New User Special Price Expires in

Let's log you in.

Sign in with Facebook


Don't have a StudySoup account? Create one here!


Create a StudySoup account

Be part of our community, it's free to join!

Sign up with Facebook


Create your account
By creating an account you agree to StudySoup's terms and conditions and privacy policy

Already have a StudySoup account? Login here

Development and Dysfunction

by: Sudeep Pisipaty

Development and Dysfunction

Marketplace > New York University > Neuroscience > > Development and Dysfunction
Sudeep Pisipaty

Preview These Notes for FREE

Get a free preview of these Notes, just enter your email below.

Unlock Preview
Unlock Preview

Preview these materials now for free

Why put in your email? Get access to more of this material and other relevant free materials for your school

View Preview

About this Document

Semester Notes
Development and Dysfunction
Study Guide
development and dysfunction nyu neuroscience
50 ?




Popular in Development and Dysfunction

Popular in Neuroscience

This 39 page Study Guide was uploaded by Sudeep Pisipaty on Friday January 8, 2016. The Study Guide belongs to at New York University taught by in Fall 2016. Since its upload, it has received 33 views. For similar materials see Development and Dysfunction in Neuroscience at New York University.


Reviews for Development and Dysfunction


Report this Material


What is Karma?


Karma is the currency of StudySoup.

You can buy or earn more Karma at anytime and redeem it for class notes, study guides, flashcards, and more!

