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Ethanol effects on the olivocerebellar system Harris, David Platt 1983

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c. / ETHANOL EFFECTS ON THE OLIVOCEREBELLAR SYSTEM By DAVID PLATT HARRIS Ph.D., The U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , 1983 A THESIS SUBMITTED IN PARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENTS FOR THE DEGREE OF DOCTOR OF PHILOSOPHY i n THE FACULTY OF GRADUATE STUDIES ( F a c u l t y o f P h a r m a c e u t i c a l S c i e n c e s ) ( D i v i s i o n o f P h a r m a c o l o g y and T o x i c o l o g y ) We a c c e p t t h i s t h e s i s a s c o n f o r m i n g t o t h e r e q u i r e d s t a n d a r d THE UNIVERSITY OF BRI T I S H COLUMBIA J u n e 1983 0 D a v i d P i a t t H a r r i s , 1983 In presenting t h i s thesis i n p a r t i a l f u l f i l m e n t of the requirements for an advanced degree at the University of B r i t i s h Columbia, I agree that the Library s h a l l make i t f r e e l y available for reference and study. I further agree that permission for extensive copying of t h i s thesis for scholarly purposes may be granted by the head of my department or by his or her representatives. I t i s understood that copying or publication of t h i s thesis for f i n a n c i a l gain s h a l l not be allowed without my written permission. Department of The University of B r i t i s h Columbia 1956 Main Mall Vancouver, Canada V6T 1Y3 Date <^L<- IP, / ?/ I DE-6 (3/81) i i ABSTRACT The d e t r i m e n t a l e f f e c t o f e t h a n o l on c o o r d i n a t e d movement and t h e s i m i l a r i t y o f t h i s e f f e c t t o t h a t o f p a t h o l o g i -c a l damage t o t h e c e r e b e l l u m o r t h e i n f e r i o r o l i v e (10) s u g g e s t s t h a t e t h a n o l p r o f o u n d l y e f f e c t s t h e o l i v o c e r e b e l l a r s y s t e m . E a c h c e r e b e l l a r P u r k i n j e c e l l (PC) d i s p l a y s two d i s t i n c t a c t i o n p o t e n t i a l r e s p o n s e s : t h e s i m p l e s p i k e ( S S ) , e v o k e d i n t r i n s i c l y and v i a t h e p a r a l l e l f i b r e s , and t h e c o m p l e x s p i k e ( C S ) , e v o k e d v i a a s o l i t a r y c l i m b i n g f i b r e ( C F) w h i c h o r i g i n a t e s f r o m t h e 10. E t h a n o l (1.5 g / k g , i . v . ) was f o u n d t o h a v e no s i g n i f i -c a n t e f f e c t on t h e CS a c t i v i t y e v o k e d by d i r e c t e l e c t r i c a l a c t i v a t i o n o f C F s , w h i l e i t s i g n i f i c a n t l y r e d u c e d , i n p a r a l l e l , t h a t e v o k e d by c e r e b r a l c o r t e x s t i m u l a t i o n and t h a t o c c u r r i n g s p o n t a n e o u s l y . I n a d d i t i o n , e t h a n o l , a p p l i e d b o t h s y s t e m i c a l l y and l o c a l l y by m i c r o p r e s s u r e , r e d u c e d t h e s p o n t a n e o u s a c t i v i t y o f i n f e r i o r o l i v e (10) n e u r o n e s . T h e s e r e s u l t s s t r o n g l y s u g g e s t an a c t i o n o f e t h a n o l l o c a l t o t h e 10 n u c l e u s , p e r h a p s by a d i r e c t a c t i o n on t h e 10 n e u r o n e s t h e m s e l v e s . E l i m i n a t i o n o f s p o n t a n e o u s CS a c t i v i t y by t h e e l e c t r o -l y t i c l e s i o n i n g o f t h e c o n t r a l a t e r a l 10 d i d n o t s i g n i f i c a n t l y a l t e r s p o n t a n e o u s SS f i r i n g r a t e . However, s u b s e q u e n t a d m i n -i s t r a t i o n o f e t h a n o l i . v . d i d p r o d u c e a s i g n i f i c a n t i n c r e a s e o f SS r a t e , i n d i c a t i n g t h a t o n l y p a r t o f e t h a n o l - e v o k e d SS r a t e i n c r e a s e i s d e p e n d a n t upon t h e r e d u c t i o n o f CS a c t i v i t y . S i m p l e s p i k e r e g u l a r i t y was n o t s i g n i f i c a n t l y a l t e r e d by e i t h e r 10 l e s i o n i n g o r i . v . e t h a n o l . i i i E t h a n o l a p p l i e d l o c a l l y t o PC's by m i c r o p r e s s u r e was f o u n d t o r e d u c e t h e p e r i o d o f i n h i b i t i o n e v o k e d by l o c a l s t i m u -l a t i o n o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x i n t h e m a j o r i t y o f t h e c e l l s t e s t e d . T h i s r e s u l t i s i n a g r e e m e n t w i t h t h e p r e v i o u s l y r e p o r t -ed e f f e c t s o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h i s i n h i b i t i o n , t h o u g h t t o be m e d i a t e d by g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d (GABA) . B o t h i n t r a v e n -o u s l y and l o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l a n t a g o n i z e d t h e i n h i b i t i o n o f PC's e v o k e d by l o c a l l y a p p l i e d GABA. Th e s e r e s u l t s , w h i l e i n a g r e e m e n t , a r e c o n t r a r y t o t h e r e p o r t e d e f f e c t s o f e t h a n o l i n o t h e r s y s t e m s . I n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l d i d n o t s i g n i f i -c a n t l y a l t e r G o l g i c e l l s p o n t a n e o u s f i r i n g , w h i l e i t d i d s i g n i -f i c a n t l y r e d u c e t h e p e r i o d o f i n h i b i t i o n o f G o l g i c e l l f i r i n g e v o k e d by 10 s t i m u l a t i o n . J o h n G. S i n c l a i r , Ph.D. i v TABLE OF CONTENTS ABSTRACT i i L I S T OF ABBREVIATIONS v i L I S T OF FIGURES v i i L I S T OF TABLES i x ACKNOWLEDGEMENT x I . INTRODUCTION 1 I I . BACKGOUND 4 I I . A . Anatomy, P h a r m a c o l o g y , and P h y s i o l o g y 4 I I . A . 1 . G e n e r a l O v e r v i e w 4 I I . A . 2 . The P u r k i n j e C e l l 7 I I . A . 2 . a . Anatomy 7 I I . A . 2 . D . M o t o r L e a r n i n g 16 I I . A . 2 . C . I o n i c B a s i s f o r E l e c t r o g e n i c i t y 19 I I . A . 3 . The I n f e r i o r O l i v e 22 I I . A . 2 . a . Anatomy 22 I I . A . 2 . D . I o n i c B a s i s f o r E l e c t r o g e n i c i t y 27 I I . A . 4 . The G o l g i C e l l 30 I I . B . G a m m a - a m i n o b u t y r i c A c i d 32 I I . C . E t h a n o l 38 I I . D. E t h a n o l E f f e c t s on GABA 44 I I I . METHODS 47 I I I . A . A n i m a l P r e p a r a t i o n and S u r g e r y 47 I I I . B . E l e c t r o d e P r e p a r a t i o n and P o s i t i o n i n g 48 I I I . C . E q u i p m e n t 51 I I I . D . S o f t w a r e 53 I I I . E . E x p e r i m e n t a l P r o t o c o l s 55 I I I . E . 1 . E t h a n o l on Complex S p i k e s 55 I I I . E . I . i . C l i m b i n g F i b r e - P u r k i n j e C e l l S y n a p s e 55 I I I . E . 1 . i i . C e r e b r a l S t i m u l a t i o n 56 I I I . E . 1 . i i i . The I n f e r i o r O l i v e 57 I I I . E . 2 . E t h a n o l on S i m p l e S p i k e s 58 I I I . E . 3 . E t h a n o l on L o c a l I n h i b i t i o n ...59 I I I . E . 4 . E t h a n o l on GABA I n h i b i t i o n 60 I I I . E . 5 . E t h a n o l on G o l g i C e l l 61 I I I . E . 5 . a . S p o n t a n e o u s F i r i n g R a t e 61 I I I . E.5.b. I n h i b i t i o n by I n f e r i o r O l i v e S t i m u l a t i o n 61 I V . RESULTS 63 I V . A . E t h a n o l on Complex S p i k e s 63 I V . A . 1 . C l i m b i n g F i b r e - P u r k i n j e C e l l S y n a p s e 63 I V . A . 2 . C e r e b r a l S t i m u l a t i o n 66 I V . A . 3 . The I n f e r i o r O l i v e 75 I V . B . E t h a n o l on S i m p l e S p i k e s 85 I V . C . E t h a n o l on L o c a l I n h i b i t i o n 92 I V . D . E t h a n o l on L o c a l GABA I n h i b i t i o n 98 I V . D . E t h a n o l on G o l g i C e l l 110 V V. DISCUSSION 119 V.A. E t h a n o l on Complex S p i k e s 119 V.B. E t h a n o l on S i m p l e S p i k e s 124 V.C. E t h a n o l on L o c a l I n h i b i t i o n 126 V.D. E t h a n o l on l o c a l GABA I n h i b i t i o n 129 V. E. E t h a n o l on G o l g i C e l l 130 V I . CONCLUSIONS 133 V I I . BIBLIOGRAPHY 135 V I I I . APPENDIX 154 v i L I S T OF ABBREVIATIONS 3-AP - 3 - a c e t y l p y r i d i n e AP - a n t e r i o p o s t e r i o r CF - c l i m b i n g f i b r e CS - c o m p l e x s p i k e DAO - d o r s a l a c c e s s o r y o l i v e DV - d o r s o v e n t r a l GABA - g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d GABA-T - GABA t r a n s a m i d a s e 10 - i n f e r i o r o l i v e i .p. - i n t r a p e r i t o n e a l I S I - i n t e r s p i k e i n t e r v a l h i s t o g r a m i . v . - i n t r a v e n o u s LC - l o c u s c o e r u l e u s LH - l a t e n c y h i s t o g r a m MAO - m e d i a l a c c e s s o r y o l i v e NA - n o r a d r e n a l i n e mepps - m i n i a t u r e e n d p l a t e p o t e n t i a l s PAG - p e r i a q u e d u c t a l g r e y PC - P u r k i n j e c e l l PF - p a r a l l e l f i b r e PO - p r i n c i p a l n u c l e u s o f i n f e r i o r o l i v e PSTH - p o s t s t i m u l u s t i m e h i s t o g r a m SEM - s t a n d a r d e r r o r o f t h e mean SS - s i m p l e s p i k e TTX - t e t r o d o t o x i n v i i L I S T OF FIGURES 1 . An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e e v o c a t i o n o f c o m p l e x s p i k e s i n a P u r k i n j e c e l l by j u x t a f a s t i g i a l s t i m u l a t i o n 64 2. E x a m p l e s o f s p o n t a n e o u s and e v o k e d e x t r a c e l l u l a r P u r k i n j e c e l l a c t i v i t y 67 3. An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e e v o c a t i o n o f c o m p l e x s p i k e s i n a P u r k i n j e c e l l by s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b r a l c o r t e x 69 4. An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e e v o c a t i o n o f c o m p l e x s p i k e s i n a P u r k i n j e c e l l by s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b r a l c o r t e x . . . . . 71 5 . The e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on s p o n t a n e o u s c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y , and t h a t e v o k e d by c e r e b r a l e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n 73 6. T h r e e s u p e r i m p o s e d o s c i l l o s c o p e t r a c e s s h o w i n g t y p i -c a l a c t i o n p o t e n t i a l s f r o m an i n f e r i o r o l i v e c e l l 76 7. M i c r o g r a p h s h o w i n g a t r a n s v e r s e s e c t i o n o f t h e c a u d a l i n f e r i o r o l i v e s h o w i n g an e x a m p l e o f an i n f e r -i o r o l i v e r e c o r d i n g s i t e 77 8. An e x a m p l e o f an i n f e r i o r o l i v e c e l l ' s r e s p o n s e t o i n t r a v e n o u s e t h a n o l and h a r m a l i n e 78 9. The e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on i n f e r i o r o l i v e n e u r o n a l f i r i n g r a t e 80 10. An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on i n f e r -i o r o l i v e n e u r o n a l f i r i n g 82 1 1 . A m i c r o g r a p h o f a t r a n s v e r s e s e c t i o n t h r o u g h t h e i n f e r i o r o l i v e s h o w i n g a u n i l a t e r a l e l e c t o l y t i c l e s i o n 86 12. The r e s p o n s e o f a P u r k i n j e c e l l t o e l e c t r o l y t i c l e s i o n i n g o f t h e i n f e r i o r o l i v e and t o t h e i n t r a -v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f e t h a n o l 88 13. The e f f e c t o f i n f e r i o r o l i v e l e s i o n i n g and i n t r a -v e n o u s e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n on t h e mean i n t e r s p i k e i n t e r v a l between P u r k i n j e c e l l s i m p l e s p i k e s 90 14. The e f f e c t o f i n f e r i o r o l i v e l e s i o n i n g and i n t r a -v e n o u s e t h a n o l on P u r k i n j e c e l l s i m p l e s p i k e r e g -u l a r i t y o v e r t i m e 93 v i i i 1 5 . The e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f a P u r k i n j e c e l l e v o k e d by l o c a l s t i m u l a t i o n 95 16. An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s i n d u c e d by GABA a p p l i e d l o c a l l y by m i c r o p r e s s u r e 99 17. The e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s i n d u c e d by l o c a l GABA 101 18. An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f a P u r k i n j e c e l l i n d u c e d by l o c a l GABA....104 19. The e f f e c t o f l o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l on t h e a b s o -l u t e i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s i n d u c e d by l o c a l l y a p p l i e d GABA 106 2 0 . The e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on t h e r e l a t i v e i n h i b -i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s i n d u c e d by l o c a l l y a p p l i e d GABA 108 2 1 . The e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e s p o n t a -n e o u s f i r i n g r a t e o f G o l g i c e l l s 112 2 2 . An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f a G o l g i c e l l e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v e 114 2 3 . The e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f G o l g i c e l l s e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v e 117 i x L I S T OF TABLES I . Summary o f t h e e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on t h e s p o n t -a n e o u s f i r i n g r a t e o f i n f e r i o r o l i v e n e u r o n e s 84 I I . Summary o f t h e e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on t h e p e r i o d o f i n h i b i t i o n e v o k e d by l o c a l s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x 97 I I I . Summary o f t h e e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on t h e i n h i b i -t i o n o f P u r k i n j e c e l l s e v o k e d by l o c a l l y a d m i n i s t e r e d g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d 111 X ACKNOWLEDGEMENT I am d e e p l y g r a t e f u l t o D r . J . G. S i n c l a i r f o r h i s g u i d a n c e , s u p p o r t and p a t i e n c e t h r o u g h o u t t h i s r e s e a r c h . I a l s o w i s h t o t h a n k t h e o t h e r members o f my r e s e a r c h c o m m i t t e e : D r . J . Diamond; D r . S. K a t z , D r . J . H. M c N e i l l , and D r . J . A. P e a r s o n , f o r t h e i r h e l p and a d v i c e . I a l s o w i s h t o e x t e n d my t h a n k s t o G r a c e Lo and Amy T i e n f o r t h e i r v a l u a b l e a s s i s t a n c e , and t o my o t h e r c o l l e g u e s f o r t h e i r k n o w l e d g e , i d e a s and c o m p a n i o n s h i p d u r i n g my s t u d i e s . I must a c k n o w l e d g e my s p e c i a l t h a n k s t o my w i f e , L i z a , f o r h e r u n d y i n g p a t i e n c e and s t r e n g t h . The f i n a n c i a l s u p p o r t o f t h e M e d i c a l R e s e a c h C o u n c i l o f C a n a d a , t h e B r i t i s h C o l u m b i a H e a l t h C a r e R e s e a r c h F o u n d a t i o n , and t h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a i s g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g -ed . x i To L i z a and L y d i a w i t h a l l my l o v e . 1 I . INTRODUCTION A c u t e a l c o h o l i n t o x i c a t i o n r e s u l t s i n d i s t u r b a n c e s i n t h e m o d u l a t o r y c o n t r o l o f p r o p r i o c e p t o r and m o t o r p a t h w a y s ; i n c l u d i n g symptoms o f i n c o o r d i n a t i o n and n y s t a g m u s . These symptoms a r e s i m i l a r t o t h o s e o b s e r v e d a f t e r damage t o t h e c e r e b e l l u m o r t o t h e i n f e r i o r o l i v e (Dow and M o r a z z i , 1958; Murphy and O ' L e a r y , 1 9 7 1 ) . I n a d d i t i o n , c h r o n i c i n t o x i c a t i o n and f e t a l a l c o h o l syndrome ( C h e r n o f f , 1977; V o l k , 1977) have been r e p o r t e d t o r e s u l t i n damage t o t h e c e r e b e l l u m . A l t h o u g h t h e s e s t u d i e s do n o t p r e c l u d e m e d i a t i o n o f a l c o h o l - i n d u c e d a t a x i a by o t h e r m e c h a n i s m s , t h e y do s u g g e s t t h a t t h e o l i v o c e r e -b e l l a r s y s t e m i s i n v o l v e d . E a c h c e r e b e l l a r P u r k i n j e c e l l d i s p l a y s two d i s t i n c t a c t i o n p o t e n t i a l s . The f i r s t o f t h e s e i s t h e s i m p l e s p i k e ( S S ) and i s e v o k e d b o t h i n t r i n s i c a l l y and by p a r a l l e l f i b r e a c t i v i t y . The s e c o n d p o t e n t i a l i s c a l l e d t h e c o m p l e x s p i k e ( C S ) , and i s e v o k e d by a c t i v i t y on t h e s i n g l e c l i m b i n g f i b r e (CF) p r o j e c t i n g t o t h e PC f r o m t h e i n f e r i o r o l i v e (10). P r e v i o u s s t u d i e s h a v e r e p o r t e d t h a t e t h a n o l i n c r e a s e d c e r e b e l l a r P u r k i n j e c e l l s i m p l e s p i k e f i r i n g and r e g u l a r i t y ( C o l i n e t a l . , 1980; S i n c l a i r e t a l . , 1980; S i n c l a i r and L o , 1 9 8 1 ) . I t s e f f e c t on P u r k i n j e c e l l c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y i s c o n t r a v e r s i a l : s l o w i n t r a v e n o u s i n f u s i o n r e d u c e d CS a c t i v i t y ( S i n c l a i r e t a l . , 1980,1982; S i n c l a i r and L o , 1 9 8 1 ) , w h i l e i n t r a p e r i t o n e a l l y i n j e c t e d e t h a n o l i n c r e a s e d C S - l i k e b u r s t i n g ( R o g e r s e t a l . , 1 9 8 0 ) . 2 The p r e s e n t s t u d y was d i r e c t e d a t e x a m i n i n g t h e s i t e s o f a c t i o n o f e t h a n o l i n t h e c e r e b e l l u m and t h e a s s o c i a t e d i n f e r -i o r o l i v a r y n u c l e i . T h r e e s e t s o f e x p e r i m e n t s were c o n d u c t e d t o t h i s e n d . The f i r s t and s e c o n d o f t h e s e i n v o l v e d t h e a c t i v a t i o n o f CS a c t i v i t y by s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b e l l a r w h i t e m a t t e r and t h e c e r e b r a l c o r t e x , r e s p e c t i v e l y . The e f f e c t o f i n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l on t h e s e a c t i v a t i o n s was t h e n s t u d i e d . The l a s t s e t o f e x p e r i m e n t s were d i r e c t e d a t e x a m i n i n g t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s l y and l o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l on t h e s p o n t a n e o u s f i r i n g o f 10 n e u r o n e s by r e c o r d i n g d i r e c t l y f r o m 10 n e u r o n e s . The a c t i o n o f e t h a n o l on SS a c t i v i t y i s n o t c l e a r b e c a u s e o f t h e a p p a r e n t i n t e r a c t i o n between CS and SS a c t i v i t y o u t l i n e d a b o v e . T h e r e f o r e , t h i s s t u d y e x a m i n e d t h e e f f e c t o f e t h a n o l on SS r a t e and r e g u l a r i t y i n t h e a b s e n c e o f CS a c t i v i t y . To t h i s e n d , c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y was e l i m i n a t e d i n t h e s e e x p e r i m e n t s by t h e e l e c t r o l y t i c l e s i o n i n g o f t h e 10. I n a d d i t i o n , s i n c e e t h a n o l h a s been shown t o m o d i f y g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d (GABA) t r a n s m i s s i o n a t o t h e r s i t e s i n t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m ( N e s t o r o s , 1979, 1980; N e w l i n e t a l . , 1 9 8 1 ) , and b e c a u s e GABA i s a u b i q u i t o u s n e u r o t r a n s m i t t e r i n t h e c e r e b e l l u m , o t h e r s e t s o f e x p e r i m e n t s were p e r f o r m e d t o s t u d y t h e e f f e c t o f e t h a n o l on t h i s t r a n s m i t t e r ' s a c t i o n s i n t h e c e r e b e l l u m . T h e s e i n c l u d e d e x p e r i m e n t s d e s i g n e d t o s t u d y o f t h e e f f e c t o f e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s e v o k e d by l o c a l s u r f a c e s t i m u l a t i o n , w h i c h i s t h o u g h t t o be m e d i a t e d by GABA (ftbodward e t a l . , 1 9 7 1 ) , as w e l l as i n h i b i t i o n e v o k e d by e x o g e n o u s GABA. 3 F i n a l l y , since Golgi c e l l s are an in t e g r a l part of the cerebellar c i r c u i t r y and have been reported to be inhibited by 10 stimulation, the effect of ethanol upon their spontaneous f i r i n g and upon 10 stimulation-evoked i n h i b i t i o n was also studied . 4 I I . BACKGROUND I I .A. Anatomy, P h a r m a c o l o g y , and P h y s i o l o g y II.A.1. G e n e r a l O v e r v i e w The c e r e b e l l u m i s a r e l a t i v e l y l a r g e p a r t o f t h e b r a i n w h i c h i s g e n e r a l l y r e s p o n s i b l e f o r c o o r d i n a t i n g and m o d u l a t i n g i n d i v i d u a l m u s c l e movements i n t o a smooth and i n t e -g r a t e d w h o l e . I t has been a n a t o m i c a l l y d i v i d e d i n t o t h r e e c e l l u l a r l a y e r s : t h e m o l e c u l a r l a y e r ; t h e P u r k i n j e c e l l l a y e r ; and t h e g r a n u l a r l a y e r ( c f . r e v i e w by E c c l e s e t a l . , 1967) . The m o l e c u l a r l a y e r c o n t a i n s m a i n l y a x o n a l f i b r e s ( t h e p a r a l l e l f i b r e s ) , d e n d r i t e s o f P u r k i n j e , G o l g i , b a s k e t , a n d s t e l l a t e c e l l s , and t h e s p a r s e l y s p a c e d c e l l b o d i e s o f b a s k e t and s t e l -l a t e n e u r o n e s . The t h i n P u r k i n j e c e l l l a y e r c o n t a i n s m o s t l y P u r k i n j e c e l l b o d i e s and t h e v e r t i c a l a x o n s and d e n d r i t e s o f G o l g i c e l l s , w h e r e a s t h e g r a n u l a r l a y e r i s d e n s e l y p a c k e d w i t h g r a n u l e and G o l g i c e l l b o d i e s . T h e r e a r e two m a j o r i n p u t s t o t h e c e r e b e l l u m , t h e mossy f i b r e s and t h e c l i m b i n g f i b r e s ( c f . G o u l d , 1980). The mossy f i b r e s o r i g i n a t e f r o m a l a r g e v a r i e t y o f s o u r c e s , s u c h as t h e v e s t i b u l a r and r e t i c u l a r s y s t e m s . I n a d d i t i o n , t h e mossy i n p u t i n c l u d e s f i b r e s t r a v e l l i n g w i t h t h e s p i n o c e r e b e l l a r t r a c t s w h i c h c a r r y j o i n t - m u s c l e l o c a t i o n and movement i n f o r m a -t i o n d i r e c t l y t o t h e c e r e b e l l u m . The mossy f i b r e s end i n c l u s t e r s o f e x c i t a t o r y s y n a p s e s , c a l l e d r o s e t t e s , w i t h g r a n u l e c e l l d e n d r i t e s . The c l i m b i n g f i b r e s , on t h e o t h e r h a n d , p r o b -5 a b l y o r i g i n a t e s o l e l y f r o m n e u r o n e s i n t h e i n f e r i o r o l i v e ( E c c l e s e t a l . , 1966) and e a c h p r o j e c t s t o s e v e r a l P u r k i n j e c e l l s and o t h e r c e r e b e l l a r c o r t i c a l c e l l s v i a c o l l a t e r a l s . E a c h P u r k i n j e c e l l i s t h o u g h t t o r e c e i v e e x a c t l y one c l i m b i n g f i b r e on i t s d e n d r i t i c t r e e , and t o sen d c o l l a t e r a l s t o G o l g i and b a s k e t c e l l s , o t h e r f o l i a , t h e c e r e b e l l a r n u c l e i and D e i t e r s ' n u c l e u s ( S c h e i b e l and S c h e i b e l , 1954). A s i n g l e mossy f i b r e may b r a n c h i n t o s e v e r a l f o l i a and e v e n t u a l l y end a t s e v e r a l h u n d r e d r o s e t t e s . T h e r e i s e v i d e n c e t o s u g g e s t t h a t t h e t r a n s m i t t e r a t t h e s e s y n a p s e s i s a c e t y l c h o l i n e ( I s r e a l and W h i t t a k e r , 1965; P h i l l i s , 1968). O u t p u t f r o m t h e g r a n u l e c e l l s i s d i s t r i b u t e d v i a t h e i r a x o n s w h i c h a s c e n d t o t h e m o l e c u l a r l a y e r , b i f u r c a t e and r u n p a r -a l l e l t o t h e f o l i u m i n e i t h e r d i r e c t i o n . T h e s e a r e r e f e r r e d t o as t h e p a r a l l e l f i b r e s and t h e y make e x t e n s i v e e x c i t a t o r y c o n t a c t s w i t h t h e p e r p e n d i c u l a r l y and c l o s e l y p a c k e d d e n d r i t i c a r b o r i z a t i o n s o f P u r k i n j e , G o l g i , s t e l l a t e , and b a s k e t c e l l s . B a s k e t c e l l s make i n h i b i t o r y a x o s o m a t i c s y n a p t i c c o n t a c t s on P u r k i n j e c e l l s , w h i l e s t e l l a t e c e l l s make i n h i b i t o r y a x o s o m a t i c and a x o d e n d r i t i c c o n n e c t i o n s on P u r k i n j e and G o l g i c e l l s . G o l g i c e l l s i n t u r n make i n h i b i t o r y c o n n e c t i o n s w i t h t h e g r a n u l e c e l l s a t t h e r o s e t t e s . The t r a n s m i t t e r a t t h e s e a l l i n h i b i t o r y s y n a p s e s i s b e l i e v e d t o be g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d (GABA, B i s t i e t a l . , 1971). However, t h e p u t a t i v e t r a n s m i t t e r f r o m s t e l l a t e c e l l s may be t a u r i n e (Okamoto e t a l . , 1983b). The o n l y o u t p u t f r o m t h e c e r e b e l l a r c o r t e x i s v i a t h e P u r k i n j e c e l l a x o n s , w h i c h i n n e r v a t e t h e c e n t r a l c e r e b e l l a r and o t h e r b r a i n s t e m n u c l e i . 6 E x t e n s i v e a n a t a t o m i c a l s t u d i e s h ave been made on t h e i n t e r c o n n e c t i o n s o f t h e o l i v o c e r e b e l l a r s y s t e m ( s e e B r o d a l and Kawamura, 1980; C o u r v i l l e e t a l . , 1 9 8 0 ) . B r i e f l y , t h e c a u d a l t h i r d o f t h e i n f e r i o r o l i v e p r o j e c t s t o t h e c e r e b e l l a r c o r t e x o f t h e c o n t r a l a t e r a l v e r m i s , w h i l e t h e r o s t r a l t w o - t h i r d s s u p p l i e s a f f e r e n t s t o t h e p a r a - v e r m a l and l a t e r a l r e g i o n s o f t h e c o n t r a l a t e r a l h e m i s p h e r e . I n t u r n , t h e P u r k i n j e c e l l s o f t h e v e r m i s t e r m i n a t e i n t h e c o n t r a l a t e r a l f a s t i g i a l and D i e t e r s ' n u c l e i . S i m i l a r l y , t h e p a r a - v e r m a l r e g i o n p r o j e c t s t o t h e i n t e r p o s i t u s n u c l e i , and t h e l a t e r a l r e g i o n s p r o j e c t t o t h e d e n t a t e n u c l e i . 7 I I . A . 2 . The P u r k i n j e C e l l I I . A . 