Anatomical organization of motoneurons and interneurons in the mudpuppy (Necturus maculosus) brachial spinal cord: the neural substrate for central pattern generation

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Abstract:

The isolated brachial spinal cord of the mudpuppy is useful for studies of neural networks underlying forelimb locomotion, but information about its anatomy is scarce. We addressed this issue by combining retrograde labeling with fluorescent tracers and confocal microscopy. Remarkably, the central region of gray matter was aneural and contained only a tenuous meshwork of glial fibers and large extracellular spaces. Somata of motoneurons (MNs) and interneurons (INs), labeled retrogradely from ventral roots or axons in the ventro-lateral funiculus, respectively, were confined within a gray neuropil layer abutting the white matter borders, while their dendrites projected widely throughout the white matter. A considerable fraction of labeled INs was found contralaterally with axons crossing beneath a thick layer of ependyma surrounding the central canal. Dorsal roots (DRs) produced dense presynaptic arbors within a restricted dorsal region containing afferent terminations, within which dorsally directed MN and IN dendrites mingled with dense collections of synaptic boutons. Our data suggest that a major fraction of synaptic interactions takes place within the white matter. This study provides a detailed foundation for electrophysiological experiments aimed at elucidating the neural circuits involved in locomotor pattern generation.Key words: interneurons, motoneurons, sub-pial plexus, central pattern generator for locomotion.

La moelle épinière brachiale isolée du necture tacheté est utile pour examiner les réseaux neuronaux sous-tendant la locomotion du membre antérieur; toutefois, on possède peu d'information sur son anatomie. Nous avons abordé ce problème en combinant marquage rétrograde, traceurs fluorescents et microscopie confocale. La région centrale de la matière grise n'était pas innervée et ne contenait qu'un réseau ténu de fibres gliales et de grands espaces extracellulaires. Les corps cellulaires des motoneurones (MN) et des interneurones (IN), marqués par voie rétrograde au niveau des racines ventrales ou des axones du funiculus ventro-latéral, respectivement, étaient confinés dans des neuropiles de la matière grise avoisinant les frontières de la matière blanche, alors que leurs dendrites projetaient considérablement à travers la matière blanche. Un grand nombre d'IN marqués ont été observés du côté controlatéral aux axones croisant sous une couche dense d'épendyme entourant le canal central. Les racines dorsales (RD) ont produit des arbres présynaptiques denses dans une région dorsale limitée contenant des terminaisons afférentes dans lesquelles les dendrites des MN et des IN dirigés du côté dorsal se mêlaient à une multitude de boutons synaptiques. Nos résultats donnent à penser que la plupart des interactions synaptiques se produisent dans la matière blanche. Cette étude constitue une assise solide pour les expériences électrophysiologiques visant à identifier les circuits neuronaux participant à la génération des patrons de locomotion.Mots clés : interneurones, motoneurones, plexus sous-pial, générateur central de patrons de locomotion.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2004

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