Date Created: 01/08/16
Development and Dysfunction   Prof. Dan Sanes  New York University    Notes:    Reading One: Affectional Responses in the Infant Monkey, Harlow and Zimmerman  Link between attachment of infants and their mothers, this is an affectional behavior that has been  observed. There are affectional responses that  allow for this formation of th ebond    Suggestions that visual and auditory mechanisms contribute to this bond between mother and father  Imprinting behavior giving rise to responses in the infant bird and fish    Experiments exploring the tie between an infant and its mother­ Thorpe, Vince,  Fabricus, Hess, Jaynes,  Moltz, Rosenblum ­ Measure the tie between an infant and its mother. Little or no systematic  experimental evidence of nature @ the mammalian level    On the other hand, Carpenter, nolte, Zuckerman <­ Monkeys  Kohler, Yerkes, Tomilin ­ Chimpanzees, develop strong ties to their mothers and these affetional  attachments may persist for years. Human infants develop affectional attachments between themselves  and their mothers.     Drive Reduction Theory­ theory that infant’s attachment results from the association between the mothers  face and from the alleviation of primary drive states (hunger, pain)  ^^ Can be perpetrated by the fusiform gyrus, occipital cortex, involved in facial recognition.    Instinctive actions can result in the attachment to a mother, including contact, clinging, smiling, crying  Responses and attachment to Bowlby are derived from the aforementioned actions, called theory of  component instinctual responses ­ independent of other actions.     Difficult to determine this level of attachment because animals have behavior repositories that are  different from those of most human beings. Need to measure in subhuman primates. Subhuman primates  are able to be measured in, makes it possible to make measurements because postnatal maturational rate is  slow enough to permit precise assessment of affectional variables and development    STUDY­ 3 year period prior to research program reported that 60 infant macaque monkeys were  separated from their mothers after birth and raised by a primate laboratory­ success was determined by  low mortality rate and weight gain. Monkeys showed weight gain and strong attachment to the cheese  cloth blankets, as shown by figure 1, attachment shown by the removal of the blankets which covered the  wire floor, the removal of this resulted in violent behavior. Contact responses are very importamt.  Affectional variable­ inanimate mothers used, cloth mother and wire mother     The development of affectional responses­evaluate the role of nursing of the development of affection  Infants, 4 cloth, 4 wire for at least 165 days. Comfort is critical in care, in developing affection. Nursing is  negligible, nursing between a cloth and wire mother does not determine response, but comfort plays a  larger, more important role ­ these findings are at a complete variance with the Drive Reduction Theory    Amount of time spent does not determine affectional attachment  Warmth is not important    Cloth is a more convenient test, derive and study responses under the context of fear  Fear producing stimuli were presented to the monkeys, cloth is preferred to wire, making comfort and  important variable     Differential responsiveness to time scores, time scores and importance of comfort    Lactating wire mother vs. non­lactating cloth mother­ Fig. 6 (Mean time per day spent on the respective  mothers over 165 day test period), Fig. 7 (Percentage of responses to mothers when fear producing  stimulus was introduced into the home cage)    Both types of subjects expressed responses, though the responses did not vary much between the two  when fear is presented.     Cloth mothers­ rush to mother and cling to her, then lax  Wire­ rushed away from feared object and toward mother, but did not cling     Fig. 8­ shows the mean emotionality index for test sessions of the groups  Single wire mothers have the highest emotionality scores of the groups and the infants raised with the  single cloth mother were more in the nature of simple flight responses to the fear stimulus    Wire mother were more in the nature of simple flight responses to the fear stimulus, the presence of the  mother had little effect in alleviating fear    Straight Alley test, tests responses between fearful and affectional developmental variables  Test takes place in wooden alley, one end of alley has a moveable tray where stimulus is palced    Infants are presented with 5 stimuli in 5 successive days­ stimuli included a standard cloth mother, with  head removed, a large black fear stimulus, blank tray, standard mother, yellow cloth mother, wiere  mother. Infants tested at 5, 10, 20 days in age, then again at 20 day intervals till 160    Fig. 10­ during first 80 days of testing, all groups show an increase in response to the respective mother  surrogate     Infants fed on the single wire mother, peak responses then consistent decline in time spent  Cloth mother nursing, increasing time spent as time passed  Development of response of flight from the wire mother by the group fed on the single wire mother is  contrary to a derived theory of affectional development     development of responses of cloth mother, feeding or nursing facilities in the early development of  responses to the mother but that without the factor of contact comfort, these positive responses are not  maintained     Differential responsiveness to the cloth mother of infants raised with both mothers, the reduced  emotionally of both the groups raised with cloth mothers in the home cage fear tests and the development  of approach responses in the straight alley test indicate that the cloth mother provides a haven of safety    The role of the mother as source of safety and secrit has been demonstrated experimentally for human  infants by Arsenian­   STUDY: Arsenian­   Human infants, ages 11­30 months placed in a room containing toys and other objects  Half of infants accompanied by mother or substitute mother while other half were alone    The absent mother group did not participate as much, greater emotional response to the situation  Those with mother/substitute mother participated more and showed less emotional responses    More time with mother, rapid relaxation, greater sense of safety  Mother utilized as a base of operations, leaving mother and exploring as necessary then returning to her as  a means of safety    In the absence of the mother, emotional indicies varied greatly, typical response patterns were  supplemented by rocking, crouching, sucking.     Wire mothers­ infants show lack of exploratory behaviors, highly emotional     STUDY: 1953, Butler:  Mature monkeys, enclosed in a dimly lighted box would open and reopen a door for hours on end with no  motivation other than that of looking outside the box, rhesus monkeys showed selectiviity in rate and  frequency in response to stumlu    Selectivity on the part of the monkey to measre the strength of affectional responsiveness of the babies  raised with mother surrogates in an infant version of the butler box­ conclusion: both groups raised by  cloth mothers showed equal responsiveness, on the other hand, wire mothers showed responsievness that  were of larger     Summary­ infant monkey’s attachment to an inanimate mother surrogate demonstates the overwhelming  response and idea of body contact that characterized the cloth mother. Without the factor of contact  comfort, only a weak attachment is formed. Nursing and feeding played no important roll in the  development of attachment and affection    Retention of affectional responses, infant responses, and attachment to mother over the years  In order to test the persistenceo of the responsiveness  of our mother surrogate infants, the first four infant  monkeys wit dual monkeys raised with single mothers    Affectional retention is measured by the modified butler box for the first 15 months oftesting for four of  the infants wth 2 mothers is given in Fig. 18    The effects of contact comfort versus feeding are dramatically demonstrated in this test by the monkeys  raised with the single cloth or wire mothers    Removal of mother resulted in a doubling of the frequency of response to the cloth mother and between  the responses     Infants raised on a single wire, no preference, although incomplete, the data from further retention testing  indicate that the difference between these 2 groups persists for 5 months    Cloth affectionate responses.     Lecture One: Class Notes­    Development and Dysfunction    Perform journal club as professor does it    Start Lecture→    non emotional cost of neural disorders, nervous system disorders in particular, estmated that about 50  million people have some sort of diagnosed neurological disorder, of those, they have onset during  adolescence or earlier. Controlled and differentiated over time. Non emotional cost equate to costs in  dollars.     Traumatic brain injury is a huge number of disorders in the country, the single smallest money is  delegated to traumatic brain injury. 