1 (HO-1) enzyme plays an important role of cellular antioxidant system against oxidant injury. NNMBS020, the water-insoluble fraction of the 70% EtOH extract of root barks of Dictamnus dasycarpus, showed dominant neuroprotective effects on glutamate-induced neurotoxicity in mouse hippocampal HT22 cells by induced the expression of HO-1 and increased HO activity. In mouse hippocampal HT22 cells, NNMBS020 makes the nuclear accumulation of Nrf2 and stimulates extracellular signal-regulated kinase (ERK) pathway. The ERK MAPK pathway inhibitor significantly reduced NNMBS020-induced HO-1 expression, whereas the JNK and p38 inhibitors did not. In conclusion, the water-insoluble fraction of the 70% EtOH extract of root barks of D. dasycarpus (NNMBS020) significantly protect glutamate-induced oxidative damage by induction of HO-1 via Nrf2 and ERK pathway in mouse hippocampal HT22 cells.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.21
no.2
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pp.432-437
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2007
Reactive oxygen species (ROS) are toxic agents that may be involved in various neurodegenerative diseases. Recent studies indicate that ROS are also involved in persistent pain through a spinal mechanism. In the present study, whole cell patch clamp recordings were carried out on substantia gelatinosa (SG) neurons in spinal cord slice of neonatal rats to investigate the effects of ROS on neuronal excitability and excitatory synaptic transmission. In current clamp condition, tert-buthyl hydroperoxide (t-BuOOH), an ROS donor, induced a electrical hyperexcitability during t-BuOOH wash-out followed by a brief inhibition of excitability in SG neurons. Application of t-BuOOH depolarized membrane potential of SG neurons and increased the neuronal firing frequencies evoked by depolarizing current pulses. Phenyl-N-tert-buthylnitrone (PBN), an ROS scavenger, antagonized t-BuOOH induced hyperexcitability. IN voltage clamp conditions, t-BuOOH increased the frequency and amplitude of spontaneous excitatory postsynaptic currents (sEPSCs). In order to determine the site of action of t-BuOOH, miniature excitatory postsynaptic currents (mEPSCs) were recorded. t-BuOOH increased the frequency and amplitude of mEPSCs, indicating that it may modulate the excitability of the SG neurons via pre- and postsynaptic actions. These data suggest that ROS generated by peripheral nerve injury can induce central sensitization in spinal cord.
Rubio, Maria D.;Drummond, Jana B.;Meador-Woodruff, James H.
Biomolecules & Therapeutics
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v.20
no.1
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pp.1-18
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2012
Schizophrenia is a devastating psychiatric illness that afflicts 1% of the population worldwide, resulting in substantial impact to patients, their families, and health care delivery systems. For many years, schizophrenia has been felt to be associated with dysregulated dopaminergic neurotransmission as a key feature of the pathophysiology of the illness. Although numerous studies point to dopaminergic abnormalities in schizophrenia, dopamine dysfunction cannot completely account for all of the symptoms seen in schizophrenia, and dopamine-based treatments are often inadequate and can be associated with serious side effects. More recently, converging lines of evidence have suggested that there are abnormalities of glutamate transmission in schizophrenia. Glutamatergic neurotransmission involves numerous molecules that facilitate glutamate release, receptor activation, glutamate reuptake, and other synaptic activities. Evidence for glutamatergic abnormalities in schizophrenia primarily has implicated the NMDA and AMPA subtypes of the glutamate receptor. The expression of these receptors and other molecules associated with glutamate neurotransmission has been systematically studied in the brain in schizophrenia. These studies have generally revealed region- and molecule-specifi c changes in glutamate receptor transcript and protein expression in this illness. Given that glutamatergic neurotransmission has been implicated in the pathophysiology of schizophrenia, recent drug development efforts have targeted the glutamate system. Much effort to date has focused on modulation of the NMDA receptor, although more recently other glutamate receptors and transporters have been the targets of drug development. These efforts have been promising thus far, and ongoing efforts to develop additional drugs that modulate glutamatergic neurotransmission are underway that may hold the potential for novel classes of more effective treatments for this serious psychiatric illness.
Insulating $TaN_x$ films were grown by plasma enhanced atomic layer deposition using butylimido tris dimethylamido tantalum and $N_2+H_2$ mixed gas as metalorganic source and reactance gas, respectively. Crossbar devices having a $Pt/TaN_x/Pt$ stack were fabricated and their electrical properties were examined. The crossbar devices exhibited temperature-dependent nonlinear I (current) - V (voltage) characteristics in the temperature range of 90-300 K. Various electrical conduction mechanisms were adopted to understand the governing electrical conduction mechanism in the device. Among them, the PooleFrenkel emission model, which uses a bulk-limited conduction mechanism, may successfully fit with the I - V characteristics of the devices with 5- and 18-nm-thick $TaN_x$ films. Values of ~0.4 eV of trap energy and ~20 of dielectric constant were extracted from the fitting. These results can be well explained by the amorphous micro-structure and point defects, such as oxygen substitution ($O_N$) and interstitial nitrogen ($N_i$) in the $TaN_x$ films, which were revealed by transmission electron microscopy and UV-Visible spectroscopy. The nonlinear conduction characteristics of $TaN_x$ film can make this film useful as a selector device for a crossbar array of a resistive switching random access memory or a synaptic device.