2 . a . Anatomy P u r k i n j e c e l l s a r e t h e l a r g e s t c e l l s o f t h e c e r e b e l -l a r c o r t e x and t h e i r a x o n s p r o v i d e i t s o n l y e f f e r e n t p a t h w a y ( E c c l e s e t a l . , 1967; S c h e i b e l , 1 9 8 1 ) . E a c h P u r k i n j e c e l l h a s an e x t e n s i v e d e n d r i t i c a r b o r i z a t i o n e x t e n d i n g i n t o t h e g r a n u l a r l a y e r . T h i s t r e e i s f l a t t e n e d p e r p e n d i c u l a r l y t o t h e a x i s o f t h e p a r a l l e l f i b r e s ( P F ) . I n t e r m s o f f u n c t i o n , i t h a s been p r o p o s e d t h a t t h e c e r e b e l l a r c o r t e x i s d i v i d e d i n t o n a r r o w p a r a s a g i t t a l s t r i p s ( A r m s t r o n g , 1974; Voogd and B i g a r e , 1980; and o t h e r s ) . The p a t t e r n o f c e r e b e l l a r f o l d i n g i s s u c h t h a t t h e f o l i a a r e a t r i g h t a n g l e s t o t h e d i r e c t i o n o f t h e s e s t r i p s . T h i s f u n c t i o n a l s u b d i v i s i o n was r e f l e c t e d i n t h e d i s t r i b u t i o n o f o l i v o c e r e b e l -l a r p r o j e c t i o n f o u n d i n e l e c t r o p h y s i o l o g i c a l s t u d i e s by Arm-s t r o n g ( 1 9 7 4 ) . E a c h s t r i p i s s u p p l i e d by a l o c a l i z e d g r o u p o f c l i m b i n g f i b r e s , e a c h o f w h i c h s u p p l i e s c o l l a t e r a l s t o w i d e l y s e p a r a t e d s e c t i o n s o f t h e s t r i p . I n a d d i t i o n , t h e o u t p u t o f e a c h s t r i p i s t o p o l o g i c a l l y d i s t r i b u t e d t o l o c a l i z e d n e u r o n e s o f t h e deep c e r e b e l l a r n u c l e i . E x t e n s i v e a n a t o m i c a l t r a c i n g s t u d i e s o f t h e o l i v o c e r e b e l l a r s y s t e m ( s e e B r o d a l and Kawamura, 1980; C o u r v i l l e e t a l . , 1980) s u g g e s t t h a t i t i s d i v i d e d i n t o t w e l v e s e m i - i n d e p e n d a n t f u n c t i o n a l m o d u l e s , i . e . s i x s y m e t r i c -a l l y o p p o s e d m o d u l e s on e a c h s i d e ( V oogd and B i g a r e , 1 9 8 0 ) . E a c h m o d u l e c o n s i s t s o f : a s u b d i v i s i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v e ( 1 0 ) ; a p a r a s a g i t t a l s t r i p o f t h e c o r t e x ; a c e n t r a l n u c l e u s ; and t h e i r c o r r e s p o n d i n g i n t e r c o n n e c t i o n s . The m o d u l e s and 8 t h e i r a s s o c i a t e d p a r a s a g i t t a l s t r i p s h ave been d e s i g n a t e d A, B, C1 , C2, C3, and D. S t r i p s A and B r e c i e v e f i b r e s f r o m t h e c a u d a l m e d i a l a c c e s s o r y o l i v e (MAO) and d o r s a l a c c e s s o r y o l i v e (DAO) and p r o j e c t t o t h e f a s t i g i a l and D i e t e r s ' n u c l e i , r e s p e c t i v e l y . S t r i p s C1 and C3 b o t h r e c e i v e i n p u t s f r o m t h e r o s t r a l DAO and p r o j e c t t o t h e a n t e r i o r i n t e r p o s i t u s n u c l e u s , w h i l e s t r i p C2, w h i c h i s i n t e r p o s e d between s t r i p s C1 and C3, r e c e i v e s i t i n p u t s f r o m t h e r o s t r a l MAO and p r o j e c t s t o t h e p o s t e r i o r i n t e r p o s i t u s n u c l e u s . F i n a l l y , s t r i p D r e c e i v e s f i b r e s f r o m t h e p r i n c i p a l n u c l e u s o f t h e o l i v e (PO) and p r o -j e c t s t o t h e d e n t a t e n u c l e u s . The p a r a l l e l f i b r e s a r e t h e f i r s t o f t h e two m a j o r e x c i t a t o r y a f f e r e n t s y s t e m s t o P u r k i n j e c e l l s . T h ese f i b r e s make e x t e n s i v e "en p a s s a g e " s y n a p t i c c o n n e c t i o n s t o t h e P u r -k i n j e c e l l a t d e n d r i t i c s p i n e s ( H a m o r i and S z e n t o g a t h a i , 1 9 6 6 ) . The e s t i m a t e d number o f c o n n e c t i o n s e x c e e d s 200,000 p e r PC ( E c c l e s e t a l . , 1 966a,1967; Fox and B e r n a r d , 1967; P a l k o v i t s e t  a l . , 1972) . The t r a n s m i t t e r a t t h e s e s y n a p s e s i s b e l i e v e d t o be g l u t a m a t e . P u r k i n j e c e l l d e n d r i t e s c a n be d i r e c t l y a c t i v a t -ed by g l u t a m a t e ( C h u j o e t a l . , 1975) . A l s o , t h e m o l e c u l a r and g r a n u l e c e l l l a y e r s c o n t a i n h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f g l u t a m a t e ( N a d i e t a l , 1977) w h i c h i s r e d u c e d i n g r a n u l e c e l l d e f i c i e n t c e r e b e l l a , s u c h as t h o s e f r o m g e n e t i c a l l y d e f i c i t ( R o f f l e r -T a r l o v e t a l . , 1 9 7 8 ) , v i r a l l y i n f e c t e d ( Y o u n g e t a l . , 1 9 7 4 ) , o r x - i r r a d i a t e d a n i m a l s (Rohde e t a l . , 1 9 7 9 ) . The s e c o n d m a j o r e x c i t a t o r y i n p u t t o P u r k i n j e c e l l s i s t h e c l i m b i n g f i b r e . Immature P u r k i n j e c e l l s r e c e i v e a t r a n s i e n t i n n e r v a t i o n f r o m more t h a n one c l i m b i n g f i b r e (Kawa-9 g u c h i , 1975; Barragan and Delhaye-Bouchaud, 1980), but t h i s i n n e r v a t i o n i s reduced to a s i n g l e c l i m b i n g f i b r e i n the a d u l t ( E c c l e s e t a l . , 1966a; Puro and Woodward, 1977). The presence o f c l i m b i n g f i b r e s and t h e i r c o n t i n u e d f u n c t i o n i n g has been suggested to be e s s e n t i a l to the e m b r y o l o g i c a l development and the c o n t i n u e d maintenance o f the P u r k i n j e c e l l d e n d r i t i c t r e e and i t s a s s o c i a t e d d e n d r i t i c s p i n e s (Kornguth and S c o t t , 1972; Kawaguchi e t a l . , 1975; Woodward et a l . , 1977), and the f u n c t i o n i n g o f the P u r k i n j e c e l l i t s e l f ( I t o e t a l . , 1978, 1979; I t o , 1981). These l a t t e r workers r e p o r t e d t h a t the d e s t r u c t i o n o f the 10 w i t h 3 - a c e t y l p y r i d i n e (3-AP) caused a r a p i d f a i l u r e o f i n h i b i t o r y t r a n s m i s s i o n a t the P u r k i n j e c e l l -l a t e r a l v e s t i b u l o s p i n a l t r a c t c e l l synapse. They suggested t h a t t h i s may have be due to the i n t e r u p t i o n o f a x o n a l f l o w and the consequent l o s s o f a neurohumour r e q u i r e d f o r the c o n t i n u e d f u n c t i o n i n g o f the PC. However, t h i s experiment was r e p e a t e d by another group ( M o n t a r o l o et a l . , 1981). However, the r e s u l t s o f I t o ' s group were not c o n f i r m e d and t h e r e f o r e more s t u d i e s are r e q u i r e d to c l a r i f y the s i t u a t i o n . In a d d i t i o n , another s t u d y ( S o t e l l o e t a l . , 1975) r e p o r t e d t h a t P u r k i n j e c e l l d e n d r i t i c s p i n e s were not reduced a f t e r 10 d e s t r u c t i o n w i t h 3-AP, but r a t h e r i n c r e a s e d i n number. T h i s s u g g e s t s t h a t , w h i l e s p i n e development may r e q u i r e c l i m b i n g f i b r e i n n e r v a t i o n , s p i n e maintenance does not appear to be dependent upon i t . Each c l i m b i n g f i b r e makes an i n t i m a t e and r o b u s t c o n n e c t i o n w i t h a t l e a s t one P u r k i n j e c e l l i n a t o p o l o g i c a l arrangement, as was mentioned above. T h i s c o n n e c t i o n i s i n the form o f a g r e a t many "en passage" synapses over the PC's e n t i r e 10 d e n d r i t i c t r e e ( E c c l e s e t a l . , 1967) . The p u t a t i v e t r a n s m i t t e r a t t h i s s y n a p s e h a s been s u g g e s t e d t o be a s p a r t a t e . E l e c t r o -p h y s i o l o g i c a l e x p e r i m e n t s s u p p o r t t h i s i d e a s i n c e , f o r e x a m p l e , m i c r o i o n t o p h o r e t i c a p p l i c a t i o n o f L - a s p a r t a t e p r o d u c e d a d o s e -d e p e n d e n t i n c r e a s e i n t h e s p o n t a n e o u s f i r i n g r a t e o f a l l P u r -k i n j e c e l l s t e s t e d ( K r n j e v i c , 1 9 8 2 ) . _ • ; • A u t o r a d i o g r a p h i c a l s u p p o r t i n c l u d e s t h e r e p o r t t h a t i n j e c t i o n o f t r i t i a t e d D - a s p a r t a t e i n t o t h e r a t c e r e b e l l a r c o r t e x o r deep n u c l e i r e s u l t e d i n t h e l a b e l l i n g o f 10 c e l l b o d i e s ( W i k l u n d e t  a l . , 1 9 8 2 ) . T h e s e w o r k e r s a l s o r e p o r t e d t h a t a c a l c i u m -d e p e n d e n t i n v i t r o r e l e a s e o f e n d o g e n o u s L - a s p a r t a t e . , c a u s e d by i n c r e a s e d p o t a s s i u m c o n c e n t r a t i o n , was r e d u c e d s i g n i f i c a n t l y a f t e r d e s t r u c t i o n o f t h e 10 by 3-AP a d m i n i s t r a t i o n , w h i l e t h e p o t a s s i u m - i n d u c e d r e l e a s e o f e n d o g e n o u s L - g l u t a m a t e , gamma-a m i n o b u t y r i c a c i d ( G A B A ) , and g l y c i n e was u n c h a n g e d . The m a j o r i n h i b i t o r y i n p u t o f t h e P u r k i n j e c e l l i s f r o m t h e c e r e b e l l a r i n t e r n e u r o n e s : t h e b a s k e t and s t e l l a t e c e l l s . B a s k e t c e l l s make i n h i b i t o r y c o n n e c t i o n s on o r n e a r t h e P u r k i n j e c e l l somata ( E c c l e s e t a l . , 1967) • A u t o r a d i o g r a p h i c a l and e l e c t r o p h y s i o l o g i c a l e v i d e n c e s u g g e s t s an i n v o l v e m e n t o f g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d (GABA) as a n e u r o t r a n s m i t t e r a t t h i s s y n a p s e ( f o r more d e t a i l s e e S e c t i o n I I . B ) . I n c o n t r a s t , t h e o u t e r s t e l l a t e c e l l s make i n h i b i t o r y c o n n e c t i o n s o n t o P u r k i n j e c e l l s d e n d r i t e s ( E c c l e s e t a l . , 1966b, 1 9 6 7 ) . The t r a n s m i t t e r a t t h e s e s y n a p s e s a l s o may be GABA, b u t t h e r e i s some e v i d e n c e t o s u g g e s t i t m i g h t be t a u r i n e . F o r e x a m p l e , s e l e c t i v e x - r a y d e s t r u c t i o n o f s t e l l a t e c e l l s r e d u c e d t h e c e r e b e l l a r c o r t i c a l c o n t e n t o f t a u r i n e 11 ( M c B r i d e e t a l . , 1976). A l s o , P u r k i n j e c e l l s a r e r e p o r t e d t o be i n h i b i t e d by t h e l o c a l m i c r o i o n t o p h o r e t i c a p p l i c a t i o n o f t a u r i n e ( F r e d e r i c k s o n e t a l . , 1978; Okamoto e t a l . , 1983a,b,c). I n a d d i t i o n t o t h e i n p u t s d i s c u s s e d a b o v e , P u r k i n j e c e l l s a l s o r e c e i v e e x t r i n s i c i n p u t f r o m o t h e r s o u r c e s . A n o r a d r e n e r g i c i n p u t h a s had t h e s t r o n g e s t e x p e r i m e n t a l s u p p o r t . A n a t o m i c a l s t u d i e s e m p l o y i n g b i o c h e m i c a l , f l u o r e s c e n t , u l t r a -s t r u c t u r a l , and i m m u n o c h e m i c a l methods had s u g g e s t e d n o r a d r e n -a l i n e t o be a n e u r o t r a n s m i t t e r i n t h e c e r e b e l l u m ( H o k f e l t and F u x e , 1969; A l e x a n d e r e t a l . , 1975; Melamed e t a l . , 1976; Amenta e t a l . , 1981). T h a t t h e s e s t u d i e s may have r e f l e c t e d a n o r a d r e n e r g i c i n n e r v a t i o n o f P u r k i n j e c e l l s h a s been s u p p o r t e d r e c e n t l y by S c h e i b e l ' s d e s c r i p t i o n o f n o r a d r e n e r g i c - l i k e f i b r e s i n a p p o s i t i o n t o P u r k i n j e c e l l s i n h e r e l e c t r o n m i c r o g r a p h i c s t u d y o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x ( S c h e i b e l , 1981). S t u d i e s i n v o l v i n g a p p l i c a t i o n o f p h e n c y c l i d i n e , 6-hydroxydopamine, and X - r a y i r r a d i a t i o n o f n e o n a t e s a l s o s u p p o r t a n o r a d r e n e r g i c i n n e r v a t i o n o n t o t h e P u r k i n j e c e l l (Marwaha e t a l . , 1980). F i n a l l y , e l e c t r o p h y s i o l o g i c a l s t u d i e s have i n d i c a t e d a s o u r c e f o r a t l e a s t p a r t o f t h i s i n n e r v a t i o n . A n o r a d r e n e r g i c p a t h w a y f r o m t h e l o c u s c o e r u l e u s t o t h e P u r k i n j e c e l l h as been w e l l c h a r a c t e r i z e d by a n a t o m i c a l , p h y s i o l o g i c a l , and p h a r m a c o l o g i c a l s t u d i e s ( H o f f e r e t a l . , 1973) . A c t i v i t y i n t h i s a f f e r e n t s y s t e m s l o w s s p o n t a n e o u s P u r k i n j e c e l l a c t i v i t y ( H o f f e r e t a l . , 1971), w h i l e p r e s e r v i n g a c t i v i t y e v o k e d by mossy and c l i m b i n g f i b r e s ( F r e e d m a n e t a l . , 1977) and m i c r o i o n t o p h o r e t i c a p p l i -c a t i o n o f p u t a t i v e n e u r o t r a n s m i t t e r amino a c i d s ( M o i s e s e t a l . , 1979) . 12 The c e r e b e l l a r c o r t e x a l s o i s r e p o r t e d t o r e c e i v e an i n h i b i t o r y i n n e r v a t i o n o f s e r o t o n e r g i c f i b r e s f r o m t h e r a p h e n u c l e i ( S t r a h l e n d o r f e t a l . , 1979) and b i o c h e m i c a l s t u d i e s h a v e d e m o n s t r a t e d t h e p r e s e n c e o f h i s t a m i n e r e c e p t o r s i n the. c e r e -b e l l u m ( P a l a c i o s e t a l . , 1 9 8 1 ) . The r e s p o n s e o f P u r k i n j e c e l l s t o t h e m i c r o i o n t o p h o r e t i c and m i c r o p r e s s u r e a p p l i c a t i o n o f h i s t a m i n e a g o n i s t s and a n t a g o n i s t s s u g g e s t t h e s e r e c e p t o r s may r e f l e c t a h i s t a m i n e r g i c i n n e r v a t i o n o f P u r k i n j e c e l l s (Marwaha e t a l . , 1 9 8 1 ) . The o n l y o u t p u t f r o m t h e c e r e b e l l a r c o r t e x i s t h r o u g h t h e a x o n s o f t h e P u r k i n j e c e l l s , w h i c h make i n h i b i t o r y s y n a p t i c c o n n e c t i o n s on t h e c e r e b e l l a r n u c l e i and on b r a i n s t e m s i t e s s u c h as D e i t e r s ' n u c l e u s ( c f . J a n s e n and B r o d a l , 1940) . The t r a n s m i t t e r o f P u r k i n j e c e l l a x o n s o n t o D e i t e r s ' n e u r o n e s h a s been w e l l e s t a b l i s h e d t o be GABA ( O b a t a e t a l . , 1967; O t s u k a e t  a l . , 1 9 7 1 ) . P u r k i n j e c e l l a c t i v i t y p r e s u m a b l y m o d u l a t e s i n f o r m a t i o n f r o m h i g h e r c e n t r e s r e l a y e d by t h e s e n u c l e i t o s p i n a l c o r d s i t e s . I n a d d i t i o n , P u r k i n j e c e l l a x o n a l c o l l a t e r -a l s a r e r e p o r t e d t o make i n h i b i t o r y c o n n e c t i o n s on n e i g h b o u r i n g P u r k i n j e c e l l s , b u t t h e e x a c t p a t t e r n o f d i s t r i b u t i o n may v a r y o v e r d i f f e r e n t a r e a s o f t h e c e r e b e l l u m ( B i s h o p , 1982) . P u r -k i n j e c e l l c o l l a t e r a l s a l s o i n n e r v a t e g r a n u l e c e l l s s o m a t a , p r e s u m a b l y a l l o w i n g P u r k i n j e c e l l s t o m o d u l a t e i n f o r m a t i o n e n t e r i n g t h e c e r e b e l l u m v i a t h e mossy f i b r e s i n a manner s i m i -l a r t o G o l g i c e l l s . P u r k i n j e c e l l s a r e c h a r a c t e r i z e d by t h e i r g e n e r a t i o n o f two d i s t i n c t l y d i f f e r e n t s p i k e s i n r e s p o n s e t o p a r a l l e l and c l i m b i n g f i b r e i n p u t s . The f i r s t , c a l l e d t h e s i m p l e s p i k e 13 ( S S ) , i s e v o k e d by i n t r i n s i c a c t i v i t y o r by t h e e x c i t a t o r y p a r a l l e l f i b r e i n p u t . I t h a s a s h a p e and t i m e c o u r s e s i m i l a r t o t h a t o f t h e a c t i o n p o t e n t i a l s o f most o t h e r n e u r o n e s . The s p o n t a n e o u s s i m p l e s p i k e r a t e o f a P u r k i n j e c e l l i s u s u a l l y 30-50 Hz and i s q u i t e i r r e g u l a r r e f l e c t i n g t h e v a r i a b i l i t y o f t h e e x c i t a t o r y and i n h i b i t o r y i n p u t s t o t h e c e l l . The s e c o n d s p i k e r e s p o n s e o f t h e P u r k i n j e c e l l i s c a l l e d t h e c o m p l e x s p i k e (CS) . I t i s e v o k e d by t h e p o w e r f u l i n p u t f r o m t h e c l i m b i n g f i b r e . P u r k i n j e c e l l s have a s p o n t a n -eous CS r a t e o f a b o u t 1 H z . E a c h CS i s made up o f a s e r i e s o f s p i k e s : an i n i t i a l l a r g e s p i k e , w i t h a n o r m a l s h a p e and t i m e c o u r s e , f o l l o w e d by s e v e r a l s m a l l e r s p i k e s o r w a v e l e t s . E a c h CS i s f o l l o w e d by an p e r i o d o f i n h i b i t i o n , w h i c h has been named t h e i n a c t i v a t i o n r e s p o n s e ( G r a n i t and P h i l l i p s , 1956; B l o e d e l and R o b e r t s , 1 9 7 1 ) . S i m p l e s p i k e a c t i v i t y has been r e p o r t e d t o be i n -v e r s e l y r e l a t e d t o CS a c t i v i t y ( F e r i n e t a l . , 1971; C o l i n e t  a l . , 1 9 8 0 ) . F o r e x a m p l e , CS r a t e s g r e a t e r t h a n a b o u t 8 Hz, e v o k e d by s t i m u l a t i o n o r by t h e a d m i n i s t r a t i o n o f h a r m a l i n e , a r e a s s o c i a t e d w i t h a c o m p l e t e c e s s a t i o n o f SS a c t i v i t y ( C o l i n e t a l . , 1980; Rawson and T i l o k s c k u l c h a i , 1981; M o n t a r o l o e t  a l . , 1 9 8 2 ) . C o l i n e t a l . ( 1980) a l s o d e m o n s t r a t e d t h a t c e s -s a t i o n o f c l i m b i n g f i b r e a c t i v i t y , c a u s e d by t h e d e s t r u c t i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v e w i t h 3 - a c e t y l p y r i d i n e ( 3 - A P ) , was a s s o c i a t e d w i t h an i n c r e a s e d P u r k i n j e c e l l SS r a t e and r e g u l a r i t y . T h i s s t u d y was r e c e n t l y c o n f i r m e d by r e v e r s a b l y h a l t i n g CS a c t i v i t y by c o o l i n g t h e 10 ( M o n t a r o l o e t a l . , 1982) and by l o c a l i n j e c t i o n o f l i d o c a i n e ( L e o n a r d and S i m p s o n , 1 9 8 2 ) . I n d e e d , 14 t h i s r e l a t i o n s h i p h a s been r e p o r t e d by t h i s l a b o r a t o r y : t h e r e d u c t i o n o f CS a c t i v i t y c a u s e d by i n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f e t h a n o l was a l s o a s s o c i a t e d w i t h an i n c r e a s e d SS a c t i v i t y and r e g u l a r i t y ( S i n c l a i r e t a l . , 1980; S i n c l a i r and L o , 1 9 8 1 ) . The i n c r e a s e d SS r a t e d o e s n o t a p p e a r t o be due o n l y t o t h e r e b e i n g a r e d u c e d ,number o f C S - a s s o c i a t e d i n a c t i v a t i o n r e s p o n s e s a f t e r e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n , b u t r a t h e r t o some o t h e r f a c t o r . An e x p l a n a t i o n f o r t h i s i n c r e a s e d r a t e was s u g g e s t e d i n a r e c e n t r e p o r t by E b n e r and B l o e d e l ( 1 9 8 1 ) . They f o u n d t h a t t h e s p o n t a n e o u s f i r i n g r a t e s o f n e i g h b o u r i n g P u r k i n j e c e l l s w e r e c o r r e l a t e d . S p e c i f i c a l l y , t h e f i r i n g r a t e o f one was a f f e c t e d by a c o m p l e x s p i k e e v o c a t i o n i n t h e o t h e r . T h i s s t u d y s u g g e s t s t h a t n o t o n l y i s a PC u n d e r t h e d i r e c t i n h i b i t o r y i n f l u e n c e o f one c l i m b i n g f i b r e , b u t i t s o v e r a l l a c t i v i t y i s m o d u l a t e d by t h e a c t i v i t y o f o t h e r s , p r o b a b l y t h r o u g h t h e a c t i v a t i o n o f c o r t i c a l i n h i b i t o r y i n t e r n e u r o n e s ( a l t h o u g h s e e b e l o w ) . T h i s w o u l d s u g g e s t t h a t i f t h e a c t i v i t y o f t h e t o t a l c l i m b i n g f i b r e p o p u l a t i o n was r e d u c e d , f o r e x a m p l e by e t h a n o l , t h e n SS a c t i v -i t y w o u l d be i n c r e a s e d t o a l e v e l a b o v e t h a t w h i c h w o u l d be c a u s e d by o n l y t h e l a c k o f i n a c t i v a t i o n r e s p o n s e s . Many w o r k e r s h a v e r e p o r t e d t h a t e v o k e d CS a c t i v i t y i s f o l l o w e d by a p e r i o d o f r e d u c e d SS a c t i v i t y w h i c h e x t e n d s beyond t h e p e r i o d o f i n c r e a s e d CS a c t i v i t y ( A r m s t r o n g , 1974; C o l i n e t a l . , 1980; I t o e t a l . , 1981; Rawson and T i l o k s k u l c h a i , 1981, 1 9 8 2 ) . T h i s s u p p r e s s i o n o f SS a c t i v i t y d o e s n o t a p p e a r t o be due t o t h e a c t i v a t i o n o f c e r e b e l l a r c o r t i c a l n e u r o n e s by t h e a c t i v a t e d c l i m b i n g f i b r e b e c a u s e 10 s t i m u l a t i o n g e n e r a l l y h a s l i t t l e e x c i t a t o r y e f f e c t upon t h e d i s c h a r g e s o f G o l g i , 15 b a s k e t and s t e l l a t e c e l l s ( I t o e t a l . , 1981; Rawson and T i l o k s k u l c h a i , 1 9 8 1 ) . S i m i l a r l y , i t d o es n o t a p p e a r t o be due t o r e c u r r e n t PC c o l l a t e r a l s n o r t o a c t i o n s a t t h e soma s i n c e i t h a s no e f f e c t on a n t i d r o m i c s p i k e r e s p o n s e s o f t h e PC t o c e r e -b e l l a r w h i t e m a t t e r s t i m u l a t i o n (Rawson and T i l o k s k u l c h a i , 1 9 8 1 ) . R a t h e r , t h e SS s u p p r e s s i o n may be due t o t h e s h u n t i n g o f PC d e n d r i t i c a c t i v i t y by t h e p r o l o n g e d d e p o l a r i z a t i o n s o f PC d e n d r i t e s w h i c h were r e c o r d e d a f t e r c o m p l e x s p i k e s ( E k e r o t and O s c a r s s o n , 1 9 8 0 ) , o r t o f l u c t u a t i o n s i n t h e e x t r a c e l l u l a r c o n c e n t r a t i o n s o f p o t a s s i u m a n d / o r c a l c i u m i o n s w h i c h a r e s e e n a f t e r CS e v o c a t i o n ( S t o c k l e and t e n B r u g g e n g a t e , 1 9 8 0 ) . B o t h t h e s e o b s e r v a t i o n s c o u l d r e f l e c t a m o d i f i c a t i o n o f t h e u n d e r -l y i n g membrane c o n d u c t a n c e s r e s p o n s i b l e f o r t h e e l e c t r o g e n i c i t y o f t h e PC and i t s d e n d r i t e s . I n c o n t r a s t t o t h e above s t u d i e s , w h i c h f o u n d de-c r e a s e d SS r a t e s d u r i n g e v o k e d CS a c t i v i t y , M c D e v i t t and B l o e d e l ( 1 9 8 2 ) r e p o r t e d SS a c t i v i t y t o be i n c r e a s e d i n t h e p e r i o d f o l l o w i n g t h e i n a c t i v a t i o n r e s p o n s e a f t e r s p o n t a n e o u s CS o r c o m p l e x s p i k e s e v o k e d by n a t u r a l s t i m u l a t i o n s u c h as w r i s t f l e x u r e . T h e y s u g g e s t e d t h e d i f f e r e n c e between t h e i r r e s u l t s and t h o s e o f t h e s t u d i e s r e p o r t e d above r e f l e c t s a d i f f e r e n c e b etween t h e e f f e c t o f s y n c h r o n o u s a c t i v a t i o n o f many c l i m b i n g f i b r e s , as o c c u r s d u r i n g 10 o r j u x t a f a s t i g i a l s t i m u l a t i o n , and t h e a s y n c h r o n o u s a c t i v i t y o c c u r r i n g n a t u r a l l y . The m o d u l a t o r y e f f e c t s t h a t c l i m b i n g f i b r e s h ave on PC f i r i n g d e s c r i b e d a b o v e c o u l d a l s o be e x p e c t e d t o c a u s e d i f f e r e n c e s i n r e s p o n s e t o e v o k e d v e r s u s s p o n t a n e o u s CS a c t i v i t y . I n a d d i t i o n , t h e i n h i -b i t o r y a c t i o n o f 10 s t i m u l a t i o n on G o l g i c e l l s ( S c h u l m a n and 16 B l o o m , 1981) may p r o v i d e an e x p l a n a t i o n f o r t h e i n c r e a s e d SS r a t e a f t e r a CS s e e n i n t h i s e x p e r i m e n t . However, Rawson and T i l o k s c k u l s c h a i ( 1 9 8 1 ) r e p o r t e d some G o l g i c e l l s ( 3 / 1 2 ) t o be a c t i v a t e d by 10 s t i m u l a t i o n . T h i s w o u l d be c o n s i s t e n t w i t h a CS b e i n g f o l l o w e d by a d e c r e a s e d SS r a t e . A l t h o u g h some w o r k e r s have a s s i g n e d a p h y s i o l o g i c a l s i g n i f i c a n c e t o c l i m b i n g f i b r e a c t i v i t y , s u c h as a c o n t r o l s i g n a l f o r c e r e b e l l a r l e a r n i n g ( M a r r , 1969; A l b u s , 1 9 7 1 ) , i t s u l t i m a t e r o l e i n c e r e b e l l a r f u n c t i o n i s u n c l e a r . Complex s p i k e s c a n be e v o k e d by i n t e n s e s t i m u l i a p p l i e d t o w h o l e l i m b s ( T h a t c h , 1 9 6 7 ) , but t h i s r e s p o n s e i s n o t r e l i a b l e and shows r a p i d a c c l i m a t i z a t i o n . S i m i l a r l y , K o l b and R u b i a ( 1 9 8 0 ) have r e p o r t e d t h a t c l i m b i n g f i b r e a c t i v i t y i s r e l a t e d t o c o m p l e x l i m b p o s i t i o n and movement p a r a m e t e r s . However, t h e s e r e s p o n s -es a g a i n show g r e a t v a r i a t i o n o v e r t i m e and between n e u r o n e s . P u r k i n j e c e l l r e s p o n s e s t o p a r a l l e l f i b r e and r e l a t e d c l i m b i n g f i b r e i n p u t , e v o k e d by n a t u r a l l i m b movement, were m o d i f i e d by t h e c o n c u r r e n t a c t i v a t i o n o f c l i m b i n g f i b r e i n p u t t o t h e PC by e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e c o r r e s p o n d i n g s e n s o r y c o r t i c a l c o r t e x ( M a r i a n i e t a l . , 1 9 8 2 ) . The c o r t i c a l s t i m u l a t i o n r e s u l t e d i n t h e enhancement o r r e d u c t i o n t h e r e -s p o n s e s , o r c a u s e d a d i s r u p t i o n o f t h e e s t a b l i s h e d r e l a t i o n s h i p b etween CS and SS a c t i v i t y . I I . A . 