Effects of basal forebrain stimulation on the distribution of cholinergic receptors in the sensorimotor cortex of rat brain

Abstract

Bu tez çalışmasında, bazal ön beyin uyarımının üç farklı korteks bölgesindeki (birincil motor korteks, birincil beden duyusu korteksinin arka bacak ve bıyık alanları) α4 ve α7 nikotinik asetilkolin reseptör dağılımını nasıl etkilediği çalışılmıştır. Koli- nerjik girdilerin ana merkezi olan bazal ön beyin elektriksel olarak uyarılmıştır (her deneme için: 0.5-ms'lik bipolar darbe (50 μA), frekans 100 Hz). Toplam olarak, deney 2400 darbe ile yapılmış olup, 4 saat sürmüştür. Uyarım sonrasında, hayvanlar tran- skardiyal olarak perfüze edilmiş, ve beyinleri immunofloresan boyama uygulaması için çıkarılmıştır. Bazal ön beyin uyarımının hangi yarımküreye uygulandığına, ve boyama kesitlerinin hangi yarımküreden alındığına bağlı olarak hayvanlar üç deneysel gruba ayrılmıştır: kontrol (uyarım yok, n=7), uyarım ile aynı yarımküre (n=7) ve uyarım ile farklı yarımküre (n=7). Sonuçlar bazal ön beyin uyarımının sadece α7 nikotinik reseptör alt tipi dağılımı üzerinde anlamlı bir etkisi olduğunu göstermektedir. Uyarım ile aynı yarımküre ve farklı yarımküre grupları kontrol grubundan farklı çıkmış ancak uyarı ile aynı yarımküre ile farklı yarımküre olan gruplar arasında bir fark gözlenmemiştir. α7 reseptör kompleks sayısında ve yoğunluğunda kontrol grubu ile karşılaştırıldığında anlamlı derecede artış gözlenmiştir. Ek olarak, α7 reseptör kompleks sayısı ve yoğunluğu korteks bölgeleri arasında birincil motor korteksinde diğer tüm alanlardan daha az olduğu görülmüştür. Benzer bulgular α4 tipi için sadece reseptör kompleks sayısı açısından bulunmuştur. Sonuç olarak, bu çalışma beden duyusu korteksinde kolinerjik modülasyonuna anatomik bulgular sunmuştur. Elde edilen sonuçlar dikkat mekaniz- malarının ve ilgili nöropsikiyatrik hastalıkların bu mekanizmaları nasıl etkilediğinin anlaşılmasında önemli veri sağlayabilir.

In this thesis, the effects of basal forebrain stimulation on the distirbution of α4 and α7 type nicotinic acetylcholine receptors were studied in three different brain areas: primary motor cortex, hindlimb somatosensory cortex and barrel field somatosensory cortex. Basal forebrain, the main source of cholinergic inputs, was electrically stim- ulated (for each trial: 0.5-ms bipolar pulses with 50 μA, at 100 Hz for 0.5 s). In total, the experiment was carried out with 2400 pulses and it took 4 hours. After stimulation, transcardially perfusion was applied, and their brains were used for im- munofluorescence staining. According to hemisphere in which the stimulation was applied and histological sections were obtained, the animals were separated into three experimental groups: control (no stimulation, n=7), ipsilateral (same hemisphere as stimulation, n=7) and contralateral (opposite hemisphere of stimulation, n=7). The results show that basal forebrain stimulation has a significant effect on the distribution of only α7 type nicotinic acetylcholine receptor. Ipsilateral and contralateral groups are statistically different from control group but there is no difference between ipsilateral and contralateral experimental groups. Specifically the number of receptor α7 complexes and their density of receptor complexes (normalized with layer thicknesses) were increased significantly with respect to control. Additionally, the number of α7 type receptor complexes and the density in primary motor cortex were mostly lower than those in the hindlimb area and barrel field of primary somatosensory cortex. A similar finding was found for only α4 type receptor count but not for the density. Over- all, this thesis shows anatomical evience for cholinergic modulation of somatosensory system. The results may be important for understanding attentional processes, and neuropsychiatric diseases which affect them.