10 billion, cerebral palsy birth defect. ADHD is a huge problem, 5.4  million, growing, depend on diagnostic abilities     Schizo­ 2 million people, emerges during late adolescence  Autism spectrum disorders, 3 million people, 35 million and growing    Hearing loss, 32 million, ultimately socially isolated, has been perspectively associated with dimentiia  and alzheimer's    Coats 267 billion, we spend 8 billion on care  What is the potential impact of basic research? Animal model of disorder, complicated cognitive disorders  are not studied directly. Something that bears a reasonable association, we will try to evaluate impact over  time.     Normal development of the nervous system: How does system develop, recognize where neurons are  broken, recognize cell birth and differentiation process    Behavioral development of nervous system, interested in the underlying mechanism of phenotype,  behavior. Lay out the development of the phenotype, sensory perceptual skill behavior    The auditory system­ and learning skills. Talk about learning skills related to the auditory system. At the  end, speak about language learning, auditory based language learning skills.    Perceptual skills emerge asynchronously­ a single kind of functional explanation. single mechanism  cannot explain the auditory process. Explain the phenotype of behavior. Human hearing behaves  prenataly­     An ultrasound placed over the womb of a pregnant mother, the babies face is monitored and the eyelids  are moved, we blink our eyes naturally.    Part of our startle response is an eye blink. Take an Ultrasonic monitor and postion such that baby is  visualized. Present a loud tone at the surface of the belly @ 100 dB, go looking for sound evoked eye  blink response.     Eye blink response correlating with sound blink. Around 27 weeks of gestation is when we begin to hear.  Suggests that we develop a preference for our mothers voice over other female voices. We are able to do  this because we do monitor sound @ 27 weeks of gestation.     Hearing is relatively new. We hear early on, maturation progressed. This requires asking infants questions  after birth. Measuring perception in infants:    Experiment to test perception:   the mother brings infant in, the infant is held by the mother, the baby won’t be anxious, will be able to  focus on the task, bring baby when mother reports, there is an assistant that sits and tries to focus baby’s  attention on some kind of object    Assistant and mother wear earphones, don’t know when sound is presented, The only thing that the infant  can respond to is something other than people baby can only respond to test sound.     Measuring perception in infants, observer knows when a trial occurs. Observer makes a judgement, can  use any aspect to make that judgement, the observer is the one that answers the question of whether the  baby heard the response or not, a reward paradigm is used such that when a target sign is used, if a  positive response is made, infant gets a reward, stimulus that gets them excited.     Hearing develops over time, at birth we are not that sensitive, we plot frequency vs. threshold.   Threshold presented in dB SPL ­ 30dB is whisper, 50 is conversational    3 months after birth, babies begin to interact. 20­30 decibel worse than normal  For conversation, ability to detect conversation varies. We are still at about 10­20 dB worse   Cognitive effect and not a sensory effect:    Sensitivity declines­    Speech recognition/Gap Detection­   Ba, vowel  Pa, hard explosive voice     Decreasing the duration of the gap, the synchronous development of sound of pa and ba together     Maturation of Gap Detection­     We would hear 5 ms gap detection as an adult whereas kids cannot detect beyond 60 ms gap    Maturation of duration discrimination­  Report after long period of training, perceptual learning  4 year old, we cannot hear below 400 ms, much worse than you are later down the line. At 6 years, much  worse than you are later. By 18 years, 20 ms difference is one that you can hear    We are past infancy, young childhood time. Very conversant, great learners however sound  discrimination is hard    Minimum audible angle­ we can measure the minimum angle of discrimination, sound is presented at 0,  second sound presented at 1 degree    At 4 months, 4 month old infants can do 20 degrees, they would have a hard time identifying a source in  an environment with many individuals     Development is prolonged and asynchronous­   adolescent period, we reach maturation at broad ranges of time. Detect modulations of amplitude around  12 years of age, if we try to find out if other species are the same    unfortunately the data isn’t there, we are looking at the development of the phenotype involved.   We often don’t have a phenotype that relates to a gene, when we are looking at models of disorders, same  problem arises­ normal vs. abnormal behavior phenotype is important to understand the underlying cause  between the species.  Find relatively the same type of phenotype, each behavior develops at diff times  Intersubject variability depends on the percept, large differences depend on sound amplitude      Animals also develop attentional and cognitive capabilities. Probe signal studies, occasionally present  other stimuli, we and all animals develop expectations. Expectation, gorilla walking behind the  expectation.    Present a bunch of tones, grey ones present a bunch of tones, other ones present less tones. Do we hear the  unexpected tones? We need to be shown data where different tone frequencies are presented to an adult  and an infant, we are able to plot adults vs. infants.     Point on top is heard. Good on top bad on bottom.  Stimli presented other than a thousand hertz, they were presented in other ways. 75% of the trial was 1000  hz presented. Adults, 1000Hz, they were great as adults. As frequencies were further away from expected  frequency, the adults didnt hear it, they stopped hearing it because an expectation  Infants are better than adults, they can answer the tones of whether they heard, infants have an immature  expectation system hence they don’t disciminate.     Adults develop expectations over time. Non­sensory mechanism develops and explains some effects that  are shown     Learning skills emerge asynchronously:    Filial imprinting­ acquisition of behavioral characteristics from parent  Early form of learning, where the youngest learns best. Lorenz with greylag geese, they would imprint  and begin the follow the first thing they see. Geeselings follow Lorenz, get support from them    What is learned during imprinting? Gottlieb:  Figure out what young animals learn and how they learn it­    How animals are reared vs. tested.  Duckling reared by 4 duck calls, follows mother. When exposed to the maternal calls, or the sound of the  mother, the animal walks toward the maternal call. Maternal auditory call imprinted. Auditory and visual  imprinting.    Animal chooses auditory stimulus. How do animals choose it naturally? Sounds that they make keep them  together. When making vocalizations­ huddled together and warm, remove mother from the occasion     Later on they are challenged with the maternal call when only exposed to sibling call earlier. Only learn  call from siblings and mother     Devocalized models and chicks, present an unnatural rate of quacking, 2 notes per second, challenge with  2 ducklings, between maternal and manipulated call     Failure to learn a natural call. Animal prepared to learn some aspects of the natural call of the  environment    Animal developed an environment where duckling is raised, just a model of a peer, looked like a natural  peer, provide a social stimulus     Chicken maternal call and duck maternal call, found that even though animals are prepared to observe one  stimulus, the more complicated social interaction stimulus, never learned. The animal is ready to learn  stimulus early on when very young, therefore learning is optimal when young    Development of Associative learning: experimental paradigms designed by research scientists, animal  cannot learn in     Does not speak about natural learning. Tasks are not really the things that we learn in a natural setting    Associative learning US with CS aka a shock and a tone paired  Animal learns that tone produces a shock    Animal and rodents, rodent development: eyes open in rats 10­12 days in age, ears open a little later,  animals move around and develop strong motor skills within the first 3 weeks at the age at which they are  tested. They are still being cared for by their mother. The idea is that the animal is tested with the tone  alone, looking for freezing behavior in the animal.     