2 . b . M o t o r L e a r n i n g The s i t e o f m o t o r l e a r n i n g i s s t i l l unknown and i s c o n t r a v e r s i a l . Many b e l i e v e t h a t t h e l e a r n i n g and r e t e n t i o n f u n c t i o n s a r e p e r f o r m e d by p l a s t i c i t y c h a n g e s t o t h e p a r a l l e l 17 f i b r e - P u r k i n j e c e l l d e n d r i t e s y n a p s e , and i n d e e d , s e v e r a l t h e o r i e s h a v e been p u b l i s h e d p r o p o s i n g m e c h a n i s m s by w h i c h t h e s e c h a n g e s may e f f e c t m o t o r l e a r n i n g ( M a r r , 1969; A l b u s , 1971; E c c l e s , 1977). Marr (1969) p r o p o s e d t h a t a c l i m b i n g f i b r e a c t s as a l e a r n i n g s i g n a l w h i c h r e s u l t s i n t h e p a r a l l e l f i b r e " c o n t e x t " , o f t h e s e l e c t e d PC's, b e i n g l e a r n e d . More s p e c i f i c a l l y , a CF a c t i v a t i o n o f a PC d e n d r i t i c t r e e i s p r o p o s -ed t o s t r e n g t h e n t h o s e PF-PC s y n a p s e s w h i c h a r e a c t i v e c o n -j o i n t l y w i t h t h e CF. Hence, o v e r t i m e , a PC w o u l d " l e a r n " t o r e s p o n d t o a g i v e n c o n t e x t . T h e s e i d e a s were r e i t e r a t e d more r e c e n t l y by E c c l e s (1977). A l b u s ' t h e o r y was e s s e n t i a l l y i d e n t i c a l e x c e p t t h a t i t p r o p o s e d t h a t a CF i n p u t w o u l d de-c r e a s e t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e c o n j o i n t l y a c t i v e PF-PC s y n -a p s e s . M a r r ' s t h e o r y was m o d i f i e d by G i l b e r t (1974) t o i n c l u d e t h e c o n c e p t t h a t P u r k i n j e c e l l s a r e a r r a n g e d i n u n i t s , w i t h e a c h u n i t p r o j e c t i n g t o a p a r t i c u l a r m u s c l e and r e c e i v i n g s i m i l a r i n p u t s . He s u g g e s t e d t h a t t h i s w o u l d i n c r e a s e t h e c a p a c i t y o f t h e c e r e b e l l u m t o l e a r n movements and a l s o i n c r e a s e i t s r o b u s t n e s s t o damage by " s p r e a d i n g " a memory t r a c e a c r o s s many n e u r o n e s . O b v i o u s l y , t h e m o d u l a r a r r a n g e m e n t o f t h e c e r e b e l l u m s u g g e s t e d by Voogd and o t h e r s a p p e a r s t o s u p p o r t t h i s t h e o r y , a t l e a s t s u p e r f i c i a l l y . A l t h o u g h , t h e r e i s some e x p e r i m e n t a l s u p p o r t f o r t h e s e t h e o r i e s , some o f w h i c h h a s been q u o t e d a b o v e , t h e y h a v e been s e r i o u s l y q u e s t i o n e d by some i n v e s t i g a t o r s . Some o f t h e s e t h e o r i e s i m p l y t h a t o n c e l e a r n i n g h a s t a k e n p l a c e , t h e c e r e b e l -l a r c o r t e x r e t a i n s t h e l e a r n e d r e s p o n s e s i n t h e a b s e n c e o f c l i m b i n g f i b r e i n p u t . However, L l i n a s e t a l . (1975) f o u n d t h a t 18 r e c o v e r y f r o m v e s t i b u l a r n e r v e l e s i o n s i n r a t s was r e v e r s e d when t h e 10 was l e s i o n e d w i t h 3 - a c e t y l p y r i d i n e ( 3 A P ) . F u r t h e r , c e r e b e l l a r d e c o r t i c a t i o n , w h i c h s p a r e d t h e c e r e b e l l a r n u c l e i and t h e i r c o n n e c t i o n s t o t h e b r a i n s t e m , a l l o w e d t h e r e c o v e r y t o v e s t i b u l a r n e r v e l e s i o n i n g t o t a k e p l a c e , i n d i c a t i n g t h a t t h i s r e c o v e r y was n o t d e p e n d e n t upon t h e c e r e b e l l a r c o r t e x . T h e s e f i n d i n g s were r e i t e r a t e d i n a l a t e r p a p e r ( L l i n a s and W a l t o n , 1 9 7 9 ) . They p r o p o s e d t h a t CF's were s o l e l y a s e l e c t i o n mecha-n i s m , and t h a t l e a r n i n g and r e t e n t i o n t o o k p l a c e a t an e x t r a -c e r e b e l l o c o r t i c a l s i t e o r s i t e s . A m a t h e m a t i c a l m o d e l c o m p a t i -b l e w i t h t h e i r v i e w s was d e v e l o p e d b a s e d upon v i e w i n g t h e c e r e b e l l a r c o r t e x as a t e n s o r s y s t e m i n w h i c h PC f u n c t i o n e d t o y i e l d " l o o k a h e a d " f u n c t i o n s w h i c h a r e s e l e c t e d by CF and u s e d t o p r e d i c t movement r e s u l t s ( P e l l i o n i s z and L l i n a s , 1979) . T h e s e two o p p o s i n g v i e w s o f m o t o r l e a r n i n g need n o t be i n c o m p a t i b l e s i n c e t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s may i n d i c a t e o n l y t h a t p l a s t i c i t y o c c u r s a t many l o c a t i o n s t h r o u g h o u t t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m . A l s o i t s h o u l d be r e a l i z e d t h a t p l a s t i c i t y c h a n g e s may o c c u r i n e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s w h i c h a r e n o t p h y s i o l o g i c a l l y i m p o r t a n t t o m o t o r l e a r n i n g . A r e c e n t e x p e r i m e n t h a s l e n t s u p p o r t t o t h e l e a r n i n g t h e o r y o f c e r e b e l l a r f u n c t i o n p r o p o s e d by Marr ( 1 9 6 9 ) and G i l b e r t ( 1 9 7 4 ) . I t o e t a l . ( 1 9 8 1 , 1982) have r e p o r t e d t h a t c o n j u n c t i v e c l i m b i n g f i b r e - p a r a l l e l f i b r e a c t i v i t y c a u s e d a l o n g - l a s t i n g d e p r e s s i o n o f t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e PF s y n a p s e s on P u r k i n j e c e l l s . S i m p l e s p i k e a c t i v i t y e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f one v e s t i b u l a r n e r v e a t 20 Hz was d e p r e s s e d by c o n j u n c t i v e 10 s t i m u l a t i o n a t 4 Hz, b u t t h a t e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f t h e 19 o t h e r n e r v e a l o n e , w h i c h d i d n o t r e c e i v e c o n j u n c t i v e s t i m u l a -t i o n , was n o t e f f e c t e d i n PC's o f d e c e r e b r a t e r a b b i t s ( I t o e t a l . , 1 9 8 1, 1 9 8 2 ) . T h i s d e p r e s s i o n r e c o v e r e d a b o u t t e n m i n u t e s a f t e r t h e 10 s t i m u l a t i o n was s t o p p e d , b u t was f o l l o w e d by a s l o w d e p r e s s i o n l a s t i n g f o r a b o u t an h o u r . S i m i l a r d e p r e s s i o n s o f PC s e n s i t i v i t y t o g l u t a m a t e , t h e p u t a t i v e t r a n s m i t t e r a t t h e PF-PC s y n a p s e , were a l s o t e s t e d . R e s p o n s e s t o i o n t o p h o r e t i c -a l l y a p p l i e d g l u t a m a t e were d e p r e s s e d a f t e r 10 s t i m u l a t i o n , w h i l e t h o s e t o a s p a r t a t e were u n a f f e c t e d o r r e d u c e d t o a l e s s e r e x t e n t . F u r t h e r m o r e , t h e d e p r e s s i o n o f g l u t a m a t e s e n s i t i v i t y had a i d e n t i c a l t i m e c o u r s e t o t h e d e p r e s s i o n o f t h e p a r a l l e l f i b r e r e s p o n s e s . I t i s n o t a b l e t h a t n o t a l l PF s y n a p s e s were e f f e c t e d s i n c e n e i t h e r t h e s p o n t a n e o u s a c t i v i t y o f PC's n o r t h e a c t i v a t i o n o f b a s k e t c e l l s and t h e s u b s e q u e n t i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s was c h a n g e d . A d d i t i o n a l s t u d i e s i n v o l v i n g c o n j u n c t i v e s t i m u l a t i o n o f p a r a l l e l f i b r e s and c l i m b i n g f i b r e s f o u n d c o n f i r m a t o r y r e s u l t s ( I t o and Kano, 1 9 8 2 ) . The a u t h o r s c o n c l u d e d t h a t t h e most l i k e l y s i t e o f a c t i o n f o r t h e d e p r e s -s i o n s was t h e PF-PC s y n a p s e . I .A.2.C. I o n i c B a s i s o f E l e c t r o g e n i c i t y P u r k i n j e c e l l s , as w e l l as t h e c l a s s i c a l v o l t a g e -d e p e n d e n t c o n d u c t a n c e s r e s p o n s i b l e f o r s o m a t i c and a x o n a l e l e c t r o g e n i c i t y , h a v e u n u s u a l s o m a t i c and d e n d r i t i c c o n d u c t -a n c e s w h i c h m e d i a t e t h e u n i q u e r e s p o n s e s o f t h e s e n e u r o n e s t o c l i m b i n g f i b r e and p a r a l l e l f i b r e i n p u t s . L l i n a s and S u g i m o r i 20 ( 1 9 8 0 a , b ) i n a s e r i e s o f i n v i t r o e x p e r i m e n t s , u s i n g a c e r e -b e l l a r t i s s u e s l i c e p r e p a r a t i o n f r o m g u i n e a p i g s , h ave demon-s t r a t e d t h e u n d e r l y i n g c o n d u c t a n c e s r e s p o n s i b l e f o r t h e e l e c -t r o r e s p o n s i v e n e s s o f P u r k i n j e c e l l s . The P u r k i n j e c e l l soma had two m a i n t y p e s o f e l e c t r o -r e s p o n s i v e n e s s . The f i r s t was a c l a s s i c a l f a s t s o d i u m - d e p e n d -e n t s p i k e p r o b a b l y g e n e r a t e d by i n a c t i v a t i n g v o l t a g e - d e p e n d e n t s o d i u m and p o t a s s i u m c o n d u c t a n c e s . T h i s s p i k e was b l o c k e d by t h e a p p l i c a t i o n o f t e t r o d o t o x i n (TTX) t o t h e b a t h i n g medium. The s e c o n d was a n o n - i n a c t i v a t i n g s o d i u m c o n d u c t a n c e , e v i d e n t o n l y a f t e r c a l c i u m c o n d u c t a n c e had been b l o c k e d w i t h t h e p e r -f u s i o n o f t h e c h l o r i d e s a l t s o f c o b a l t , cadmium, o r manganese o r D-600 . T h i s c o n d u c t a n c e was c a p a b l e o f g e n e r a t i n g p r o l o n g e d p l a t e a u s w i t h a m p l i t u d e s p r o b a b l y d e t e r m i n e d by an e q u i l i b r i u m b etween v o l t a g e - d e p e n d e n t n o n - i n a c t i v a t i n g s o d i u m and p o t a s s i u m c o n d u c t a n c e s . P u r k i n j e c e l l d e n d r i t e s d e m o n s t r a t e d a s e t o f i o n i c c o n d u c t a n c e s and e l e c t r o r e s p o n s i v e b e h a v i o u r s d i s t i n c t f r o m t h o s e o f t h e soma. F i r s t l y , t h e y had a c a l c i u m - d e p e n d e n t s p i k i n g w h i c h was TTX i n s e n s i t i v e b u t was b l o c k e d by c a l c i u m b l o c k e r s . The r e s u l t i n g s p i k e s were s l o w r i s i n g , f a s t f a l l i n g , and were f o l l o w e d by a p r o l o n g e d a f t e r - h y p e r p o l a r i z a t i o n . The i n a c t i v a t i o n and a f t e r - h y p e r p o l a r i z a t i o n were p r o b a b l y due t o c a l c i u m and v o l t a g e - d e p e n d e n t p o t a s s i u m c o n d u c t a n c e s . S e c o n d l y , PC d e n d r i t e s d i s p l a y e d a c a l c i u m - d e p e n d e n t p l a t e a u , s i m i l a r t o t h e s o d i u m d e p e n d e n t p l a t e a u o f t h e soma. T h i s may be a n o t h e r m a n i f e s t a t i o n o f t h e c a l c i u m c o n d u c t a n c e w h i c h c a u s e d s p i k i n g o r may r e f l e c t a n o t h e r d i s t i n c t c o n d u c t a n c e . 21 I t i s p o s s i b l e t h a t P u r k i n j e c e l l s p o n t a n e o u s a c t i v -i t y may be due s o l e l y t o t h e c a l c i u m c o n d u c t a n c e s p r e s e n t i n t h e PC, and n o t r e q u i r e t h e p r e s e n c e o f s o d i u m s i n c e t h e c a l c i u m s p i k i n g b e h a v i o u r was i n d e p e n d e n t o f s o d i u m . S i m i l a r -l y , c l i m b i n g f i b r e a c t i o n may be e x p l a i n e d by c h a n g e s i n t h e v o l t a g e - d e p e n d e n t c a l c i u m c o n d u c t a n c e s i n t h e d e n d r i t i c t r e e . The l o n g t e r m m o d i f i c a t i o n o f s p i k e g e n e r a t i o n and n e u r o n a l e x c i t a b i l i t y m i g h t be a r e f l e c t i o n o f t h e p r o l o n g e d p l a t e a u -t y p e r e p o n s e s c a u s i n g m o d i f i c a t i o n o f membrane r e s i s t a n c e and p o t a s s i u m c o n d u c t a n c e . T h e r e f o r e , g i v e n s u c h a r i c h s e t o f i o n i c c o n d u c t a n c e s , many o f t h e u n i q u e i n t e r a c t i o n s and t h e o r -i e s a l l u d e d t o above may be e x p l a i n e d i n t e r m s o f t h e c o n d u c t -a n c e s e l u c i d a t e d i n t h e s e s t u d i e s ( L l i n a s and S u g i m o r i , 1980a,b) . 22 II.A.3. The I n f e r i o r O l i v e The i n f e r i o r o l i v e n u c l e u s (1 0 ) was so named b e c a u s e o f t h e s h a p e i t g i v e s t o t h e v e n t r a l b r a i n s t e m . I n t e r n a l l y i t c a n been d i v i d e d i n t o t h r e e s u b n u c l e i : t h e d o r s a l a c c e s s o r y o l i v e (DAO); t h e m e d i a l a c c e s s o r y o l i v e (MAO); and t h e p r i n c i -p a l o l i v e ( P O ) . However, r e c e n t s t u d i e s have i n d i c a t e d t h a t t h e 10 i s more c o m p l e x t h a n was p r e v i o u s l y t h o u g h t as i t c a n be d i v i d e d i n t o s u b d i v i s i o n s w h i c h d i f f e r f r o m one a n o t h e r i n t e r m s o f s t r u c t u r e and a f f e r e n t a t i o n ( B r o d a l and Kawamura, 1980) . The n u c l e u s r e c e i v e s i n p u t s f r o m a w i d e r a n g e o f s o u r c e s , s u c h as t h e s p i n a l c o r d , t h e r a p h e n u c l e i , t h e p e r i -a q u e d u c t a l g r e y (PAG) and t h e c o r t e x , and i t p r o j e c t s t o t h e c e r e b e l l a r c o r t e x and deep n u c l e i . The i n f e r i o r o l i v e a p p e a r s t o be i m p l i c a t e d i n m o t o r l e a r n i n g and r e t e n t i o n . L e s i o n i n g t h e 10 h a s been r e p o r t e d t o n o t o n l y p r e v e n t m o t o r l e a r n i n g but t o a l s o r e v e r s e t h e r e c u p e r a t i o n f r o m l a b y r i n t h i n e l e s i o n s ( L l i n a s e t a l . , 1975) . I I .A .3 .a . Anatomy E x p e r i m e n t s i n v o l v i n g r e t r o g r a d e and o r t h o g r a d e t r a c i n g t e c h n i q u e s , a u t o r a d i o g r a p h y , and d e g e n e r a t i o n h a v e been u s e d t o document t h e s o u r c e s o f i n p u t t o t h e 1 0 . O l i v a r y n e u r o n e s r e c e i v e t h e s e i n p u t s on t h e d i s t a l d e n d r i t e s , some-t i m e s a t s y n a p t i c c l u s t e r s . A f f e r e n t s f r o m t h e s p i n a l c o r d t e r m i n a t e m a i n l y on d e n d r i t i c s h a f t s i n t h e c a u d a l p a r t o f t h e MAO and t h e d o r s o l a t e r a l DAO ( K i n g , 1 9 8 0 ; N i c h o l s o n and Gwyn, 1974; M a r t i n e t a l . , 1 9 8 0 ) . The deep c e r e b e l l a r n u c l e i p r o j e c t 23 t o t h e w h o l e o f t h e 10 e x c e p t p a r t s o f t h e MAO ( K i n g e t a l . , 1976, 1978; A n g a u t and C i c i r a t a , 1982; H a r o i a n , 1982). C o r t i c -a l a f f e r e n t s a r e l i m i t e d t o p a r t s o f t h e MAO ( M a r t i n e t a l . , 1975; S o u s o - P i n t a l and B r o d a l , 1969), w h e r e a s t h e w h o l e 10 r e c e i v e s i n p u t s f r o m t h e m i d b r a i n , i n c l u d i n g t h e tegmentum, r e d n u c l e u s , and v e n t r a l PAG, and f r o m t h e t h a l a m u s , s p e c i f i c a l l y t h e n u c l e u s s u b p a r a f a s c i c u l a r i s (Brown e t a l . , 1977; K i n g e t  a l . , 1978; L i n a u t s and M a r t i n , 1978; S a i n t - C y r and C o u r v i l l e , 1978) . A c a t e c h o l a m i n e r g i c i n n e r v a t i o n o f t h e 10 h a s been r e p o r t e d ( F u x e , 1965; H o f f m a n e t a l . , 1973; C h a n - P a l a y , 1977; W i k l u n d e t a l . , 1977) whose o r i g i n h as been a t t r i b u t e d t o t h e c a u d a l m e d u l l a ( C h a n - P a l a y , 1977), t h e p e r i a q u e d u c t a l g r e y ( G a r v e r and S l a d e k , 1975), and t h e n u c l e u s o f t h e o p t i c t r a c t ( H o f f m a n e t a l . , 1973). T e r m i n a l s w h i c h d e g e n e r a t e a f t e r PAG l e s i o n s ( K i n g e t a l . , 1978) and w h i c h may be m o n o a m i n e r g i c a r e p r e s e n t t h o u g h o u t t h e 10 b u t m a i n l y i n t h e PO. An i n t e n s e s u b s t a n c e - P - l i k e i m m u n o r e a c t i v i t y h a s been r e p o r t e d i n t h e l a t e r a l t i p o f t h e DAO i n t h e r a t ( L j u n g d a h l e t a l . , 1978), b u t t e r m i n a l s c o n t a i n i n g s u b s t a n c e - P have n o t been i d e n t i f i e d a s y e t i n t h e 10. The p r e s e n c e o f a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e i n t h e n e u r o p i l ( M a r a n i e t a l . , 1977) and a l p h a - b u n g a r o t o x i n b i n d i n g s i t e s i n t h e 10 ( H u n t and S c h m i d t , 1978) i s s u g g e s t i v e t h a t t h e n u c l e u s r e c e i v e s a c h o l i n e r g i c i n p u t . S c h u l m a n (1981) h a s r e c e n t l y r e p o r t e d l e u - e n k e p h a l i n - l i k e i m m u n o r e a c t i v i t y h e t e r o -g e n o u s l y t h o u g h o u t t h e 10. A d d i t i o n a l l y , l o c a l a p p l i c a t i o n o f e n k e p h a l i n by i o n t o p h o r e s i s o r m i c r o p r e s s u r e d e p r e s s e d b o t h s p o n t a n e o u s and f i r i n g e v o k e d by i o n t o p h o r e t i c a l l y a p p l i e d 24 D L - h o m o c y s t e i c a c i d ( S c h u l m a n , 1981). The 10 a l s o h a s been r e p o r t e d t o r e c e i v e an i n d o l -a m i n e r g i c i n p u t i n t h e c a t , r a t and monkey ( F u x e , 1965; Chan-P a l a y , 1977; and W i k l u n d e t a l . , 1977)'. S o u r c e s o f t h e s e f i b r e s may be t h e r a p h e n u c l e i ( B o b i l l i e r e t a l . , 1976) o r n e u r o n e s w i t h i n o r s u r r o u n d i n g t h e 10 ( C h a n - P a l a y , 1977). E l e c t r o p h y s i o l o g i c a l e v i d e n c e a l s o s u g g e s t s s e r o t o n i n (5-HT) a c t i v i t y i n t h e 10. H a r m a l i n e c a u s e s r h y t h m i c , s y n c h r o n o u s f i r i n g i n t h e 10 a f t e r i n t r a v e n o u s ( de M o n t i g n y and L a m a r r e , 1973; L l i n a s and V o l k i n d , 1973; B i s c o e e t a l . , 1973) o r l o c a l ( H e a d l e y e t a l . , 1976) a d m i n i s t r a t i o n . D e s t r u c t i o n o f s e r o -t o n e r g i c i n n e r v a t i o n o f t h e 10 by s p e c i f i c n e u r o t o x i c d r u g s (5,6- o r 5 , 7 - d i h y d r o x y t r y p t a m i n e ) m a r k e d l y r e d u c e d t h e e f f e c t s o f h a r m a l i n e ( S j o l u n d e t a l . , 1977). H e a d l e y e t a l . ( 1976) s u g g e s t e d t h a t h a r m a l i n e a c t s by s u p p r e s s i n g a t o n i c 5-HT i n p u t t o o l i v a r y c e l l s b e c a u s e 5-HT was t h e o n l y s u b s t a n c e t r i e d t h a t a n t a g o n i z e d t h e f i r i n g i n d u c e d by h a r m a l i n e . I t i s known t h a t i o n t o p h o r e t i c a l l y a p p l i e d h a r m a l i n e c a u s e s a h y p e r p o l a r i z a t i o n o f o l i v a r y c e l l s ( L l i n a s and Yarom, 1980) w h i c h may c a u s e t h e o s c i l l a t o r y f i r i n g by u n m a s k i n g t h e s o m a t i c c a l c i u m c o n d u c t a n c e ( L l i n a s and Yarom, 1981a, s e e b e l o w ) . C o n s i s t e n t w i t h t h i s i d e a , 5-HT h a s been r e p o r t e d t o c a u s e a marked r e d u c t i o n i n t h e l a t e p h a s e o f o l i v a r y c e l l a c t i o n p o t e n t i a l s , a l t h o u g h i t o n l y s l i g h t l y m o d i f i e s f i r i n g r a t e ( H e a d l e y and L o d g e , 1976). The i n f e r i o r o l i v e i s t h e m a i n , i f n o t s o l e , s o u r c e f o r c l i m b i n g f i b r e s t o t h e c e r e b e l l a r c o r t e x and deep n u c l e i ( D e s c l i n , 1974; B a t i n i e t a l . , 1976; C h a n - P a l a y , 1977). The p r o j e c t i o n i s t o p o g r a p h i c a l l y a r r a n g e d , w i t h t h e c a u d a l t h i r d 25 o f t h e n u c l e u s p r o j e c t i n g t o t h e v e r m i s and t h e r o s t r a l t w o -t h i r d s p r o j e c t i n g t o t h e p a r a v e r m a l and l a t e r a l r e g i o n s o f t h e h e m i s p h e r e s , r e s p e c t i v e l y ( s e e B r o d a l and Kawamura, 1 9 8 0 ) . • E a c h c e r e b e l l a r P u r k i n j e c e l l a p p e a r s t o r e c e i v e i n p u t f r o m one and o n l y one c l i m b i n g f i b r e i n t h e a d u l t ( E c c l e s e t a l . , 1966; P u r o and Woodward, 1 9 7 7 ) , a s o p p o s e d t o t h e s i t u a t i o n i n t h e i m m a t u r e a n i m a l where more t h a n one c l i m b i n g f i b r e may i n n e r v a t e a s i n g l e PC ( K a w a g u c h i e t a l . , 1975; B a r -r a g a n and D e l h a y e - B o u c h a u d , 1 9 8 0 ) . The p r e s e n c e o f c l i m b i n g f i b r e s and t h e i r c o n t i n u e d f u n c t i o n i n g h a s been s u g g e s t e d t o be e s s e n t i a l t o t h e e m b r y o l o g i c a l d e v e l o p m e n t ( K o r n g u t h and S c o t t , 1972; K a w a g u c h i e t a l . , 1975; Woodward e t a l . , 1977) and t h e c o n t i n u e d m a i n t e n a n c e ( H a m o r i , 1973) o f t h e P u r k i n j e c e l l d e n d r i t i c t r e e , and t h e f u n c t i o n i n g o f t h e P u r k i n j e c e l l . H owever, c o n t r a r y t o t h e s e r e p o r t s , S o t e l l o e t a l . ( 1975) r e p o r t e d t h a t P u r k i n j e c e l l d e n d r i t i c s p i n e s were n o t r e d u c e d a f t e r 10 d e s t r u c t i o n w i t h 3-AP, b u t r a t h e r i n c r e a s e d i n number. However, a n o t h e r s t u d y i n d i c a t e d a r o l e f o r c l i m b i n g f i b r e on P u r k i n j e c e l l f u n c t i o n i n g : I t o e t a l . ( 1978, 1979) r e p o r t e d t h a t d e s t r u c t i o n o f t h e 10 w i t h 3-AP c a u s e d a r a p i d f a i l u r e o f i n h i b i t o r y t r a n s m i s s i o n a t t h e P u r k i n j e c e l l - l a t e r a l v e s t i b u l o -s p i n a l t r a c t c e l l s y n a p s e . They s u g g e s t e d t h a t t h i s may be due t o t h e i n t e r u p t i o n o f a x o n a l f l o w . U n f o r t u n a t e l y , a" r e c e n t a t t e m p t d e s i g n e d t o r e p e a t t h i s f i n d i n g was u n s u c c e s s f u l ( M o n t -a r o l o e t a l . , 1 9 8 1 ) . I t r e m a i n s t o be s e e n , t h e r e f o r e , w h e t h e r o r n o t t h e P u r k i n j e c e l l r e q u i r e s t h e 10 t o m a i n t a i n i t s f u n c t i o n . 26 I n a d d i t i o n t o i n n e r v a t i o n o f P u r k i n j e c e l l s , c l i m b -i n g f i b r e s a r e r e p o r t e d t o h a v e c o l l a t e r a l s t o t h e c e r e b e l l a r n u c l e i ( C h a n - P a l a y , 1977; D e s c l i n and C o l i n , 1980) and G o l g i c e l l s ( E c c l e s e t a l . , 1967; D e s c l i n and C o l i n , 1 9 8 0 ) . They a r e r e p o r t e d n o t t o p r o j e c t t o m o l e c u l a r l a y e r i n t e r n e u r o n e s ( D e s c l i n and C o l i n , 1 9 8 0 ) . However, e l e c t r o p h y s i o l o g i c a l s t u d i e s h a v e r e p o r t e d e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e 10 t o i n h i b i t m o l e c u l a r l a y e r i n t e r n e u r o n e s ( B l o e d e l and R o b e r t s , 1971) . The c o n s t i t u e n t n e u r o n e s o f t h e 10 have been r e p o r t e d t o h a v e a f i r i n g r a t e o f a b o u t 0.3-1.5 Hz ( A r m s t r o n g and H a r v e y , 1966; A r m s t r o n g and Rawson, 1979) and t o t e n d t o f i r e i n s y n c h r o n y . S p o n t a n e o u s f i r i n g i s p r o b a b l y c a u s e d by t h e p a c e m a k e r a c t i v i t y o f t h e u n d e r l y i n g i o n i c m e c h a n i s m s o f e l e c -t r o g e n i c i t y ( s e e b e l o w , L l i n a s and Yarom, 1 9 8 1 a , b ) . The s y n -c h r o n o u s f i r i n g between c e l l s i s l i k e l y due t o t h e p r e s e n c e o f gap j u n c t i o n s and d e n d r o d e n d r i t i c s y n a p s e s w h i c h w o u l d a l l o w t h e e l e c t r o t o n i c s p e a d o f membrane d e p o l a r i z a t i o n s between n e i g h b o u r i n g c e l l s . E v i d e n c e f o r t h e s e h a s been p u b l i s h e d f r o m b o t h e l e c t r o n m i c r o s c o p i c ( K i n g , 1980) and e l e c t r o p h y s i o l o g i c a l ( L l i n a s e t a l . , 1974; L l i n a s and Yarom, 1981a) s t u d i e s . The l a t t e r e x p e r i m e n t s a l s o i n d i c a t e d t h a t o l i v a r y n e u r o n e s r e c e i v e an i n h i b i t o r y i n p u t f r o m r e c u r r e n t c o l l a t e r a l s , w h i c h was s u g g e s t e d t o be t h e c a u s e o f t h e s l o w f i r i n g r a t e s o f t h e s e c e l l s . H o wever, D e s c l i n and C o l i n ( 1 9 8 0 ) f o u n d no a x o n a l t e r m i n a l d e g e n e r a t i o n i n t h e 10 o r i t s p e r i p h e r y a f t e r d e s t r u c -t i o n o f t h e 10 w i t h 3 - a c t e y l p y r i d i n e (3-AP), a d r u g w h i c h p r e f e r e n t i a l l y d e s t r o y s 10 n e u r o n e s . They c o n c l u d e d t h a t t h i s 27 r u l e d o u t t h e e x i s t e n c e o f r e c u r r e n t o l i v a r y a x o n s a t t h e s e l o c a t i o n s . II.A.3.D. I o n i c B a s i s o f E l e c t r o g e n i c i t y E x t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s f r o m o l i v a r y n e u r o n e s demon-s t r a t e t h e a t y p i c a l a c t i o n p o t e n t i a l s g e n e r a t e d by t h e s e n e u r -o n e s . I n i t i a l l y , a s t h e m i c r o e l e c t r o d e a p p r o a c h e s t h e c e l l , t h e p o t e n t i a l s have a s h a r p m o n o p h a s i c d e f l e c t i o n f o l l o w e d by a p r o l o n g e d p l a t e a u e x t e n d i n g t o a b o u t 5 ms ( H e a d l e y and L o d g e , 1976) . As t h e e l e c t r o d e moves c l o s e r t o t h e c e l l , t h e i n i t i a l m o n o p h a s i c d e f l e c t i o n c o n v e r t s t o a d i p h a s i c p o t e n t i a l and t h e p l a t e a u i s u s u a l l y r e d u c e d i n a m p l i t u d e . As s h a l l be s e e n b e l o w , t h e s e c h a n g e s p r o b a b l y r e f l e c t a c h a n g e i n t h e e l e c t r o d e p o s i t i o n f r o m a d e n d r i t i c t o a s o m a t i c p o s i t i o n . O l i v a r y a c t i o n p o t e n t i a l s r e c o r d e d i n t r a c e l l u l a r l y h a v e an a p p e a r a n c e v e r y s i m i l a r t o t h e d e n d r i t i c e x t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s d e s c r i b e d above ( C r i l l , 1970 and L l i n a s e t a l . , 1974) . I n a d d i t i o n t o t h e e a r l y f a s t - r i s e and t h e l a t e d e p o l -a r i z a t i o n c o m p o n e n t s , t h e r e i s a l s o a l a t e h y p e r p o l a r i z a t i o n w h i c h l a s t s f o r up t o 250 ms. T i s s u e s l i c e e x p e r i m e n t s have a l l o w e d t h e c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e i o n i c c o n d u c t a n c e s u n d e r l y -i n g t h e s e c o m p o n e n t s o f t h e o l i v a r y a c t i o n p o t e n t i a l s and have a l s o a l l o w e d t h e e l u c i d a t i o n o f t h e r h y t h m i c c h a r a c t e r o f o l i v a r y f i r i n g ( L l i n a s and Yarom, 1980, 1 9 8 1 a , b ) . T h e s e e x p e r -i m e n t s have d e m o n s t r a t e d t h a t t h e i n i t i a l f a s t p o r t i o n o f t h e p o t e n t i a l i s due t o t h e f a m i l i a r v o l t a g e d e p e n d e n t i n c r e a s e i n s o d i u m c o n d u c t a n c e , s i n c e t h i s c o n d u c t a n c e was b l o c k e d by t e t r o d o t o x i n (TTX) . I n c o n t r a s t t h e l a t e - d e p o l a r i z a t i o n and 28 l a t e h y p e r p o l a r i z a t i o n s a r e n o t s o d i u m d e p e n d e n t as t h e y r e m a i n i n t a c t f o l l o w i n g t r e a t m e n t w i t h TTX. However, t h e s e l a t e s p i k e c o m p o n e n t s c o u l d i n t u r n be b l o c k e d by a p p l i c a t i o n s o f s o l u -t i o n s o f cadmium, c o b a l t , o r magnesium c h l o r i d e w h i c h a r e known t o b l o c k c a l c i u m c o n d u c t a n c e . L l i n a s and Yarom c o n c l u d e d t h a t t h e s e l a t e p o l a r i z a t i o n s were due t o an i n w a r d c a l c i u m c u r r e n t w h i c h t r i g g e r s a p o t a s s i u m c o n d u c t a n c e . The a c t i o n p o t e n t i a l s r e s u l t i n g f r o m t h e s e c o n d u c t a n c e s a p p e a r t o o r i g i n a t e i n t h e d e n d r i t e s o f o l i v a r y n e u r o n e s . I n a d d i t i o n t o t h e s e d e n d r i t i c c o n d u c t a n c e s , t h e o l i v a r y n e u r o n e h a s a n o t h e r c a l c i u m c o n d u c t a n c e l i m i t e d t o t h e n e u r o n a l s o m a t a , w h i c h i s o n l y o b s e r v a b l e when t h e c e l l i s h y p e r p o l a r i z e d ( L l i n a s and Yarom, 1980, 1 9 8 1 a ) . A s m a l l i n t e r -n a l l y i n j e c t e d h y p e r p o l a r i z i n g c u r r e n t w i l l t r i g g e r c a l c i u m d e p e n d e n t s p i k e s w h i c h do n o t d i s p l a y r e f r a c t o r i n e s s . T h e s e i o n i c c o n d u c t a n c e s : d e n d r i t i c s o d i u m , p o t a s s i u m , and c a l c i u m and s o m a t i c c a l c i u m ; p r o v i d e an i o n i c b a s i s f o r t h e s l o w o s c i l -l a t o r y b e h a v i o u r o f o l i v a r y c e l l s . I n p r o g r e s s i o n , a e x t e r -n a l l y p r o d u c e d d e p o l a r i z a t i o n c a u s e s a s o d i u m s p i k e f o l l o w e d by c a l c i u m and p o t a s s i u m m e d i a t e d l a t e d e p o l a r i z a t i o n and h y p e r -p o l a r i z a t i o n , r e s p e c t i v e l y . The l a t e d e p o l a r i z a t i o n , i n t u r n , c a u s e s t h e u n m a s k i n g o f t h e s o m a t i c c a l c i u m c o n d u c t a n c e and t h e s u b s e q u e n t c a l c i u m s p i k e . T h i s c a l c i u m s p i k e c l o s e s t h e o s c i l -l a t o r y l o o p by t r i g g e r i n g a n o t h e r d e n d r i t i c a c t i o n p o t e n t i a l . I t i s c l e a r t h a t e x t e r n a l m o d i f i c a t i o n s , f o r e x a m p l e t h r o u g h s y n a p t i c i n p u t s o r t h e c h a n g e s t o t h e n e u r o n a l e n v i r o n m e n t , t o t h e c e l l s membrane p o t e n t i a l w o u l d r e s u l t i n a m o d u l a t i o n o f t h e n e u r o n e ' s p e r i o d o f o s c i l l a t i o n . F o r e x a m p l e , t h e mecha-29 n i s m o f h a r m a l i n e ' s e x c i t a t o r y a c t i o n may be due t h e u n m a s k i n g o f t h e s o m a t i c c a l c i u m c o n d u c t a n c e and t h e s u b s e q u e n t o s c i l l a -t o r y b e h a v i o u r ( L l i n a s and Yarom, 1 9 8 1 b ) . 30 I I . A . 4 . The G o l g i C e l l G o l g i c e l l s a r e r e l a t i v e l y l a r g e n e u r o n e s s i t u a t e d i n t h e g r a n u l a r l a y e r o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x h a v i n g f i r i n g r a t e s o f 4-31 Hz ( S c h u l r n a n and B l o o m , 1 9 8 1 ) . G o l g i c e l l s have e x t e n s -i v e d e n d r i t i c t r e e s and r e c e i v e an e x c i t a t o r y i n p u t f r o m a l a r g e number o f p a r a l l e l f i b r e s and f r o m mossy f i b r e s ( H a m o r i and S z e n t a g o t h a i , 1 9 6 6 ) . I n a d d i t i o n , a n a t o m i c a l s t u d i e s i n d i c a t e t h a t t h e y p r o b a b l y a l s o r e c e i v e a x o s o m a t i c s y n a p s e s f r o m c o l l a t e r a l s o f c l i m b i n g f i b r e s and P u r k i n j e c e l l a x o n s ( S c h e i b e l and S c h e i b e l , 1954; P a l a y and C h a n - P a l a y , 1 9 7 4 ) . S t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x , w h i c h a c t i v a t e s c l i m b i n g f i b r e c o l l a t e r a l s , was f o u n d t o p r o d u c e a s i g n i f i c a n t i n c r e a s e i n f i r i n g r a t e o f G o l g i c e l l s (Rawson and T i l o k s k u l c h a i , 1 9 8 1 ) . However, Schulrnan and Bloom ( 1 9 8 0 ) f a i l e d t o f i n d e x c i t a t i o n o f G o l g i c e l l s d u r i n g e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e 10, b u t r a t h e r f o u n d them t o be i n h i b i t e d . E l e c t r o p h y s i o l o g i c a l s t u d i e s i n d i c a t e G o l g i c e l l s h a ve i n h i b i t o r y a c t i o n s b o t h p o s t - s y n a p t i c a l l y on g r a n u l e c e l l d e n d r i t e s and p r e - s y n a p t i c a l l y on mossy f i b r e t e r m i n a l s as w e l l a s on P u r k i n j e c e l l s ( E c c l e s e t a l . , 1967) . The p u t a t i v e n e u r o t r a n s m i t t e r a t t h e s e s y n a p s e s has been s u g g e s t e d t o be GABA ( B i s t i e t a l . , 1 9 7 1 ) . E x p e r i m e n t a l e v i d e n c e s u p p o r t i n g t h i s t r a n s m i t t e r i n c l u d e s t h e a n t a g o n i s m o f G o l g i c e l l - i n d u c e d d e p r e s s i o n o f e v o k e d p o t e n t i a l s , p r o d u c e d by t h e a n t i d r o m i c a c t i v a t i o n o f PC's and t h e o r t h o d r o m i c a c t i v a t i o n o f g r a n u l e c e l l s , by r e l a t i v e l y l a r g e d o s e s o f p i c r o t o x i n and b i c u c u l l i n e , b u t n o t s t r y c h n i n e ( B i s t i e t a l . , 1 9 7 1 ) . G o l g i c e l l s a r e a l s o 31 r e p o r t e d t o t a k e up GABA ( H o k f e l t and L j u n g d a h l , 1 9 7 2 ) . I n t e r m s o f c l a s s i c a l c o n t r o l t h e o r y t h e g r a n u l e c e l l - G o l g i c e l l i n h i b i t o r y l o o p w o u l d t e n d t o keep t h e g r a n u l e c e l l a c t i v i t y a t a c o n s t a n t l e v e l . One c a n s p e c u l a t e t h a t t h i s l e v e l i s t h e one a t w h i c h t h e c e r e b e l l a r c i r c u i t r y w o r k s most e f f i c i e n t l y . 