The retinohypothalamic tract: comparison of axonal projection patterns from four major targets.

The retinohypothalamic tract is one component of the optic nerve that transmits information about environmental luminance levels through medial and lateral branches to four major terminal fields in the hypothalamus. The spatial distribution and organization of axonal projections from each of these four terminal fields were analyzed and compared systematically with the anterograde pathway tracer PHAL in rats where the terminal fields had been labeled with intravitreal injections of a different anterograde pathway tracer, CTb. First, the well-known projections of two medial retinohypothalamic tract targets (the ventrolateral suprachiasmatic nucleus and perisuprachiasmatic region) were confirmed and extended. They share qualitatively similar projections to a well-known set of brain regions thought to control circadian rhythms. Second, the projections of a third medial tract target, the ventromedial part of the anterior hypothalamic nucleus, were analyzed for the first time and shown to resemble qualitatively those from the suprachiasmatic nucleus and perisuprachiasmatic region. And third, projections from the major lateral retinohypothalamic tract target were analyzed for the first time and shown to be quite different from those associated with medial tract targets. This target is a distinct core part of the ventral zone of the anterior group of the lateral hypothalamic area that lies just dorsal to the caudal two-thirds of the supraoptic nucleus. Its axonal projections are to neural networks that control a range of specific goal-oriented behaviors (especially drinking, reproductive, and defensive) along with adaptively appropriate and complementary visceral responses and adjustments to behavioral state.

Dissecting the brain's fear system reveals the hypothalamus is critical for responding in subordinate conspecific intruders.

Effective defense against natural threats in the environment is essential for the survival of individual animals. Thus, instinctive behavioral responses accompanied by fear have evolved to protect individuals from predators and from opponents of the same species (dominant conspecifics). While it has been suggested that all perceived environmental threats trigger the same set of innately determined defensive responses, we tested the alternate hypothesis that different stimuli may evoke differentiable behaviors supported by distinct neural circuitry. The results of behavioral, neuronal immediate early gene activation, lesion, and neuroanatomical experiments indicate that the hypothalamus is necessary for full expression of defensive behavioral responses in a subordinate conspecific, that lesions of the dorsal premammillary nucleus drastically reduce behavioral measures of fear in these animals, and that essentially separate hypothalamic circuitry supports defensive responses to a predator or a dominant conspecific. It is now clear that differentiable neural circuitry underlies defensive responses to fear conditioning associated with painful stimuli, predators, and dominant conspecifics and that the hypothalamus is an essential component of the circuitry for the latter two stimuli.

The supragenual nucleus: a putative relay station for ascending vestibular signs to head direction cells.

Head direction (HD) cells located in several regions of the brain, including the postsubiculum, retrosplenial cortex, lateral dorsal thalamic nucleus, anterior dorsal thalamic nucleus, and lateral mammillary nucleus, provide a signal of the rat's momentary directional heading. Experimental evidence suggests that vestibular inputs are critical for the maintenance these cells' directional sensitivity. However, it is still unclear how vestibular information is conveyed to the HD cell-related circuitry. In a recent study, the supragenual nucleus (SG) was suggested as a putative relay of vestibular inputs to this circuitry. In the present study, using anterograde and retrograde tract-tracing methods, we first investigated whether the SG is in a position to convey vestibular inputs. Next, we examined the projections of the SG with the Phaseolus vulgaris leucoagglutinin method. Our results indicate that the SG receives direct inputs from the medial vestibular nucleus and projects to elements of the HD cell-related circuitry, providing a massive input to the contralateral dorsal tegmental nucleus and a moderately dense projection to the shell region of the lateral mammillary nucleus. Overall, the present findings serve to clarify how vestibular inputs reach the HD cell-related circuit and point out the SG as an important interface to this end.

Projections from the subfornical region of the lateral hypothalamic area.