CS tone, low, animals are responding to the tone  MOving around and ignoring the tone  If tone and shock are associated, animals can learn just fine    We increase the duration of time between the tone and the shock. Bad stimulus that comes with shock    Development of object recognition­ delayed non­match to sample  The idea is that animals are placed in training environment, given 3 choices, one of the choices has an  object over it, animal lifts the object off, there is a bait    Animal has to learn that new object sits above the bait  Set of animals at different shows the development of learning. The non­match is where food is  3 month old animal takes a couple of months for near asymptotic performance  The learning process takes years to reach adult like state    Perceptual learning, adolescents don’t learn, adults have subpar pretest, and afterwards, the adults show  demonstrative learning   Development is prolonged and asynchronous­  Perceptual learning takes the longest of all, def by 18 years of age. Want to give 2 caveats:  1) we are all different, genetic make up is different  2) different testing conditions vary      Genetic background and learning­ we will get mice strains, inbred mice with different genes from animal  to animal. Different overall genome from individual to individual ­ train DBA/2J mice on pairing over  time, look at percent freezing, freezing occurs at almost 80%    We takeaway the shock and test it against a tone, we learn that a tone predicts a shock, we learn that tone  no longer predicts a shock.    Strain learning and extinction­ 129S1 extinction, no extinction, the learning is done just fine, no extincion     Genetic background makes a huge difference and variance   Slide 34, Lecture 1 IMPORTANT    Common strains of mice are important, genetic makeup of animal model of disorder    Slide 35 presents constraints, measure ethanol consumption  Laboratory environments were identical, use a mouse strain, ethanol consumed and look at three testing  locations    Amount of ethanol consumed­consistency between edmonton and albany, same strain drank less alc in  portland    Look at fetal alcohol system, the results would vary, we expect variation in the experiments     Learning to Communicate:  JOURNAL CLUB PRESENTATION:    Affectional Responses in the Infant Monkey  NYU CLASSES JOURNAL CLUB PRESENTATION­    The emotional attachment between the young and the mother, parenthetically:  How does the attachment between infant and mother aris?    Is parental affection beneficial?  For example, the psychologist, John Watson wrote an influential book that cautioned against providing  too much love and affection to children­     General theory­ conditioned and unconditioned stimulus, associate the mothers characteristics with  something you need to live, if the thing gave you food, water and comfort, the other theory stressed more  innate mechanisms and imprinting­    What is the experimental approach? House neonatal monkeys with their prototypic mothers. One is a wire  mesh and the other is a wire mesh as a substrate but is covered with a terry cloth, both equipped with  bottle holders.     Baby monkey likes the terry cloth  Why non­human primates? What about the question requires us to look at non­human primates     Common lab animals have behavorial repertoires very different than human beings,   Responses of non­human primtes, non human primates born in a state performing behvaiors right from  the start that can be monitored.     Is the separation process detrimental to the infant’s health?  Low mortality and weight gain    The animal can only get nutrients from the mother, what might we measure? Look at if there is an  effective relationship    What are the key results­  Feeding is not sufficient to induce time spent clinging­ graph:  Feeding is not sufficient to induce time spent clinging→  Does not matter whether animal fed got nutrients from either mother. The dashed lines are time spent with  wire mother. No matter where nutrients are derived from, this tells us that feeding does not induce  attachment, feeding does not induce attachment     Feat stimulus­ feeding affectional response, animal moving     Move more towards cloth other after fear stimulus     Going to mother only for food is a certainty process    Reading Two: In utero fate mapping reveals distinct migratory pathways and fates of neurons  born in the mammalian basal forebrain    Studies have indicated that neurons born in the developing basal forebrain migrate long distances  perpendicularly to the radial glia, many of these cells reach the developing neurocortex    We have mapped the pathways of migration and the final destinations of these neurons in the postnatal  brain. These pathways are not all understood. Using ultrasound­guided transplantation in utero, we have  mapped the pathways and fates of cells born in lateral and medial ganlgionic eminences (LGE and MGE)  in mouse embryos    LGE and MGE cells migrate along different routes to populate distinct regions of the developing braain  LGE­ migration ventrally and anteriorly­ give rise to Medium sping neurons in the stratum, nucleus  accumbens and the olfatory tuberle and to granule and periglomerular cells in the olfactor bulb  MGE­ major source of neurons migrating dorsally and invading the neocortex, MGE cells migrate inot  the neocrotex via the neocortical subventricular zone and diffrentiate into the transient subpial granule  neurons in the marginal zone and into a stable population of GABA, parvalbumin or somatostatin  expressing internurons throughout the cortical plate    Cell migration is an important determinant of brain structure­cells termianlly diffrentiate and  integrate into the brain circuitry    Two separate populations of neurons participate in corticogenesis, one population consists of  radially migrating neurons which are born in the neocortical ventraicular zone and give rise to  pyramidal neurons of the neocortex. The second population of neurons involves neurons born in  the ganglionic eminences that migrate tangentially into the neocortex and probably into the  cortical nonpyramidal neurons     MGE­ Medial ganglionic eminence  LGE­ Lateral ganglionic eminence     Initial studies noted that LGE as the principle source of tangentially migrating neurons,  however  it became apparent that a large part of these neurons originate in the MGE    LGE and MGE cell migration tells of strikingly different behaviors  MGE­ heavy migration invitro  LGE­ migrate less extensively in cultures and are unable to disperse into the adult brain    show that homotopically and homochronically grafted 13.5­day­old MGE and LGE cells migrate  along distinct routes and give rise to different types of neurons in the embryonic forebrain. We  also show that, at the age studied, the MGE is the principal source of tangentially migrating  neurons destined for the developing neocortex.    Materials and Methods­    Donor Cell Preparation;  Ventricular and subventricular zones from ganglionic eminences were dissected from 5­15 E13.5  mouse embryos as described previously  Transplantation in utero:  High density cell suspension (~800,000 cells/µl) was front­loaded into beveled glass  micropipettes (~50 µm diameter) that were prefilled with mineral oil and mounted on a  microinjector (modified version of Narishige). Cells were allowed to settle inside the pipette and  the excess cell­free medium was expelled. The recipient pregnant mice (E13.5) were  anesthetized, uterine horns were exposed through an intraperitoneal incision and animals were  mounted under the biomicroscope as described previously (Liu et al., 1998; Olsson et al., 1997).  The tip of the micropipette was inserted into the LGE or MGE under real­time ultrasound  guidance and 10­20 nl of cell suspension was injected. The position of the embryo and the path  of the micropipette insertion was recorded for each embryo. Embryos in which we detected  extensive cell leakage to the lateral ventricle (either detected at the time of transplantation by the  ultrasound microscope or identified in processed brains as deposits of labeled cells within the  choroid plexus and in periventricular regions) were excluded from the subsequent analysis.    Cell Migration analysis:  Transplanted cells were collected at 1, 2, 4 days after transplantation or as 3 week and 4 month  animals     Immunohistochemistry used for visualization    Results of experiments:  Ultrasound guided transplantation­  In order to study the migration and fate of MGE and LGE cells directly in the embryonic brain  we used a recently developed technique of ultrasound guided microtransplantation    We decided to perform our experiments on E13.5 animals – when the MGE is well developed  but still separated from the LGE. To capture the timecourse of MGE cell migration, we analyzed  transplanted embryos at 1, 2 and 4 days after transplantation. Final distribution of transplanted  MGE and LGE cells was analyzed in 3­week­old postnatal animals and the long term survival of  MGE­derived cells was analyzed in 4­month­old animals. In order to prevent leakage of grafted  cells into the ventricular system,     MGE cells migrate via the subventricular zone to the neocortex:    The speed of MGE cell migration inferred from the position of labeled cells at days 1 and 2 after  transplantation is remarkable. Many labeled cells were found as far as the border between the  neocortex and hippocampus (Fig. 1E) 2 days after transplantation (i.e. >2 mm away from the site  of transplantation). These cells had to move with speeds of >80 µm/hour, which is similar to the  speed of homotypic, gliaindependent neuronal migration in vitro.  MGE cells disperse throughout the developing talencephalon:    Most of the migrating cells (~85%) were found in the neocortex (Fig. 1G, Table 1). In contrast to  the 2 day survival, many labeled cells were concentrated superficially in the marginal layer of the  neocortex (~60% of labeled cells in neocortex) at this timepoint (Fig. 1G­I). Two days after  transplantation, the density of labeled cells in the neocortical subventricular zone was approx.  