Circuit mechanism for suppression of frontal cortical ignition during NREM sleep

基底前脑 神经科学 生物 非快速眼动睡眠 帕尔瓦布明 胆碱能神经元 胆碱能的 睡眠神经科学 光遗传学 清醒 视皮层 加巴能 额叶 大脑皮层 抑制性突触后电位 脑电图
作者
Bing Li,Chenyan Ma,Yun‐An Huang,Xinlu Ding,Daniel Silverman,Changwan Chen,Dana Darmohray,Lihui Lu,Siqi Liu,Gabriel Montaldo,Alan Urban,Yang Dan
出处
期刊:Cell [Cell Press]
卷期号:186 (26): 5739-5750.e17 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.cell.2023.11.012
摘要

Conscious perception is greatly diminished during sleep, but the underlying circuit mechanism is poorly understood. We show that cortical ignition—a brain process shown to be associated with conscious awareness in humans and non-human primates—is strongly suppressed during non-rapid-eye-movement (NREM) sleep in mice due to reduced cholinergic modulation and rapid inhibition of cortical responses. Brain-wide functional ultrasound imaging and cell-type-specific calcium imaging combined with optogenetics showed that activity propagation from visual to frontal cortex is markedly reduced during NREM sleep due to strong inhibition of frontal pyramidal neurons. Chemogenetic activation and inactivation of basal forebrain cholinergic neurons powerfully increased and decreased visual-to-frontal activity propagation, respectively. Furthermore, although multiple subtypes of dendrite-targeting GABAergic interneurons in the frontal cortex are more active during wakefulness, soma-targeting parvalbumin-expressing interneurons are more active during sleep. Chemogenetic manipulation of parvalbumin interneurons showed that sleep/wake-dependent cortical ignition is strongly modulated by perisomatic inhibition of pyramidal neurons.
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