The L-shaped anterior zone of the lateral hypothalamic area's subfornical region (LHAsfa) is delineated by a pontine nucleus incertus input. Functional evidence suggests that the subfornical region and nucleus incertus modulate foraging and defensive behaviors, although subfornical region connections are poorly understood. A high-resolution Phaseolus vulgaris-leucoagglutinin (PHAL) structural analysis is presented here of the LHAsfa neuron population's overall axonal projection pattern. The strongest LHAsfa targets are in the interbrain and cerebral hemisphere. The former include inputs to anterior hypothalamic nucleus, dorsomedial part of the ventromedial nucleus, and ventral region of the dorsal premammillary nucleus (defensive behavior control system components), and to lateral habenula and dorsal region of the dorsal premammillary nucleus (foraging behavior control system components). The latter include massive inputs to lateral and medial septal nuclei (septo-hippocampal system components), and inputs to bed nuclei of the stria terminalis posterior division related to the defensive behavior system, intercalated amygdalar nucleus (projecting to central amygdalar nucleus), and posterior part of the basomedial amygdalar nucleus. LHAsfa vertical and horizontal limb basic projection patterns are similar, although each preferentially innervates certain terminal fields. Lateral hypothalamic area regions immediately medial, lateral, and caudal to the LHAsfa each generate quite distinct projection patterns. Combined with previous evidence that major sources of LHAsfa neural inputs include the parabrachial nucleus (nociceptive information), defensive and foraging behavior system components, and the septo-hippocampal system, the present results suggest that the LHAsfa helps match adaptive behavioral responses (either defensive or foraging) to current internal motivational status and external environmental conditions.

Axonal projections from the parasubthalamic nucleus.

The parasubthalamic nucleus (PSTN) is a differentiation of the lateral hypothalamic area, characterized by a distinct population of neurons expressing beta-preprotachykinin (beta-PPT) mRNA. The axonal projections from the PSTN have been analyzed with the PHAL anterograde tract tracing method in rats. The results indicate that the cell group is distinguished by massive projections to parasympathetic preganglionic neurons in the brainstem (especially in the salivatory nuclei and dorsal motor nucleus of the vagus nerve) and to parts of the parabrachial nucleus and nucleus of the solitary tract that relay viscerosensory and gustatory information. In addition, the PSTN projects to cortical parts of the cerebral hemisphere (infralimbic, agranular insular, postpiriform transition and lateral entorhinal areas, and posterior basolateral amygdalar nucleus)-directly and also indirectly via thalamic feedback loops involving the paraventricular and mediodorsal nuclei-and to nuclear parts of the cerebral hemisphere (central amygdalar nucleus, striatal fundus, rhomboid nucleus of the bed nuclei of the stria terminalis, and substantia innominata). The PSTN is thus positioned to influence directly many cerebral hemisphere and hindbrain components of the central parasympathetic control network that is active, for example, during feeding behavior and cardiovascular regulation.

Estudo hodológico e funcional do núcleo incertus e da pars alfa da substância cinzenta central / Hodological and functional study of the nucleus incertus and the pars alfa of the Central Gray

Muito pouco se sabe acerca da hodologia e possível papel funcional do núcleo incertus (NI) e da pars alfa da substância cinzenta central (Pd). O NI é uma estrutura da linha média localizada na porção caudal da substância cinzenta pontina, composta por neurônios densamente compactados e intensamente corados. O NI parece ser contíguo com a Pa, a qual estende-se lateralmente no tegmento periventricular pontino, e que consiste de neurônios fusiformes intensamente corados. Estudos révios mostram que o NI e a Pa contém neurônios que expressam altos níveis de RNA mensageiro para o receptor do hormônio liberador de corticotrofina, e evidências funcionais sugerem que o NI e a Pa são mobilizados durante situações de estresse. Experimentos realizados em nosso laboratório, com animais mantidos num paradigma de meal-feeding, sugerem que o NI e a Pa seriam ainda mais intensamente ativados quando o animal pode antecipar uma estratégia comportamental na tentativa de escapar de uma situação estressante. Assim, no presente estudo, investigamos, através da detecção imunohistoquímica da proteína Fos, a ativação do NI e da Pa durante uma atuação de estresse agudo (natação forçada), comparando-a com uma condição de estresse semelhante, porém na qual o animal é treinado previamente a encontrar uma forma de escape (animais treinados no labirinto aquático de Morris). Os presentes resultados dão suporte ao fato de que o NI e a Pa são estruturas mobilizadas em situações de estresse e expande estes achados mostrando uma maior ativação destes núcleos nos animais treinados para escapar de uma circunstância estressante. Paralelamente investigamos as conexões do NI e da Pa, utilizando os métodos de rastreamento anterógrado da oaglutinina do Phaseolus vulgaris, e retrógrado da subunidade B da toxina colérica. Nossos resultados mostram que o NI e a Pa são inervados pelos mesmos sítios neurais, e apresentam áreas de projeção em comum, divergindo apenas no gradiente de projeções para algumas estruturas. Constatamos que NI e a Pa são substancialmente aferentados pelo córtex pré-frontal e habenula lateral e inervam de forma importante os núcleos septal medial e da banda diagonal, a área hipotalâmica lateral, a porção lateral do núcleo médio-dorsal e o núcleo ventromedial do tálamo, o núcleo mamilar lateral, os núcleos tegmental dorsal e ventral, o núcleo prepósito do hipoglosso e o complexo olivar inferior...(AU)

