strukturell organisation av musen Prefrontal Cortex

trots omfattande studie finns det mycket förvirring om vad som utgör PFC. denna förvirring beror på det faktum att PFC visar enorm variation mellan arter. Denna variation gör det svårt att använda standard anatomiska kriterier såsom cytoarkitektur och anslutning, särskilt närvaron eller frånvaron av en granulär zon, för att definiera de primära komponenterna i PFC. Cytoarkitektoniska beskrivningar av musen PFC dokumenterades först av Rose (Rose, 1929). Rose delade cortex dorsal och rostral till tången större av corpus callosum i granulär och agranulär precentral cortex (regio precentralis granularis och agranularis). Medialväggen delades in i två limbiska områden: ett område infraadiata intermedia ventralis anterior och ett område infradadialis dorsalis anterior. Den ventrolaterala aspekten av frontal cortex ovanför rhinalfissuren identifierades som agranulär insulär cortex. I albino rat identifierade Krieg (1947) sex regioner inom frontal cortex och tog problem med några av Roses avgränsningar (Krieg, 1947). Han hävdade att det fanns cytoarkitektoniska skillnader som gjorde det möjligt att skilja en premotor och en frontal polär region inom Roses regio precentralis. Han delade också cortex dorsal till rhinalfissuren i två regioner. Många år senare undersökte Caviness (1975) musen neocortex och avvisade några av Kriegs underavdelning. Caviness inkluderade det mesta av frontal cortex i en enda region som han kallade fält 6 på grund av att fördelningen av celler och fibrer var ganska homogen genom musen PFC. inom frontalregionen utmärkte han en smal remsa av cortex på ryggkanten av den interhemisfäriska sprickan (fält 8), en annan smal remsa mellan frontal cortex och motor cortex (fält 4) och två laterala områden i cortex ovanför rhinalfissuren som han kallade fält 10 och 11 (Caviness, 1975). Sådana inkonsekvenser mellan neuroanatomister på avgränsningarna i frontalområdet, hos möss och andra arter, ledde till den allmänna överenskommelsen att parcellering av frontal cortex enbart baserad på cytoarkitektoniska beskrivningar var opålitlig. Hos människor och icke-mänskliga primater avslöjade retrograd celldegenerationsstudier en topografi mellan cytoarkitektoniskt distinkta delar av primatmediodorsal (MD) kärnan i thalamus och begränsade delar av den främre granulära cortexen (Akert och Hartmann-von Monakow, 1980). Det blev snart uppenbart att de stora prognoserna för MD-talamkärnorna för att separera regioner i PFC i musen och andra gnagare var ett tillförlitligt sätt att identifiera prefrontala kortikala zoner (Akert och Hartmann-von Monakow, 1980; Fuster, 2009; Krettek och Price, 1977; Leonard, 1969).

på grundval av enbart nissl – preparat skiljer sig gränserna för MD-talamkärnorna i musen inte lätt på grund av deras homogena cytoarkitektur-även om vissa försök har gjorts (Slotnick och Leonard, 1975; Caviness, Jr.och Frost, 1980). Med hjälp av anterograd-spårningsmetoder i råttan observerade Leonard (1969) att de centrala och perifera regionerna i mediodorsal talamkärnan (MD) kunde göras distinkta på grundval av deras axonala projektioner till distinkta regioner i PFC. således, i råttan, projicerar den mediala delen av MD till medialväggen i PFC som inkluderar prelimbic (PrL), infralimbic (IL) och rostral medial orbital (MO) cortex. Den centrala indelningen av MD thalamus projekterar till ventral agranular insular (AIV) cortex dorsal till rhinalfissuren. Den laterala delen av MD thalamus skickar fibrer till den främre cingulära cortexen (Cg1–Cg2) såväl som de laterala och ventrala divisionerna i orbital cortex (Groenewegen, 1988; Krettek och Price, 1977; Leonard, 1969). Även om MD-prognoserna i musen inte har kartlagts så mycket detaljerat som i råttan, verkar samma allmänna organisation vara närvarande (se Guldin et al., 1981). Viktigt är att musens prefrontala kortikala fält inte uteslutande levereras av talamfibrer från MD, men får också inmatning från den anteromediala (AM) gruppen av talamkärnor (Guldin et al., 1981) som är fallet i rat (Divac et al., 1978; Matsuda et al., 2001).

nya studier har fokuserat på immunocytokemiska tillvägagångssätt med användning av olika antikroppar för att identifiera proteiner som differentiellt uttrycks i distinkta kortikala skikt av PFC. Till exempel kan särskilda populationer av pyramidala celler identifieras med användning av en monoklonal antikropp SMI-32, som känner igen neurofilamentunderenheten H i dess icke-fosforylerade tillstånd. Mönstret för neurofilamentuttryck varierar mellan kortikala skikt, vilket gör SMI-32 till en värdefull markör för att avgränsa kortikala områden i frontal cortex. SMI – 32 uttryck har använts framgångsrikt i primater (Preuss et al., 1997), råttor (Van de Werd et al., 2008) och nyligen i vårt eget laboratorium med möss.

figur 30.1 visar avgränsningen av musfrontbarken överlagrad på sektioner färgade för Nissl-substans och för SMI-32. De agranulära insulära områdena AID och AIV visar svag färgning för SMI-32. Det laterala orbitala området (LO) fläckar mycket tätt för SMI-32 i lager II, V och VI i musen, som det gör i råttan

figur 30.1. Avgränsningar av prefrontal cortex överlagrade på koronala sektioner av en halvklotmushjärna färgade för Nissl (A och C) eller SMI-32 (B och D). (A–B) and (C–D) are located approximately 2.3 mm and 1.94 mm anterior to bregma respectively.

