Studio sulla funzione di neuroni di proiezione cerebro-cerebellari in test comportamentali nel topo

The communication between cerebrum and cerebellum is fundamental for the correct generation of movement. In a previous unpublished study, our group demonstrated a direct connection between a subpopulation of cortico-spinal neurons (CSNs) in L5 of motor cortex and the deep cerebellar nuclei (DCN). We proofed that, as CSNs, DCN-projecting neurons innervate the pontine nucleus (PN) and we compared them with a more characterized subpopulation, the one that sends inputs to reticular formation in the brain stem (MRF). Thanks to anatomical tracing we proved that MRF- and DCN-projecting CSN subpopulations are distinct and non-overlapping. In this work, we investigate the behavioral implications of this neuronal subpopulation in head-fixed mice by means of an optogenetic approach. We used a reaching water-based task, in which head-fixed mice were trained to reach a water dispenser that they could only touch with their paw and drink a drop of water per trial. The object of our analysis was mice reaching behavior during photoactivation of DCN-projecting CSNs, which were labelled with ChR2 or Chrimson opsins, in comparison to control conditions. Performance level was calculated for the two conditions, as well as % of hit, miss and no reach trials and endpoint precision. In the end, mice were sacrificed and histological studies were carried out to check the opsins expression level.

La comunicazione tra cervello e cervelletto è fondamentale per la corretta generazione del movimento. In un precedente studio non pubblicato, il nostro gruppo ha dimostrato una connessione diretta tra una sottopopolazione di neuroni cortico-spinali (CSN) in L5 della corteccia motoria e i nuclei cerebellari profondi (DCN). Abbiamo dimostrato che, come CSN, i neuroni proiettanti ai DCN innervano PN e li abbiamo confrontati con una sottopopolazione più caratterizzata, quella che invia input alla formazione reticolare nel tronco cerebrale (MRF). Grazie al tracciato anatomico abbiamo dimostrato che le due sottopopolazioni di CSN sono distinte e non sovrapposte. In questo lavoro, indaghiamo le implicazioni comportamentali di questa sottopopolazione neuronale in topi head-fixed mediante un approccio optogenetico. Abbiamo utilizzato un task in cui topi sono stati addestrati a raggiungere un distributore d'acqua che potevano toccare solo con la zampa e a bere una goccia d'acqua per ogni prova nelle varie sessioni. L'oggetto della nostra analisi era il comportamento dei topi durante la fotoattivazione dei CSN che proiettano ai DCN, in cui sono state fatte esprimere le opsine ChR2 o Chrimson, rispetto alle condizioni di controllo. Il livello di prestazione è stato calcolato per le due condizioni, così come la % di prove di successo, la % di quelle con mancato raggiungimento del distributore e la % di quelle in cui i topi non avevano fatto nessun tentativo di bere, nonché la precisione con cui raggiungevano l'endpoint. Alla fine, i topi sono stati sacrificati e sono stati effettuati studi istologici per verificare il livello di espressione delle opsine.