32 I I . B . G a r a m a - a m i n o b u t y r i c a c i d G a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d (GABA) i s w e l l e s t a b l i s h e d a s a n e u r o t r a n s m i t t e r ( s e e R o b e r t s e t a l . , 1976; O l s e n , 1 9 8 2 ) . E x o g e n o u s l y a p p l i e d GABA p r o d u c e s a c o n d u c t a n c e c h a n g e w h i c h c a u s e s a h y p e r p o l a r i z a t i o n i d e n t i c a l t o t h a t p r o d u c e d by t h e en d o g e n o u s i n h i b i t o r y t r a n s m i t t e r i n t h e c e r e b r a l c o r t e x ( K r n j e v i c and S c h w a r t z , 1 9 6 7 ) . B i o c h e m i c a l and p h a r m a c o l o g i c a l s t u d i e s h a v e shown t h e GABA r e c e p t o r t o be s p e c i f i c ( C u r t i s e t  a l . , 1971) and i t s s y n t h e s i s and d e a c t i v a t i o n have been w e l l s t u d i e d . I t i s i n c r e a s i n g l y b e i n g s u g g e s t e d t o m e d i a t e many o f t h e s e d a t i v e , a n x i o l y t i c , a n t i c o n v u l s i v e , and m u s c l e r e l a x a n t a c t i o n s o f t h e b e n z o d i a z e p i n e s , and a l s o t h e s e d a t i v e - h y n o t i c and a n t i c o n v u l s a n t a c t i o n s o f b a r b i t u a t e s , as w e l l as t h e c o n v u l s a n t a c t i o n s o f p i c r o t o x i n and r e l a t e d s u b s t a n c e s ( H a e f e l y e t a l . , 1978; O l s e n , 1981; Simmonds, 1 9 8 0 ) . The m a j o r s y n t h e t i c r o u t e f o r t h e m a n u f a c t u r e o f GABA i s d e c a r b o x y l a t i o n o f L - g l u t a m i c a c i d d e r i v e d f r o m t h e t r i c a r b -o x y l i c a c i d c y c l e . T h i s i s t h e f i n a l and r a t e l i m i t i n g s t e p o f t h e r e a c t i o n and i s c a t a l y z e d by L - g l u t a m i c a c i d d e c a r b o x y l a s e (GAD, R o b e r t s e t a l . , 1979) . A s e c o n d a r y r o u t e o f GABA s y n -t h e s i s may be f r o m o r n i t h i n e ( Y o n e d a and R o b e r t s , 1 9 8 1 ) . A l t h o u g h s o d i u m d e p e n d e n t GABA b i n d i n g h a s been show t o o c c u r i n s y n a p t o s o m e s and GABA may be s t o r e d i n v e s i c l e s i n some t e r m i n a l s , i t i s l i k e l y t h a t n o n - v e s i c l e r e l e a s e a l s o o c c u r s . H owever, GABA r e l e a s e , s i m i l a r l y t o t h a t o f o t h e r p u t a t i v e t r a n s m i t t e r s , i s c a l c i u m - d e p e n d a n t . D e a c t i v a t i o n o f GABA i s v i a r e u p t a k e f r o m t h e s y n a p t i c s p a c e by a h i g h l y s p e c i f i c 33 t r a n s p o r t s y s t e m i n t o b o t h n e u r o n a l and n o n - n e u r o n a l c e l l s ( S n y d e r e t a l . , 1973; B a l c a r and J o h n s t o n , 1973) • These two s y s t e m s a p p e a r t o be d i f f e r e n t i a b l e s i n c e t h e y c a n be p r e f e r -e n t i a l l y i n h i b i t e d by d i f f e r e n t b l o c k e r s ( S c h o u s b o e e t a l . , 1981). S u b s e q u e n t l y , t h e m a j o r e n z y m a t i c d e a c t i v a t i o n o f GABA i s v i a G A B A - t r a n s a m i n a s e (GABA-T, M e t c a l f , 1979), w h i c h i s l o c a t e d i n t h e i n n e r m i t o c h o n d r i a l membrane ( S c h o u s b o e e t a l . , 1977) . B i o c h e m i c a l s t u d i e s have r e v e a l e d t h e GABA r e c e p t o r t o be a c o m p l e x o f i n t e r r e l a t e d , b u t i n d e p e n d e n t , s u b u n i t s . The a g o n i s t s GABA and m u s c i m o l b o t h b i n d a t t h e same s i t e , a s w e l l a s t h e a n t a g o n i s t b i c u c u l l i n e ( E n n a and S n y d e r , 1977). However, d i f f e r e n c e s i n b i o l o g i c a l and p h a r m a c o l o g i c a l c h a r a c t -e r i s t i c s i n d i c a t e two c o n f o r m a t i o n a l s t a t e s o f t h e r e c e p t o r : one w h i c h b i n d s a g o n i s t s , a n o t h e r w h i c h b i n d s a n t a g o n i s t s ( M o h l e r and Okada, 1978). I t h a s been q u i t e w e l l e s t a b l i s h e d t h a t an i n t e r -a c t i o n e x i s t s b etween t h e b e n z o d i a z e p i n e s and GABA. I n d i r e c t e v i d e n c e o f b e h a v i o u r a l c o r r e l a t i o n s between GABA a g o n i s t s and a n t a g o n i s t s and t h e b e n z o d i a z e p i n e s had s u g g e s t e d t h i s f o r many y e a r s ( H a e f e l y e t a l . , 1978; O l s e n , 1981; Simmonds, 1980). R e c e n t s t u d i e s have s u p p o r t e d t h i s i n t e r a c t i o n a t t h e r e c e p t o r l e v e l . I n a d d i t i o n t o t h e two s u b u n i t s m e n t i o n e d a b o v e , t h e r e a p p e a r s t o be a m o d u l a t o r s u b u n i t w h i c h r e d u c e s t h e a f f i n i t y o f t h e GABA r e c e p t o r s i t e ( E n n a and S n y d e r , 1977). T h i s m o d u l a t o r i s r e p o r t e d t o be d i s p l a c e d by t h e b i n d i n g o f b e n z o d i a z e p i n e s ( C o s t a , 1979). C o n v e r s e l y , GABA b i n d i n g h a s been shown t o i n c r e a s e t h e a f f i n i t y o f t h e s e b e n z o d i a z e p i n e r e c e p t o r s i t e s 34 ( T a l l m a n e t a l . , 1 9 7 8 ) . However, t h e p r e s e n c e o f t h e s u b u n i t a p p e a r s t o be l i m i t e d t o a p o r t i o n o f t h e t o t a l number o f GABA r e c e p t o r s , r e s u l t i n g i n a t l e a s t two r e c e p t o r s u b t y p e s o f d i f f e r e n t a f f i n i t i e s and d i s t r i b u t i o n s ( C o s t a , 1 9 7 9 ) . Of t h e two, o n l y t h e l o w a f f i n i t y s i t e s show b i n d i n g t o t h e b e n z o d i a z -e p i n e s ( B r a e s t r u p e t a l . , 1 9 8 0 ) . A n o t h e r g r o u p o f a g e n t s , t h e b a r b i t u a t e s , may i n t e r -a c t w i t h t h e r e c e p t o r c o m p l e x by b i n d i n g t o t h e i o n o p h o r e p o r t i o n o f t h e GABA r e c e p t o r ( O l s e n , 1 9 8 1 ) . S i m i l a r l y , t h e GABA a n t a g o n i s t p i c r o t o x i n i s t h o u g h t t o b l o c k t h e o p e n i n g o f t h e i o n o p h o r e by a l s o b i n d i n g t o t h i s s i t e ( T i c k u e t a l . , 1978) s i n c e d i h y d r o p i c r o t o x i n h a s been r e p o r t e d t o l a b e l t h e c h l o r i d e i o n o p h o r e ( O l s e n , 1 9 8 1 ) . The m a j o r p o s t s y n a p t i c e v e n t o f t h e i n t e r a c t i o n o f GABA and t h e r e c e p t o r - i o n o p h o r e c o m p l e x i s t h e r a p i d i n c r e a s e i n t h e membrane c o n d u c t a n c e t o c h l o r i d e i o n ( M c B u r n e y and B a r k e r , 1978; N i s t r i e t a l . , 1 9 8 0 ) . T h i s may r e s u l t i n e i t h e r d e p o l a r i z a t i o n o r h y p e r p o l a r i z a t i o n d e p e n d i n g upon t h e t r a n s -membrane g r a d i e n t o f c h l o r i d e i o n s . I n t h e c a s e o f t h e s p i n a l c o r d , GABA a d m i n i s t r a t i o n h a s been r e p o r t e d t o c a u s e membrane d e p o l a r i z a t i o n o f s p i n a l c o r d p r i m a r y a f f e r e n t s , w h i c h h a s been s u g g e s t e d t o r e d u c e t h e amount o f t r a n s m i t t e r r e l e a s e d by t h e n e r v e t e r m i n a l ( E c c l e s e t a l . , 1 9 6 3 ) . T h i s h a s been r e f e r r e d t o as p r i m a r y a f f e r e n t d e p o l a r i z a t i o n o r p r e s y n a p t i c i n h i b i -t i o n . T h i s e f f e c t i s t h o u g h t t o be due t o c h l o r i d e i o n e f f l u x , b e c a u s e t h e c h l o r i d e c o n c e n t r a t i o n i n t r a c e l l u l a r l y h a s been s u g g e s t e d t o be g r e a t e r t h a n t h a t e x t r a c e l l u l a r l y due t o a i n w a r d f a c i n g c h l o r i d e pump ( N i s h i e t a l . , 1974) . I t may be 35 a l s o due i n p a r t t o a b u i l d up o f p o t a s s i u m i o n i n t h e e x t r a -c e l l u l a r s p a c e due t o t h e d i s c h a r g e o f n e i g h b o u r i n g a f f e r e n t s ( C u r t i s e t a l . , 1 9 7 1 ) . R e c e n t l y , a more d i r e c t m e c h a n i s m f o r p r e - s y n a p t i c i n h i b i t i o n by GABA h a s been p r o p o s e d by D u n l a p and F i s c h b a c h ( 1 9 7 8 ) . They f o u n d GABA was a b l e t o b l o c k a s l o w -c a l c i u m m e d i a t e d component o f d o r s a l - r o o t g a n g l i o n c e l l a c t i o n p o t e n t i a l s w i t h o u t a n y s i g n i f i c a n t d e p o l a r i z a t i o n . B e c a u s e t h e a n t a g o n i s m was i n s e n s i t i v e t o b i c u c u l l i n e and o t h e r GABA a n t a g -o n i s t s t h e a n t a g o n i s m d oes n o t a p p e a r t o i n v o l v e t h e p o s t s y n -a p t i c GABA r e c e p t o r . I t was p r o p o s e d , t h e r e f o r e , t h a t t h e GABA i n t e r f e r e d d i r e c t l y w i t h i n w a r d c a l c i u m c u r r e n t . P o s t s y n a p t i c i n h i b i t i o n by GABA i n v o l v e s t h e h y p e r p o l a r i z a t i o n o f t h e p o s t -s y n a p t i c membrane due t o c h l o r i d e i o n i n f l u x s i n c e t h e e x t r a -c e l l u l a r c h l o r i d e i o n c o n c e n t r a t i o n g e n e r a l l y i s b e l i e v e d t o be h i g h e r t h a n i n t r a c e l l u l a r l y ( K r n j e v i c , 1 9 8 2 ) . G a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d has been q u i t e w e l l c h a r a c t -e r i z e d a s an i n h i b i t o r y t r a n s m i t t e r i n t h e c e r e b e l l u m . I t may be t h e i n h i b i t o r y t r a n s m i t t e r u s e d by P u r k i n j e , s t e l l a t e , b a s k e t , and G o l g i c e l l s . The P u r k i n j e c e l l - D e i t e r s ' n e u r o n e s y n a p s e h a s been most e x t e n s i v e l y s t u d i e d . E x o g e n o u s GABA h a s been shown t o m i m i c t h e a c t i o n o f s y n a p t i c a l l y r e l e a s e d t r a n s -m i t t e r e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x ( O b a t a e t  a l . , 1967; ten Bruggencate and E n g b e r g , 1 9 7 1 ) . F o r e x a m p l e , i n h i -b i t i o n o f D e i t e r s ' n e u r o n e s by e x o g e n o u s and s y n a p t i c a l l y r e l e a s e d GABA h a s been shown t o be b l o c k e d by t h e GABA a n t a g o n -i s t s p i c r o t o x i n and b i c u c u l l i n e ( C u r t i s , Duggan, and F e l i x , 1970; B r u g g e n c a t e and E n g b e r g , 1 9 7 1 ) . O b a t a and T a k e d a ( 1 9 6 9 ) f o u n d GABA was r e l e a s e d i n t o t h e f o u r t h v e n t r i c l e a f t e r s t i m u -36 l a t i o n o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x . A l s o , t h e GABA c o n t e n t o f i n d i v i d u a l D e i t e r s ' n u c l e u s n e u r o n e s was r e d u c e d by r e m o v a l o f t h e c e r e b e l l a r v e r m i s ( O t s u k a e t a l . , 1971) and GABA h a s been shown t o a s s o c i a t e d i n h i g h c o n c e n t r a t i o n s w i t h t h e n e u r o n a l membranes o f D e i t e r s ' n e u r o n e s . T h e s e d a t a a g a i n s u g g e s t GABA i s t h e t r a n s m i t t e r a t t h i s s y n a p s e . A l t h o u g h t h e e v i d e n c e i s n o t as good as t h a t f r o m D e i t e r s ' n u c l e u s , GABA a l s o may be t h e t r a n s m i t t e r o f t h e c e r e b e l l a r c o r t i c a l i n h i b i t o r y i n t e r n e u r o n e s . I t a p p e a r s t o m e d i a t e s t e l l a t e and b a s k e t c e l l i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s and G o l g i c e l l i n h i b i t i o n o f g r a n u l e c e l l s . GABA a n t a g o n i s t s h a v e been shown t o b l o c k t h e i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s p r o d u c e d by s y n a p t i c a l l y r e l e a s e d GABA e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f p a r a l l e l f i b r e s (LOC s t i m u l a t i o n ) , w h i c h i s due t o t h e a c t i v a -t i o n o f t h e s t e l l a t e and b a s k e t c e l l s and t h e i r s u b s e q u e n t i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s . GABA a n t a g o n i s t s h ave a l s o b l o c k e d t h e i n h i b i t i o n p r o d u c e d by i o n t o p h o r e s e d GABA ( B i s t i e t  a l . , 1971; C u r t i s and F e l i x , 1971; Woodward e t a l . , 1 9 7 1 ) . I n a d d i t i o n , h i s t o l o g i c a l s t u d i e s h a v e d e m o n s t r a t e d a c c u m u l a t i o n o f H-GABA a t s t e l l a t e , b a s k e t , and P u r k i n j e c e l l s and a l s o a t n e r v e e n d i n g s t e r m i n a t i n g on P u r k i n j e c e l l s ( H o k f e l t and L j u n g d a h l , 1972) . T h e r e i s a l s o some e v i d e n c e t o s u g g e s t t h a t t h e a c t i o n o f o t h e r t r a n s m i t t e r s i n t h e c e r e b e l l u m may be m e d i a t e d by m o d i f i c a t i o n o f GABA t r a n s m i s s i o n . F o r e x a m p l e , a r e c e n t s t u d y by M o i s e s e t a l . ( 1 9 7 9 ) d e m o n s t r a t e d t h a t i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l by s y n a p t i c a l l y r e l e a s e d GABA i s e n h a n c e d by b o t h e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e l o c u s c o e r u l e u s and i o n t o p h o r e t i c 37 n o r a d r e n a l i n e . F u r t h e r , Namima e t a l . (1983) f o u n d t a u r i n e t o m o d u l a t e t h e d e p o l a r i z a t i o n p r o d u c e d , c a l c i u m d e p e n d a n t r e l e a s e o f 3H-GABA f r o m g u i n e a p i g c e r e b e l l a r s l i c e s . T h i s m o d u l a t i o n was b l o c k e d by b i c u c u l l i n e . T hey s u g g e s t e d t h a t t a u r i n e may be a c t i n g upon GABA a u t o r e c e p t o r s o r o t h e r b i c u c u l l i n e s e n s i t i v e r e c e p t o r s , o r , t e n t a t i v e l y , may be b l o c k i n g t h e i n f l u x o f c a l c i u m and h e n c e GABA r e l e a s e . 38 I I . C . E t h a n o l I t i s u n l i k e l y t h a t t h e m o l e c u l a r m e c h a n i s m o f a c t i o n o f e t h a n o l on n e u r o n a l f i r i n g and s y n a p t i c t r a n s m i s s i o n i s m e d i a t e d by a r e c e p t o r s i n c e , o t h e r t h a n a l c o h o l d e h y d r o g e n a s e , no m a c r o m o l e c u l e i s known w h i c h r e a c t s w i t h e t h a n o l t o any d e g r e e o f s p e c i f i c i t y . Many t h e o r i e s h ave been p o s t u l a t e d t o e x p l a i n e t h a n o l ' s m e c h a n i s m o f a c t i o n . I t i s c o n c e i v a b l e t h a t more t h a n one mechanism may be i m p o r t a n t as t h e y a r e n o t m u t u a l l y e x c l u s i v e , and i t i s p r o b a b l e t h a t d i f f e r e n t mecha-n i s m s may be i m p o r t a n t i n d i f f e r e n t n e u r o n a l s y s t e m s . U n f o r -t u n a t e l y , e v e n some o f e t h a n o l ' s b a s i c p h y s i c a l e f f e c t s a r e s t i l l c o n t r a v e r s i a l . One o f t h e f i r s t o b s e r v a t i o n s w h i c h s u g g e s t e d a mechanism f o r e t h a n o l a c t i o n was made by O v e r t o n and Meyer a t t h e b e g i n n i n g o f t h i s c e n t u r y . T hey f o u n d t h e p o t e n c y o f an a n a e s t h e t i c o r s i m i l a r compound, i n c l u d i n g e t h a n o l , t o be d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o i t s l i p i d s o l u b i t i l i t y ( M e y e r , 1937). T h i s c o r r e l a t i o n l e a d t o t h e f o r m a t i o n o f t h e O v e r t o n - M e y e r c o n c e p t w h i c h h o l d s t h a t a n a e s t h e t i c a c t i o n i s due t o t h e a t t a i n m e n t o f a c r i t i c a l c o n c e n t r a t i o n o f a n a e s t h e t i c i n c e l l l i p i d s . T h i s c o n c e p t was e x t e n d e d by M u l l i n s (1954) t o i n c l u d e t h e m o l e c u l a r v o l u m e : b u l k i e r m o l e c u l e s a r e more e f f e c t i v e t h a n s m a l l m o l e c u l e s . Seeman (1974) d e m o n s t r a t e d t h a t e t h a n o l l o w e r s t h e d e n s i t y o f s y n a p t o s o m e s and f u r t h e r t h a t t h e de-c r e a s e i n b i o l o g i c a l membranes was g r e a t e r t h a n t h a t f o r m o d e l membranes c o n t a i n i n g no p r o t e i n , s t r o n g l y s u g g e s t i n g t h a t c o n f o r m a t i o n a l c h a n g e s i n t h e membrane p r o t e i n s c o n t r i b u t e d t o 39 t h e membrane e x p a n s i o n . I n a d d i t i o n , t h e e f f e c t s o f a n a e s t h e -t i c s c a n be r e v e r s e d by t h e a p p l i c a t i o n o f h i g h p r e s s u r e s ( T r u d e l l e t a l . , 1973; K e n d i g e t a l . , 1975) . T h e s e f i n d i n g s s u g g e s t t h a t e t h a n o l a c t s p r i m a r i l y a t a h y d r o p h o b i c s i t e , s u c h a s t h e c e l l membrane, and may a c t by e x p a n d i n g biomembranes and d i s r u p t i n g t h e i r s t r u c t u r e . A l t h o u g h e t h a n o l c a u s e s membrane f l u i d i z a t i o n , t h e l o c a l c o n c e n t r a t i o n s r e q u i r e d t o p r o d u c e s u c h n o n - s p e c i f i c e f f e c t s a s membrane l e a k a g e a p p e a r t o be f a r i n e x c e s s o f t h o s e r e q u i r e d t o p r o d u c e p h y s i o l o g i c a l e f f e c t s , s u c h as i n e b r i a t i o n . H owever, i t i s p r o b a b l e t h a t f l u i d i z a t i o n i s an i m p o r t a n t m e chanism a t more s e n s i t i v e and s p e c i a l i z e d s i t e s w i t h i n t h e membrane. More r e c e n t l y , t h e methods o f e l e c t r o n p a r a - m a g n e t i c r e s o n a n c e and f l u o r e s c e n c e s p e c t r o s c o p y o f membrane m a r k e r g r o u p s h a s a l l o w e d a q u a n t i t a t i v e measurement o f membrane d i s r u p t i o n . F o r e x a m p l e , C h i n and G o l d s t e i n (1977) have r e -p o r t e d t h a t e t h a n o l , a t c o n c e n t r a t i o n s a s low as 10 mM, c a u s e d f l u i d i z a t i o n o f s y n a p t o s o m a l membranes. T h i s c o n c e n t r a t i o n o f e t h a n o l i n v i v o w o u l d p r o d u c e o n l y m i l d t o m o d e r a t e i n t o x i c a -t i o n . I n a d d i t i o n , f l u i d i z a t i o n and c h a n g e s t o s p a t i a l a r r a n g e m e n t s o f t h e l i p i d s s u r r o u n d i n g membrane bound enzymes i s known t o be c r i t i c a l t o t h e i r f u n c t i o n i n g ( B a r o n d e s e t a l . , 1979). T h i s c l a s s o f p r o t e i n s i n c l u d e s i o n o p h o r e s , i o n i c pumps, g a t e s , and r e c e p t o r c o m p l e x e s . F o r e x a m p l e , e t h a n o l h a s been r e p o r t e d t o p r o d u c e a c o n c e n t r a t i o n - d e p e n d e n t i n h i b i t i o n o f s o d i u m - p o t a s s i u m - A T P a s e a c t i v i t y ( S c h w a r t z e t a l . , 1975). T h i s i n h i b i t i o n was shown t o be c a u s e d by a l l o s t e r i c e f f e c t s w h i c h were p r o b a b l y due t o a l t e r a t i o n s o f t h e enz y m e - p h o s p h o -40 l i p i d i n t e r a c t i o n . As w o u l d be p r e d i c t e d f r o m t h e a b o v e , low c o n c e n t r a -t i o n s o f e t h a n o l have been f o u n d t o r e d u c e t h e a m p l i t u d e o f t h e e l e c t r i c a l s t i m u l i r e q u i r e d t o a c t i v a t e a compound a c t i o n p o t e n t i a l i n an i s o l a t e d n e r v e o r t o a c t i v a t e t h e i s o l a t e d s q u i d g i a n t a x o n ( A r m s t r o n g and B i n s t o c k , 1964; Moore e t a l . , 1 9 6 4 ) . T h i s r e s u l t i s due t o e t h a n o l p r o d u c i n g a s l i g h t d e p o l -a r i z a t i o n o f t h e membrane by d e c r e a s i n g p o t a s s i u m c o n d u c t a n c e . H i g h e r c o n c e n t r a t i o n s (>100 mM) c a u s e a f u r t h e r d e p o l a r i z a t i o n , d e c r e a s e d s o d i u m c o n d u c t a n c e , and t h e i n a c t i v a t i o n o f s o d i u m c h a n n e l s , r e s u l t i n g i n a s l o w e r p r o p a g a t i o n v e l o c i t y and a l o w e r a c t i o n p o t e n t i a l a m p l i t u d e (Seeman, 1 9 7 2 ) . S m a l l unmye-l i n a t e d f i b r e s a r e a f f e c t e d more t h a n l a r g e r m y e l i n a t e d f i b r e s (Quevedo e t a l . , 1978) . A l t h o u g h e t h a n o l h a s been r e p o r t e d t o a l t e r c a l c i u m c o n t e n t and b i n d i n g i n a v a r i e t y o f t i s s u e s , t h e d a t a a r e c o n t r a d i c t o r y . R oss and c o w o r k e r s f o u n d e t h a n o l t o c a u s e t h e d i s p l a c e m e n t o f c a l c i u m f r o m s y n a p t o s o m e s b o t h i n v i v o and i n  v i t r o ( R o s s , 1 9 7 7 ; Ross e t a l . , 1 9 7 9 ) . O t h e r w o r k e r s have f o u n d e t h a n o l t o i n c r e a s e i n v i t r o c a l c i u m b i n d i n g (Seeman e t a l . , 1971; M i c h a e l i s and M y e r s , 1 9 7 9 ) . S t i l l o t h e r g r o u p s h a v e r e p o r t e d e t h a n o l t o have no e f f e c t on i n v i v o membranes (Hood and H a r r i s , 1979; F e r k o and B o b j o c k , 1980) . K a l a n t and Woo ( 1 9 8 1 ) , i n t h e i r r e c e n t r e v i e w , s u g g e s t t h a t t h e s e r e s u l t s a r e a r e f l e c t i o n o f d i f f e r e n c e s i n membrane p r e p a r a t i o n and d e f i n i -t i o n o f c a l c i u m u p t a k e . I n a d d i t i o n t o a f f e c t i n g c a l c i u m b i n d i n g , a n a e s t h e t i c s and e t h a n o l may c a u s e c a l c i u m - d e p e n d e n t p e r m e a b i l i t y s y s t e m s , s u c h a s p o t a s s i u m , t o be more s e n s i t i v e 41 t o i n t r a c e l l u l a r i o n i z e d c a l c i u m , w i t h o u t n e c e s s a r i l y a f f e c t i n g t h e c o n c e n t r a t i o n o f c a l c i u m ( B a k e r e t a l . , 1980) . M o d i f i c a t i o n o f c a l c i u m b i n d i n g o r c o n t e n t w o u l d be p r e d i c t e d t o m o d i f y n e u r o t r a n s m i t t e r r e l e a s e . E t h a n o l h a s been r e p o r t e d t o i n c r e a s e t h e f r e q u e n c y o f m i n i a t u r e e n d p l a t e p o t e n -t i a l s i n t h e i s o l a t e d n e r v e - m u s c l e j u n c t i o n ( G a g e , 1965; Okada, 1 9 6 7 ) , b u t t o i n h i b i t r e l e a s e o f a c e t y l c h o l i n e f r o m t h e c e r e -b r a l c o r t e x ( P h i l l i s , 1968; S i n c l a i r and L o , 1978; P h i l l i s e t  a l . , 1980; S u n a h a r a and K a l a n t , 1 9 8 0 ) . The r e l e a s e o f o t h e r t r a n s m i t t e r s f r o m t h e c e r e b r a l c o r t e x was r e p o r t e d t o a l s o be r e d u c e d . T h e s e t r a n s m i t t e r s i n c l u d e d s e r o t o n i n , d o p a m i n e , n o r a d r e n a l i n e , g l u t a m a t e , and GABA, w i t h GABA b e i n g l e a s t e f f e c t e d ( C a r m i c h a e l and I s r a e l , 1 9 7 5 ) . However, Seeman and Lee ( 1 9 7 4 ) f o u n d dopamine r e l e a s e t o be i n c r e a s e d by e t h a n o l . I n a d d i t i o n t o a f f e c t i n g t r a n s m i t t e r r e l e a s e , e t h a n o l a l s o h a s an e f f e c t on p o s t - s y n a p t i c e v e n t s . I t h a s been r e -p o r t e d t o a n t a g o n i z e t h e c o n t r a c t u r e o f g u i n e a - p i g i l e u m i n d u c -ed by a c e t y l c h o l i n e o r p o t a s s i u m ( H u r w i t z e t a l . , 1962, 1967; Mayer e t a l . , 1980a) . T h i s e f f e c t c o u l d be r e v e r s e d by i n -c r e a s e d c a l c i u m i o n c o n c e n t r a t i o n ( M a y e r e t a l . , 1 9 8 0 b ) . S i m i l a r l y , i n t h e n e u r o m u s c u l a r j u n c t i o n e t h a n o l h a s been r e p o r t e d t o i n c r e a s e c a l c i u m - i n d e p e n d e n t s p o n t a n e o u s and c a l c i u m - d e p e n d e n t d e p o l a r i z a t i o n - e v o k e d m i n i a t u r e e n d - p l a t e p o t e n t i a l (mepp) number ( Q u a s t e l e t a l . , 1 9 7 1 ) , t o p r o l o n g mepps ( C a r l e n and C o r r i g a n , 1 9 8 0 ) , and t o i n c r e a s e t h e a f f i n i t y o f t h e a c e t y l c h o l i n e r e c e p t o r ( B r a d l e y e t a l . , 1 9 8 0 ) . However, c o n t r a r y t o t h i s l a t t e r r e s u l t , a c e t y l c h o l i n e b i n d i n g , and t h a t o f d opamine and g l u t a m a t e , was i n c r e a s e d , d e c r e a s e d , o r n o t 42 a f f e c t e d u n p r e d i c t a b l y by e t h a n o l i n p r e p a r a t i o n s f r o m d i f f e r -e n t p a r t s o f t h e b r a i n ( C i o f a l o , 1980) . I n a n o t h e r r e p o r t , g l u t a m a t e b i n d i n g t o b r a i n s y n a p t o s o m e s was d e c r e a s e d by i n  v i t r o e t h a n o l ( M i c h a e l i s e t a l . , 1 9 8 0 ) . A r e c e n t r e p o r t by C a r l e n e t a l . ( 1 9 8 2 ) , w h i c h i n v o l v e d i n t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g o f CA1 c e l l s f r o m h i p p o c a m p a l s l i c e s , f o u n d t h a t e t h a n o l a p p e a r s t o augment c a l c i u m - m e d i a t e d m e c h a n i s m s b o t h p r e - and p o s t - s y n -a p t i c a l l y , p o s s i b l y by i n c r e a s i n g i n t r a c e l l u l a r c a l c i u m c o n c e n -t r a t i o n o r e f f e c t i v e n e s s . E t h a n o l i n d u c e d a l t e r a t i o n s t o t r a n s m i t t e r r e l e a s e and b i n d i n g w o u l d be e x p e c t e d t o be r e f l e c t e d i n t h e e f f e c t s o f e t h a n o l on s i n g l e u n i t s p o n t a n e o u s and e v o k e d f i r i n g . F o r e x a m p l e , an e a r l y r e p o r t f o u n d t h a t a s l o w l y i n f u s e d i n t r a v e n -ous d o s e o f e t h a n o l d e p r e s s e d c e l l s p r esumed t o be P u r k i n j e c e l l s , w h i l e t e n d i n g t o e x c i t e i n t e r n e u r o n e s , i n d e c e r e b r a t e c a t s ( E i d e l b e r g e t a l . , 1 9 7 1 ) . C o n v e r s e l y , c e r e b e l l a r e x p l a n t s h ave been f o u n d t o have i n c r e a s e d s p o n t a n e o u s f i r i n g and r e g u -l a r i t y , e v e n i n t h e a b s e n c e o f s y n a p t i c i n p u t ( S e i l e t a l . , 1 9 7 7 ) . S i m i l a r r e s u l t s h a v e been r e p o r t e d i n v i v o : e t h a n o l a t l o w t o m o d e r a t e d o s e s c a u s e d an i n c r e a s e d s i m p l e s p i k e f i r i n g r a t e o f P u r k i n j e c e l l s r e c o r d e d i n s i t u f r o m i n t a c t r a t c e r e -b e l l i ( R o g e r s e t a l . , 1980; S i n c l a i r e t a l . , 1980; S i n c l a i r and L o , 1 9 8 1 ) . T h e s e l a t t e r w o r k e r s a l s o r e p o r t e d a c o n c u r r e n t i n c r e a s e i n t h e r e g u l a r i t y o f SS f i r i n g . T h e s e e f f e c t s may h a v e been due t o t h e d e c r e a s e d c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y r e p o r t e d a f t e r e t h a n o l . When e t h a n o l was g i v e n more r a p i d l y o r i n h i g h e r d o s e s SS a c t i v i t y was d e p r e s s e d and c o m p l e x s p i k e - l i k e b u r s t a c t i v i t y was o b s e r v e d ( R o g e r s e t a l . , 1980) . 