The role of the lateral habenula neurons in the transmission of light information – in vivo electrophysiological studies on the urethane anesthetized rat

Pierwotnym celem moich badań było opisanie odpowiedzi neuronów dopaminergicznych brzusznego pola nakrywki (z ang. ventral tegmental area, VTA) na stymulację optogenetyczną neuronów bocznej uzdeczki (z ang. lateral habenula, LHb), która zaangażowana jest w rozwój fenotypu depresyjnego. Z powodu występowania depresji lekoopornej, nie odpowiadającej na standardowe formy leczenia, istnieje potrzeba badania obwodów neuronalnych i substancji odpowiedzialnych za alternatywne drogi terapii – na przykład terapii światłem. W ostatnim czasie pojawiły się dowody na obecność projekcji z listka ciała kolankowatego bocznego (z ang. intergeniculate leaflet, IGL) oraz brzusznego ciała kolankowatego bocznego (z ang. ventral lateral geniculate nucleus, vLGN) do LHb, co potencjalnie mogłoby wyjaśniać przeciwdepresyjny efekt światła. W celu bliższego przyjrzenia się obwodowi IGL-LHb-VTA, przeprowadziłam zewnątrzkomórkową rejestrację potencjałów czynnościowych neuronów dopaminergicznych VTA, przy równoczesnej optogenetycznej stymulacji populacji neuronów LHb lub IGL u dorosłych, anestetyzowanych uretanem samców szczurów szczepu Sprague Dawley. Pracując na wybranym modelu eksperymentalnym nie udało mi się zaobserwować zmian w poziomie i wzorcu aktywności elektrycznej neuronów VTA, co mogło być spowodowane: typem zastosowanych wektorów wirusowych, brakiem lub nieprawidłową transfekcją wektorami wirusowymi, stanem zapalnym, a także rodzajem stosowanej narkozy. Dlatego też, w trakcie trwania eksperymentów, postawiłam dodatkowe pytanie badawcze - jak ketamina, podawana w czasie operacji stereotaktycznych, wpływa na aktywność neuronów bocznej uzdeczki podczas rejestracji elektrofizjologicznych. Powszechnie wiadome jest, iż ketamina łagodzi objawy depresji poprzez zmniejszenie aktywności erupcyjnej neuronów LHb, jednak działanie ketaminy nie jest interpretowane w kontekście długofalowych skutków po zastosowaniu jej w dawce niezbędnej do wywołania i podtrzymania narkozy. Moje badania wskazują, iż ketamina zastosowana w trakcie operacji stereotaktycznych może zmieniać aktywność neuronów LHb, a w połączeniu z późniejszą narkozą urethanową, zmniejszać lub nawet wyciszać spontaniczną aktywność neuronów LHb podczas rejestracji wieloelektrodowej in vivo. Wyniki przeprowadzonych badań podnoszą kwestię czy ketamina powinna być stosowana w czasie operacji stereotaktycznych poprzedzających eksperymenty, w których badana jest aktywność LHb, czy też struktur posiadających połączenia aferentne z LHb.The first objective of my research was to describe the response of dopaminergic neurons in the ventral tegmental area (VTA) to the optogenetic stimulation of lateral habenula (LHb, structure engaged in the development of depressive phenotype) neurons that are selectively innervated by the intergeniculate leaflet (IGL). Due to the existence of treatment-resistant depression, which is not responsive to standard forms of treatment, there is a need for searching for neuronal networks and substances responsible for alternative ways of treatment, such as light therapy. Recently, the evidence of a direct pathway between the IGL and the ventral lateral geniculate nucleus (vLGN) to LHb has appeared and it could potentially explain the antidepressive effect of light. In order to take a closer look at the IGL-LHb-VTA loop, I conducted extracellular recordings of electrical activity of VTA dopaminergic neurons, combined with optogenetic stimulation of either LHb or IGL neurons on adult, male, urethane anesthetized Sprague Dawley rats. Working on the selected experimental model, I was unable to observe changes in the level and pattern of electrical activity of VTA neurons, which could have been caused by such factors, as a type of used virus vectors, lack of transfection, inflammation and also the type of used anaesthesia. Therefore, I asked an additional research question – how ketamine administered during stereotaxic surgery influences the activity of LHb during following electrophysiological recordings. It has been known that ketamine has an antidepressive effect by reducing the bursting activity of LHb neurons. However, the long-lasting effect of the use of ketamine in the dose necessary to induce and sustain anaesthesia is not touched upon. My research indicates that ketamine used during stereotaxic surgeries can change the electrical activity of LHb neurons and when combined with the following urethane anaesthesia, it may lead to reduction or even silence of the spontaneous activity of LHb neurons during in vivo multielectrode array recordings. Results of the conducted research raise the question of whether ketamine should be used during stereotaxic surgeries preceding experiments where one examines the activity of LHb or structures having afferent projections with LHb