three times higher than in the marginal zone (Fig. 2E). By contrast, the density of labeled cells in  the marginal zone 4 days after transplantation was approx. six times higher than in the  subventricular zone (Fig. 2E). These results indicate that subsequent to the initial phase of  tangential migration through the SVZ, MGE derived neurons move radially into the cortical plate  and marginal zone, where they may further disperse tangentially and differentiate. Although  most MGE cells migrated into the neocortex, some labeled cells were observed within the  developing hippocampus, piriform cortex, anterior olfactory nucleus, striatum, globus pallidus  and amygdala 4 days after transplantation (Table 1). At this survival time, graft­derived cells had  started to extend multiple processes from cell bodies, suggesting that the MGE cells had started  to differentiate. In contrast to the basal ganglia, where MGE cells extended longer processes,  labeled cells within the marginal zone of neocortex extended only multiple short processes (Fig.  2D). Morphologically immature labeled cells with migratory (bipolar) shape were found  primarily in the neocortical SVZ and cortical plate. No labeled cells were found in the  contralateral hemisphere. Migration of MGE cells was directional and selective, as they did not  disperse into the neighboring hypothalamus, thalamus, septum or olfactory bulb (Fig. 1G,I).    MGE cells differentiate into subpial granule neurons in the marginal zone:  phenotype of MGE and LGE­derived neurons, we transplanted genetically labeled cells  constitutively expressing human placental alkaline phosphatase (hPLAP) (DePrimo et al., 1996).  In our previous studies, we have shown that at least 30% of MGE cells grafted into the adult  brain differentiate into GABAergic neurons (Wichterle et al., 1999). It has been also shown that  some MGE cells migrating to the neocortex in embryonic brain slices express the CR­50 antigen,  which would suggest that they differentiate into Cajal­Retzius cells    MGE­derived cells persist in the neocortex into adulthood Neurons in the marginal zone are  believed to undergo apoptosis early in the postnatal period     While the highest density of MGE­derived cells was observed in the neocortex, some MGE cells  were also detected in the anterior olfactory nucleus, piriform cortex, striatum, lateral globus  pallidus     MGE neurons differentiating in the CA1 field of the hippocampus had a typical morphology of  hippocampal basket cells (large cell bodies and characteristic aspiny projections) (Fig. 4G). Cells  in the lateral globus pallidus were medium size neurons with only few projections    Labeled LGE cells grafted back into the embryonic LGE dispersed within the basal forebrain    LGE cells grafted into the MGE do not adopt MGE migratory properties It has been suggested that some  embryonic neural cells can adopt different phenotypes depending on their location in the developing brain     test whether LGE cells could behave as MGE cells and migrate to the neocortex, we transplanted LGE  cells heterotopically into the MGE    LGE cells differentiate into medium spiny neurons and olfactory bulb interneurons To study the  long­term fate of LGE cells, we grafted transgenic hPLAP­expressing LGE cells into the LGE of  wild­type embryos. The final fate of LGE cells was studied in 3­weekold animals (n=2). Similarly, as at 4  days after transplantation, only very few graft­derived cells were found in the neocortex (Fig. 7A). The  majority of LGE­derived cells differentiated within the striatum, olfactory tubercle and nucleus  accumbens into medium spiny neurons (Fig. 7B). Although within the striatum and nucleus accumbens  these cells were multipolar, within the olfactory tubercle they had bi­tufted shape with dendritic processes  reaching the ventral surface of the brain    While most of the LGE cells differentiated into spiny neurons in striatum, nucleus accumbens and  olfactory tubercle or interneurons in the olfactory bulb, few LGE­derived cells migrated into the  neocortex. These neurons were aspiny or sparsely spiny (Fig. 7D) and they did not express DARPP­32  (data not shown). Interestingly, we found that several of these neurons were immunoreactive for  parvalbumin (Fig. 5F), suggesting that LGE cells migrating to the neocortex are biochemically and  morphologically similar to the MGE cells. These cells could correspond to MGE cells passing through the  LGE at the time of dissection.     We provide direct in vivo evidence indicating that the embryonic MGE is the principal source of neurons  migrating    This indicates that LGE cells migrating rostrally to the olfactory bulb and LGE cells migrating dorsally to  the neocortex belong to separate lineages. It remains to be determined if the dorsally migrating cells are  derived locally from the LGE ventricular zone cells, or whether they originate outside the LGE and only  at later embryonic stages infiltrate this region.     The medial and lateral ganglionic eminences do not develop simultaneously. The MGE develops earlier  and faster than other parts of the forebrain. Between days E11 and E14, the MGE forms the most  conspicuous protuberance in the forebrain vesicle. Later it appears that the growth of the MGE is  diminished, and between days E15 and E16 the MGE fuses with the growing LGE. We have shown in  vivo that E13.5 MGE cells migrate away from the MGE into the developing neocortex, where they  differentiate into cortical interneurons. Although we have observed multiple morphologically and  biochemically distinct types of cortical interneurons derived from MGE grafts, it remains to be addressed  whether all cortical interneurons are generated outside the neocortex.    LGE cells contribute mainly to the dorsal and ventral striatum     Because both the LGE and MGE cells migrate through the same regions within the LGE, but then their  migration diverges to distinct target areas, the two neuronal populations must use different guidance  systems. It has been proposed that LGE cell migration is guided by a chemorepulsive factor Slit1 secreted  from the ventricular zone of the LGE    In summary, we have shown directly in living E13.5 mouse embryos that the medial ganglionic eminence  is the principal germinal region giving rise to neurons that migrate tangentially into the neocortex where  they differentiate into several types of cortical interneurons. Cells from the lateral ganglionic eminence at  this age did not migrate to the neocortex, but differentiated into striatal medium spiny projecting neurons,  or migrated ventrally into the olfactory tubercle, nucleus accumbens and olfactory bulb. It remains to be  addressed what mechanisms underlie the differences in the migratory behavior of these two cell  populations and whether their migratory properties change during the embryonic development. The  ultrasound guided transplantation proves to be a powerful technique to study cell migration in vivo and in  the future it should facilitate more extensive fate mapping analysis of the developing mammalian embryo.  Hopefully, it will help to elucidate the complex migratory pathways of cells born in other parts of the  nervous system or in other embryonic tissues in a similar way to the way in which it aided our study of  cell migration during the formation of mammalian forebrain.    Lecture 2:    Neural development, neurogenesis, CNS development  Neurulation­ process by which a neural tube develops­ process in humans occurs early on in first couple  of weeks, after cell is born, they are progenerative cells, they begin to divide like mad, gradually create all  neurons in original form and that happens during first few post natal months, there is a prolonged period  of migration and outgrowth­ process generating dendrities and axons    Cortical motor neurons from cortex to spinal cord, very long trajectory, they determine where to go based  on local cues all the way    Apoptosis­ naturally occuring cell death, majority of cells being born die, the proliferating cell zone has  lots of progenerators born and they need to die, natural process called apoptosis to prevent over creation  of cells    Period of synapse formation­ synaptogenesis and refinement, axons can make a synapse as soon as they  get to their target, there is a long period of time, begins process    Myleination occurs into early 20s    The aforementioned refers to humans    Now rats:  Before birth, the time is in days, after birth the time is in days.     Neurulation occurs prenatally, as does proliferation, it extends. the process of proliferation begins early  and extends     animals are born in more immature state so migration and outgrown extends  apoptosis also extends  synaptogenesis and refinement­ occurs prenatally, refinement extends out until adulthood, this is seen in  visual cortex    Bear in mind that the entire process is shrunk in time when looking at humans vs. rodents  Human disorders vs. animal model of development, largely occurring prenatally    How does the nervous system form?    