Corticosterone is known to modulate GABAergic synaptic transmission in the hypothalamic paraventricular nucleus. However, the underlying receptor mechanisms are largely unknown. In the anterior hypothalamic area (AHA), the sympathoinhibitory center that project GABAergic neurons onto the PVN, we examined the expression of glucocorticoid receptor (GR) and mineralocorticoid receptor (MR) of GABAergic neurons using intact GAD65-eGFP transgenic mice, and the effects of corticosterone on the burst firing using adrenalectomized transgenic mice. GR or MR immunoreactivity was detected from the subpopulations of GABAergic neurons in the AHA. The AHA GABAergic neurons expressed mRNA of GR (42%), MR (38%) or both (8%). In addition, in brain slices incubated with corticosterone together with RU486 (MR-dominant group), the proportion of neurons showing a burst firing pattern was significantly higher than those in the slices incubated with vehicle, corticosterone, or corticosterone with spironolactone (GR-dominant group; 64 vs. 11~14%, p<0.01 by $x^2$-test). Taken together, the results show that the corticosteroid receptors are expressed on the GABAergic neurons in the AHA, and can mediate the corticosteroid-induced plasticity in the firing pattern of these neurons. This study newly provides the experimental evidence for the direct glucocorticoid modulation of GABAergic neurons in the AHA in the vicinity of the PVN.
Ji, Min-Young;Lee, Young-Choon;Do, Su-Il;Nam, Sang-Yun;Jung, Kyu-Yong;Kim, Hyoung-Min;Park, Jong-Kun;Choo, Young-Kug
Archives of Pharmacal Research
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v.23
no.5
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pp.525-530
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2000
mST3GaIV synthesizes ganglioside GM3, the precursor for simple and complex a- and b- series gangliosides, and the expression and regulation of mST3GaIV (CMP-NeuAc: lactosylceramide $\alpha$2,3-sialyltransferase) activity is central to the production of almost all gangliosides, a class of glycosphingolipids implicated in variety of cellular processes such as transmembrane signaling, synaptic transmission, specialized membrane domain formation and cell-cell interactions. To understand the developmental expression of mST3GaIV in mice, we investigated the spatial and temporal expression of mST3GaIV mRNA during the mouse embryogenesis [embryonic (E) days; 19, E11, E13, E15] by in situ hybridization with digoxigenin-labeled RNA probes. All tissues from 19 and E11 were positive for mST3GaIV mRNA. On E13, mST3GaIV mRNA was expressed in various neural and non-neural tissues. In contrast to these, on E15, the telencephalon and liver produced a strong expression of mST3GaIV which was a quite similar to that of E13. In this stage, mST3GaIV mRNA was also expressed in some non-neural tissues. These data indicate that mST3GaIV is differently expressed at developmental stages of embryo, and this may be importantly related with regulation of organogenesis in mice.
Current interest in ${\gamma}$-aminobutyric acid (GABA) has arisen from the convergence of several independent line of investigation leading to the demonstration that this and related substances are normal products of brain metabolism and that GABA has an important physiological action upon brain function as well as upon certain peripheral nervous structures. The interest for neurophysiologists has been enhanced by the importance of the discovery for the role of humoral mediator of synaptic transmission or regulator of neuronal activity in the central nervous system, particularly if it may shed some elight upon the nature of central inhibitory processes. In accordance with such an interest and importance, this work was performed in order to standardize the normal content as a preliminary investigation of so-called night active and daytime active animals GABA content in their brains when they are exposed to light and darkness. The method, through which the estimation has made in this work, was paper chromatographic method developed by Maynert and Klingman for the estimation of GABA content in animal tissues. The results obtained are summerized as follows: 1) GABA content in the cerebral cortex of house rat ranged from 90 to $310{\mu}g/gm$ of wet weight. 2) The content of GAGA ranging from 130 to $510{\mu}g/gm$ of wet weight was occurred from midbrain of the rat. 3) GABA content was ranged from 30 to $150 {\mu}g/gm$ of wet weight of the rat cerebellum. 4) The contents of fowl cerebral cortex, midbrain, and cerebellum are estimated as ranging 230-590, 250-620, $50-280{\mu}g/gm$ of wet weight, respectively. As a result, it may be concluded that among three brain tissues of both animals the midbrain is the highest region in GABA content. Fowl brain, on the other side, contains more higher GABA content than the house rat brain does.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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