Network-level encoding of local neurotransmitters in cortical astrocytes

星形胶质细胞 神经科学 运动前神经元活动 神经递质 谷氨酸受体 生物 钙显像 神经元 生物神经网络 化学 中枢神经系统 受体 生物化学 有机化学
作者
Michelle K. Cahill,Max Collard,Vincent Tse,Michael E. Reitman,Roberto Etchenique,Christoph Kirst,Kira E. Poskanzer
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41586-024-07311-5
摘要

Abstract Astrocytes, the most abundant non-neuronal cell type in the mammalian brain, are crucial circuit components that respond to and modulate neuronal activity through calcium (Ca 2+ ) signalling 1–7 . Astrocyte Ca 2+ activity is highly heterogeneous and occurs across multiple spatiotemporal scales—from fast, subcellular activity 3,4 to slow, synchronized activity across connected astrocyte networks 8–10 —to influence many processes 5,7,11 . However, the inputs that drive astrocyte network dynamics remain unclear. Here we used ex vivo and in vivo two-photon astrocyte imaging while mimicking neuronal neurotransmitter inputs at multiple spatiotemporal scales. We find that brief, subcellular inputs of GABA and glutamate lead to widespread, long-lasting astrocyte Ca 2+ responses beyond an individual stimulated cell. Further, we find that a key subset of Ca 2+ activity—propagative activity—differentiates astrocyte network responses to these two main neurotransmitters, and may influence responses to future inputs. Together, our results demonstrate that local, transient neurotransmitter inputs are encoded by broad cortical astrocyte networks over a minutes-long time course, contributing to accumulating evidence that substantial astrocyte–neuron communication occurs across slow, network-level spatiotemporal scales 12–14 . These findings will enable future studies to investigate the link between specific astrocyte Ca 2+ activity and specific functional outputs, which could build a consistent framework for astrocytic modulation of neuronal activity.
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