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Optogenetic dissection of hypothalamic regulation of sleep-wake states

Titel Englisch Optogenetic dissection of hypothalamic regulation of sleep-wake states
Gesuchsteller/in Adamantidis Antoine
Nummer 156156
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Universitätsklinik für Neurologie Inselspital Bern
Hochschule Universität Bern - BE
Hauptdisziplin Neurophysiologie und Hirnforschung
Beginn/Ende 01.01.2015 - 31.12.2018
Bewilligter Betrag 454'000.00
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Alle Disziplinen (2)

Disziplin
Neurophysiologie und Hirnforschung
Physiologie: Andere Gebiete

Keywords (6)

Wake; Sleep; Optogenetics; Neural circuits; Thalamus; Hypothalamus

Lay Summary (Französisch)

Lead
Identification d'un nouveau circuit de l'eveil.
Lay summary

Le sommeil est un besoin biologique essentiel pour la survie des vertébrés supérieurs et des états de veille-sommeil ont egalement été identifiés chez les vertébrés inférieurs. Alors que les fonctions du sommeil sont encore un sujet de débat et peuvent inclure la consolidation mnesique et la plasticité cerebrale, les mechanismes cerebraux contrôlant le cycle veille-sommeil restent mal compris et font encore l'objet de nombreuses études. La sucession des differents etats de vigilance (eveil-sommeil leger-sommeil profond) resulte de l'activite neuronales au sein d’aires cerebrales distinctes. Chez l'homme, des troubles bénins de cet équilibre peuvent avoir des conséquences dramatiques, comme par exemple, narcolepsie, insomnie), déséquilibre hormonal souvent suivi par l'obésité, les déficits de l'attention et les performances cognitives, et ont été liés à l'humeur et les troubles cardiovasculaires. Le manque de traitements pharmacologiques efficaces sans effets secondaires majeurs souligne la nécessité d'une meilleure compréhension des mécanismes de base de l'induction du sommeil et de maintien du sommeil.

A l’heure actuelle, la connectivite et la dynamique de les differents circuits veille-sommeil restent mal comprises. neanmoins leurs connections. Au cours de ce projet, nous combinerons les approches moléculaires, cellulaires et comportementales pour identifier les circuits neuronaux entre l’hypothalamus et le thalamus qui controlent l’apparition de phases d’éveil. Nous utiliserons des souris genetiquement modifies qui represent un modele animal ideal pour ce type d’etude experimentale. A plus long terme, notre travail devrait permettre non seulement d’identifier les mechanisms cerebraux de l’eveil, mais egalement de l’attention, ainsi que leur role dans l’insomnie.

 

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 09.12.2014

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Abstract

Sleep is a primary and essential biological need for higher vertebrates and sleep-like states have been demonstrated in lower vertebrates. While the functions of sleep are still a matter of debate and may include memory consolidation, metabolism clearance and brain plasticity, the basic neurobiological mechanisms controlling sleep-wake state transitions and maintenance remain largely unknown. The goal of this research proposal is to better understand the wiring, dynamics and plasticity of sleep-wake circuits in the brain.Our hypothesis is that a subpopulation LHGABA neurons promotes wakefulness by inhibition of RTN cells, which in turn, disinhibit thalamo-cortical loops. This feed-forward inhibitory circuit may represent a novel arousal circuit of the mammalian brain. To test this hypothesis, we divided our experimental strategy into three specific aims, including 1) Characterize the anatomical and functional LHGABA -> RTN wiring (Year 1); 2) Study the behavioral consequences of LHGABA -> RTN optogenetic activation on sleep-to-wake transitions (Years 1-2) and 3) Study the modulatory action of LHGABA -> RTN on TC loops during high sleep pressure and anesthesia. (Years 2-3)To address these questions, we propose to use technologies that we have been implementing over the last seven years. Those combine in vitro and in vivo optogenetics with mouse genetic engineering and high-density electrophysiological recording in freely-moving mice. In addition to providing important clues about the mechanism of action of GABA on the sleep-wake circuits in the brain, completion of this research project will provide us with important clues about the neural substrate, circuit dynamics and transmitters/modulators subserving integrative processing of sleep. It will further identify the long-sought GABA input to the RTN, and will eventually open new perspectives on sensory integration during sleep and states of unconsciousness.
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