Physiological properties of mature adult-born neurons in the olfactory bulb of awake mice

Abstract

In the adult brain, new cells are added to existing neural networks throughout life (adult neurogenesis). In mammals, the continuous addition of adult-born cells (ABCs) has been observed in the olfactory bulb and hippocampus. In the olfactory bulb, these ABCs are believed to be involved in many olfactory functions, as for instance odor detection, odor discrimination, and olfactory learning. The major goal of this work was to test whether mature ABCs in awake animals have unique features that distinguish them from resident cells. Our results demonstrate that mature ABCs differ from resident cells in (1) odor-response properties, (2) modulation by K/X anesthesia, and (3) innervation by serotonergic fibers or responsiveness to activation of serotonin receptors. Larger Ca2+ signals in mature ABCs in response to odor application might be relevant in the context of activity-dependent plasticity as a basis of olfactory learning, the function suggested for mature ABCs. The observation that serotonergic inputs might innervate specifically mature ABCs indicates that mature ABCs could exert a specific function via serotonin, such as sensory gain control in dependence of the brain state of the animal.

Im adulten Gehirn werden während des gesamten Lebens neugeborene Nervenzellen in bestehende neuronale Netzwerke hinzugefügt (adulte Neurogenese). In Säugetieren wurde die kontinuierliche Einwanderung von adult-geborenen Nervenzellen in Riechkolben und Hippocampus nachgewiesen. Im Riechkolben wird angenommen, dass die adult-geborene Zellen an vielen Funktionen des Riechsystems beteiligt sind, unter anderem Geruchsdetektion, Geruchsdiskriminierung und olfaktorisches Lernen. Das Hauptziel dieser Arbeit war in wachen Tieren zu testen, ob reife adult-geborene Zellen im Riechkolben physiologische Merkmale haben, die sie von residenten Zellen unterscheiden.

Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich reife adult-geborene Zellen von residenten Zellen in (1) Duftstoff-evozierter Aktivität, (2) Modulation durch Ketamin/Xylazin-Anästhesie und in (3) serotonerger Innervierung oder ihrer Empfindlichkeit auf die Aktivierung von Serotoninrezeptoren unterscheiden. Größere Ca2+-Signale bei Duftstoffapplikation in adult-geborenen Zellen könnten mit aktivitätsabhängiger Plastizität als Grundlage für olfaktorisches Lernen im Zusammenhang stehen. Die Beobachtung, dass serotonerge Nervenfasern eventuell ausschliesslich reife adult-geborene Zellen innervieren, zeigt, dass diese eine über Serotonin vermittelte Funktion ausüben könnten, wie z. B. die Filterung von sensorischen Reizen in Abhängigkeit vom Gehirnzustand.