Neuromodulation of cortical networks: serotoninergic control of the excitatory-inhibitory balance in rat visual cortex.
Neuromodulation des réseaux neuronaux : contrôle sérotoninergique de la balance excitation-inhibition dans le cortex visuel de rat.
Abstract
Neocortical layer 5 pyramidal neuron (L5PN) activity must be finely tuned in cortical columns to ensure the dynamic integration of sensory inputs and brain responsiveness. This is achieved through the coordinated and balanced activity of wired L5PN-targeting excitatory (E) and inhibitory (I) neurons, leading to a 20%-80% E-I balance set-point. Any deregulation of the E-I balance or of the serotoninergic system both lead to neuronal diseases including depression and schizophrenia, but how serotonin tunes the E-I balance is still unknown. In rat visual cortex, we show that endogenous 5-HT has differential modulatory effects on the E-I balance, both between 5-HT receptors subtypes (1A, 2A, 3, 4, 7) and in relation with their specific localization in the cortical column. We reveal for the first time that serotonin finely tunes the E-I balance while keeping L5PN responsiveness within a functional range. Our results shed new light on the functional segregation of 5-HTR subtypes in sensory circuits.
Le traitement de l'information sensorielle par le cortex cérébral requiert l'activation harmonieuse de micro-circuits neuronaux excitateurs et inhibiteurs interconnectés, ciblant les neurones pyramidaux de couche 5. Ces derniers élaborent les signaux de sortie corticaux et reçoivent un ratio de 20% d'excitation (E) et 80% d'inhibition (I). La dérégulation de cette balance E-I ou du système sérotoninergique conduit à des neuropathologies telles la dépression et la schizophrénie mais les interrelations entre la sérotonine et la balance E-I sont inconnues. Nous avons montré que la 5-HT endogène module la balance E-I en fonction du type de récepteur 5-HT recruté (1A, 2A, 3, 4, 7) et de sa localisation spécifique dans la colonne corticale. Ces données électrophysiologiques constituent la première évidence pour une action modulatrice fine de la sérotonine corticale sur la balance E-I et révèle la ségrégation fonctionnelle des récepteurs 5-HT dans les réseaux de neurones sensoriels.