Temporal synchrony and gamma-to-theta power conversion in the dendrites of CA1 pyramidal neurons

神经科学 索马 海马结构 锥体细胞 树枝状尖峰 神经网络 机制(生物学) 超极化(物理学) 物理 海马体 电生理学 生物 兴奋性突触后电位 抑制性突触后电位 核磁共振波谱 量子力学 核磁共振
作者
Sachin P Vaidya,Daniel Johnston
出处
期刊:Nature Neuroscience [Nature Portfolio]
卷期号:16 (12): 1812-1820 被引量:160
标识
DOI:10.1038/nn.3562
摘要

Pyramidal cells have to integrate thousands of inputs across their expansive dendritic arbors. The spatial spread of these inputs should lead to intraneuronal propagation delays. Here the authors show that the distribution of HCN channels in hippocampal pyramidal cells normalizes these delays, particularly for inputs at theta and gamma frequencies. Timing is a crucial aspect of synaptic integration. For pyramidal neurons that integrate thousands of synaptic inputs spread across hundreds of microns, it is thus a challenge to maintain the timing of incoming inputs at the axo-somatic integration site. Here we show that pyramidal neurons in the rodent hippocampus use a gradient of inductance in the form of hyperpolarization-activated cation-nonselective (HCN) channels as an active mechanism to counteract location-dependent temporal differences of dendritic inputs at the soma. Using simultaneous multi-site whole-cell recordings complemented by computational modeling, we find that this intrinsic biophysical mechanism produces temporal synchrony of rhythmic inputs in the theta and gamma frequency ranges across wide regions of the dendritic tree. While gamma and theta oscillations are known to synchronize activity across space in neuronal networks, our results identify a new mechanism by which this synchrony extends to activity within single pyramidal neurons with complex dendritic arbors.

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