43 A v a r i e t y o f n e u r o n a l r e s p o n s e s t o e t h a n o l have been r e p o r t e d f o r o t h e r a r e a s o f t h e n e r v o u s s y s t e m . F o r e x a m p l e , t h e s p o n t a n e o u s d i s c h a r g e o f s p i n a l d o r s a l h o r n i n t e r n e u r o n e s was d e p r e s s e d by s l o w i n t r a v e n o u s i n f u s i o n o f e t h a n o l ( E i d e l -b e r g and W o o l e y , 1970) . C o n v e r s e l y , d o r s a l h i p p o c a m p a l n e u r -o n a l f i r i n g was e x c i t e d by low d o s e s o f i n t r a v e n o u s l y i n f u s e d e t h a n o l and i n h i b i t e d by h i g h e r d o s e s ( G r u p p , 1 9 8 0 ) . A l a t e r s t u d y showed t h a t t h i s i n h i b i t i o n o f f i r i n g c o u l d be a n t a g o n -i z e d by d o p a m i n e r g i c and c h o l i n e r g i c a g o n i s t s and u n a f f e c t e d o r e n h a n c e d by G A B A - e r g i c and a d r e n e r g i c a n t a g o n i s t s ( G r u p p , 1 9 8 1 ) . Most c e l l s i n t h e l o c u s c o e r u l e u s were f o u n d t o be i n h i b i t e d by i n t r a p e r i t o n e a l l y i n j e c t e d e t h a n o l ( P o h o r e c k y and B r i c k , 1 9 7 7 ) . E t h a n o l a p p l i e d l o c a l l y o n t o P u r k i n j e c e l l s by m i c r o -p r e s s u r e d e p r e s s e d t h e i r f i r i n g i n a n o n - s p e c i f i c , l o c a l a n a e s -t h e t i c - l i k e manner ( S i g g i n s and F r e n c h , 1979) . S i m i l a r a p p l i c a t i o n o f e t h a n o l o n t o h i p p o c a m p a l p y r a m i d a l c e l l s c a u s e d a b o u t h a l f o f them t o be e x c i t e d , w h i l e t h e o t h e r h a l f were i n h i b i t e d ( S i g g i n s and B l o o m, 1 9 8 0 ) . C a r l e n e t a l . ( 1982) r e p o r t e d t h a t e t h a n o l , e i t h e r p e r f u s e d o r a p p l i e d f o c a l l y by m i c r o e l e c t r o d e , c a u s e d a d e c r e a s e d f i r i n g i n most o f t h e n e u r -o n e s r e c o r d e d i n t r a c e l l u l a r l y i n h i p p o c a m p a l s l i c e s . 44 I I .D. E t h a n o l E f f e c t s on GABA A l t h o u g h n o t much d i r e c t e v i d e n c e h a s been p u b l i s h e d s h o w i n g an e f f e c t o f e t h a n o l on G A B A - e r g i c f u n c t i o n , t h e r e h a s been q u i t e a l o t o f i n d i r e c t e v i d e n c e s u g g e s t i n g t h i s . B e h a v -i o u r a l s t u d i e s have shown a s i m i l a r i t y b etween t h e e f f e c t s o f e t h a n o l and t h a t o f o t h e r s u b s t a n c e s , s u c h as t h e b e n z o d i a z -e p i n e s and b a r b i t u a t e s , whose e f f e c t s h ave been a t t r i b u t e d t o m o d i f i c a t i o n o f GABA p a t h w a y s . I n a d d i t i o n , a few b e h a v i o u r a l s t u d i e s have been d i r e c t e d a t GABA's r o l e i n e t h a n o l i n t o x i c a -t i o n . F o r e x a m p l e , H a k k i n e n and K u l o n e n ( 1 9 7 6 ) r e p o r t e d t h a t t h e GABA a n t a g o n i s t b i c u c u l l i n e r e d u c e d e t h a n o l i n t o x i c a t i o n i n r a t s , as m e a s u r e d by t h e t i l t i n g - p l a n e t e s t . C o n v e r s e l y , an i n h i b i t o r o f GABA c a t a b o l i s m , a m i n o - o x y a c e t i c a c i d (AOAA), i n c r e a s e d t h e l e v e l o f i n t o x i c a t i o n . E t h a n o l i s r e p o r t e d t o m o d i f y s p i n a l c o r d p r e s y n a p t i c i n h i b i t i o n , w h i c h i s g e n e r a l l y a g r e e d t o be m e d i a t e d by GABA ( c f . L e v y , 1 9 7 7 ) . M i y a h a r a , E s p l i n , and Z a b l o c k a ( 1 9 6 6 ) r e p o r t e d t h a t e t h a n o l a s w e l l as o t h e r a n a e s t h e t i c a g e n t s e n h a n c e d p r e s y n a p t i c i n h i b i t i o n a t a d o s e w h i c h p r o d u c e d s e d a -t i o n o r l i g h t a n a e s t h e s i a . C o n v e r s e l y , E i d e l b e r g and Wooley ( 1 9 6 9 ) r e p o r t e d t h a t , i n a s i m i l a r s y s t e m , e t h a n o l d i d n o t p r o d u c e a n y p o t e n t i a t i o n o f d o r s a l r o o t p o t e n t i a l . H o wever, D a v i d o f f ( 1 9 7 3 ) a l s o r e p o r t e d t h a t e t h a n o l ( 1 5 0 - 4 5 0 mg/100 ml) e n h a n c e d p r i m a r y a f f e r e n t d e p o l a r i z a t i o n , b u t i n a p e r f u s e d a m p h i b i a n s p i n a l c o r d p r e p a r a t i o n . T h e r e f o r e , i t a p p e a r s t h a t e t h a n o l e n h a n c e s t h e s p i n a l p r e s y n a p t i c i n h i b i t i o n p r o d u c e d by GABA. 45 U n f o r t u n a t e l y , t h e s t u d i e s on t h e e f f e c t o f e t h a n o l on GABA's a c t i o n s on s i n g l e n e u r o n e s above t h e l e v e l o f t h e s p i n a l c o r d a r e o f t e n c o n t r a d i c t o r y . L a k e e t a l . ( 1 9 7 3 ) r e p o r t e d t h a t e l e c t r o - o s m o t i c a l l y a p p l i e d e t h a n o l a n t a g o n i z e d t h e a c t i o n s p r o d u c e d by i o n t o p h o r e t i c a c e t y l c h o l i n e , n o r a d r e n a -l i n e , and s e r o t o n i n , b u t n o t t h a t o f GABA. On t h e o t h e r h a n d , N e s t o r o s ( 1 9 8 0 a , b ) r e p o r t e d e t h a n o l , a d m i n i s t e r e d m i c r o o s m o t i c -a l l y o r i n t r a v e n o u s l y , p o t e n t i a t e d i n h i b i t i o n o f s i n g l e f e l i n e c o r t i c a l c e l l s p r o d u c e d by m i c r o i o n t o p h o r e t i c a l l y a p p l i e d GABA o r e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e s u r f a c e o f t h e c e r e b r a l c o r t e x . I t i s n o t a b l e t h a t t h e s e e f f e c t s were s e e n a t r e m a r k -a b l y l ow d o s e s o f e t h a n o l ( 0 . 2 - 2 mg/Kg). R e c e n t e x p e r i m e n t s by N e w l i n , M a n c i l l a s - T r e v i n o , and Bloom ( 1 9 8 1 ) h a v e shown t h a t e t h a n o l m o d i f i e s a h i p p o c a m p a l n e u r o n a l i n h i b i t i o n t h o u g h t t o be m e d i a t e d by GABA. I n t h e s e e x p e r i m e n t s , e t h a n o l ( 3 g/kg i . p . ) s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d t h e d u r a t i o n o f r a t h i p p o c a m p a l CA3 n e u r o n a l i n h i b i t i o n p r o d u c e d by s t i m u l a t i o n o f t h e d e n t a t e m o ssy f i b r e o r c o m m i s s u r a l p a t h w a y s . C o n v e r s e l y , C a r l e n e t a l . ( 1 9 8 2 ) r e p o r t e d t h a t e t h a n o l , a t l o w d o s e s , d i d n o t augment G A B A - i n d u c e d CA1 p y r a m i d a l c e l l r e s p o n s e s t o GABA .. a p p l i e d f o c a l l y by m i c r o p r e s s u r e e j e c t i o n (0.1-10mM). O t h e r w o r k e r s h a v e r e p o r t e d e t h a n o l t o a n t a g o n i z e t h e e f f e c t s o f GABA. F o r i n s t a n c e , B a c k s t r o m ( 1 9 7 7 ) f o u n d t h a t e t h a n o l ( 1 1 - 4 5 mM) i n h i -b i t e d c o n v e n t i o n a l G A B A - e r g i c s y n a p s e s i n i s o l a t e d f r o g r e t i n a , w h i l e n o t a f f e c t i n g t h e r i b b o n s y n a p s e s . S i g g i n s and F r e n c h ( 1 9 7 9 ) r e p o r t e d t h a t d i r e c t a p p l i c a t i o n o f e t h a n o l a n t a g o n i z e d t h e i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s by GABA. However, t h e y r e -g a r d e d t h i s a n t a g o n i s m t o be a n o n - s p e c i f i c e f f e c t s i n c e i t was 46 o f t e n a c c o m p a n i e d by r e d u c t i o n s o f s p i k e a m p l i t u d e and l e n g t h -e n i n g o f s p i k e d u r a t i o n . F i n a l l y , S i n c l a i r and Lo ( 1 9 8 1 ) f o u n d t h a t e t h a n o l ( 1 . 5 g/kg i . v . ) r e d u c e d t h e p e r i o d o f i n h i b i t i o n o f r a t P u r k i n j e c e l l s p r o d u c e d by l o c a l s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b e l l a r c o r t i c a l s u r f a c e . As t h i s i n h i b i t i o n i s t h o u g h t t o be m e d i a t e d by GABA, t h e r e s u l t s were i n t e r p r e t e d as an a n t a g -o n i s m by e t h a n o l o f GABA i n h i b i t i o n . 47 I I I . METHODS I I I . A . A n i m a l P r e p a r a t i o n and S u r g e r y . The a n i m a l s u s e d i n t h e s e e x p e r i m e n t s were male a l b i n o W i s t a r r a t s w e i g h i n g between 175 and 250 g o b t a i n e d f r o m e i t h e r t h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a A n i m a l C a r e F a c i l i t y o r C a n a d i a n B r e e d i n g L a b o r a t o r i e s , La P r a i r i e , Q u e b e c . I n e a c h a n i m a l , a n a e s t h e s i a was i n d u c e d by i n t r a p e r i t o n e a l i n j e c t i o n o f u r e t h a n e ( 1 . 4 g / k g , Sigma) a d m i n i s t e r e d as a 20% s o l u t i o n by w e i g h t i n d i s t i l l e d w a t e r . R e c t a l t e m p e r a t u r e was m o n i t o r e d by an e l e c t r o n i c t h e r m o m e t e r and m a i n t a i n e d w i t h i n p h y s i o l o g i c a l l i m i t s a u t o m a t i c a l l y by a f e e d b a c k c o n t r o l l e d d i r e c t c u r r e n t h e a t i n g p a d . To a l l o w s u b s e q u e n t i n t r a v e n o u s i n j e c t i o n s t o be made, t h e r i g h t f e m o r a l v e i n was c a n n u l a t e d w i t h No. 10 p o l y e t h -y l e n e t u b i n g ( C l a y Adams) p r e f i l l e d w i t h n o r m a l s a l i n e . I n t h o s e e x p e r i m e n t s i n v o l v i n g t h e e l e c t r o l y t i c l e s i o n i n g o f t h e i n f e r i o r o l i v e , a t r a c h e a l c a n n u l a t i o n was p e r f o r m e d and t h e a n i m a l r e s p i r e d u s i n g a s m a l l a n i m a l r e s p i r a t o r ( H a r v a r d I n s t r u -ment 680) . The a n i m a l ' s head was t h e n p o s i t i o n e d i n a s t e r e o t a x i c f r a m e ( N a r a s h i g e ) a c c o r d i n g t o t h e method o f P e l l i g r i n o e t a l . ( 1 9 7 9 ) . The s k i n o v e r t h e s k u l l was r e t r a c t e d and b u r r h o l e s ( a b o u t 0.3 cm i n d i a m e t e r ) were d r i l l e d w i t h a M o t o - t o o l ( D r e m e l M a n u f a c t u r i n g Company) t o a l l o w t h e p l a c e m e n t o f r e c o r d i n g and s t i m u l a t i n g e l e c t r o d e s i n t o t h e a p p r o p r i a t e b r a i n l o c a t i o n s . The d u r a was t h e n r e f l e c t e d and t h e p i a m a t t e r g e n t l y r i p p e d w i t h two p a i r s o f f o r c e p s . E x p o s e d t i s s u e was c o v e r e d w i t h 48 n o r m a l s a l i n e o r a g a r ( 4 % i n s a l i n e ) t o p r e v e n t d r y i n g . I I I . B . E l e c t r o d e P r e p a r a t i o n , P l a c e m e n t , and Methods S i n g l e b a r r e l r e c o r d i n g m i c r o e l e c t r o d e s were p r e p a r e d i n a c o n v e n t i o n a l manner f r o m 1.5 mm d i a m e t e r g l a s s m i c r o p i -p e t t e s ( G l a s s Company o f A m e r i c a , Omega D o t ) c o n t a i n i n g a s i n g l e s t r a n d o f f i b r e g l a s s t o f a c i l i t a t e t h e i r f i l l i n g by c a p i l l a r y a c t i o n . The p i p e t t e s were p u l l e d c o n v e n t i o n a l l y on an commer-c i a l e l e c t r o d e p u l l e r ( N a r a s h i g e ) and t h e t i p s b r o k e n a g a i n s t a g l a s s r o d u n d e r a m i c r o s c o p e t o a b o u t 1 um. They were f i l l e d w i t h a P o n t a m i n e S k y B l u e dye ( I C N P h a r m a c e u t i c a l s , I n c . , 6BX) i n 0.5 M s o d i u m a c e t a t e , a l l o w i n g b o t h r e c o r d i n g and l a t e r h i s t o l o g i c a l m a r k i n g o f r e c o r d i n g s i t e s by i o n t o p h o r e t i c e j e c -t i o n o f t h e d y e . The e l e c t r o d e s had DC i m p e d a n c e s o f 15-25 megohms . M u l t i b a r r e l r e c o r d i n g m i c r o e l e c t r o d e s were c o n s t r u c t e d by g l u e i n g a number o f s h o r t h o c k e y s t i c k s h a p e d p i p e t t e b l a n k s a r o u n d a c e n t r a l f u l l - l e n g t h p i p e t t e w i t h f i v e m i n u t e e p o x y ( L e p a g e ) . The f o r m e r were so s h a p e d t o a l l o w t h e i r c o n n e c t i o n t o t h e m i c r o p r e s s u r e o r i o n t o p h o r e s i s e q u i p m e n t and t o p r e v e n t i n t e r a c t i o n b e t ween b a r r e l s due t o i n t e r - b a r r e l l e a k a g e . A f t e r c u r i n g , t h e r e s u l t i n g m u l t i b a r r e l a s s e m b l a g e was i n s e r t e d i n t o t h e e l e c t r o d e p u l l e r , h e a t e d , and g i v e n a h a l f t u r n t o bond t h e i n d i v i d u a l p i p e t t e s t o g e t h e r . A f t e r a p e r i o d f o r c o o l i n g , t h e e l e c t r o d e was p u l l e d c o n v e n t i o n a l l y and t h e t i p b r o k e n . F o r a t h r e e b a r r e l e d e l e c t r o d e t h e r e s u l t i n g t i p s i z e was 3-4 um. The c e n t r a l b a r r e l , f i l l e d a s a b o v e , s e r v e d a s t h e r e c o r d i n g b a r r e l , w h i l e t h e s u r r o u n d i n g b a r r e l s , f i l l e d w i t h d r u g s o l u t i o n s , 49 s e r v e d as d r u g a p p l i c a t i o n b a r r e l s . The d r u g s a d m i n i s t e r e d i n t r a v e n o u s l y w e r e : e t h a n o l (up t o 1.5 g / k g , 20% w/v, g i v e n e i t h e r i n d i v i d e d d o s e s o f 0.25, 0.25, 0.5, and 0.5 g/kg o v e r 22 m i n u t e s o r a s one d o s e o v e r 10 min) and h a r m a l i n e (up t o 5 mg/kg, g i v e n as a 10 mg/ml s o l u -t i o n ) . The i o n t o p h o r e t i c a l l y a d m i n i s t e r e d d r u g s w e r e : e t h a n o l (1 M i n 145 mM N a C l ) and g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d (GABA, 2 M, pH 4) . Two a d d i t i o n b a r r e l s o f t h e same e l e c t r o d e were f i l l e d w i t h s a l i n e : t h e f i r s t f o r c o n t r o l a p p l i c a t i o n s o f s a l i n e t o t e s t f o r c u r r e n t e f f e c t s ; and t h e s e c o n d as a c u r r e n t b a l a n c i n g c h a n n e l t o m i n i m i z e c u r r e n t e f f e c t s ( P a l m e r , 1 9 8 2 ) . E j e c t i o n c u r r e n t s were i n t h e r a n g e o f 0-40 nA. The d r u g s a d m i n i s t e r e d by m i c r o -p r e s s u r e w e re e t h a n o l (750 mM i n s a l i n e ) and s u c r o s e (670 mM i n s a l i n e ) . T h e s e c o n c e n t r a t i o n s were c h o s e n t o o b t a i n e q u i -o s m o l a r i t y ( S o r e n s e n e t a l . , 1 9 8 1 ) . S u c r o s e was u s e d as a c o n t r o l t o t e s t f o r n o n - s p e c i f i c p r e s s u r e e f f e c t s . E j e c t i o n p r e s s u r e s were i n t h e r a n g e o f 0-20 p s i . O l i v a r y and j u x t a f a s t i g i a l s t i m u l a t i o n was e v o k e d by a b i p o l a r c o n c e n t r i c e l e c t r o d e ( D a v i d K o p f I n s t . , N E - 1 0 0 ) . The c e r e b r a l c o r t e x was s t i m u l a t e d by a c o m b - e l e c t r o d e c o n s t r u c t e d f r o m f o u r b i p o l a r e l e c t r o d e s g l u e d t o g e t h e r i n an p l a n a r a r r a y on 1.0 mm c e n t e r s , and c o n n e c t e d i n p a r a l l e l e l e c t r i c a l l y . R e c o r d i n g and s t i m u l a t i n g e l e c t r o d e s were p o s i t i o n e d i n t h e b r a i n by s t e r e o t a x i c t e c h n i q u e s . The c o o r d i n a t e s o f t h e t a r g e t s i t e were o b t a i n e d f r o m a s t e r e o t a x i c a t l a s ( P e l l i g r i n o e t a l . , 1979) and u s e d t o p o s i t i o n t h e e l e c t r o d e r e l a t i v e t o i t s c a l i b r a t e d z e r o p o i n t . To a v o i d damage t o t h e c r a n i a l c i r c u l a -t i o n and b e c a u s e o f t h e s p a t i a l r e q u i r e m e n t s o f t h e e l e c t r o d e 50 c a r r i e r s , n o n - v e r t i c a l a p p r o a c h e s t o b r a i n s i t e s were s o m e t i m e s u s e d . R e c o r d i n g s i t e s o f i n t e r e s t were marked by p a s s i n g a d i r e c t n e g a t i v e c u r r e n t (6 uA f o r 10 min) t h r o u g h t h e r e c o r d i n g b a r r e l . T h i s p r o c e d u r e l e f t a s p o t o f t h e b l u e dye a t t h e r e c o r d i n g s i t e . T h e s e s p o t s were s u b s e q u e n t l y l o c a t e d a f t e r t h e b r a i n had been s e c t i o n e d . S t i m u l a t i o n s i t e s were marked by l e s i o n i n g t h e t i s s u e a t t h e e l e c t r o d e t i p w i t h d i r e c t c u r r e n t (0.3-0.9 mA, 30 s) p a s s e d t h r o u g h t h e e l e c t r o d e . A t t h e end o f t h e e x p e r i m e n t t h e a n i m a l ' s c h e s t was opened and a n e e d l e , a t t a c h e d t o a 50 ml s y r i n g e f i l l e d w i t h n o r m a l s a l i n e , was i n t r o d u c e d i n t o t h e l e f t v e n t r i c l e o f t h e h e a r t . The r i g h t v e n t r i c l e was t h e n s l i t and t h e a n i m a l p e r f u s e d w i t h t h e s a l i n e (30 m l o v e r 2 min) . The a n i m a l was t h e n d e c a p i t a t e d w i t h a g u i l l o t i n e , t h e b r a i n removed and s t o r e d i n 10% f o r m a l d e h y d e s o l u t i o n f o r a t l e a s t t h r e e d a y s . The p r e s e r v e d b r a i n was t h e n s l i c e d i n t o 40 um s e c t i o n s w i t h a f r e e z i n g m i c r o t o m e (Damon/IEC D i v i s i o n ) a t -20 d e g r e e s C e n t i g r a d e and mounted o n t o g l a s s s l i d e s u s i n g an e t h a n o l - g e l a t i n s o l u t i o n (2 g g e l a t i n i n 2 1 o f 40% e t h a n o l ) . S e c t i o n s were s t a i n e d w i t h c r e s y l v i o l e t u s i n g c o n v e n t i o n a l p r o c e d u r e s . M i c r o g r a p h s were t a k e n w i t h a l i g h t m i c r o s c o p e ( Z e i s s P h o t o m i c r o s c o p e I I I , 2.5x o b j e c t i v e , ASA 6.3), b l a c k and w h i t e v a r i a b l e c o n t r a s t f i l m ( K o d a k , T e c h n i c a l Pan 2 4 1 5 ) , K o h l e r i l l u m i n a t i o n , a g r e e n f i l t e r , and a t a m a g n i f i c a -t i o n o f 3 2 x . 51 I I I . C . E q u i p m e n t S i n g l e u n i t a c t i v i t y was r e c o r d e d t h r o u g h a u n i t y o r 10x g a i n v o l t a g e f o l l o w e r . T h i s s i g n a l was t h e n a m p l i f i e d , f i l t e r e d , and d i s p l a y e d on an o s c i l l o s c o p e ( T e k t r o n i x , D11 o r R 5 0 3 0 ) . The f i l t e r i n g u s e d t o r e c o r d P u r k i n j e and G o l g i c e l l s c o n s i s t e d o f a h i g h p a s s f i l t e r w i t h a 3 dB f r e q u e n c y c u t o f f o f 3 kHz and a l o w p a s s f i l t e r w i t h a 3 dB f r e q u e n c y c u t o f f o f 1 k H z . T h i s was o p t i m a l f o r n e u r o n e s w i t h a c t i o n p o t e n t i a l s d u r a t i o n s o f a b o u t 1 ms. H owever, t h e i n f e r i o r o l i v e n e u r o n a l a c t i o n p o t e n t i a l has a d u r a t i o n o f a b o u t 5 ms and r e q u i r e d t h e low p a s s f i l t e r ' s c u t o f f f r e q u e n c y t o be a d j u s t e d a t 1 t o 10 Hz when r e c o r d i n g f r o m t h e s e n e u r o n e s . The f i l t e r e d and a m p l i f i e d s i g n a l was t h e n i n p u t t o o t h e r e q u i p m e n t , a s r e q u i r e d . T y p i c a l l y , t h i s w o u l d i n c l u d e a t a p e r e c o r d e r ( S o n y TC-399, Teac A-3440, o r H e w l e t t - P a c k a r d 3 9 6 0 ) , a window d i s c r i m i n a t o r ( c o n s t r u c t e d by t h e a u t h o r ) , and a b u c k e t b r i g a d e d e l a y l i n e ( c o n s t r u c t e d by t h e a u t h o r ) . The o u t p u t o f t h i s l a t t e r d e v i c e was i n p u t t o t h e s e c o n d c h a n n e l o f t h e o s c i l l o s c o p e and a l l o w e d t h e s i g n a l o f i n t e r e s t t o be d i s -p l a y e d i n t h e c e n t r e o f t h e s c r e e n . The window d i s c r i m i n a t o r s e l e c t e d an a c t i o n p o t e n t i a l b a s e d upon i t s peak a m p l i t u d e l y i n g w i t h i n an a m p l i t u d e window and i t s w i d t h l y i n g w i t h i n a t i m e window. T h e s e windows c o u l d be m o n i t o r e d v i s u a l l y . S e l e c t e d a c t i o n p o t e n t i a l s were c o n v e r t -ed t o s t a n d a r d p u l s e s w h i c h were i n p u t t o a s p i k e i n t e g r a t o r ( c o n s t r u c t e d by t h e a u t h o r , s e e H a r r i s , 1979) o r t o a m i c r o c o m -p u t e r s y s t e m . The i n t e g r a t e d s p i k e r a t e c o u l d be r e c o r d e d on a 52 p o l y g r a p h ( G o u l d 2200S o r N a r c o P h y s i o g r a p h ) , i f r e q u i r e d . E x t e n s i v e use was made o f t h e m i c r o c o m p u t e r s y s t e m f o r t h e i n t e g r a t i o n and d i s p l a y o f n e u r o n a l f i r i n g r a t e and t h e c o n s t r u c t i o n o f p e r i - s t i m u l u s ( P S T H ) , i n t e r s p i k e i n t e r v a l ( I S I ) and l a t e n c y h i s t o g r a m s (LH) and s u b s e q u e n t s t a t i s t i c a l a n a l y s i . s ( s e e s o f t w a r e ) . I n a d d i t i o n , i t c o n t r o l l e d t h e e q u i p m e n t w h i c h a d m i n i s t e r e d d r u g s l o c a l l y t o n e u r o n e s by i o n t o p h o r e s i s (Dagan 6400) o r m i c r o p r e s s u r e e j e c t i o n ( M e d i c a l S y s t e m s C o r p r a t i o n PPM-2) . The m i c r o c o m p u t e r s y s t e m h a r d w a r e c o n s i s t e d o f t h e f o l l o w i n g : - A p p l e I I p l u s w i t h 48 k i l o b y t e s o f random a c c e s s memory; -16 k i l o b y t e random a c c e s s memory e x t e n s i o n b o a r d ( O r a n g e C o m p u t e r s I n c . 16K C a r d ) ; -two 5 1/4 i n c h f l o p p y d i s k d r i v e s ( A p p l e D i s k I I ) ; - m o n i t o r ( E l e c t r o h o m e ESM-914); - d o t m a t r i x p r i n t e r ( I n t e g r a l D a t a S y s t e m s 460) i n t e r f a c e d v i a a p a r a l l e l i n t e r f a c e b o a r d ( A p p l e P a r a l l e l C a r d ) ; -and a n o t h e r p a r a l l e l i n t e r f a c e c a r d ( c o n s t r u c t e d by t h e a u t h o r ) . A l a b o r a t o r y s t i m u l a t o r ( G r a s s , SD9) s u p p l i e d t h e p u l s e d v o l t a g e s f o r e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n and t h e c u r r e n t s u s e d f o r e l e c t r o l y t i c l e s i o n i n g and t h e m a r k i n g o f r e c o r d i n g s i t e s . The " p r e p u l s e s y n c " o u t p u t was r e c o r d e d when a p p r o p r i a t e on one c h a n n e l o f t h e t a p e r e c o r d e r and p r o v i d e d a t r i g g e r s i g n a l f o r t h e o s c i l l o s c o p e and m i c r o c o m p u t e r s y s t e m . 53 I I I . D . S o f t w a r e . E x t e n s i v e s o f t w a r e was w r i t t e n by t h e a u t h o r t o a l l o w t h e m i c r o c o m p u t e r s y s t e m t o be u s e d f o r d a t a c o l l e c t i o n , a n a l -y s i s and t h e r e a l t i m e c o n t r o l o f e q u i p m e n t . I t was w r i t t e n e i t h e r i n B A SIC, f o r t h e d i s p l a y , c o n t r o l and a n a l y s i s p r o g r a m s , o r i n 6502 a s s e m b l y l a n g u a g e f o r t h e d a t a c o l l e c t i o n and t i m i n g r o u t i n e s . V a r i o u s v e r s i o n s o f p o s t - s t i m u l u s ( P S T H ) , i n t e r s p i k e i n t e r v a l ( I S I ) , and l a t e n c y h i s t o g r a m (LTH) p r o g r a m s were w r i t -t e n t o a l l o w a n a l y s i s o f t h e n e u r o n a l r e s p o n s e s t o d i f f e r e n t t r e a t m e n t s . F o r e x a m p l e , one o f t h e p r o g r a m s a l l o w e d t h e s i m -u l t a n e o u s c o n s t r u c t i o n o f a SS t o SS I S I h i s t o g r a m , a CS t o CS I S I h i s t o g r a m , and a l a t e n c y h i s t o g r a m f r o m e a c h CS t o t h e f i r s t S S. The p r o g r a m s u s e d t o c o l l e c t d a t a f r o m P u r k i n j e c e l l s , a s i n t h i s e x a m p l e , d i s t i n q u i s h e d between c o m p l e x and s i m p l e s p i k e s on t h e b a s i s o f i n t e r s p i k e i n t e r v a l . S p e c i f i c a l l y , an i n t e r -s p i k e i n t e r v a l o f l e s s t h a n 4 ms i n d i c a t e d t h e b e g i n n i n g o f a c o m p l e x s p i k e , w h i l e a f o l l o w i n g i n t e r v a l e x c e e d i n g 7 ms i n d i c -a t e d t h e c o m p l e t i o n t h e c o m p l e x s p i k e . As a c o n s e q u e n c e o f t h i s d i s t i n c t i o n , t h e SS i n t e r s p i k e t i m e h i s t o g r a m s , f o r e x a m p l e , were c o n s t r u c t e d f r o m o n l y t h o s e SS t o SS i n t e r v a l s w h i c h d i d n o t c o n t a i n a CS. I n most c a s e s t h e h i s t o g r a m s c o n s i s t e d o f 250 b i n s w i t h a b i n w i d t h o f 1 ms. However, t h e b i n w i d t h c o u l d be i n c r e a s e d t o a l l o w t h e measurement o f l o n g e r t i m e p e r i o d s . D a t a c o l l e c t e d by t h e s e p r o g r a m s was t h e n s t o r e d o n t o f l o p p y d i s k -e t t e s . 54 C ompanion p r o g r a m s a c c e s s e d t h e s t o r e d d a t a t o r e d i s -p l a y and c a l c u l a t e t h e r e q u i r e d s t a t i s t i c a l m e a s u r e s f r o m i t . Mean i n t e r s p i k e i n t e r v a l s , t o g e t h e r w i t h t h e i r s t a n d a r d e r r o r o f t h e mean ( S E M ) , were c a l c u l a t e d u s i n g s t a n d a r d f o r m u l a e . I n h i -b i t o r y p e r i o d s were d e t e r m i n e d by c o n s t r u c t i n g a PSTH o f t h e i n h i b i t i o n and s m o o t h i n g t h e r e s u l t i n g h i s t o g r a m by u s i n g a m o v i n g a v e r a g e . The p e r i o d o f i n h i b i t i o n was t h e n f o u n d by d e t e r m i n i n g t h e t i m e a t w h i c h t h e f i r i n g r a t e r e t u r n e d t o 50% o f t h e c o n t r o l r a t e ( t h e a v e r a g e o f t h e l a s t 25 b i n s o f t h e h i s t o -gram) . O t h e r p r o g r a m s were w r i t t e n t o c o n t r o l t h e a p p l i c a t i o n o f d r u g s by m i c r o p r e s s u r e o r i o n t o p h o r e s i s w h i l e s i m u l t a n e o u s l y r e c o r d i n g and d i s p l a y i n g t h e n e u r o n a l f i r i n g r a t e v i s u a l l y , b o t h as a t i m e v e r s u s r a t e d i s p l a y and n u m e r i c a l l y . A g a i n , t h e c o l l e c t e d d a t a was s t o r e d on f l o p p y d i s k e t t e f o r r e c a l l by o t h e r p r o g r a m s f o r f u r t h e r d i s p l a y and a n a l y s i s . T h e s e p r o g r a m s a l l o w e d a number o f d r u g a p p l i c a t i o n t r i a l s t o be a v e r a g e d t o g e t h e r . I n h i b i t i o n by GABA w o u l d be d e t e r m i n e d f r o m t h i s a v e r a g e d r e s p o n s e as e i t h e r t h e a b s o l u t e o r r e l a t i v e ( p e r c e n t -age) d e c r e a s e i n f i r i n g r a t e . A b s o l u t e d e c r e a s e was c a l c u l a t e d f r o m t h e a v e r a g e d r e s p o n s e by s u b t r a c t i n g t h e mean r a t e d u r i n g GABA a p p l i c a t i o n f r o m t h e mean r a t e d u r i n g t h e c o n t r o l p e r i o d . R e l a t i v e c h a n g e was c a l c u l a t e d s i m i l a r l y , b u t e x p r e s s e d as a p e r c e n t a g e o f t h e c o n t r o l f i r i n g r a t e . S t a t i s t i c a l s i g n i f i c a n c e was c a l c u l a t e d u s i n g S t u d e n t ' s p a i r e d t - t e s t w i t h a t w o - t a i l e d c r i t i c a l v a l u e o f p<0.05. The d a t a f r o m e a c h e x p e r i m e n t t r i a l w ere n o r m a l i z e d by s u b t r a c t i n g t h e a v e r a g e o f t h e c o n t r o l v a l u e s f r o m e a c h o f t h e 55 t e s t p o i n t s . Then t h e s e d i f f e r e n c e s were a v e r a g e d o v e r a l l t h e e x p e r i m e n t s a t e a c h t i m e p o i n t and u s e d t o c a l c u l a t e t h e t - s t a t -i s t i c . T h i s p r o c e d u r e c a l c u l a t e d SEM's f o r t h e c o n t r o l v a l u e s and t h u s m e a s u r e d t h e v a r i a n c e o f t h e c o n t r o l d a t a as w e l l as t h a t o f t h e t e s t d a t a . G r a p h ' s were p l o t t e d on a d i g i t a l p l o t t e r ( H o u s t o n I n s t r u m e n t s , DMP-4) c o n t r o l l e d by a n o t h e r A p p l e I I m i c r o c o m p u t e r s y s t e m . The p l o t t i n g s o f t w a r e was w r i t t e n by Mr. Ahmad F a w z i . I I I . E . E x p e r i m e n t a l P r o t o c o l s I I I . E . 