Layer 6b controls brain state via apical dendrites and the higher-order thalamocortical system

神经科学 光遗传学 丘脑 兴奋性突触后电位 生物 人口 抑制性突触后电位 爆裂 增食欲素 神经肽 受体 医学 环境卫生 生物化学
作者
Timothy A. Zolnik,Anna Bronec,Annemarie D. Ross,Marcel Staab,Robert N. S. Sachdev,Zoltán Molnár,Britta J. Eickholt,Matthew E. Larkum
出处
期刊:Neuron [Cell Press]
卷期号:112 (5): 805-820.e4 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.neuron.2023.11.021
摘要

Summary

The deepest layer of the cortex (layer 6b [L6b]) contains relatively few neurons, but it is the only cortical layer responsive to the potent wake-promoting neuropeptide orexin/hypocretin. Can these few neurons significantly influence brain state? Here, we show that L6b-photoactivation causes a surprisingly robust enhancement of attention-associated high-gamma oscillations and population spiking while abolishing slow waves in sleep-deprived mice. To explain this powerful impact on brain state, we investigated L6b's synaptic output using optogenetics, electrophysiology, and monoCaTChR ex vivo. We found powerful output in the higher-order thalamus and apical dendrites of L5 pyramidal neurons, via L1a and L5a, as well as in superior colliculus and L6 interneurons. L6b subpopulations with distinct morphologies and short- and long-term plasticities project to these diverse targets. The L1a-targeting subpopulation triggered powerful NMDA-receptor-dependent spikes that elicited burst firing in L5. We conclude that orexin/hypocretin-activated cortical neurons form a multifaceted, fine-tuned circuit for the sustained control of the higher-order thalamocortical system.
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