Intrinsic and synaptic mechanisms of epileptogenesis triggered by cortical trauma

皮质创伤引发癫痫发生的内在机制和突触机制

基本信息

项目摘要

Project Summary/Abstract The goal of this research is to understand why cerebral cortical trauma often leads to paroxysmal activity. Within 24 hours following head injury, up to 80% of patients with penetrating wounds display clinical seizures. Such acute seizures often initiate epileptogenesisthe subthreshold processes that lead to spontaneous, recurring seizures and ultimately to epilepsy. We propose to study the electrophysiological features of trauma- induced epileptogenesis in chronic experiments in vivo, in vitro and with computational models that will be developed in close contact with the experiments. The primary hypothesis for the cause of epileptogenesis that we will test is that trauma-related chronic blockade of activity may activate homeostatic plasticity mechanisms that upregulate depolarizing influences (such as excitatory intrinsic and synaptic conductances) and downregulate hyperpolarizing ones (such as inhibitory conductances). Under the abnormal conditions found in traumatized cortex, this may create an unstable balance that leads to paroxysmal seizures. Multisite local field potential recordings (up to 64 channels) will be used to test the hypothesis that invasive brain trauma creates heterogeneous under- and overexcited cortical areas and that interaction of these areas increases the likelihood of seizure occurrence. Direct evidence for the role of homeostatic plasticity in the epileptogenesis will be obtained by measuring changes in minis, synaptic responsiveness, axonal arborization, intrinsic cellular properties, and multisite focal field potentials. Measurement will be performed over the medium-term (days) and long-term (weeks). In vivo electrophysiological semichronic and chronic experiments, in vitro experiments from chronically deafferented cortical slices as well as morphological studies will be performed at Laval University (Canada). Data from studying the conditions that increase the likelihood of seizure development after brain trauma will be studied using Independent Component Analysis (ICA) at the Salk Institute and will be incorporated into Hodgkin-Huxley type models of cortical neurons and networks at the UC Riverside. The goal of the computational models is to explore the interplay between all of the changes that occur in the cortex in vivo during epileptogenesis and to make predictions for interventions that could prevent seizures. The design of these interventions will be based on approaches that could be further developed to treat humans with trauma-induced epilepsy in clinical settings.
项目摘要/摘要 这项研究的目的是了解为什么脑皮质创伤通常会导致阵发性活性。 头部受伤后24小时内,多达80%的穿透伤口患者显示出临床癫痫发作。 这种急性癫痫发作通常会引发癫痫发生的亚阈值过程,导致自发, 反复癫痫发作,最终癫痫发作。我们建议研究创伤的电生理特征 在体内,体外和计算模型中,诱导的癫痫发生 与实验密切接触。癫痫发生原因的主要假设 我们将测试是,与创伤有关的活动的慢性封锁可能激活稳态可塑性机制 上调去极化影响(例如兴奋性固有和突触电导)和 下调超极化的(例如抑制电导)。在异常条件下发现 创伤性皮层,这可能会产生不稳定的平衡,从而导致阵发性癫痫发作。多站点本地领域 潜在的记录(最多64个渠道)将用于测试侵入性脑创伤的假设 异质不足和过度兴奋的皮质区域,这些区域的相互作用增加了 癫痫发作的可能性。直接证据表明稳态可塑性在癫痫发生中的作用将 可以通过测量微型变化,突触响应能力,轴突一子,固有的细胞来获得 性质和多站点焦距电位。测量将在中期(天)中进行 和长期(周)。体内电生理学半理和慢性实验,体外实验 将在laval中进行长期脱附的皮质切片以及形态学研究 加拿大大学。研究增加癫痫发育可能性的条件的数据 在使用Salk Institute的独立组件分析(ICA)研究脑创伤之后,将是 在UC Riverside的皮质神经元和网络的Hodgkin-Huxley类型模型中纳入。目标 计算模型是探索在皮质中发生的所有变化之间的相互作用 癫痫发生过程中的体内,并预测可能阻止癫痫发作的干预措施。设计 这些干预措施将基于可以进一步开发的方法来对待人类 创伤引起的临床环境中的癫痫。

项目成果

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Local origin of slow EEG waves during sleep.
睡眠期间脑电图慢波的局部起源。
Selective memory generalization by spatial patterning of protein synthesis.
  • DOI:
    10.1016/j.neuron.2014.02.028
  • 发表时间:
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    O'Donnell C;Sejnowski TJ
  • 通讯作者:
    Sejnowski TJ
Gap junctions and epileptic seizures--two sides of the same coin?
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    10.1371/journal.pone.0020572
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    Volman V;Perc M;Bazhenov M
  • 通讯作者:
    Bazhenov M
Spike-rate coding and spike-time coding are affected oppositely by different adaptation mechanisms.
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