Abbreviations: AcbSh, nucleus accumbens shell; AID, dorsal agranular insular cortex; AIV, ventral agranular insular cortex; Cg1, dorsal cingulate cortex; DI, dysgranular insular cortex; fmi, forceps major of the corpus callosum; Fr3, frontal area 3; IL, infralimbic cortex; LO, lateral orbital cortex; M1, primary motor cortex; M2, secondary motor cortex; MO, medial orbital cortex; Pir, piriform cortex; PrL, prelimbic cortex; S1, primary somatosensory cortex; VO, ventral orbital cortex.

figur 30.2. Avgränsningar av prefrontal cortex överlagrade på horisontella delar av mushjärnan färgade för Nissl (C och D) och för acetylkolinesteras (A och B). Legend som För figur 30.1. (A-C) och (B–D) är belägna ungefär 2,36 mm respektive 2,0 mm ventral till bregma.

(Van de Werd et al., 2008). Gränsen mellan VO och LO är mycket tydlig i SMI-32-färgade sektionen; färgningen i lager III försvinner i VO och de djupa skikten är mindre tätt färgade än i LO. Återigen liknar musen råttan i detta avseende. I råtta delar vissa forskare vo: s territorium i en ventrolateral orbitalregion (VLO) till skillnad från Lo-regionen (Van de Werd et al., 2008; Reep et al., 1984). Denna skillnad är inte uppenbar i Nissl – eller SMI-32 – färgade delar av mushjärnan. I nissl-färgade sektioner skiljer sig ett mörkt grupperat lager II väl från lager III i sidodelen av VO och blir mindre distinkt medialt. Övergången är dock gradvis och det finns ingen uppenbar gräns mellan VLO och LO. I råttan finns det inte heller någon tydlig gräns i sektioner färgade för en mängd neurokemiska markörer (Paxinos et al., 1996).

på medialväggen liknar det mediala orbitalområdet (MO) VO genom att det är dåligt färgat för SMI-32, men som i råttan (Uylings och van Eden, 1990) har Nissl-färgade celler i MO layer II en tydlig kant med lager III, medan i VO blandas de två skikten. Det preliminära området (PrL) ligger dorsalt till Mo rostralt och dorsalt till infralimbic (IL) caudally. Lager II av PrL är smalare och distinkt än i MO, och fläckar mörkt med Nissl. I likhet med råttor är lager III-celler i PrL i musen åtskilda och det lättare utseendet på lager III markerar gränsen mellan MO och PrL. Den mest rostrala delen av cingulate cortex (Cg1) är dorsal till PrL. Dess djupa lager visar mer SMI-32-färgning än PrL. I nissl-färgade sektioner markeras det av skikt II som smalnar till nästan en enda rad mörkt färgade celler.acetylkolinesteras (AChE) färgning har använts för att differentiera frontala kortikala regioner. PRL-området i mushjärnan är mycket uppenbart i Värkfärgade sektioner där det sticker ut från den omgivande neuropilen. De flesta av PRL-regionen fläckar mörkare än de omgivande områdena, särskilt i lager III. dessutom finns det en distinkt frånvaro av Värkfärgning i lager II som fortsätter dorsalt in i cingulate cortex. I Cg1 fläckar lager VI måttligt mörkt med värk men graderingarna mellan skikten är inte väldefinierade. Med Nissl-fläck är lager II av Cg1 smalare än i PrL. Dessutom är cellerna i CG1 lager III mindre än i PrL. Caudal till PrL, mo krymper ventralt och IL dyker upp över den. MO och LO skiljer sig inte i värk eftersom båda fläckar mycket svaga för värk. VO är mörkare, särskilt i de djupa lagren. Den agranulära insulära cortexen präglas av måttligt tät färgning för värk i lager III och djupare. Lager 1 och 2 är bara lätt färgade.

markörer av genuttryck i frontal cortex hos den nyfödda musen avslöjar också mönster som korrelerar med underavdelningen av frontal cortex baserat på cytoarkitektur och neurokemiska markörer hos vuxna möss. Även om markörer som är specifika för vissa regioner inte har observerats direkt, kan olika kombinationer av markörer framgångsrikt definiera underavdelningar av frontal cortex. Till exempel uttrycks neurogenin 2 (Ngn2) – genen starkt i MO-regionen men förblir praktiskt taget outtryckt i IL -, PrL-och Cg1-området och längs basen av orbital cortex till den laterala gränsen för LO. Däremot uttrycks retinoid Z-receptorns (RZR Kubi) markör i sidled från Mo/VO-gränsen hela vägen runt cortex tills den bleknar i motorområde 1 (M1). Emellertid misslyckas RZR-Kubi att uttrycka i regionen som motsvarar DLO som visar selektiviteten hos dessa markörer som guider till avgränsning (Cholfin et al., 2007). Cholfin och kollegor använde totalt 8 markörer för att visa att fibroblasttillväxtfaktorn, Fgf17, spelar en roll för att reglera utvecklingen av frontal cortex. Således reduceras PrL, Cg och M1 och M2 i fgf17-null möss signifikant i storlek medan parietala regioner expanderar rostralt. Däremot utvecklas vo-regionerna normalt (Cholfin et al., 2007). Denna eleganta studie visar hur molekylärbiologisk information om musen kan användas för att belysa vår förståelse för utvecklingen av mushjärnan.