The frog: the formation of the nervous system, the structure when the egg is fertilized  Some of them involvute and enter the gastrula, leads to enrogeneic region, cells that involute, the cells in  blue induce or allow teh overlying cells    topological change in embryo spreads   neural plate, the neural tube forms, neural plate, the neural system forms from the neural plate  from this the entire nervous system forms     Bunch of cells create the nervous sytem    Where are nerve cells born?    Cells divide at the ventricular zone, controlling cell proliferation, migration of the cells in the CNS  Principles allow you to read tohe    49­66: Chapter 3    The ventricular zone, neural tube from a single layer of cells, the inside of the neural tube is the ventrical,  topoplogical morphology    CNNS of chicken    Pial surface­ layer of cells after neural tube has formed, at this stage almost all cells contact all surfaces,  they are called progenetors    Discovered more than a century ago, famous neuroanatomist, neural developement and structure, mitotic  spindles discovered, ventricular cells have the mitotic spindles, cell division initalyl occurs at the  ventricular surface    Cajal and Wilhelm discovered neurogenesis  Turns out that the cells that are a progenetors tarvel and forth while it goes through the process,     Synthesis occurs at the pial surface and travel back down the ventricular surface, cell nuclei creating a  large number of progenetors    Walking through process after initial process of progenetors  Neural tube, pial surface on top    Cortex neurogenesis­ neuroepithelial cells, pre­neurogenesis, then decision is madet to diffrentiate and  become a neuron, cell is born, will migrate a small distance, cell that is left behind can become another  neuron, a glial cell or remain a progenitor    It can beome a radial glia cell, during next stage, we have a thick structure  Creating offspring    When system is fully mature, the cortical layers in a photomocrophragh, layers 1­6    Subventricular zone, remains through adulthood    cells produced in rodents and humans­ subventricular zone    System creates cortical neurons in cortical layers  Subventricular zone is important during early development    How do we regulate the total number of cells  Common mechanisms    Delta notch signaling system and neurogenesis, mammalian proneural genes like neurogenin  control notch ligand delta expression    generated mutation created cells that all became one structure    Notch and delta signaling system when signaling, they are signaling such that they act through an  intermediary such that we depress the synthesis of neurogenin, recruit a bunch of protein, generates  neurons  Signaling spreads across the system    Greater proneural gene expression, leads to more delta  one cell will express more    Neurogenin suppressed by neighboring cells  The green neighbor expresses less delta, and therefore the green cell cannot activate notch, then it cannot  suppress Ngn and when Ngn is activated, the amount of delta produced is activated more, which activates  notch and leads to progenitor activation, because neurogenein is recruting a lot of neuro specific proteins,  it is now on the path to become antoehr path of a neuron    Delta­Notch operates in the CNS to cause cells to remain in a progenitor state, signaling a cell that has  jsut divided through notch to suppress neurogenin    simple and most basic story  extrinsic factors that come into play, cells adopting a neuron fate or gial cell fate  Proneural transcription factors, soluble factors in the environment of cells    Soluble factors, activate proneural genes suppress neighbors, become neurons delta notch activated,  decreaes the production of pro neural transcription factors, remain in proglia or progenitor state    Mitogens can bias differentiation   There are a number of extrinsic soluble factors    EGF, CNTF   How long does this go on    Mitotic cycle, critical in developing cells  Round of DNA synthesis, entering second gap stage, entering progenitors, one control point along    activate proliferation  Gap1­ transcription factors recruit the synthesis of DNA, E2F and cyclin E, cyclin dependent kinase 2  Cyclin protein, kinase phosphorylates protein    Biding of protein to kinase to actiave protein  Suppresed pathway by retinoblastoma and p27, they inhibit proliferation, prevent transiption factor and  CDK2 from operation    Phosphorylation, release the pricess of mitosis by cyclin D and CDK4/6, promote proliferation  Mitogens, fibroblast growth factor, causes cells to mitose    Labeling mitotically active neural progenitors­ radioactive tagging and labeling, you can find out which  cells were labeled in the synthesis phase during injection  Pulse Chase, to label cells, pulse in a lot of the label, cells are going to keep dividing, more and more  thymidine will be in    follow cells in synthesis phase at one time in development, pulse in a lot of and track  Pulse chase experiment allows us to find all cells in synthesis    Bromodeoxyuridine ­ immunocytochemistry → antibody cell tagging     Post mitotic cells in synthesis phase the moment that they were injected    Mitogens and controlling cell proliferation  In vitro culture of cortical progenitors, place in culture dish, FGF promotes division  which cells were in S phase when synthsis went in, stain for BrdU    p27 deletion enhances proliferation in cortex, from superficial layer to the deep layers down to the white  matter    Genetically enginerring the mouse such that no p27, we create a thicker cortex, greater number of neurons  later on  Conversely, overexpression of p27, end up with many fewer cells, shrunken cortex     Cyclin D appears when neurogenesis occurs    The cerebellum is a very interesting structure, 2 proliferative populations, cerebellum neurogenesis, cells  born in ventricular zone, migrate up and fill out cerebellum, group of cells begin on the lateral edge and  they crawl along the surface of the neural tube and proliferate on the outside of the pial surface, migrate  from the pial surface into the migration system    EGL­ external granule cell layer  does CDK expression develop with cells dividing     Anatomical image of EGL stained for CyclinD, present in the right place when greatest amount of  proliferation occurring    Cells expressing cyclinD expressesing BrdU    Zooming in on the folia of the granualar cell layer, in a control animal,genetically engineered to decreas  CD1, less BrdU expressed in the cerebellum, fewer dividing cells     Migration of neural crest cells:  neural crest cells come out of the dorsal part of the neural tube   Migrate on the outside of somites    Neural crest forms at the tub closes  Migration of neural crest cells, watch how neural crest cells migrate    Differentiation of neural crest cells  individual cell has the capacity to proliferate all diff types of neurons    Neuregulins:  an Epidermal Growth Factor family of protooncogene ligands   and erb (a family of EGF receptor tyrosine kinases) receptors regulate migration    Remove erb2 which is require for migration, erb2 removed, not as much migraton in the bottom most  structures    Neuregulin expressed in migratory pathway  very special singal shown to show migration along the pathway    Thymidine in a pregnant female, obtain tissue and inject at E11 which is birth, then E13, then E15  E11 means embryonic day 11    Process for H autoradiograpy, cells that took it up at 11, near the ventricle, at 13, no longer near the  ventricle and then at e15, they are at the outside    Migration along the radial glia­ create regional drawings, the green cell is a migrating neuron  each of these little hemi circles, it is an EM section    Interpretation, neurons recently born through diffrentiated through neural glia, climb and get to next area    Membrane stretches    Ventricular to Pial surface movement     Neuregulin and erbB regulate cerebellar migration­  in cerebellum, ngn is in external granule cell layer, migrates down into cerebellum, as the cells migrate  the staining follows them    Stain the same tissue for erbB, erbB is expressed in radial glial cellls  erbB4 during the early post natal time period    In this case, granule cells induce radial glial cells to turn into railway tracks, culturing unstimulated glial  cells, expose them to neurons and neuregulin      Gr cells induce radial morphology    Granule cells trigger radial glia, predict granule cells to move along it     Neurons are stuck in place, without neuron erbB neuregulin present, cannot permit cells to move along  them     PAPER: ​ In utero fate mapping reveals distinct migratory pathways and fates of  neurons born in the mammalian basal forebrain     Ganglionic eminences:  MGE and LGE    We can see half a hemisphere, we can se that the LGn lines the ventricle, the MGE is close to the  ventricle. Researches are interested in these 2 brain regions    Where do the 2 MGE and LGE end up?  Ultrasound guided transplantation allows us to see, remove MGE and LGE samples and label them. These  are our extracts, mark them and place them into an embryo, a location of where the MGE and LGE are,  day 13    Cross section of pregnant mom, remove embryonic sac and take micropipette  guide it into place where its supposed to be in development     Looking at developing brains after transplantation:  use immunocytochemistry or immunohistochemistry  look for stained cells, place a marker on it, use an antibody on it later on.  