Repeated hippocampal seizures lead to brain-wide reorganization of circuits and seizure propagation pathways

光遗传学 火种 神经科学 癫痫 刺激 海马结构 引火模型 海马体 癫痫发生 电生理学 脑深部刺激 医学 心理学 内科学 疾病 帕金森病
作者
Michael Choy,Ehsan Dadgar‐Kiani,Greg O. Cron,Ben A. Duffy,Florian Schmid,Bradley J. Edelman,Mazen Asaad,Russell W. Chan,Shahabeddin Vahdat,Jin Hyung Lee
出处
期刊:Neuron [Cell Press]
卷期号:110 (2): 221-236.e4 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.neuron.2021.10.010
摘要

Repeated seizure activity can lead to long-term changes in seizure dynamics and behavior. However, resulting changes in brain-wide dynamics remain poorly understood. This is due partly to technical challenges in precise seizure control and in vivo whole-brain mapping of circuit dynamics. Here, we developed an optogenetic kindling model through repeated stimulation of ventral hippocampal CaMKII neurons in adult rats. We then combined fMRI with electrophysiology to track brain-wide circuit dynamics resulting from non-afterdischarge (AD)-generating stimulations and individual convulsive seizures. Kindling induced widespread increases in non-AD-generating stimulation response and ipsilateral functional connectivity and elevated anxiety. Individual seizures in kindled animals showed more significant increases in brain-wide activity and bilateral functional connectivity. Onset time quantification provided evidence for kindled seizure propagation from the ipsilateral to the contralateral hemisphere. Furthermore, a core of slow-migrating hippocampal activity was identified in both non-kindled and kindled seizures, revealing a novel mechanism of seizure sustainment and propagation.

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