Estudo hodológico e funcional do núcleo incertus e da pars alfa da substância cinzenta central / Hodological and functional study of the nucleus incertus and the pars alfa of the Central Gray

Muito pouco se sabe acerca da hodologia e possível papel funcional do núcleo incertus (NI) e da pars alfa da substância cinzenta central. O NI é uma estrutura da linha média localizada na porçäo caudal da substância cinzenta pontina, composta por neurônios densamente compactados e intensamente corados. O NI parece ser contíguo com a pars alfa, a qual estende-se lateralmente no tegmento periventricular pontino, e que consiste de neurônios fusiformes intensamente corados. Estudos prévios mostram que o NI e a pars alfa contém neurônios que expressam altos níveis de RNA mensageiro para o receptor do hormônio liberador de corticotrofina, e evidências funcionais sugerem que o NI e a pars alfa säo mobilizados durante situaçöes de estresse. Experimentos realizados em nosso laboratório, com animais mantidos num paradigma de ®meal-feeding¼, sugerem que o NI e a pars alfa seriam ainda mais intensamente ativados quando o animal pode antecipar uma estratégia comportamental na tentativa de escapar de uma situaçäo estressante. Assim, no presente estudo, investigamos, através da detecçäo imunohistoquímica da proteína Fos, a ativaçäo do NI e da pars alfa durante uma situaçäo de estresse agudo (nataçäo forçada), comparando-a com uma condiçäo de estresse semelhante, porém na qual o animal é treinado previamente a encontrar uma forma de escape (animais treinados no labirinto aquático de ®Morris¼). Os presentes resultados däo suporte ao fato de que o NI e a pars alfa säo estruturas mobilizadas em situaçöes de estresse, e expande estes achados mostrando uma maior ativaçäo destes núcleos nos animais treinados para escapar de uma circunstância estressante. Paralelamente investigamos as conexöes do NI e da pars alfa, utilizando os métodos de rastreamento anterógrado da leucoaglutinina do Phaseolus vulgaris, e retrógrado da subunidade B da toxina colérica. Nossos resultados mostram que o NI e a pars alfa säo inervados pelos mesmos sítios neurais, e apresentam áreas de projeçäo em comum, divergindo apenas no gradiente de projeçöes para algumas estruturas. Constatamos que NI e pars alfa säo substancialmente aferentados pelo córtex pré-frontal e habenula lateral e inervam de forma importante os núcleos septal medial e da banda diagonal, a área hipotalâmica lateral, a porçäo lateral do núcleo médio-dorsal; e o núcleo ventromedial do tálamo, o núcleo mamilar lateral, os núcleos tegmental dorsal e ventral, o núcleo prepósito do hipoglosso e o complexo olivar...

Conexões eferentes do núcleo mesencefálico profundo: um estudo no rato pelo método da leucoaglutinina do Phaseolus vulgaris

Investiga as referências do núcleo mesencefálico profundo (DP) no rato, através do método de rastreamento anterógrado da leucoaglutinina do Phaseolus vulgaris (PHA-L) com o objetivo de explorar diferentes regiões do DP e esclarecer algumas controvérsias em relação às suas projeções eferentes e organização subnuclear. Os Ss são 32 ratos Wistar, machos e fêmeas. Coloca estereotaxicamente em diferentes regiões do DP, depósitos unilaterais de PHA-L, obtendo injeções confinadas ao DP (n=19) e injeções centradas no DP envolvendo também estruturas adjacentes (n=12). Os resultados mostram diferenças marcantes no padrão de projeção de porções específicas do DP; a porção ventral do DP projeta-se para os núcleos geniculado lateral ventral, reticular, central lateral, médio-dorsal e etmóide do tálamo, a zona incerta, o núcleo pré-tectal anterior, o colículo superior e o núcleo reticular oral da ponte; a porção dorsal do DP emite referências para os núcleos central medial, paracentral e médio-dorsal do tálamo, o colículo superior, a substância cinzenta periaquedutal, o núcleo tegmental pedúnculo-pontino e setores ventromediais de formação reticular bulbopontina. Porções mediais do DP projetam-se substancialmente para núcleos oculomotores acessórios; a porção mais dorsal do DP distingue-se por suas projeções para a formação reticular parvocelular. Os resultados apontam um caráter heterogêneo do DP fornecendo um substrato hodológico para sua participação em fenômenos de alerta, funções visuo-motoras e movimentos rítmicos da mandíbula (AU)