Co stain these cells to see what type of cells they are    MGE eclls migrate tangentially to the neocortex, the marker shows where pipette has been inserted, they  havent gone very far from implantation, few cells have migrated after one day  after 2 days, migration into the neocortex, high density in subventricular zone       MGE cells migrate tangentially    Further characterization of the MGE migrating cells  MGE cells are stained in green and GABA labled in RED, MGE cells migrate into the cortex and express  GABA, they do not express CR­50, a marker for Reelin    MGE cells become cortical interneurons   Overlapping cells, bouquet cells, aspiny cells, explain the rest cells,  MGE cells have  a large amount of morphology    LGE neurons remain in developing in the basal forebrain  High density of LGE in straitum, none in the neocortex  LGE cells do not adopt MGE migration pattern even when transpanted into MGE    Look at typical cell type, MGE cells in the neocortex, stain for parvalbumin and somatostatin  MGE neurons found in neocortex, interneurons     DARP32­ medium spiny nuerons, none, tangential migration to neocortex  97% are positive for DARP32 striatum ­ LGE    MGE cells migrate tangentially to neocortex and become interneurons  LGE cells become medium spiny neurons and go to the dorsal and ventral straitum     Interneurons crossing molecular boundaries, because of molecular draw    MGE cells are GABAergic    Lecture 3:    fMRI studies look at human anatomy, that putatively go from one place ot another,  Time course of neural development, growth cones and neural outgrowth    What are growth cones, how do they move? Do growth cones respond to an environment?  Growth cone gets all its information from the region that it is growing on    Requires contact between neuron and substrate:  adhesion molecules, makes a growth cone stick in one place and not elsewhere, follow path it needs to  adhere     Do soluble factors provide directional cues?   Growth cones were discovered 125 years ago by ramon e cajal, golgi stain of chick spinal cord, golgi  stain, silver stain.     impregnate and fill entire neurons  we do not understand why, we don’t care  we can follow the axon from one all the way down to the bottom, camilla golgi technique  axonal enlargements, growth cones, large and tiny filapodia that stuck out from them    functional thing that pushses out of the way  recognize things from growing processes  both he and camilla golgi won structures and prizes, discovered half the principles we understand, one of  the general problems is that we don’t know how it got to be that way    Ross Harrison, looking ay embryonic tissues in tissue culture  explant placed in lympg from animal, look directly down into tissue  Embryonic nerve fibers in tissue culture growth cone recognized years later    all things have enlarged ending  red arrow points to same non neuronal cell    General characterisitics of the growth cone, general structures are thin long structures  lamellipodia nd fillipodia come out of lamellipodia    Dendrites do not grow  Intervals between fast and slow movement   lamelopodia nd filipodia, extension and retraction and growth, actin monomers are added at the tip of the  filipodia    myosin molecules ratchet in and pull in the actin  2 fundamental sets, microtubules, actin is very dynamic, growing and retracting  there is a special growth come, from sea snail aplysia, DIC    lamelopodia like, densities of actin cables, when he was at yale. growth cone 10 times larger than typical  growth cone, explore molecular detail. this apart is stained with actin. the axonal lamelopodia is stained    stain green and red, actin and microtubuules  growth cone isnt moving, substrate is making it move forward, filipodia stop retracting, pull on myosin  and move growth cone off into that direction    Microtubules, myosin molecules, attach to actin chains, importantly, when a filipodia is finally stabilized,  there are transmembrane molecules at the folipodia tip allowing adhereing to a tip and adhesion,  mediations of adhersion to promote stabilization    Myosin drags microtubules forward   All growth cones moving forward    cytochlasin B depolymerizes microfiliments, selectively destry actin filaments, microtubules and  protofilaments can also break down heterodimers  Otherone is nocodazole    there are ways of manipulation  growth cone in a culture dish  cross cell membrane, rest of the growth cone remains in tact and grows the other way  growth cone expereinces more adhesion in one direction  importance of filopodia for growth and choice of direction  cytochalsin B, prevents actin polymerization   actin bundles are a scaffold for protruding microtubules  nocodazole destabilizes microtubules on one side    microtubules break down in one half of a growth cone, have no force anymore, even if the filipodia are in  tact    there are no cables for the filipodia to pull on anymore  Taxil, stabilizes microtubules on one side, prevents depolarization of of mictotubules, facilitate growth,  growth cone turns towards    Environmental cues for growth cones:   mauthner neruons mediate response in hindbrain, animal produces rapid movement of tail, further back in  tail that mediates espace response     transplant neurons from an orginal animal to a host, their orientation is changed such that an original  neuron wouldnt change    Rotation 180 degrees, caudal growth of neurons, growth raustrally that they wouldnt orignially contact  axons start out growing in original direction tissue, meet area of raustral tissue that they wouldnt contact    stop, turn around and grow in right direction, there had to have been directional input  can adhesion molecules provide system cue? no, lack of adhesion molecules is more likely   long range attracting wouldnt work: there is an instrinsic repellent that prevents travelling     perhaps long range attractin   any single signaling system cannot explain behavior of axons, end up coming up with many more than a  couple    Photograph: donor mauthner neuron causes reverse growth, just below it, animals grow in a normal  direction     Environment does provide environment guidance cues   Axons from a dye to the visual midbrain, grow up to innervation zones, grow towards target  maybe target is a source of long range cues    remove the target and axons grow towards it anyways  long range attactent and repellent: gradiants over the course of 100 microns or so  those gradiants are not set up by sytem  soluble factors are relatively local    Take a piece of nervous tissue and rotate it 90 degrees, if it contains directional cues, the directional cues  will be rotated 90 degrees act as if cues are rotating    filipodia can be very long, the choices that they are making are a couple hundred microns at best, only  experience local gradients and difference    axons attracted to substrates, electron microscope grides image cells, have wires on them, areas of  palladium, coat the grid with polylysine     polylysine, avoid palladium, have bunch of filipodia sampling from the palladium, keep making a local  decsion, choose a polylysine     Cadhereins, mediate adhesion, calcium dependent, they bind to membrane associated proteins called  catenins, bind to actin bundles    Extracellular matrix molecules binding, combination of proteins and sugar, if cells come across powerful  growth substate, laminin and integrin    integrins bind to actin filaments, filipodia having integrins, have specific binding and binding of filipodia  to that site, stabilize actin filaments     Selective adhesion, axons growing in tissue culture dish, covered in collagen, center of tissue culture,  single drop of laminin, adhesion so strong, never leave    laminin, extracellular matrix molecule  millisecond by milisecond choices    firbronectin to laminin crossing of growth cones   when it approaches a site, it will slow down, generate some level of force, move growth cone and have a  slow period during which vectors are integrated    CAMs have unique distributions in fly CNS  FasI and FasII are IgC superfamily cell adhesion molecules   FasII label columns from caudal to raustral     Axons that cross through would express one cell adhesion molecule, stop expressing FasII and expressing  FasI    Loss of FasII preturbs axon guidance FasII guides axons and when lost no guidance     Loss of CAMs perturbs axon guidance, Axonin­1 and nrCAM are IgC superfamily memebrs  Block using antibodies, no inward growth    Contact adhesion, contact repulsion cues, long range factors, long range repellent, long range attractant   axon growth toward soluble molecule, position pipette to growth factor, does not grow    concievable that soluble molecule can induce directional gorwth   soluble attractant evidence     Shh is a chemoattractant Eliminate a Shh receptor, called Boc  Shh receptor    get to bottom of nervous system  Wnt expressing COS cells, axons grew the wrong way    simple cannot find gradient    Repulsive cue interactions­ how were they discovered? discovered they exist a long time ago, ignored for  a decade, easier?