1 . E t h a n o l on Complex S p i k e s I I I . E . 1 . a . C l i m b i n g F i b r e - P u r k i n j e C e l l S y n a p s e To d e t e r m i n e w h e t h e r e t h a n o l d e c r e a s e s CS a c t i v i t y t h o u g h an a c t i o n a t t h e c l i m b i n g f i b r e - P u r k i n j e c e l l s y n a p s e , we e x a m i n e d t h e e f f e c t o f e t h a n o l on t h e CS a c t i v i t y e v o k e d by j u x t a f a s t i g i a l s t i m u l a t i o n . A b i p o l a r s t i m u l a t i n g e l e c t r o d e was p o s i t i o n e d j u x t a f a s t i g i a l l y (-4.5 AP, -2.5 DV, 1.8 l a t e r a l ) t o a l l o w t h e s u b s e q u e n t e v o c a t i o n o f c o m p l e x s p i k e s . P u r k i n j e c e l l s i n g l e u n i t a c t i v i t y was r e c o r d e d i p s i l a t e r a l l y t o t h e s t i m u l a t -i n g e l e c t r o d e i n l o b e s IV and V o f t h e c e r e b e l l u m . A f t e r a P u r k i n j e c e l l had been l o c a t e d by i t s c h a r a c t e r i s t i c f i r i n g r a t e and p a t t e r n , and a s t a b l e r e c o r d i n g had been o b t a i n e d , t h e minimum v o l t a g e r e q u i r e d t o c o n s i s t e n t l y e v o k e c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y was m e a s u r e d . T h i s was d e f i n e d as t h e v o l t a g e o f s t i m u l a t i o n r e q u i r e d t o e v o k e a c o m p l e x s p i k e i n a l l o f 10 c o n s e c u t i v e s t i m u l a t i o n s . T h i s measurement was made a t r e g u l a r i n t e r v a l s b e f o r e and a f t e r e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n ( 1 . 5 g / k g , 56 i . v . i n a s i n g l e d o s e o v e r 10 min o r i n d i v i d e d d o s e s o v e r 22 min) . The n e u r o n a l s p i k e a c t i v i t y was r e c o r d e d on an FM t a p e r e c o r d e r f o r l a t e r a n a l y s i s . The d a t a was a n a l y z e d by c o u n t i n g t h e numbers o f s i m p l e and t o t a l s p i k e s p e r one m i n u t e e p o c h s o v e r t h e c o u r s e o f t h e e x p e r i m e n t . I n e a c h e x p e r i m e n t t h e v o l t a g e r e q u i r e d t o e v o k e c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y were c o m p a r e d t o t h e p r e - c o n t r o l v o l t a g e a t t h o s e t i m e s when t h e s p o n t a n e o u s c o m p l e x s p i k e r a t e was r e d u c e d s i g n i f i c a n t l y (p<0.001) w i t h a p a i r e d S t u d e n t ' s t - t e s t (p<0 .05) . I I I . E . I . b . C e r e b r a l S t i m u l a t i o n To s t u d y t h e e f f e c t o f e t h a n o l on CS a c t i v i t y f u r t h e r , i n f e r i o r o l i v e n e u r o n e s were a c t i v a t e d i n d i r e c t l y by s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b r a l c o r t e x . An a r r a y o f b i p o l a r s t i m u l a t i n g e l e c -t r o d e s was p o s i t i o n e d 1 mm b e l o w t h e s u r f a c e o f t h e c e r e b r a l c o r t e x a c c o r d i n g t o t h e method o f Freedman e t a l . ( 1 9 7 7 ) . A f t e r a P u r k i n j e c e l l had been l o c a t e d , c o m p l e x s p i k e s were e v o k e d a t r e g u l a r i n t e r v a l s (80 s t i m u l i , 0.4 ms d u r a t i o n , 1Hz, e v e r y 5 m i n ) . The s t i m u l a t i o n i n t e n s i t y was a d j u s t e d t o a submaximum l e v e l w h i c h e v o k e d c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y c o n s i s t e n t l y . N e u r o n -a l s p o n t a n e o u s CS a c t i v i t y was r e c o r d e d d u r i n g t h e p e r i o d s b etween s t i m u l i . The d a t a were a n a l y z e d by c o n s t r u c t i n g l a t e n c y t i m e h i s t o g r a m s ( L T H , i n a d d i t i o n t o SS and CS PSTH's) o f t h e f i r s t CS a f t e r e a c h s t i m u l i . The number o f e v o k e d CS p e r 80 s t i m u l a -t i o n s was t a k e n f r o m e a c h LTH. The r e s u l t i n g d a t a was p o i n t w i s e a v e r a g e d a t e a c h t i m e p e r i o d o v e r a l l e x p e r i m e n t a l t r i a l s . From 57 t h i s a v e r a g e d d a t a , s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e f r o m t h e a v e r a g e o f t h e p r e - e t h a n o l c o n t r o l c o u n t s ( t w o t i m e p o i n t s ) was d e t e r m i n e d by a S t u d e n t ' s p a i r e d t - t e s t ( p < 0 . 0 5 ) . I I I . E . 1 . c . The I n f e r i o r O l i v e S i n g l e o r m u l t i b a r r e l e d g l a s s m i c r o p i p p e t t e s were u s e d t o r e c o r d e x t r a c e l l u l a r i n f e r i o r o l i v e n e u r o n a l a c t i v i t y . The e f f e c t o f e t h a n o l on f i r i n g r a t e was t e s t e d by a d m i n i s t e r i n g t h e d r u g i n t r a v e n o u s l y o r l o c a l l y by m i c r o p r e s s u r e . The m i c r o p i p -p e t t e s were p o s i t i o n e d s t e r e o t a x i c a l l y (-4.5 AP, -7.5 DV, 0.6 l a t e r a l ) u s i n g c h a r a c t e r i s t i c f i e l d p o t e n t i a l s e v o k e d by s t i m u -l a t i o n o f t h e c e r e b e l l a r w h i t e m a t t e r (-4.5 AP, -2.5 DV, 1.8 l a t e r a l ) a s an a i d ( H e a d l e y and L o d g e , 1976) . A f t e r a s t a b l e r e c o r d i n g had been a c h i e v e d , n e u r o n a l f i r i n g was c o l l e c t e d and d i s p l a y e d by t h e m i c r o c o m p u t e r . E t h a n o l ( 1 . 5 g/kg) was i n t r a -v e n o u s l y i n f u s e d o v e r 10 m i n , w h i l e l o c a l l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l o r s u c o s e ( u s e d as a c o n t r o l ) was a p p l i e d f o r one m i n u t e a t t h r e e m i n u t e i n t e r v a l s u n d e r m i c r o c o m p u t e r c o n t r o l . A t t h e end o f an e x p e r i m e n t , h a r m a l i n e (up t o 5mg, i . v . ) was a d m i n i s t e r e d t o v e r i f y t h e i d e n t i t y o f t h e n e u r o n e . The e f f e c t o f e t h a n o l on i n f e r i o r o l i v e f i r i n g was a n a l y s e d by c o u n t i n g c e l l f i r i n g d u r i n g s i x s e c o n d e p o c h s . The d a t a f r o m a l l o f t h e i n t r a v e n o u s e t h a n o l e x p e r i m e n t s were p o i n t -w i s e a v e r a g e d a t e a c h t i m e p o i n t and a p a i r e d t - t e s t was u s e d t o d e t e r m i n e t h e s i g n i f i c a n c e o f c h a n g e s t o t h e f i r i n g r a t e f r o m t h e a v e r a g e o f t h e p r e - e t h a n o l c o n t r o l s . I n t h e l o c a l a d m i n -i s t r a t i o n e x p e r i m e n t s , t r i a l s a t s i m i l a r e j e c t i o n p r e s s u r e s were a v e r a g e d t o g e t h e r t o o b t a i n mean p e r c e n t a g e c h a n g e i n f i r i n g 58 r a t e f r o m p r e - d r u g c o n t r o l r a t e . A p a i r e d S t u d e n t ' s t - t e s t was u s e d t o d e t e r m i n e i f t h e r e was a s i g n i f i c a n t (p<0.05) d i f f e r e n c e between t h e c h a n g e i n f i r i n g r a t e s d u r i n g t h e e t h a n o l and g l u c o s e a p p l i c a t i o n s i n e a c h t r i a l . I I I . E . 2 . E t h a n o l on S i m p l e S p i k e s To e x a m i n e t h e e f f e c t o f e t h a n o l on SS a c t i v i t y i n t h e a b s e n c e o f i n d i r e c t e f f e c t s o f CS a c t i v i t y , t h e i n f e r i o r o l i v e was l e s i o n e d t o e l i m i n a t e s p o n t a n e o u s CS. T h e s e e x p e r i m e n t s i n v o l v e d t h e p o s i t i o n i n g o f a b i p o l a r s t i m u l a t i n g e l e c t r o d e i n t h e i n f e r i o r o l i v e s t e r e o t a x i c a l l y (-4.5 AP, -7.5 DV, 0.6 l a t -e r a l ) . P u r k i n j e c e l l s i n g l e u n i t a c t i v i t y was r e c o r d e d c o n t r a -l a t e r a l t o t h e s t i m u l a t i n g e l e c t r o d e i n l o b u l e s IV and V o f t h e c e r e b e l l u m . A f t e r a P u r k i n j e c e l l had been l o c a t e d w h i c h c o u l d be a c t i v a t e d by s t i m u l a t i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v e , t h e i n f e r i o r o l i v e was l e s i o n e d (0.1-0.6.mA o v e r 2-5 m i n ) , r e s u l t i n g i n t h e c o m p l e t e c e s s a t i o n o f CS a c t i v i t y i n t h e P u r k i n j e c e l l . A f t e r a c q u i s i t i o n o f c o n t r o l d a t a e t h a n o l ( 1 . 5 g/kg) was i n f u s e d o v e r 10 m i n . The e f f e c t o f e t h a n o l on SS f i r i n g r a t e was a n a l y z e d by c o n s t r u c t i n g I S I h i s t o g r a m s o f SS t o SS and CS t o CS b e f o r e and a f t e r t h e l e s i o n i n g and t h e a d m i n i s t r a t i o n o f e t h a n o l . The mean i n t e r s p i k e i n t e r v a l was c a l c u l a t e d a t e a c h t i m e p o i n t i n e a c h e x p e r i m e n t . The d a t a was t h e n p o i n t w i s e a v e r a g e d a t e a c h t i m e p o i n t o v e r a l l e x p e r i m e n t s and s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s f r o m t h e a v e r a g e d p o s t - l e s i o n , p r e - e t h a n o l means (tw o t i m e p o i n t s ) w ere d e t e r m i n e d u s i n g S t u d e n t ' s p a i r e d t - t e s t ( p < 0 . 0 5 ) . 59 The e f f e c t o f e t h a n o l on SS r e g u l a r i t y was a n a l y z e d by c o m p a r i n g t h e v a r i a n c e o f t h e mean i n t e r s p i k e i n t e r v a l s m e a s u r e d i n t h e s e e x p e r i m e n t s . A m e a s u r e o f r e g u l a r i t y was c a l c u l a t e d a t e a c h t i m e p o i n t i n e a c h e x p e r i m e n t , by d i v i d i n g t h e v a r i a n c e o f t h e i n t e r s p i k e i n t e r v a l ( f r o m t h e I S I h i s t o g r a m ) by i t s mean and s c a l i n g by 1 0 0 0 . A g a i n , t h e d a t a f r o m a l l e x p e r i m e n t a l t r i a l s was p o i n t w i s e a v e r a g e d a t e a c h t i m e p o i n t . S i g n i f i c a n t d i f f e r -e n c e s f r o m t h e a v e r a g e d p o s t - l e s i o n , p r e - e t h a n o l t i m e p o i n t s w e r e d e t e r m i n e d u s i n g S t u d e n t ' s p a i r e d t - t e s t ( p < 0 . 0 5 ) . I I I . E . 3 . E t h a n o l on L o c a l I n h i b i t i o n T h e s e e x p e r i m e n t s were c o n d u c t e d t o t e s t t h e e f f e c t o f l o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l on t h e p e r i o d o f i n h i b i t i o n e v o k e d by l o c a l s u r f a c e s t i m u l a t i o n (LOC) . P u r k i n j e c e l l s i n g l e u n i t a c t i v i t y was r e c o r d e d f r o m l o b u l e s IV and V o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x w i t h t h r e e - b a r r e l e d g l a s s m i c r o e l e c t r o d e s whose two d r u g b a r r e l s c o n t a i n e d e t h a n o l and s u c r o s e . A f t e r t h e e l e c t r o d e had been p o s i t i o n e d j u s t b e l o w t h e s u r f a c e , t h e l o c a l (LOC) s t i m u -l a t i n g e l e c t r o d e ( a 0.3-0.4 mm d i a m e t e r s i l v e r b a l l e l e c t r o d e i n s u l a t e d w i t h g l a s s ) was p o s i t i o n e d a b o u t 1.0 mm f r o m t h e m i c r o e l e c t r o d e a l o n g t h e l o n g i t u d i n a l a x i s o f t h e f o l i u m . A s u i t a b l e P u r k i n j e c e l l was t h e n l o c a t e d and t h e e f f e c t o f l o c -a l l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l and s u c r o s e on l o c a l i n h i b i t i o n t e s t e d . I n h i b i t i o n o f f i r i n g was e v o k e d by s t i m u l a t i n g w i t h t h e LOC e l e c t r o d e ( 1 H z , 0.5 ms d u r a t i o n ) w i t h t h e s t i m u l u s i n t e n s i t y a d j u s t e d t o a c h i e v e a 10-30 ms i n h i b i t o r y p e r i o d . P o s t - s t i m u l u s h i s t o g r a m s were c o n s t r u c t e d a t r e g u l a r i n t e r v a l s 60 w i t h and w i t h o u t t h e l o c a l a d m i n i s t r a t i o n o f e t h a n o l o r s u c r o s e by m i c r o p r e s s u r e o v e r a r a n g e o f p r e s s u r e s . The p e r i o d o f i n h i b i t i o n a t e a c h t i m e p o i n t was m e a s u r e d by s m o o t h i n g t h e PSTH and f i n d i n g t h e t i m e a t w h i c h f i r i n g had r e t u r n e d t o 50% o f c o n t r o l . F o r e a c h t r i a l , s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n t h e p e r i o d o f i n h i b i t i o n d u r i n g e t h a n o l and s u c r o s e , a d m i n i s t e r e d a t t h e same p r e s s u r e were d e t e r m i n e d by S t u d e n t ' s p a i r e d t - t e s t (p<0 .05) . I I I . E . 4 . E t h a n o l on L o c a l GABA I n h i b i t i o n To t e s t t h e e f f e c t o f e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n p r o -d u c e d by l o c a l a p p l i c a t i o n o f GABA, P u r k i n j e c e l l s i n g l e u n i t a c t i v i t y was r e c o r d e d f r o m l o b u l e s IV and V o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x . When e t h a n o l was i n f u s e d i n t r a v e n o u s l y GABA was a p p l i e d by i o n t o p h o r e s i s . A f t e r a P u r k i n j e c e l l had been l o c a t e d , GABA was a p p l i e d u n d e r m i c r o c o m p u t e r c o n t r o l f o r 20 s a t 1 min i n t e r -v a l s . A f t e r a s e r i e s o f c o n t r o l r e s p o n s e s , e t h a n o l was i n f u s e d ( 1 . 5 g / k g , i . v . o v e r 10 m i n ) . When e t h a n o l was g i v e n l o c a l l y , b o t h GABA (10 s a t 30 s i n t e r v a l s ) and e t h a n o l ( o v e r 10 GABA t r i a l s , i . e . 5 min) were a p p l i e d by m i c r o p r e s s u r e . I n b o t h s e t s o f e x p e r i m e n t s , t h e a p p l i c a t i o n o f GABA was a d j u s t e d t o g i v e s u b m a x i m a l d e p r e s s i o n s o f c e l l f i r i n g . E a c h g r o u p o f f i v e c o n s e c u t i v e r e s p o n s e s t o GABA were a v e r a g e d t o c a l c u l a t e one i n h i b i t i o n v a l u e . T h i s was c a l c u l a t e d a s a b s o l u t e o r p e r c e n t d e c r e a s e i n f i r i n g r a t e f r o m pre-GABA c o n t r o l . I n t h e c a s e o f i n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l , t h e p o i n t w i s e a v e r a g e o f t h e d a t a a t e a c h t i m e p o i n t f r o m a l l t h e e x p e r i m e n t s were a v e r a g e d . The d a t a f r o m t h e l o c a l a p p l i c a t i o n 61 o f e t h a n o l were g r o u p e d as p r e - e t h a n o l , d u r i n g e t h a n o l , and r e c o v e r y v a l u e s . S i g n i f i c a n t d i f f e n c e s i n t h e l e v e l o f i n h i b i -t i o n f r o m t h e a v e r a g e d p r e - e t h a n o l c o n t r o l s was d e t e r m i n e d by S t u d e n t ' s p a i r e d t - t e s t ( p < 0 . 0 5 ) . I I I . E . 5 . E t h a n o l on G o l g i C e l l s I I I . E . 5 . a . S p o n t a n e o u s F i r i n g R a t e . The e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on G o l g i c e l l f i r i n g r a t e was m e a s u r e d between t h e p e r i o d s o f s t i m u l a t i o n i n t h e p r o t o c o l b e l o w ( s e c t i o n I I I . E . 4 . b . ) . The d a t a f r o m a l l e x p e r i -m e n t a l t r i a l s w ere p o i n t w i s e a v e r a g e d a t e a c h t i m e p o i n t . S i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e f r o m t h e a v e r a g e o f t h e two p r e - e t h a n o l c o n t r o l r a t e s was d e t e r m i n e d by S t u d e n t ' s p a i r e d t - t e s t (p<0 .05) . I I I . E . 5 . b . I n h i b i t i o n by I n f e r i o r O l i v e S t i m u l a t i o n The e f f e c t o f e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f G o l g i c e l l s e v o k e d by i n f e r i o r o l i v e s t i m u l a t i o n was e x a m i n i n e d by r e c o r d i n g G o l g i c e l l s i n g l e u n i t a c t i v i t y f r o m l o b u l e s IV and V o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x u s i n g s i n g l e b a r r e l e l e c t r o d e s . A b i p o l a r s t i m u l a t i n g e l e c t r o d e was p o s i t i o n e d s t e r e o t a x i c a l l y i n t h e i n f e r i o r o l i v e (-4.5 AP, -2.5 DV, 1.8 l a t e r a l ) . A s u i t a b l e G o l g i c e l l was l o c a t e d u s i n g t h e c r i t e r i a o f a l a r g e a m p l i t u d e a c t i o n p o t e n t i a l and a r e g u l a r f i r i n g r a t e o f 12-20 Hz ( S c h u l m a n and B l o o m , 1 9 8 1 ) . To t e s t t h e e f f e c t o f t h e e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v e ( 1 - 2 Hz, s i n g l e p u l s e , 0.5 m s ) , p o s t s t i m u l u s h i s t o g r a m s o f t h e n e u r o n e ' s 62 r e s p o n s e t o t h e s t i m u l a t i o n were c o n s t r u c t e d b e f o r e and a f t e r e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n . The i n h i b i t o r y p e r i o d was m e a s u r e d by s m o o t h i n g t h e PSTH and f i n d i n g t h e t i m e a t w h i c h f i r i n g r e t u r n e d t o 50% o f c o n t r o l . The p o i n t w i s e a v e r a g e a t e a c h t i m e p o i n t f r o m a l l e x p e r i m e n t a l t r i a l s was t h e n c a l c u l a t e d . From t h i s a v e r a g e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s f r o m t h e a v e r a g e p r e - e t h a n o l c o n t r o l i n h i b i t o r y p e r i o d was d e t e r m i n e d by S t u d e n t ' s p a i r e d t - t e s t (p<0 .05) . 63 I V . RESULTS I V . A . E t h a n o l on Complex S p i k e s . I V . A . 1 . C l i m b i n g F i b r e - P u r k i n j e C e l l S y n a p s e Complex s p i k e s ( C S ) , a r e c a u s e d by a f f e r e n t i n p u t f r o m c l i m b i n g f i b r e s , w h i c h o r i g i n a t e e x c l u s i v e l y f r o m t h e i n f e r i o r o l i v e ( 1 0 ) . P r e v i o u s l y , i n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l h a s been f o u n d t o r e d u c e CS a c t i v i t y , h owever t h e l o c a l i t y o f i t s a c t i o n was not ^determined. T h i s e x p e r i m e n t was d e s i g n e d t o t e s t t h e h y p o t h e s i s t h a t t h i s r e d u c t i o n i n s p o n t a n e o u s CS a c t i v i t y c a u s e d by e t h a n o l i s due t o c l i m b i n g f i b r e a c t i v i t y f a i l i n g t o c r o s s t h e c l i m b i n g f i b r e - P u r k i n j e c e l l s y n a p s e . To do t h i s , c l i m b i n g f i b r e s were a c t i v a t e d by e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b e l -l a r w h i t e m a t t e r ( j u x t a f a s t i g i a l l y ) and t h e v o l t a g e r e q u i r e d t o a c t i v a t e CS a c t i v i t y m e a s u r e d a t r e g u l a r i n t e r v a l s . The e f f e c t o f e t h a n o l ( 1 . 5 g / k g , i . v . , i n d i v i d e d d o s e s o v e r 22 min) upon t h i s t h r e s h o l d was t h e n s t u d i e d . An e x a m p l e o f a P u r k i n j e c e l l ' s r e s p o n s e t o t h i s p r o t o c o l i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 1 . B e f o r e e t h a n o l a d m i n i s t r a -t i o n , t h i s P u r k i n j e c e l l had a s p o n t a n e o u s s i m p l e s p i k e r a t e o f 58 Hz and a c o m p l e x s p i k e r a t e o f 0.8 H z . A d m i n i s t r a t i o n o f e t h a n o l , 1.5 g/kg i n t r a v e n o u s l y i n d i v i d e d d o s e s o v e r 22 m i n , r e s u l t e d i n t h e SS r a t e i n c r e a s i n g t o o v e r 100 Hz and t h e a l m o s t c o m p l e t e c e s s a t i o n o f CS a c t i v i t y ( s i g n i f i c a n t a t p<0.001, S t u d e n t ' s t - T e s t ) . However, t h e v o l t a g e r e q u i r e d t o c o n s i s t e n t -l y e v o k e CS a c t i v i t y o n l y r o s e f r o m 10.9 t o 11.2 V, a n o n s i g n i -64 F i g u r e 1: An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e v o l t a g e f o r e v o k i n g a c o m p l e x s p i k e by j u x t a f a s t i g i a l s t i m u l a t i o n . ( A , B , and C) Time h i s t o g r a m s r e p r e s e n t i n g a P u r k i n j e c e l l ' s (A) t o t a l and (B) c o m p l e x s p i k e a c t i v i t i e s , and (C) t h e v o l t a g e v o l t a g e r e q u i r e d t o e v o k e a c o m p l e x s p i k e ( C ) . T h r e s h o l d s were m e a s u r e d d u r i n g t h e t i m e p e r i o d s r e p r e -s e n t e d by t h e s h o r t b a r s . C e l l u l a r a c t i v i t y was n o t d i s p l a y -ed d u r i n g t h e s e p e r i o d s b e c a u s e o f c o n t a m i n a t i o n by t h e s t i m u l a t i o n a r t i f a c t . E t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n was s t a r t e d and d i s c o n t i n u e d a t t h e up and down a r r o w s , r e s p e c t i v e l y . 66 f i c a n t c h a n g e (p>0.2). T h i s e x a m p l e was t y p i c a l o f t h e r e s u l t s f r o m t h e o t h e r s i x e x p e r i m e n t s p e r f o r m e d . I n a l l c a s e s , t h e v o l t a g e s were u n c h a n g e d (p>0.20, S t u d e n t ' s t - t e s t ) a t t h o s e t i m e s when t h e s p o n t a n e o u s CS a c t i v i t y was r e d u c e d s i g n i f i c a n t l y (p<0.001). The a c t i o n p o t e n t i a l c o n f i g u r a t i o n s o f t h e c o m p l e x s p i k e s were h i g h l y v a r i a b l e . However, no d i s c e r n a b l e c h a n g e s t o t h e i r c o n f i g u r a t i o n s were o b s e r v e d a f t e r t h e a d m i n i s t r a t i o n o f e t h a n o l . E x a m p l e s o f s i m p l e s p i k e and c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 2. I t i n c l u d e s e x a m p l e s o f s p o n t a n o u s SS and CS, and e x a m p l e s o f s p o n t a n e o u s SS and e v o k e d CS a c t i v i t y b e f o r e and a f t e r e t h a n o l . IV.A.2 . C e r e b r a l S t i m u l a t i o n I t may be h y p o t h e s i z e d t h a t t h e r e d u c t i o n o f P u r k i n j e c e l l CS a c t i v i t y by e t h a n o l r e p r e s e n t s an a c t i o n o f e t h a n o l on t h e s o u r c e o f t h e c l i m b i n g f i b r e s : t h e i n f e r i o r o l i v e . T h i s h y p o t h e s i s was i n v e s t i g a t e d by two m e t h o d s . I n t h e f i r s t , t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l on 10 n e u r o n a l e x c i t a b i l i t y was t e s t e d i n d i r e c t l y , by t h e a c t i v a t i o n o f 10 n e u r o n e s by s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b r a l c o r t e x . I n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f e t h a n o l was f o u n d t o d e c r e a s e t h e a b i l i t y o f c e r e b r a l c o r t i c a l s t i m u l a t i o n t o e v o k e CS a c t i v i t y and t o c a u s e a p a r a l l e l r e d u c t i o n o f P u r k i n j e c e l l s p o n t a n e o u s CS a c t i v i t y . An e x a m p l e i l l u s t r a t i n g t h e s e e f f e c t s i s shown i n F i g u r e 3, t h e t o t a l s p i k e a c t i v i t y o f a s a m p l e P u r k i n j e c e l l , b e f o r e and a f t e r e t h a n o l , i n t h e f o r m o f two p o s t - s t i m u l u s h i s t g r a m s ( P S T H ) . N o t e t h a t t h e i n i t i a l peak o f 67 F i g u r e 2: E x a m p l e s o f s p o n t a n e o u s and e v o k e d e x t r a c e l l u l a r P u r k i n j e c e l l a c t i v i t y . (A) An o s c i l l o s c o p e t r a c e s h o w i n g t y p i c a l s p o n t a n e o u s s i m p l e and c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y . (B,C) O s c i l l o s c o p e t r a c e s s h o w i n g c o m p l e x s p i k e s e v o k e d by j u x t a -f a s t i g i a l s t i m u l a t i o n (B) b e f o r e and (C) a f t e r e t h a n o l ( 1 . 5 g/Kg i n d i v i d e d d o s e s o v e r 22 min) . S t i m u l a t i o n o c c u r r e d a t t h e a r r o w s . I 50 ms F i g u r e 3: An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e e v o c a t i o n o f c o m p l e x s p i k e s i n a P u r k i n j e c e l l by s t i m u l a -t i o n o f t h e c e r e b r a l c o r t e x . (Top) P e r i s t i m u l u s t i m e h i s t o g r a m o f t h e t o t a l p r e - e t h a n o l s p i k e a c t i v i t y . ( B o t t o m ) R e s p o n s e o f c e l l a f t e r e t h a n o l ( 1 . 5 g / k g , o v e r 10 m i n ) . C e r e b r a l s t i m u l a -t i o n (1 Hz, 0.4 ms d u r a t i o n , 2-4 V) o c c u r r e d a t t h e a r r o w h e a d s . E a c h h i s t o g r a m was c o n s t r u c t e d f r o m 80 t r i a l s . 70 a c t i v i t y p r e s e n t i n t h e f i r s t PSTH i s a b s e n t f r o m t h e s e c o n d . T h i s e f f e c t c a n be s e e n more c l e a r l y i n F i g u r e 4, where n e u r o n a l a c t i v i t y h a s been d i v i d e d i n t o s e p a r a t e SS and CS a c t i v i t i e s , e a c h r e p r e s e n t e d by i t s own PSTH. I n a d d i t i o n , a l a t e n c y h i s t o g r a m was c o n s t r u c t e d t h a t i n c l u d e d o n l y t h e f i r s t CS o c c u r r i n g a f t e r e a c h s t i m u l u s . The m a j o r i t y o f t h e s e CSs r e f l e c t a c t i v i t y e v o k e d by t h e c e r e b r a l s t i m u l a t i o n w i t h o n l y a v e r y m i n o r c o n t r i b u t i o n f r o m s p o n t a n e o u s CS a c t i v i t y . From t h i s f i g u r e i t i s c l e a r t h a t t h e i n i t i a l peak s e e n i n F i g u r e 3 r e p r e -s e n t s e v o k e d CS a c t i v i t y and t h a t t h i s was g r e a t l y r e d u c e d by t h e e t h a n o l . T h i s r e d u c t i o n i s i l l u s t r a t e d i n b o t h t h e p o s t -e t h a n o l c o m p l e x s p i k e PSTH and l a t e n c y h i s t o g r a m . The CS a c t i v -i t y r e c o r d e d i n t h e l a t e n c y h i s t o g r a m s , a f t e r 80 s t i m u l a t i o n s o f t h e c e r e b r a l c o r t e x , was r e d u c e d f r o m 62 t o 7 c o u n t s a f t e r e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n . On t h e o t h e r h a n d , SS f i r i n g r a t e was i n c r e a s e d f r o m 36.7 t o 51.6 H z . O n l y a m i n o r p a r t o f t h i s i n c r e a s e c a n be a t t r i b u t e d t o t h e r e d u c t i o n o f C S - i n d u c e d i n h i -b i t i o n o f SS a c t i v i t y v i s i b l e i n t h e p r e - e t h a n o l SS h i s t o g r a m . S i m i l a r r e s p o n s e s were s e e n f r o m t h e o t h e r c e l l s t e s t e d and t h e a v e r a g e d d a t a f r o m a l l o f t h e s e i s g r a p h e d i n F i g u r e 5. T h i s f i g u r e i l l u s t r a t e s t h a t t h e r e d u c t i o n o f e v o k e d CS a c t i v i t y a f t e r e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n i s a c c o m p a n i e d by a p a r a l l e l r e d u c t i o n o f s p o n t a n e o u s CS a c t i v i t y . S p o n t a n e o u s CS a c t i v t y was r e d u c e d f r o m a p r e - e t h a n o l l e v e l o f 40.2 Hz t o a low l e v e l o f 19.9 H z . I t was r e d u c e d s i g n i f i c a n t l y f r o m 6.5 t o 16.5 min a f t e r t h e s t a r t o f e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n . S i m i l a r l y , e v o k e d CS a c t i v i t y was r e d u c e d f r o m 37.1 t o a low o f 13-3 s p i k e s p e r 80 c e r e b r a l s t i m u l i 9 min a f t e r t h e b e g i n n i n g o f t h e e t h a n o l 71 F i g u r e 4: An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e e v o c a t i o n o f c o m p l e x s p i k e s i n a P u r k i n j e c e l l by s t i m u -l a t i o n o f t e c e r e b r a l c o r t e x . (A) T h r e e p r e - e t h a n o l p o s t -s t i m u l u s t i m e h i s t o g r a m s s h o w i n g f r o m t o p t o b o t t o m : s i m p l e s p i k e a c t i v i t y ; c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y ; and l a t e n c y t o t h e f i r s t c o m p l e x s p i k e a f t e r e a c h s t i m u l i . (B) Same as ( A ) , e x c e p t a f t e r e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n ( 1 . 