Components of evoked potentials in cerebral cortex

https://doi.org/10.1016/0013-4694(60)90064-XGet rights and content

Abstract

Data are presented on the nature of the potential in two types of evoked responses of the cerebral cortex, the cortical response (SCR) produced by a stimulus to the surface and the transcallosally evoked response (TCR). A combination of exploration in depth and of modification of the responses by GABA shows that the SCR is produced by activity only in the superficial 0.5 mm. of cortex and chiefly in the upper portion of this layer. The TCR, on the other hand, is generated by activity probably in the full depth of the cortex, including responses of the superficial dendrites. Block of responsiveness in the superficial layer by KCl or by topical Nembutal eliminates the SCR or TCR, but in the latter case a small positivity reflects negativity of underlying deep structures. In neither case does the effect resemble that produced by GABA. Modifications of the SCR by intravenous Nembutal and of the TCR by brain stem stimulation and repetitive activity also indicate that p.s.p.'s of the superficial layer are involved in the responses.

Résumé

Des données sont soumises sur la nature du potentiel dans deux types de réponses évoquées du cortex cérébral, la réponse corticale (RCS) produite par un stimulus à la surface, et la réponse évoquée transcalleuse (RTC). Une combinaison d'exploration en profondeur et de modification des réponses par GABA démontre que la RCS est produite par l'activité dans seulement les 0.5 mm. superficiels du cortex, et surtout dans la portion superficielle de cette couche. D'un autre côté, la RTC est générée par l'activité probablement en pleine profondeur du cortex, y compris les réponses des dendrites superficielles. Le blocage des réponses de la couche superficielle par du KCl, on par du Nembutal topique, élimine la RCS ou la RTC, mais dans ce dernier cas l'existence d'une positivité légère témoigne la négativité des structures profondes sous-jacentes. Dans aucun des cas l'effet ne ressemble pas à celui produit par le GABA. Les modifications de la RCS par le Nembutal intraveineux, et de la RTC par la stimulation du tronc cérébral et par l'activité répétitive, indiquent aussi que les p.s.p. de la couche superficielle sont impliquées dans les réponses.

Zusammenfassung

Untersuchungsbefunde werden mitgeteilt, welche die Natur des bioelektrischen Potentials bei zwei Arten von Reizantworten der Hirnrinde beleuchten, nämlich die kortikale Reizantwort (SCR), welche durch einen Oberflächenreiz hervogerufen wird, und die via den Balken hervorferufene Reizantwort (TCR). Diese Reizantworten wurden in verschiedenen Tiefen der Rinde untersucht und die Veränderungen dieser Reizantworten, wie sie durch Gamma-Amminobuttersäure hervorgerufen werden, wurde studiert. Dabei wurde festgestellt, dass die durch Oberflächenreizung produzierte Rindenantwort (SCR) bedingt ist durch Aktivität, welche sich auf die oberflächlichen 0.5 mm. Kortex beschränken und vor allem die obersten Anteile dieser Schicht einbeziehen. Die durch den Balken vermittelte Reizantwort (TCR) wird erzeugt durch eine Aktivität, welche wahrscheinlich die ganze Tiefe der Rinde erfasst und auch Reizantworten der oberflächlichen Dendriten einbezieht. Blockierung der Antwortfähigkeit der oberflächlichen Schichten mit KCl oder mit örtlich appliziertem Nembutal bringt die oberflächliche Rindenantwort oder die durch den Balken vermittelte Reizantwort zum verschwinden, aber im letzteren Fall verbleibt eine kleine positive Ablenkung, welche Negativität tieferer Strukturen anzeigt. Weder im einen, noch im anderen Fall gleicht der produzierte Effekt den durch Gamma-Amminobuttersäure hervorgerufenen Veränderungen. Durch intravenös verabreichtes Nembutal produzierte Veränderungen der durch Oberflächenreizung produzierten Rindenantwort und die durch Hirnstammreizung und repetitive Aktivität herbeigeführten Veränderungen der durch den Balken vermittelten Reizantwort zeigen an, dass postsynaptische Potentiale der oberflächlichen Rindenschichten an der Ausbildung dieser Reizantworten beteiligt sind.

References (62)

  • G.H. Bishop et al.

    Sites of origin of electric potentials in striate cortex

    J. Neurophysiol.

    (1952)
  • J. Boistel et al.

    Membrane permeability change during inhibitory transmitter action in crustacean muscle

    J. Physiol.

    (1958)
  • C.L. Branch et al.

    Inhibition of Betz cell activity by thalamic and cortical stimulation

    J. Neurophysiol.

    (1958)
  • J.M. Brookhart et al.

    Thalamocortical relations as revealed by induced slow potential changes

    J. Neurophysiol.

    (1958)
  • H.-T. Chang

    Dendritic potential of cortical neurons as produced by direct electrical stimulation of the cerebral cortex

    J. Neurophysiol.

    (1951)
  • H.-T. Chang

    Cortical response to activity of callosal neurons

    J. Neurophysiol.

    (1953)
  • H.J. Curtis

    An analysis of cortical potentials mediated by the corpus callosum

    J. Neurophysiol.

    (1940)
  • E.W. Dempsey et al.

    The interaction of certain spontaneous and induced cortical potentials

    Amer. J. Physiol.

    (1942)
  • E.W. Dempsey et al.

    The electrical activity of a thalamocortical relay system

    Amer. J. Physiol.

    (1942)
  • J.C. Eccles

    The Physiology of Nerve Cells

  • R. Grant et al.

    Excitatory and inhibitory processes acting upon individual Purkinje cells of the cerebellum in cat

    J. Physiol.

    (1956)
  • H. Grundfest

    Some properties of excitable tissue

  • H. Grundfest

    Electrical inexcitability of synapses and some consequences in the central nervous system

    Physiol. Rev.

    (1957)
  • H. Grundfest

    General problems of drug action on bioelectric phenomena

    Ann. N.Y. Acad. Sci.

    (1957)
  • H. Grundfest
  • H. Grundfest

    An electrophysiological basis for neuropharmacology

  • H. Grundfest

    Electrophysiology and pharmacology of dendrites

    EEG Clin. Neurophysiol.

    (1958)
  • H. Grundfest

    Synaptic and ephaptic transmission

  • H. Grundfest et al.

    Origin, conduction and termination of impulses in the dorsal spinocerebellar tract of cat

    J. Neurophysiol.

    (1942)
  • H. Grundfest et al.

    Electrophysiology and pharmacology of lobster muscle fibers

    Bio. Bull.

    (1958)
  • H. Grundfest et al.

    The electrophysiology and pharmacology of lobster neuromuscular synapses

    J. Gen. Physiol.

    (1959)
  • Cited by (6)

    Work supported by Grant B 1312 C S1, and the Paul Moore Neurosurgical Research Fund, and in part by grants from the Muscular Dystrophy Associations of America, National Institute of Neurological Diseases and blindness (D-389 C2, C3), National Science Foundation (NSF G-5665), United Cerebral Palsy Research & Educational Foundation.

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    Kenny Foundation Fellow.

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