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

50 Karma

Buy Material

BOOM! Enjoy Your Free Notes!

We've added these Notes to your profile, click here to view them now.


You're already Subscribed!

Looks like you've already subscribed to StudySoup, you won't need to purchase another subscription to get this material. To access this material simply click 'View Full Document'

Why people love StudySoup

Steve Martinelli UC Los Angeles

"There's no way I would have passed my Organic Chemistry class this semester without the notes and study guides I got from StudySoup."

Kyle Maynard Purdue

"When you're taking detailed notes and trying to help everyone else out in the class, it really helps you learn and understand the I made $280 on my first study guide!"

Bentley McCaw University of Florida

"I was shooting for a perfect 4.0 GPA this semester. Having StudySoup as a study aid was critical to helping me achieve my goal...and I nailed it!"

Parker Thompson 500 Startups

"It's a great way for students to improve their educational experience and it seemed like a product that everybody wants, so all the people participating are winning."

Become an Elite Notetaker and start selling your notes online!

Refund Policy


All subscriptions to StudySoup are paid in full at the time of subscribing. To change your credit card information or to cancel your subscription, go to "Edit Settings". All credit card information will be available there. If you should decide to cancel your subscription, it will continue to be valid until the next payment period, as all payments for the current period were made in advance. For special circumstances, please email


StudySoup has more than 1 million course-specific study resources to help students study smarter. If you’re having trouble finding what you’re looking for, our customer support team can help you find what you need! Feel free to contact them here:

Recurring Subscriptions: If you have canceled your recurring subscription on the day of renewal and have not downloaded any documents, you may request a refund by submitting an email to

Satisfaction Guarantee: If you’re not satisfied with your subscription, you can contact us for further help. Contact must be made within 3 business days of your subscription purchase and your refund request will be subject for review.

Please Note: Refunds can never be provided more than 30 days after the initial purchase date regardless of your activity on the site.