5 g / k g , o v e r 10 m i n ) . The number a b o v e e a c h s e t o f h i s t o g r a m s i s t h e a v e r a g e d t o t a l s p i k e r a t e d u r i n g t h e p e r i o d o f h i s t o g r a m c o n s t r u c t i o n . The numbers a b o v e t h e l a t e n c y h i s t o g r a m s a r e t h e number o f e v o k e d CS and t h e i r mean a v e r a g e l a t e n c y and SEM ( i n b r a c k e t s ) . E l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n (1 Hz, 0.4 ms d u r a t i o n , 2-4 V) o f t h e c o r t e x o c c u r r e d a t t i m e z e r o . E a c h h i s t o g r a m was c o n s t r u c t e d f r o m 80 t r i a l s . 73 F i g u r e 5: The e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on s p o n t a n e o u s c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y , and t h a t e v o k e d by c e r e b r a l e l e c t r i c -a l s t i m u l a t i o n . The s o l i d l i n e r e p r e s e n t s t h e e f f e c t o f e t h a n o l on t h e a v e r a g e d r a t e o f s p o n t a n e o u s c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y f r o m n i n e n e u r o n e s . The b r o k e n l i n e r e p r e s e n t s t h e e f f e c t o f e t h a n o l on t h e number o f c o m p l e x s p i k e e v o k e d o v e r 80 s t i m u l a t i o n s o f t h e c e r e b r a l c o r t e x (1 Hz, 0.4 ms d u r a -t i o n , 2-4 V) i n t h e same n e u r o n e s . E a c h p o i n t r e p r e s e n t s t h e a v e r a g e d d a t a f r o m nine P u r k i n j e c e l l s , and i s p l o t t e d as mean and SEM. S i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e f r o m t h e p r e - e t h a n o l c o n -t r o l s i s i n d i c a t e d by t h e a s t e r i s k s (p<0.05, S t u d e n t ' s p a i r e d t - T e s t ) . E t h a n o l ( 1 . 5 g / k g , o v e r 10 min) was g i v e n o v e r t h e p e r i o d i n d i c a t e d by t h e s o l i d b a r . • SPONTANEOUS COMPLEX SPIKES PER MINUTE 75 a d m i n i s t r a t i o n . T h i s r e d u c t i o n was s i g n i f i c a n t a t 4 t h r o u g h 22 min a f t e r e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n . The mean CS l a t e n c y f r o m t h e s t i m u l a t i o n was 22.6 +/- 1.4 ms. IV .A.3. The I n f e r i o r O l i v e The s e c o n d method u s e d t o t e s t w h e t h e r e t h a n o l h a s an a c t i o n on i n f e r i o r o l i v e ( 1 0 ) n e u r o n e s i n v o l v e d r e c o r d i n g s p o n -t a n e o u s u n i t a c t i v i t y d i r e c t l y f r o m 10 n e u r o n e s . The e f f e c t o f e t h a n o l on t h i s a c t i v i t y was t e s t e d by a d m i n i s t e r i n g e t h a n o l e i t h e r i n t r a v e n o u s l y o r l o c a l l y by m i c r o p r e s s u r e e j e c t i o n . The n e u r o n e s t y p i c a l l y had s l o w s p o n t a n e o u s f i r i n g r a t e s o f 0 .4 t o • 3.5 H z . T h e i r a c t i o n p o t e n t i a l (AP) c o n f i g u r a t i o n s were c h a r -a c t e r i s t i c o f 10 n e u r o n e s . An e x a m p l e o f a c t i o n p o t e n t i a l s r e c o r d e d f r o m an 10 n e u r o n e i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 6. T hey d i s p l a y a l o n g p l a t e a u p h a s e a f t e r t h e i n i t i a l s h a r p o n s e t t y p i c a l l y s e e n upon a p p r o a c h i n g t h e c e l l . O c c a s i o n a l l y , t h i s c o n f i g u r a t i o n w o u l d c o n v e r t t o a l a r g e r t r i p h a s i c c o n f i g u r a t i o n i f t h e e l e c t r o d e a p p r o a c h e d v e r y c l o s e t o t h e c e l l . A m i c r o -g r a p h i l l u s t r a t i n g a r e c o r d i n g s i t e f r o m one o f t h e s e e x p e r i -m e nts i s shown i n F i g u r e 7. An e x a m p l e o f an i n f e r i o r o l i v e c e l l ' s r e s p o n s e t o e t h a n o l and t o h a r m a l i n e , b o t h a d m i n i s t e r e d i n t r a v e n o u s l y , i s shown i n F i g u r e 8 . The r a t e o f d i s c h a r g e o f t h i s c e l l d e c r e a s -ed a f t e r t h e e t h a n o l and g r a d u a l l y r e c o v e r e d t o w a r d t h e p r e -e t h a n o l r a t e o v e r t h e n e x t 30 m i n u t e s . The s u b s e q u e n t m a s s i v e d i s c h a r g e i m m e d i a t e l y a f t e r h a r m a l i n e a d m i n i s t r a t i o n i s c h a r a c t -e r i s t i c o f 10 n e u r o n e s . 76 F i g u r e 6: T h r e e s u p e r i m p o s e d o s c i l l o s c o p e t r a c e s s h o w i n g t y p i c a l a c t i o n p o t e n t i a l s f r o m an i n f e r i o r o l i v e c e l l . N ote t h e l o n g p l a t e a u p h a s e . 77 F i g u r e 7: M i c r o g r a p h s h o w i n g a t r a n s v e r s e s e c t i o n o f t h e c a u d a l i n f e r i o r o l i v e . The a r r o w p o i n t s t o t h e dye mark e j e c t e d by t h e r e c o r d i n g b a r r e l 78 L I . 1 1 In • - - s . i h ^ L . l l i i i i l l k l F i g u r e 8: An e x a m p l e o f an i n f e r i o r o l i v e c e l l ' s r e s p o n s e t o i n t r a v e n o u s e t h a n o l and h a r m a l i n e . T h i s f i g u r e r e p r e s e n t s a c o n t i n u o u s e x t r a c e l l u l a r r a t e r e c o r d i n g . E t h a n o l was g i v e n o v e r t h e p e r i o d i n d i c a t e d by t h e l o n g bar ( 1 . 5 g / k g , i . v . , o v e r 10 min) and h a r m a l i n e a t t h e a r r o w h e a d (5 mg/kg, i . v . ) . The v e r t i c a l and h o r i z o n t a l c a l i b r a t i o n b a r s i n d i c a t e 1 Hz and 3 m i n , r e s p e c t i v e l y . 79 Over a l l , i n t r a v e n o u s e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n r e s u l t e d i n a m a j o r r e d u c t i o n o f mean i n f e r i o r o l i v e n e u r o n a l f i r i n g r a t e . I n no c a s e was an i n c r e a s e d f i r i n g r a t e o b s e r v e d a f t e r e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n . The a v e r a g e d r e s u l t s f r o m t h e s e e x p e r i -ments a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 9. As c a n be s e e n , t h e mean n e u r o n a l f i r i n g r a t e was r e d u c e d f r o m a p r e - e t h a n o l c o n t r o l r a t e o f 1.7 Hz t o a low o f 1.0 Hz a t 9-12 min a f t e r t h e s t a r t o f e t h a n o l i n f u s i o n . F i r i n g r a t e was s i g n i f i c a n t l y (p<.05, p a i r e d S t u d e n t ' s t - T e s t ) d i f f e r e n t f r o m c o n t r o l a t a l l t i m e s a f t e r 6 m i n . S i m i l a r i n j e c t i o n s o f s a l i n e d i d n o t c a u s e any s i g n i f i c a n t c h a n g e s t o f i r i n g r a t e i n a n o t h e r f o u r c e l l s . I n a d d i t i o n t o s y s t e m i c a l l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l , e t h a n o l was a l s o a p p l i e d by m i c r o p r e s s u r e e j e c t i o n d i r e c t l y o n t o 10 n e u r o n e s and i t s e f f e c t on t h e i r f i r i n g r a t e s t u d i e d . An e x a m p l e o f an i n f e r i o r o l i v a r y n e u r o n e ' s f i r i n g r a t e r e s p o n s e t o e t h a n o l a d m i n i s t e r e d by m i c r o p r e s s u r e i s shown i n F i g u r e 1 0 . T h i s c e l l was i n h i b i t e d by 8, 2 2 , 3 3 , and 77% by a p p l i c a t i o n o f e t h a n o l a t p r e s s u r e s o f 3, 7, 10, and 15 p s i , r e s p e c t i v e l y , w h i l e i t was i n h i b i t e d by o n l y 5% when s u c r o s e was a p p l i e d a t 19 p s i . T a b l e I i s a summary o f t h e r e s p o n s e s o f t h e f o u r t e e n n e u r o n e s w h i c h were s u c c e s s f u l l y t e s t e d . The s p o n t a n e o u s f i r i n g o f n i n e o f t h e f o u r t e e n c e l l s was d e c r e a s e d by e t h a n o l . Seven o f t h e s e were i n h i b i t e d t o a s i g n i f i c a n t l y (p<0.05, S t u d e n t ' s t - T e s t ) g r e a t e r e x t e n t by e t h a n o l t h a n by s u c r o s e a d m i n i s t e r e d a t an e q u a l p r e s s u r e . Two o t h e r n e u r o n e s were i n h i b i t e d s i g n i -f i c a n t l y by e t h a n o l but had no s u c r o s e c o n t r o l s , a l l o w i n g t h e p o s s i b i l i t y t h a t t h e s e i n h i b i t i o n s were due s o l e l y t o p r e s s u r e 80 F i g u r e 9: The e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on i n f e r i o r o l i v e n e u r o n a l f i r i n g r a t e . E a c h p o i n t r e p r e s e n t s t h e a v e r -aged d a t a f r o m t w e l v e n e u r o n e s , and i s p l o t t e d a s mean and SEM. E t h a n o l was a d m i n i s t e r e d d u r i n g t h e p e r i o d i n d i c a t e d by t h e s o l i d bar ( 1 . 5 g / k g , o v e r 10 m i n ) . S i g n i f i c a n t d i f f e r -e n ce (p<0.05, S t u d e n t ' s p a i r e d t - T e s t ) f r o m t h e two p r e -e t h a n o l c o n t r o l s i s i n d i c a t e d by an a s t e r i s k . 81 (N=12) Ethanol 1 1 1 1 1 1 -5 0 5 10 15 20 T ime (min) 82 F i g u r e 10: An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on i n f e r i o r o l i v e n e u r o n a l f i r i n g . E a c h h i s t o g r a m r e p r e s e n t s t h e c e l l ' s f i r i n g o v e r t h r e e m i n u t e s . Those i n t h e r i g h t m o s t c o l u m n a r e t h e p o i n t w i s e a v e r a g e s o f t h e h i s t o g r a m s t o t h e i r i m m e d i a t e l e f t . The numbers t o r i g h t i n d i c a t e t h e p e r c e n t d e c r e a s e i n f i r i n g r a t e d u r i n g d r u g a p p l i c a t i o n ( i n d i c a t e d by t h e b a r s ) f r o m t h e c o r r e s p o n d i n g c o n t r o l p e r i o d i m m e d i a t e l y b e f o r e . The number and l e t t e r t o t h e l e f t o f e a c h row i n d i -c a t e t h e p r e s s u r e o f a p p l i c a t i o n ( p s i ) and t h e d r u g a p p l i e d , r e s p e c t i v e l y . Drug a p p l i c a t i o n o c c u r r e d d u r i n g t h e p e r i o d s i n d i c a t e d by t h e s o l i d b a r s . The v e r t i c a l and h o r i z o n t a l c a l i b r a t i o n b a r s a r e 1 Hz and 1 m i n , r e s p e c t i v e l y . C -c o n t r o l , i . e . no d r u g a p p l i c a t i o n ; S - s u c r o s e c o n t r o l ; E -e t h a n o l . 83 10E 15E ^ afttfiafe itfl 84 TABLE I : Summary o f t h e e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on t h e s p o n t a -n e o u s f i r i n g r a t e o f i n f e r i o r o l i v e n e u r o n e s . R e s p o n s e Number o f n e u r o n e s D e c r e a s e d F i r i n g R a t e S i g n i f i c a n t l y More t h a n S u c r o s e 7 D e c r e a s e d F i r i n g R a t e b u t No S u c r o s e C o n t r o l s 2 I n c r e a s e d F i r i n g R a t e 0 No Change 5 T o t a l Number o f N e u r o n e s 85 e f f e c t s . I n t h e r e m a i n i n g f i v e n e u r o n e s , e t h a n o l d i d n o t have a s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t e f f e c t t h a n d i d s u c r o s e a t e q u a l p r e s -s u r e s o f a p p l i c a t i o n . I n t h r e e n e u r o n e s , e t h a n o l p r o d u c e d a r e d u c t i o n o f s p i k e a m p l i t u d e a t h i g h e r a p p l i c a t i o n p r e s s u r e s , p o s s i b l y i n d i c a t i n g a n o n s p e c i f i c e f f e c t . However, i n no c a s e d i d e t h a n o l i n c r e a s e t h e f i r i n g r a t e above t h a t o f i t s s u c r o s e c o n t r o l . I V . B . E t h a n o l on S i m p l e S p i k e s T h e r e a p p e a r s t o be an i n v e r s e c o r r e l a t i o n between s i m p l e and c o m p l e x s p i k e a c t i v i t i e s . F o r e x a m p l e , s t i m u l i w h i c h i n c r e a s e CS a c t i v i t y , s u c h as h a r m a l i n e o r e l e c t r i c a l s t i m u l a -t i o n , r e s u l t i n a r e d u c t i o n o f SS a c t i v i t y . C o n v e r s e l y , t r e a t -ments w h i c h d e c r e a s e CS a c t i v i t y , s u c h as e t h a n o l o r 3 - a c e t y l -p y r i d i n e , r e s u l t i n i n c r e a s e d SS a c t i v i t y . T h e r e f o r e , t h e i n c r e a s e o f SS a c t i v i t y s e e n a f t e r e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n may be due t o a d i r e c t a c t i o n o f t h e e t h a n o l on t h e n e u r o n e . A n o t h e r p o s s i b i l i t y i s t h a t i t i s due t o an i n d i r e c t a c t i o n s u c h a s e t h a n o l ' s r e d u c t i o n o f CS a c t i v i t y . S i m i l a r l y , e t h a n o l h a s been r e p o r t e d t o r e d u c e t h e v a r i a b i l i t y o f SS f i r i n g ( S i n c l a i r e t  a l . , 1 9 8 0 ) . A g a i n , t h i s may be due t o a d i r e c t o r i n d i r e c t a c t i o n o f e t h a n o l . T h e r e f o r e , t h e f o l l o w i n g e x p e r i m e n t s were d e s i g n e d t o remove t h e i n f l u e n c e o f CS by e l i m i n a t i n g t h e i r a c t i v i t y v i a t h e e l e c t r o l y t i c l e s i o n i n g o f t h e i n f e r i o r o l i v e . F i g u r e 11 i l l u s -t r a t e s an e x a m p l e o f a u n i l a t e r a l i n f e r i o r o l i v e l e s i o n . A l t h o u g h e a c h l e s i o n h a l t e d t h e CS a c t i v i t y i n t h e PC u n d e r s t u d y , h i s t o l o g i c a l e x a m i n a t i o n f o u n d t h a t o n l y t h r e e o f t h e 86 Figure 11: A micrograph of a transverse section through the inferior olive showing a unilateral electolytic lesion. 87 l e s i o n s a p p e a r e d t o c o m p l e t e l y d e s t r o y t h e 10 n u c l e u s . T h e r e -f o r e , c l i m b i n g f i b r e i n p u t t o t h e c e r e b e l l a r c o r t e x i n most t r i a l s was p r o b a b l y n o t c o m p l e t e l y e l i m i n a t e d . However, t h i s t r e a t m e n t d i d a l l o w t h e e f f e c t s o f e t h a n o l on SS r a t e and r e g u l a r i t y t o be i n v e s t i g a t e d i n t h e a b s e n c e o f CS a c t i v i t y . An e x a m p l e o f t h e r e s p o n s e o f a P u r k i n j e c e l l t o 10 l e s i o n i n g and t h e s u b s e q u e n t i n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f e t h a n o l i s shown i n F i g u r e 12 a s s e v e r a l i n t e r s p i k e i n t e r v a l h i s t o g r a m s ( I S I ) . I n i t i a l l y , t h i s n e u r o n e had a mean s p o n t a -neous SS and CS r a t e s o f 14 and 1.3 Hz, r e s p e c t i v e l y . T h e s e r a t e s a r e r e f l e c t e d i n F i g u r e 12 as SS-SS and CS-CS i n t e r s p i k e i n t e r v a l s o f 57.1 and 775 ms, r e s p e c t i v e l y . L e s i o n i n g o f t h e i n f e r i o r o l i v e c a u s e d t h e c o m p l e t e c e s s a t i o n o f CS a c t i v i t y , and i n c r e a s e d t h e SS f i r i n g r a t e t o 33.2 Hz, w h i c h c o r r e s p o n d e d t o an I S I o f 30.2 ms. I n t r a v e n o u s e t h a n o l f u r t h e r i n c r e a s e d SS f i r i n g t o 42 . 3 Hz and r e d u c e d t h e I S I t o 23 .65 ms. T h i s r e s u l t was r e p e a t e d i n a l l b u t two o f t h e o t h e r t e n P u r k i n j e c e l l s t e s t e d . F i g u r e 13 shows t h e a v e r a g e d SS f i r i n g r a t e o v e r t i m e f r o m a l l e l e v e n P u r k i n j e c e l l s , and t h e e f f e c t o f i n f e r i o r o l i v e l e s i o n i n g and e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n . The d e c r e a s e d I S I a f t e r 10 l e s i o n i n g was n o t s i g n i f i c a n t l y (p>0.05, p a i r e d S t u d e n t ' s t - T e s t ) d i f f e r e n t f r o m t h e p r e - l e s i o n v a l u e s . However, t h e f u r t h e r r e d u c t i o n a f t e r e t h a n o l a d m i n -i s t r a t i o n was s i g n i f i c a n t l y (p<0.05) d i f f e r e n t f r o m t h e a v e r a g e o f t h e two p o s t - l e s i o n p r e - e t h a n o l p o i n t s . I n a d d i t i o n t o m e a s u r i n g t h e e f f e c t s o f 10 l e s i o n i n g and e t h a n o l on SS r a t e , an a t t e m p t was made t o m e asure t h e o e f f e c t o f t h e s e two t r e a t m e n t s on t h e r e g u l a r i t y o f SS f i r i n g i n 88 F i g u r e 12: The r e s p o n s e o f a P u r k i n j e c e l l t o e l e c t r o l y t i c l e s i o n i n g o f t h e i n f e r i o r o l i v e and t o t h e i n t r a v e n o u s a d m i n -i s t r a t i o n o f e t h a n o l . (A) Two i n t e r s p i k e i n t e r v a l h i s t o g r a m s o f ( t o p ) s i m p l e and ( b o t t o m ) c o m p l e x s p i k e s b e f o r e i n f e r i o r o l i v e l e s i o n i n g and e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n . (B and C) S i m p l e s p i k e i n t e r s p i k e i n t e r v a l h i s t o g r a m s : (B) i m m e d i a t e l y a f t e r i n f e r i o r o l i v e l e s i o n i n g and (C) 18 m i n u t e s a f t e r t h e s t a r t o f e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n . The numbers above e a c h h i s t o g r a m r e p r e s e n t t h e mean i n t e r v a l b etween two s u c c e s s i v e s p i k e o f t h e same t y p e and SEM ( i n b r a c k e t s ) , and t h e number (N) o f i n t e r v a l s u s e d t o c a l c u l a t e them. Means were c a l c u l a t e d w i t h i n t e r v a l s up t o 250 ms b u t were p l o t t e d t o 200 ms o n l y . C o u n t s a t g r e a t e r t h a n 200 ms were added i n t o t h e b i n a t 200 ms . 89 SS-SS <N=445> 57. 68 <1.87) •*t»-»J-• »• .1. J — • 1. • —«-CS-CS <N=68> 775.65 < 56.94 > 200 ms 6400 m: 100 100n SS-SS <N=1997> 30 . 16 < . 18) 200 ms SS-SS <N=1997> 23.65 < . 11 ) 200 ms 90 F i g u r e 13: The e f f e c t o f i n f e r i o r o l i v e l e s i o n i n g and i n t r a -v e n o u s e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n on t h e mean i n t e r s p i k e i n t e r v a l b etween P u r k i n j e c e l l s i m p l e s p i k e s . E a ch p o i n t r e p r e s e n t s t h e a v e r a g e d d a t a f r o m e l e v e n P u r k i n j e c e l l s , and i s p l o t t e d as mean and SEM. The i n f e r i o r o l i v e was l e s i o n e d a t t h e t i m e d e n o t e d by by t h e a r r o w head ( a t t i m e -4 m i n ) , and e t h a n o l was a d m i n i s t e r e d d u r i n g t h e p e r i o d i n d i c a t e d by t h e bar ( 1 . 5 g / k g , o v e r 10 m i n ) . The i n t e r s p i k e i n t e r v a l s were n o r m a l i z e d a r o u n d t h e two l e s i o n e d c o n t r o l s ( i . e . t i m e s -2.5 and z e r o min) . 91 IV ETHANOL ON PC'S AFTER 10 LESIONINS (o) (N=ll) 63 n 92 t h e s e same P u r k i n j e c e l l s . To do t h i s , t h e s c a l e d v a r i a n c e o f t h e mean i n t e r s p i k e i n t e r v a l f r o m a l l c e l l s was a v e r a g e d a t e a c h t i m e p o i n t and r e p r e s e n t s a m e a s u r e o f SS i r r e g u l a r i t y . The r e s u l t i n g c u r v e i s d i s p l a y e d i n F i g u r e 14. A l t h o u g h SS i r r e g -u l a r i t y was r e d u c e d a f t e r 10 l e s i o n i n g , f r o m 9.2 t o 2.2, t h e r e d u c t i o n was n o t s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m p r e - l e s i o n v a l u e s ( p<0.05, p a i r e d S t u d e n t ' s t - T e s t ) . S i m i l a r l y , i n t r a v e n o u s e t h a n o l a l s o had no s i g n i f i c a n t e f f e c t upon SS i r r e g u l a r i t y . I V . C . E t h a n o l on L o c a l I n h i b i t i o n . T h i s l a b o r a t o r y h a s r e p o r t e d t h a t i n t r a v e n o u s e t h a n o l a n t a g o n i z e s t h e i n h i b i t i o n e v o k e d by t h e l o c a l s u r f a c e s t i m u l a -t i o n o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x . The f o l l o w i n g e x p e r i m e n t s were d e s i g n e d t o f u r t h e r i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f e t h a n o l on t h i s i n h i b i t i o n by a p p l y i n g e t h a n o l l o c a l l y by m i c r o p r e s s u r e . An e x a m p l e o f a P u r k i n j e c e l l ' s r e s p o n s e t o l o c a l s t i m u l a t i o n ( L O C ) , and t h e e f f e c t o f l o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l on t h e r e s u l t i n g i n h i b i t i o n , i s shown i n F i g u r e 1 5 . I n t h i s c a s e , e t h a n o l s h o r t e n e d t h e i n h i b i t o r y p e r i o d , f r o m 34.0 t o 13.3 ms, a t a d o s e a t w h i c h s u c r o s e had l i t t l e e f f e c t ( 3 5 . 5 m s ) . T h i s e x a m p l e was r e p r e s e n t a t i v e o f t h e m a j o r i t y o f c e l l s t e s t e d i n t h i s manner, and T a b l e I I s u m m a r i z e s t h e r e s u l t s o f t h e s e e x p e r i m e n t s . E i g h t o f t h e t w e l v e c e l l s were f o u n d t o have s h o r t e n e d i n h i b i t o r y p e r i o d s a f t e r e t h a n o l . Seven o f t h e s e were s h o r t e n e d s i g n i f i c a n t l y ( p < 0 . 0 5 ) . I n t h e e i g h t h , s i g n i f i c -a n c e c o u l d n o t be c a l c u l a t e d , b u t i t s i n h i b i t o r y p e r i o d was r e d u c e d 55% by a p p l i c a t i o n o f e t h a n o l a t 12 p s i , w h i l e s u c r o s e a t t h e same p r e s s u r e i n c r e a s e d f i r i n g by o n l y 4%. A n o t h e r 93 F i g u r e 14: The e f f e c t o f i n f e r i o r o l i v e l e s i o n i n g and i n t r a -v e n o u s e t h a n o l on P u r k i n j e c e l l s i m p l e s p i k e r e g u l a r i t y o v e r t i m e . E a c h p o i n t r e p r e s e n t s t h e a v e r a g e d d a t a f r o m f r o m 11 c e l l s , and i s p l o t t e d a s mean and SEM. The i n f e r i o r o l i v e was l e s i o n e d a t t h e t i m e d e n o t e d by a r r o w head (-4 m i n ) , and e t h a n o l was a d m i n i s t e r e d d u r i n g t h e p e r i o d i n d i c a t e d by t h e s o l i d b a r ( 1 . 5 g / k g , o v e r 10 m i n ) . The o r d i n a t e r e p r e s e n t s t h e v a r i a n c e o f t h e i n t e r s p i k e i n t e r v a l d i v i d e d by i t s mean and m u l t i p l i e d by 1 0 0 0 . The p o i n t s were n o r m a l i z e d t o t h e a v e r a g e o f t h e two l e s i o n e d c o n t r o l s ( i . e . t i m e p o i n t s -2.5 and z e r o ) . 94 E f f e c t of l,v, Ethanol on SS Regularity (o) A f t e r 10 Lesioning (n=ll) 20 n Time (min) 95 F i g u r e 15: The e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f a P u r k i n j e c e l l e v o k e d by l o c a l s t i m u l a t i o n . The t h r e e p o s t s t i m -u l u s h i s t o g r a m s r e p r e s e n t r e p o n s e s (A) b e f o r e d r u g a p p l i c a t i o n , (B) d u r i n g s u c r o s e a p p l i c a t i o n ( 1 2 p s i ) , and (C) d u r i n g e t h a n o l a p p l i c a t i o n (12 p s i ) . L o c a l s t i m u l a t i o n o c c u r r e d a t t i m e z e r o . The r e s u l t i n g h i s t o g r a m s were smoothed by a r u n n i n g a v e r a g e (25 ms w i d t h ) and t h e t i m e t o 50% o f t h e r a t e d u r i n g t h e l a s t 25 ms m e a s u r e d ( 1 - 5 0 % ) . T h i s t i m e i s i n d i c a t e d by t h e a r r o w and q u a n t i t a t e d by t h e number above e a c h h i s t o g r a m . E l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n (1 Hz, 0.5 ms d u r a t i o n , 5.5 V) o f t h e c e r e b r a l c o r t e x o c c u r r e d a t t i m e z e r o . E a c h h i s t o g r a m was c o n s t r u c t e d f r o m 50 t r i a l s . 96 I-58V.: 34 MS 260 MS I-503s = 35.5 MS 200 MS I-503s < 13.26 MS + 200 MS 97 TABLE I I : Summary o f t h e e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on t h e p e r i o d o f i n h i b i t i o n e v o k e d by l o c a l s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x . R e s p o n s e D e c r e a s e d I n h i b i t o r y P e r i o d I n c r e a s e d I n h i b i t o r y P e r i o d No Change Number o f n e u r o n e s r e s p o n d i n g 8 1 3 T o t a l Number o f N e u r o n e s 12 98 c e l l ' s i n h i b i t o r y p e r i o d was l e n g t h e n e d s i g n i f i c a n t l y o v e r i t s s u c r o s e c o n t r o l , w h i l e t h e i n h i b i t o r y p e r i o d s o f t h e t h r e e r e m a i n i n g c e l l s were n o t s i g n i f i c a n t l y c h a n g e d . I V . D . E t h a n o l on L o c a l GABA I n h i b i t i o n . The p u t a t i v e t r a n s m i t t e r r e s p o n s i b l e f o r t h e i n h i b i -t i o n e v o k e d by s u r f a c e s t i m u l a t i o n i s t h o u g h t t o be gamma-amino-b u t y r i c a c i d (GABA, Woodward e t a l . , 1 9 7 1 ) . As was r e p o r t e d a b o v e , t h i s i n h i b i t i o n i s a n t a g o n i z e d by e t h a n o l . T h e r e f o r e , t h e e f f e c t o f e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f PC i n d u c e d by l o c a l -l y a p p l i e d GABA was s t u d i e d . The f o l l o w i n g e x p e r i m e n t s i n c l u d e d p r o t o c o l s i n w h i c h e t h a n o l was a d m i n i s t e r e d e i t h e r i n t r a v e n o u s l y o r l o c a l l y by m i c r o p r e s s u r e . An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f a P u r k i n j e c e l l ' s SS f i r i n g by l o c a l l y a p p l i e d GABA i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 1 6 . I n t h i s e x a m p l e t h e e t h a n o l a p p e a r s t o h a v e a n t a g o n i z e d t h e i n h i b i t o r y a c t i o n o f GABA s i n c e t h e amount o f i n h i b i t i o n e v o k e d by GABA was r e d u c e d a f t e r t h e a d m i n i s t r a t i o n o f t h e e t h a n o l . I n i t i a l l y , e a c h a p p l i c a t i o n o f GABA r e d u c e d c e l l f i r i n g by a b o u t 8 2 % . S i x t o t e n m i n u t e s a f t e r t h e s t a r t o f e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n , t h i s i n h i b i t i o n was r e d u c e d t o 65% b u t had r e t u r n e d t o c o n t r o l l e v e l s ( 8 3 % ) by a b o u t 23 min . F i g u r e 17 s u m m a r i z e s t h e r e s u l t s o f t h i s s e t o f e x p e r -i m e n t s . I t shows t h e a v e r a g e d r e s p o n s e o f 12 P u r k i n j e c e l l s t o l o c a l l y a p p l i e d GABA and i n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l ( 1 . 5 g/ k g , i . v . o v e r 10 m i n ) . B e f o r e e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n , t h e mean r e d u c t i o n o f c e l l f i r i n g p r o d u c e d by e a c h GABA a p p l i c a t i o n 99 F i g u r e 16: An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s i n d u c e d by GABA a p p l i e d l o c a l -l y by m i c r o p r e s s u r e . The mai n b l o c k o f 35 h i s t o g r a m s r e p r e -s e n t s a c o n t i n u o u s r e c o r d o f t h e c e l l ' s f i r i n g r a t e . E a c h o f t h e h i s t o g r a m s i n t h e r i g h t m o s t c o l u m n i s t h e p o i n t w i s e a v e r a g e o f t h e f i v e h i s t o g r a m s t o i t s i m m e d i a t e l e f t . The number t o i t s r i g h t i s t h e p e r c e n t i n h i b i t i o n p r o d u c e d by t h e a p p l i c a t i o n o f GABA ( f o r 20 s d u r i n g t h e p e r i o d s i n d i c a t e d by t h e b a r s ) f r o m t h e c o n t r o l p e r i o d ( t h e 20 s i m m e d i a t e l y p r e c e d i n g t h e b a r ) . The l o n g b a r s i n d i c a t e t h e p e r i o d o f a p p l i c a t i o n o f e t h a n o l ( 1 . 5 g / k g , i . v . o v e r 10 m i n ) . The v e r t i c a l and h o r i -z o n t a l c a l i b r a t i o n b a r s r e p r e s e n t 25 Hz and 20 s e c , r e s p e c t -i v e l y . 100 101 F i g u r e 17: The e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s i n d u c e d by l o c a l GABA. The s o l i d l i n e r e p r e -s e n t s t h e s p o n t a n e o u s f i r i n g r a t e d u r i n g t h e p e r i o d s when GABA was n o t b e i n g a p p l i e d . The b r o k e n l i n e r e s p r e s e n t s t h e amount o f i n h i b i t i o n e v o k e d by a p p l i c a t i o n o f GABA ( p e r c e n t d e c r e a s e o f f i r i n g r a t e f r o m t h e i m m e d i a t e l y p r e c e d i n g 20 s e c o n d s ) . E a c h p o i n t r e p r e s e n t s t h e a v e r a g e d d a t a f r o m t w e l v e n e u r o n e s , and i s p l o t t e d as t h e mean and SEM. E t h a n o l was a d m i n i s t e r e d d u r i n g t h e p e r i o d i n d i c a t e d by t h e s o l i d b a r ( 1 . 