運動の開始における三叉神経感覚核の役割

刺激がどのように突然誘発されるかを理解していますが、魚の高速スタートのように、弾道脱出反応は、感覚刺激からリズミカルな移動の開始までの正確な経路は脊椎動物に対して定義されていません。私たちは今、頭の皮膚刺激がhatch化したカエルのオタマジャクシで泳いでいることをどのように呼び起こすかを尋ねました。全細胞記録と染料の充填により、聴覚神経のレベルで、長い、同側の下降軸索を伴う、後脳の約20個の三叉神経節（缶）の核が明らかになりました。頭のどこでも受容的なフィールドを伴うタッチ感受性三叉神経求愛者の刺激は、混合AMPAR/NMDARシナプスで、缶に大きな単シナプスEPSP（〜5-20 mV）を誘発しました。水泳を引き出すのに十分な刺激に続いて、缶は刺激の4〜8ミリ秒後に最大6回のスパイクを発射しました。ペアの全細胞記録は、缶が水泳を駆動する後脳網膜ニューロン（下降する介在ニューロン、DIN）に小さな（〜2〜6 mV）、モノシナプス、グルタミン酸作動性EPSPを生成することを示しました。モデリングは、18〜24缶からのEPSPの合計により、20〜50％のDINS火災が発生する可能性があることが示唆されました。私たちは次のように結論付けています。いくつかの感覚求心性神経の短い活動は、多くの缶の動員によって増幅されます。これらのリレーは、後脳脊髄球のディンへの励起を合計します。その後、din発射は、刺激された側で泳ぐための活動を開始します。架空の水泳中、缶は脱分極され、リズミカルな抑制を受けますが、発砲しません。私たちの記録は、脊椎動物で運動を促進する頭の皮膚求心性求心性物質から網状脊髄ニューロンおよび運動ニューロンまでのニューロンごとの神経経路を示しています。重要なアンプ関数を持つこの直接経路は、複雑なルートがより高い脊椎動物の移動を開始するための単純な起源を意味します。

While we understand how stimuli evoke sudden, ballistic escape responses, like fish fast-starts, a precise pathway from sensory stimulation to the initiation of rhythmic locomotion has not been defined for any vertebrate. We have now asked how head skin stimuli evoke swimming in hatchling frog tadpoles. Whole-cell recordings and dye filling revealed a nucleus of ∼20 trigeminal interneurons (tINs) in the hindbrain, at the level of the auditory nerve, with long, ipsilateral, descending axons. Stimulation of touch-sensitive trigeminal afferents with receptive fields anywhere on the head evoked large, monosynaptic EPSPs (∼5-20 mV) in tINs, at mixed AMPAR/NMDAR synapses. Following stimuli sufficient to elicit swimming, tINs fired up to six spikes, starting 4-8 ms after the stimulus. Paired whole-cell recordings showed that tINs produce small (∼2-6 mV), monosynaptic, glutamatergic EPSPs in the hindbrain reticulospinal neurons (descending interneurons, dINs) that drive swimming. Modelling suggested that summation of EPSPs from 18-24 tINs can make 20-50% of dINs fire. We conclude that: brief activity in a few sensory afferents is amplified by recruitment of many tINs; these relay summating excitation to hindbrain reticulospinal dINs; dIN firing then initiates activity for swimming on the stimulated side. During fictive swimming, tINs are depolarised and receive rhythmic inhibition but do not fire. Our recordings demonstrate a neuron-by-neuron pathway from head skin afferents to the reticulospinal neurons and motoneurons that drive locomotion in a vertebrate. This direct pathway, which has an important amplifier function, implies a simple origin for the complex routes to initiate locomotion in higher vertebrates.