5 g / k g , i . v . o v e r 10 m i n ) . S i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e f r o m t h e a v e r a g e d p r e -e t h a n o l c o n t r o l s i s i n d i c a t e d by a s t e r i s k s (p<0.05, S t u d e n t ' s p a i r e d t - T e s t ) . 102 E f f e c t of I.v, E+honol on (x) PC F i r i n g Ro-te (n=12) (o) up-GflBfl Inhlbl-tlon of PC (n=12) 80-i 1 0 3 was 65 .8% . S i x t o t e n m i n u t e s a f t e r t h e s t a r t o f e t h a n o l a d m i n -i s t r a t i o n t h i s v a l u e had f a l l e n t o 5 4 . 0 % . By 25 min i t had r e t u r n e d t o a v a l u e o f 5 8 . 1 % . The o b s e r v e d r e d u c t i o n o f t h e i n h i b i t i o n e v o k e d by GABA was s i g n i f i c a n t l y ( p < 0 . 0 5 , p a i r e d S t u d e n t ' s t - T e s t ) r e d u c e d a t t h e t i m e p o i n t between 6 and 2 0 m i n u t e s . An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f l o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f PC f i r i n g by e x o g e n o u s GABA i s shown i n F i g u r e 18. I n t h i s c e l l a p p l i c a t i o n o f e t h a n o l by m i c r o p r e s s u r e r e d u c e d t h e GABA e v o k e d i n h i b i t i o n f r o m a p r e - e t h a n o l v a l u e o f a 7 6 % r e d u c t i o n i n f i r i n g r a t e t o a 6 3 % r e d u c t i o n a t 2 . 5 t o 7 . 5 m i n u t e s a f t e r t h e b e g i n n i n g o f e t h a n o l a p p l i c a t i o n . By t h i r t e e n m i n u t e s t h e i n h i b i t i o n had r e t u r n e d t o p r e - e t h a n o l l e v e l s ( 7 6 % ) . F i g u r e 1 9 s u m m a r i e s t h e e f f e c t l o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l had on a b s o l u t e i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l f i r i n g p r o d u c e d by GABA. I t i l l u s t r a t e s t h e a v e r a g e d r e s u l t s f r o m n i n e P u r k i n j e c e l l s . As i n d i c a t e d by t h e a s t e r i s k s , t h e i n h i b i t i o n by GABA was o n l y s i g n i f i c a n t l y a n t a g o n i z e d f r o m 2 . 5 t o 5 m i n u t e s a f t e r t h e s t a r t o f e t h a n o l a p p l i c a t i o n . GABA r e d u c e d t h e mean f i r i n g r a t e o f t h e c e l l s by 1 5 . 3 Hz b e f o r e e t h a n o l was a p p l i e d , b u t o n l y r e d u c e d i t by 1 2 . 7 Hz a t 2 . 5 t o 5 m i n u t e s . However, t h e e t h a n o l a p p l i c a t i o n a l s o c a u s e d a s i g n i f i c a n t f a l l i n PC s p o n t a -n eous f i r i n g r a t e , f r o m 2 7.8 Hz b e f o r e e t h a n o l t o 2 3.8 Hz a t 2 . 5 t o 5 m i n u t e s a f t e r t h e s t a r t o f a p p l i c a t i o n . T h e r e f o r e , t h e r e d u c t i o n o f GABA i n d u c e d i n h i b i t i o n , when e x p r e s s e d as a p e r -c e n t c h a n g e f r o m c o n t r o l , was n o t s i g n i f i c a n t l y c h a n g e d by t h e e t h a n o l a p p l i c a t i o n ( F i g u r e 2 0 ) . 104 F i g u r e 18: An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f a P u r k i n j e c e l l i n d u c e d by l o c a l GABA. The b l o c k o f 30 h i s t o g r a m s r e p r e s e n t s a c o n t i n u o u s r a t e r e c o r d i n g o f t h e n e u r o n e . E a c h h i s t o g r a m i n t h e r i g h t m o s t c o l u m n i s t h e p o i n t -w i s e a v e r a g e o f t h e f i v e h i s t o g r a m s t o i t s i m m e d i a t e l e f t . The a s s o c i a t e d number r e p r e s e n t s t h e p e r c e n t i n h i b i t i o n p r o d u c e d by t h e a p p l i c a t i o n o f GABA ( f o r 10 s d u r i n g t h e p e r i o d s i n d i c a t e d by t h e b a r s ) f r o m t h e c o n t r o l p e r i o d ( t h e 10 s p r e c e d i n g t h e b a r ) . The l o n g and s h o r t h o r i z o n t a l b a r s i n d i c a t e t h e p e r i o d o f a p p l i c a t i o n by m i c r o p r e s s u r e o f e t h a n o l and GABA, r e s p e c t i v e l y . The v e r t i c a l and h o r i z o n t a l c a l i b r a t i o n b a r s r e p r e s e n t 25 Hz and 10 s, r e s p e c t i v e l y . 76 68 63 63 66 106 F i g u r e 19: The e f f e c t o f l o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l on t h e a b s o -l u t e i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s i n d u c e d by l o c a l l y a p p l i e d GABA. The l e f t m o s t b a r o f e a c h p a i r r e p r e s e n t s s p o n t a n e o u s f i r i n g r a t e o f t h e n e u r o n e s d u r i n g t h o s e 20 s p e r i o d s immed-i a t e l y b e f o r e GABA a p p l i c a t i o n , w h i l e t h e r i g h t m o s t r e p r e s e n t s t h e a v e r a g e d a b s o l u t e i n h i b i t i o n o f f i r i n g r a t e e v o k e d by t h e 20 s a p p l i c a t i o n o f GABA. E a c h b a r r e p r e s e n t s t h e d a t a f r o m n i n e n e u r o n e s o v e r 2.5 m i n . The b a r s r e p r e s e n t mean and SEM. E t h a n o l was a p p l i e d d u r i n g t h e c o l l e c t i o n o f t h e c e n t r a l b a r s . The l e f t p a i r o f b a r s a r e t h e c o n t r o l r a t e and i n h i b i t i o n , w h i l e t h e r i g h t p a i r i s t h e r e c o v e r y v a l u e s a t 5-7.5 a f t e r t h e a p p l i c a t i o n o f e t h a n o l . B a r s s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m c o n t r o l a r e i n d i c a t e d by a s t e r i s k s (p<0.05, p a i r e d S t u d e n t ' s t - T e s t ) . RRTE OR ABSOLUTE INHIBITION (HZ) c n _ I _ _L_ _J_ CO ?0 108 F i g u r e 20: The e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on t h e r e l a t i v e i n h i b i -t i o n o f P u r k i n j e c e l l s i n d u c e d by l o c a l l y a p p l i e d GABA. The d a t a was c a l c u l a t e d a s t h e p e r c e n t d e c r e a s e o f s i m p l e s p i k e f i r i n g d u r i n g 20 s o f a p p l i c a t i o n o f GABA by m i c r o p r e s s u r e f r o m t h e i m m e d i a t e l y p r e c e d i n g c o n t r o l 20 s . E a c h b ar r e p r e s e n t s t h e a v e r a g e d d a t a f r o m n i n e n e u r o n e s and o v e r 2.5 m i n , and i s p l o t t e d as t h e mean and SEM. E t h a n o l was a p p l i e d by m i c r o p r e s -s u r e d u r i n g c o l l e c t i o n o f t h e d a t a m a k i n g up t h e m i d d l e p a i r o f b a r s . None o f t h e b a r s a r e s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h e i r c o n t r o l s (p>0.05, p a i r e d t w o - t a i l e d S t u d e n t ' s t - T e s t ) . PERCENT INHIBITION Qt _ l _ Q _L_ Q _i_ GO _L_ Q -J II UD o m 110 The r e s u l t s f r o m t h i s s e r i e s o f e x p e r i m e n t s a r e sum-m a r i z e d i n T a b l e I I I . The G A B A - i n d u c e d a b s o l u t e d e c r e a s e o f f i r i n g r a t e was r e d u c e d i n t h e m a j o r i t y o f P u r k i n j e c e l l s ( 6 / 9 ) bu t u n c h a n g e d i n t h e r e m a i n i n g t h i r d o f t h e c e l l s . However, t h e i n h i b i t i o n , when e x p r e s s e d as p e r c e n t d e c r e a s e f r o m c o n t r o l , was r e d u c e d i n o n l y f o u r o f t h e n i n e n e u r o n e s , w h i l e i n two o t h e r c e l l s i t was u n c h a n g e d and i n t h e r e m a i n i n g t h r e e i t was e n h a n c -ed . I V . E . E t h a n o l on G o l g i C e l l s . G o l g i c e l l s a r e an i n t e g r a l p a r t o f t h e c e r e b e l l a r c i r c u i t r y and t h e i r r e s p o n s e s t o e t h a n o l have n o t been p r e v i o u s -l y s t u d i e d . T h e r e f o r e , t h e s e e x p e r i m e n t s were d e s i g n e d t o s t u d y t h e e f f e c t o f e t h a n o l on t h e s p o n t a n e o u s f i r i n g r a t e o f G o l g i c e l l s and i t s e f f e c t upon t h e i n h i b i t i o n o f t h e s e c e l l s by i n f e r i o r o l i v e s t i m u l a t i o n . F i g u r e 21 s u m m a r i z e s t h e e f f e c t o f e t h a n o l on G o l g i c e l l s p o n t a n e o u s d i s c h a r g e . I t shows t h e a v e r a g e d r e s p o n s e o v e r t i m e o f f i v e G o l g i c e l l s t o i n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l . The c e l l s ' a v e r a g e d f i r i n g r a t e was n o t s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h e a v e r a g e o f t h e p r e - e t h a n o l r a t e s (p>0.05, p a i r e d S t u d e n t ' s t - T e s t ) a t any t i m e . An e x a m p l e o f t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l ( 1 . 5 g / k g , o v e r 10 min) on t h e p e r i o d o f i n h i b i t i o n o f a G o l g i c e l l e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v e i s i l l u s -t r a t e d i n F i g u r e 2 2 . The l o n g l a s t i n g p e r i o d o f i n h i b i t i o n i n t h i s c e l l was r e d u c e d by e t h a n o l , f r o m 774 t o 600 ms, a t 5 m i n u t e s a f t e r t h e s t a r t o f e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n . By 21 m i n -111 TABLE I I I : Summary o f t h e e f f e c t o f l o c a l e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s e v o k e d by l o c a l l y a d m i n i s t e r e d g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d . R e s p o n s e Number o f n e u r o n e s A b s o l u t e I n h i b i t i o n R e l a t i v e I n h i b i t i o n D e c r e a s e d I n h i b i t i o n 6 4 (>10% c h a n g e ) I n c r e a s e d I n h i b i t i o n 0 2 (>10% c h a n g e ) No Change 3 3 (<10% c h a n g e ) T o t a l N e u r o n e s 9 9 112 F i g u r e 2 1 : The e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e s p o n t a -n eous f i r i n g r a t e o f G o l g i c e l l s . E a c h p o i n t r e p r e s e n t s t h e a v e r a g e d d a t a f r o m f i v e c e l l s , and i s p l o t t e d as t h e mean and SEM. E t h a n o l was a d m i n i s t e r e d d u r i n g t h e p e r i o d i n d i c a t e d by t h e s o l i d b a r ( 1 . 5 g / k g , o v e r 10 m i n ) . None o f t h e p o i n t s a r e s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h e a v e r a g e o f t h e two p r e - e t h a n o l c o n t r o l s (p>0.05, p a i r e d S t u d e n t ' s t - T e s t ) . 113 EFFECT OF IV ETOH ON (o) GOLGI CELL FIRING RATE (N=5) 15-i 5H Ethanol 0H 1 1 1 1 1 1 -10 0 10 20 30 40 50 TIME (MIN) 114 F i g u r e 2 2 : An e x a m p l e of t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f a G o l g i c e l l e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v e . The t h r e e p o s t - s t i m u l u s h i s t o g r a m s were c o n -s t r u c t e d (A) p r e - e t h a n o l and (B) 5 min and (C) 21 min a f t e r s t a r t o f e t h a n o l . I n e a c h o f t h e h i s t o g r a m s t h e p e r i o d o f i n h i b i t i o n was m e a s u r e d by s m o o t h i n g t h e h i s t o g r a m w i t h a m o v i n g a v e r a g e (250 ms w i d t h ) and d e t e r m i n i n g t h e 1-50%, t h e t i m e a t w h i c h t h e f i r i n g r a t e r e t u r n e d t o 50% o f t h e c o n t r o l p e r i o d ( t h e r i g h t m o s t 25 p o i n t s ) . T h i s t i m e i s i n d i c a t e d by t h e a r r o w and q u a n t i f i e d by t h e v a l u e above e a c h h i s t o g r a m . The i n f e r i o r o l i v e was e l e c t r i c a l l y s t i m u l a t e d ( s i n g l e p u l s e , 1-2 Hz, 0.5 ms) a t t i m e z e r o . E t h a n o l was a d ministered i n t r a -venously over 10 min (1.5 g/Kg). 115 I-505J: 773.75 MS A 1-505:: 746.66 MS ii i i i i , + 2000 MS 116 u t e s i t had r e t u r n e d t o 747 ms, a l t h o u g h i n t h i s c a s e t h e f i r i n g r a t e had d e c r e a s e d . The g r a p h o f t h e a v e r a g e d d a t a f r o m t h e s e e x p e r i m e n t s i s shown i n F i g u r e 2 3 . The a v e r a g e l a t e n c y t o t h e s t a r t o f t h e i n h i b i t o r y p e r i o d was a b o u t 70 ms ( r a n g e 53-80 m s ) . The p e r i o d o f i n h i b i t i o n e v o k e d by 10 s t i m u l a t i o n was s i g n i f i c a n t l y ( p<0.05, p a i r e d S t u d e n t ' s t - T e s t ) r e d u c e d a f t e r t h e i n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n o f e t h a n o l a t 10, 15, and 20 m i n , r e d u c i n g t h e i n h i b i t o r y p e r i o d f r o m 520 t o 4 1 2 , 412, and 436 ms, r e s p e c t -i v e l y . By f o r t y m i n u t e s i t had a l m o s t r e t u r n e d (503 ms) t o t h e p r e - e t h a n o l v a l u e . 117 F i g u r e 23- The e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l on t h e i n h i b i t i o n o f G o l g i c e l l s e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v e . E a c h p o i n t r e p r e s e n t s t h e a v e r a g e d d a t a f r o m f i v e c e l l s , p l o t -t e d as t h e mean and SEM. E t h a n o l ( 1 . 5 g/kg) was a d m i n i s t e r e d d u r i n g t h e p e r i o d i n d i c a t e d by t h e s o l i d b a r . The i n f e r i o r o l i v e was e l e c t r i c a l l y s t i m u l a t e d ( s i n g l e p u l s e , 1-2 Hz, 0.5 ms) a t t i m e z e r o . The a s t e r i s k s i n d i c a t e t h o s e t i m e p o i n t s a t w h i c h t h e mean p e r i o d o f i n h i b i t i o n d i f f e r e d s i g n i f i c a n t l y f r o m t h e p r e - e t h a n o l c o n t r o l (p<0.05, p a i r e d S t u d e n t ' s t - T e s t ) . 118 EFFECT OF IV ETOH ON (o) 10 STIM INHIBITION OF GOLGI (N=5) 600 -i 300 H , 1 , , , , -10 0 10 20 30 40 50 TIME (MIN) 119 V. DISCUSSION V.A. E t h a n o l on Complex S p i k e s S p o n t a n e o u s c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y h a s been r e p o r t e d t o be r e d u c e d a f t e r i n t r a v e n o u s e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n . We h y p o t h e s i z e d t h a t t h i s a c t i o n o f e t h a n o l was due t o a f a i l u r e o f t h e c l i m b i n g f i b r e - P u r k i n j e c e l l s y n a p s e t o t r a n s m i t t h e a c t i v -i t y a r r i v i n g on t h e c l i m b i n g f i b r e . To t e s t t h i s h y p o t h e s i s , c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y was e v o k e d by j u x t a f a s t i g i a l e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n , and t h e e f f e c t o f e t h a n o l upon t h i s e v o k e d a c t i v i t y s t u d i e d . The h y p o t h e s i s p r e d i c t s t h a t s p o n t a n e o u s and s t i m u l a -t i o n - e v o k e d c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y w o u l d be r e d u c e d i n p a r a l l e l . I n f a c t , s t i m u l a t i o n - e v o k e d CS a c t i v i t y was n o t e f f e c t e d by e t h a n o l i n f u s i o n , e v e n a t t h o s e t i m e s when s p o n t a -neous CS a c t i v i t y was r e d u c e d s i g n i f i c a n t l y ( p < 0 . 0 0 1 ) . T h i s r e s u l t i m p l i e s t h a t e t h a n o l d o e s n o t r e d u c e t h e s e c u r i t y o f t h e c l i m b i n g f i b r e - P u r k i n j e c e l l s y n a p s e . T h i s i s n o t u n e x p e c t e d as t h e CF i n n e r v a t i o n o f t h e P u r k i n j e c e l l i s e x t e n s i v e , c o v e r i n g t h e d e n d r i t i c t r e e and f o r m i n g m u l t i p l e s y n a p s e s . T h i s r e s u l t s i n a h i g h d e g r e e o f s y n a p t i c s e c u r i t y . I n d e e d , when P u r k i n j e c e l l s a r e damaged, even t o s u c h an e x t e n t as t o c a u s e c o m p l e t e c e s s a t i o n o f SS a c t i v i t y , CS a c t i v i t y o f t e n c o n t i n u e s f o r an e x t e n d e d t i m e . I t i s , t h e r e f o r e , n o t s u r p r i z i n g t h a t e t h a n o l was i n e f f e c t i v e i n d e c r e a s i n g t h e s a f e t y o f t h i s s y n a p s e . I n a d d i t i o n , t h e s t a b i l i t y o f t h e v o l t a g e r e q u i r e d f o r CS a c t i v a -t i o n i m p l i e s t h a t e t h a n o l a l s o d i d n o t e f f e c t t h e a b i l i t y o f c l i m b i n g f i b r e s t o be a c t i v a t e d by t h e e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n . 120 Complex s p i k e a c t i v i t y h a s a l s o been r e p o r t e d t o be e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b r a l c o r t e x ( F r e e d m a n e t a l . , 1977; H o f f e r e t a l . , 1978) . I n a s e t o f e x p e r i m e n t s s i m i l a r t o t h e a b o v e , c o m p l e x s p i k e a c t i v i t y was e v o k e d f r o m t h e c e r e b r a l c o r t e x , and t h e e f f e c t o f i n t r a v e n o u s e t h a n o l m e a s u r e d . I n t r a -v e n o u s e t h a n o l d e c r e a s e d s p o n t a n e o u s CS a c t i v i t y s i g n i f i c a n t l y , c o n f i r m i n g p r e v i o u s r e p o r t s ( S i n c l a i r e t a l . , 1980; S i n c l a i r and L o , 1 9 8 1 ) . E l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b r a l c o r t e x e v o k e d CS a c t i v i t y w i t h an a v e r a g e l a t e n c y o f 22.6 +/- 1.4 ms, a g a i n c o n f i r m i n g p r e v i o u s r e p o r t s ( f o r e x a m p l e Freedman e t a l . , 1 9 7 7 ) . E t h a n o l was f o u n d t o r e d u c e s i g n i f i c a n t l y t h e a b i l i t y o f t h e c o r t i c a l s t i m u l a t i o n t o e v o k e CS a c t i v i t y . T o g e t h e r w i t h t h e f i n d i n g a b o v e , t h i s r e s u l t i m p l i e s e t h a n o l ' s s i t e o f a c t i o n i s i n t e r m e d i a t e between t h e s i t e o f s t i m u l a t i o n and t h e s o u r c e o f t h e c l i m b i n g f i b r e s , t h e i n f e r i o r o l i v e . The r e d u c t i o n o f e v o k e d CS a c t i v i t y c o u l d r e f l e c t a r e d u c e d r e c r u i t m e n t o f c o r t i c a l f i b r e s by t h e s t i m u l a t i o n , an i n h i b i t i o n o f s y n a p s e s i n t e r p o s e d between t h e s i t e o f s t i m u l a -t i o n and t h e 10, o r a d i r e c t a c t i o n on 10 n e u r o n e s . The f o r m e r two a c t i o n s w o u l d p r e s u m a b l y r e d u c e t h e e x c i t a t o r y i n p u t t o t h e i n f e r i o r o l i v e and c o n s e q u e n t l y d e c r e a s e CS r a t e . An a c t i o n on i n t e r p o s e d s y n a p s e s i s t h e more l i k e l y o f t h e two p o s s i b i l i t i e s s i n c e , w h i l e e t h a n o l has been r e p o r t e d t o i n c r e a s e t h e s e n s i t i v -i t y o f i s o l a t e d n e r v e s t o s t i m u l a t i o n ( A r m s t r o n g and B i n s t o c k , 1 9 6 4 ) , p o l y s y n a p t i c p a t h w a y s a r e q u i t e s e n s i t i v e t o e t h a n o l ( c f . K a l a n t and Woo, 1 9 8 1 ) . However, s i n c e c o r t i c a l p r o j e c t i o n s a c c o u n t f o r o n l y a p o r t i o n o f t h e t o t a l i n p u t t o t h e 10, b o t h o f t h e s e m e c h a n i s m s w o u l d be u n l i k e l y t o p r o d u c e t h e p a r a l l e l 121 r e d u c t i o n o f s p o n t a n e o u s and e v o k e d CS a c t i v i t y s e e n i n t h i s s t u d y . T h e r e f o r e i t c a n be p o s t u l a t e d t h a t t h e e t h a n o l was d e p r e s s i n g e i t h e r t h e t o t a l i n p u t t o t h e 10, f o r e x a m p l e by i n h i b i t i n g t h e s y n a p s e s t e r m i n a t i n g on i t s n e u r o n e s , o r t h e i n f e r i o r o l i v e n e u r o n e s t h e m s e l v e s . T h i s p r o p o s a l i s s u p p o r t e d by t h e r e s u l t s o f t h e e x p e r i m e n t s where t h e e f f e c t o f l o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l by m i c r o p r e s s u r e on 10 n e u r o n a l f i r i n g r a t e was s t u d i e d . A g a i n , t h e r e d u c t i o n o f s p o n t a n e o u s a c t i v i t y o b s e r v e d i n t h e s e e x p e r i -ments may h a v e been due t o a d i r e c t a c t i o n o f e t h a n o l upon t h e i n f e r i o r o l i v e n e u r o n e s , o r may have r e f l e c t e d a m o d i f i c a t i o n o f a f f e r e n t i n p u t t o t h e s e n e u r o n e s , e i t h e r on n e a r b y n e u r o n e s o r upon t h e s y n a p s e s i m p i n g i n g on t h e 10 n e u r o n e s . However, i t i s c l e a r t h a t e t h a n o l ' s a c t i o n must be i n t h e i m m e d i a t e a r e a o f r e c o r d i n g . The r e d u c t i o n o f s p o n t a n e o u s a c t i v i t y by l o c a l e t h a n o l may h a v e r e f l e c t e d a n o n - s p e c i f i c i n h i b i t i o n o f t h e n e u r o n e s s i n c e l o c a l a p p l i c a t i o n may have p r o d u c e d c o n c e n t r a -t i o n s a t t h e c e l l u l a r membrane h i g h enough t o c a u s e n o n - s p e c i f i c d e p r e s s i o n o f t h e n e u r o n e . However, a l t h o u g h a c t i o n p o t e n t i a l c o n f i g u r a t i o n c h a n g e s were n o t e d i n a few c e l l s , t h e c o r r e s p o n d -e n c e between t h e s y s t e m i c and l o c a l r e s u l t s i m p l i e s t h a t e t h a n o l h a s d e p r e s s a n t e f f e c t s on 10 n e u r o n a l a c t i v i t y a t l e v e l s w h i c h r e s u l t i n m i l d t o m o d e r a t e i n t o x i c a t i o n . I n any e v e n t , i n none o f t h e t r i a l s , w i t h e i t h e r s y s t e m i c a l l y o r l o c a l l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l , was a s i g n i f i c a n t i n c r e a s e i n 10 n e u r o n a l f i r i n g r a t e o b s e r v e d . T h i s i s i n d i r e c t c o n f l i c t w i t h t h e d a t a r e p o r t e d by R o g e r s e t a l . ( 1980, 1982). S p e c i f i c a l l y , t h e y have r e p o r t e d an i n c r e a s e d PC a c t i v i t y a f t e r 122 i n t r a p e r i t o n e a l i n j e c t i o n o f e t h a n o l . T hey r e p o r t e d t h a t i n t r a -p e r i t o n e a l e t h a n o l i n c r e a s e s b o t h CS r a t e , r e c o r d e d f r o m s i n g l e u n i t r e c o r d i n g s f r o m P u r k i n j e c e l l s (1-4 g / k g , Roger e t a l . , 1 9 8 0 ) , and s i n g l e and m u l t i p l e u n i t a c t i v i t y and f i e l d p o t e n -t i a l s r e c o r d e d f r o m t h e i n f e r i o r o l i v e (2 g / k g , i . p . , Roger e t  a l . , 1982) . I n a s e r i e s o f e x p e r i m e n t s which repeated Rogers' et  a l . ' s .experimental parameters> i n c l u d i n g ; halothane a n a e s t h e s i a , S i n c l a i r e t a l . ( 1 9 8 2) f o u n d t h a t e t h a n o l (4 g / k g , i . p . ) , i n r e s p i r e d r a t s , f a i l e d t o i n c r e a s e CS a c t i v i t y , b u t r a t h e r d e -c r e a s e d i t , t h u s c o n f i r m i n g t h e i r p r e v i o u s f i n d i n g s ( S i n c l a i r e t  a l . , 1980; S i n c l a i r and L o , 1 9 8 1 ) . I n a d d i t i o n , between 7 and 18 m i n u t e s a f t e r t h e e t h a n o l i n j e c t i o n most o f t h e c e l l s ( 6 / 8 ) e x h i b i t e d a b u r s t i n g b e h a v i o r . However, t h e c o n f i g u r a t i o n o f t h e s p i k e b u r s t s d i d n o t r e s e m b l e t h o s e o f t y p i c a l c o m p l e x s p i k e s . A l s o t h e y d i d n o t a p p e a r t o be due t o t h e a n o x i a b e c a u s e r e d u c i n g o r h a l t i n g a r t i f i c i a l r e s p i r a t i o n a l s o h a l t e d t h e b u r s t i n g b e h a v i o u r . The m a j o r i t y o f n o n - r e s p i r e d a n i m a l s d i e d w i t h i n 15 m i n u t e s o f i n j e c t i o n . I t was c o n c l u d e d t h a t t h e i n t r a p e r i t o n e a l i n j e c t i o n s o f e t h a n o l , w h i c h r e s u l t e d i n v e r y h i g h b l o o d e t h a n o l l e v e l s ( a b o u t 500 mg/100 ml a t 9 min a f t e r i n j e c t i o n ) , c a u s e d b u r s t i n g b e h a v i o u r i n t h e P u r k i n j e c e l l s . I n d e e d , n o n - u n i f o r m b l o o d e t h a n o l l e v e l s h ave been r e p o r t e d t o r e s u l t f r o m i n t r a p e r i t o n e a l a d m i n i s t r a t i o n by R o g e r s l a b o r a t o r y ( B l o o m e t a l . , 1982) and o t h e r r e s e a c h e r s have e x p r e s s e d r e s e r v a t i o n s a b o u t t h i s r o u t e o f a d m i n i s t r a t i o n ( G r u p p , 1 9 8 0 ) . R o t h ( 1 9 8 0 ) has r e p o r t e d t h a t a n a e s t h e t i c a g e n t s , i n c l u d i n g e t h a n o l , c a n c a u s e b u r s t i n g b e h a v i o u r i n an i s o l a t e d c r a y f i s h 123 s t r e t c h r e c e p t o r a t c o n c e n t r a t i o n s (520 mM) j u s t b e l o w t h o s e w h i c h c a u s e c o m p l e t e d e p r e s s i o n . P u r k i n j e c e l l b u r s t i n g b ehav-i o u r h a s been d e s c r i b e d by L l i n a s and S u g i m o r i ( 1 9 8 0 a , b ) i n c e r e b e l l a r t i s s u e s l i c e s . T h ey r e p o r t e d t h a t t h i s b e h a v i o u r was b a s e d upon d e n d r i t i c c a l c i u m c o n d u c t a n c e s . T h e r e f o r e , i t c a n s p e c u l a t e d t h a t t h e b u r s t i n g b e h a v i o u r r e p o r t e d by S i n c l a i r a n d "Lo . ( 1982) was due t o h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f e t h a n o l and a l t e r e d P u r k i n j e c e l l c a l c i u m c o n d u c t a n c e s , and was n o t due t o an i n -c r e a s e d CF a c t i v i t y . The d i s p a r i t y between t h e e f f e c t o f e t h a n o l on i n f e r -i o r o l i v e s p o n t a n e o u s a c t i v i t y f o u n d i n t h i s s t u d y and t h a t f o u n d by R o g e r s e t a l . ( 1982) may a l s o r e f l e c t e t h a n o l l e v e l d i f f e r e n c e s , a l t h o u g h t h e d o s e u s e d i n t h e s e l a t t e r e x p e r i m e n t s was r e l a t i v e l y low (2 g / k g , i . p . ) . A l t e r n a t e l y , t h e y may r e p r e -s e n t a d i s s i m i l a r i t y i n t h e c e l l p o p u l a t i o n s s t u d i e d . R o g e r s e t  a l . ( 1982) v e r i f i e d t h e i r n e u r o n e s h i s t o l o g i c a l l y a n d / o r p h y s i -o l o g i c a l l y , by s t i m u l a t i o n o f t h e c o n t r a l a t e r a l h i n d p a w . S i m i l a r l y , we a r e c o n f i d e n t t h a t t h e p o p u l a t i o n o f c e l l s i n t h i s s t u d y a r e 10 n e u r o n e s s i n c e t h e n e u r o n a l f i r i n g and a c t i o n p o t e n t i a l c h a r a c t e r i s t i c s , t h e e f f e c t o f h a r m a l i n e , and t h e h i s t o l o g i c a l e x a m i n a t i o n s a l l i n d e n t i f i e d t h e c e l l s as i n f e r i o r o l i v e n e u r o n e s . U n f o r t u n a t e l y , Roger e t a l . ( 1 9 8 2 ) d i d n o t i n c l u d e d e t a i l s o f t h e c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e n e u r o n e s t h a t were s t u d i e d . R e s o l u t i o n o f t h e s e d i s c r e p a n c i e s w i l l have t o w a i t f u r t h e r s t u d i e s . 124 V.B. E t h a n o l on S i m p l e S p i k e s T h e r e h a v e been s e v e r a l r e p o r t s t h a t e t h a n o l c a u s e s i n c r e a s e d s i m p l e s p i k e (SS) r a t e and r e g u l a r i t y i n P u r k i n j e c e l l s ( P C ) , b o t h i n v i t r o ( S e i l e t a l . , 1977) and i n v i v o ( S i n c l a i r e t a l . , 1980; S i n c l a i r and L o , 1 9 8 1 ) , and d e c r e a s e d CS a c t i v i t y i n v i v o ( S i n c l a i r e t a l . , 1980; S i n c l a i r and L o , 1 9 8 1 ) . C o n t r a r y t o t h e s e r e p o r t s some w o r k e r s have f o u n d e t h a n o l t o r e d u c e PC t o t a l s p i k e a c t i v i t y ( E i d e l b e r g e t a l . , 1971) o r i n c r e a s e CS a c t i v i t y ( R o g e r s e t a l . , 1 9 8 0 ) . H o w e v e r , e v o k e d c o m p l e x s p i k e (CS) a c t i v i t y h a s been r e p o r t e d t o a l s o r e d u c e SS a c t i v i t y and r e g u l a r i t y ( F e r i n e t a l . , 1971; C o l i n e t a l . , 1 9 8 0 ) . T h e r e f o r e , i t was n o t c l e a r w h e t h e r t h e o b s e r v e d i n -c r e a s e s i n SS r a t e and r e g u l a r i t y i n d u c e d by e t h a n o l were due t o a d i r e c t e f f e c t o f t h i s d r u g o r t o an i n d i r e c t e f f e c t s u c h a s v i a i t s d e p r e s s i o n o f CS a c t i v i t y . To s t u d y t h i s q u e s t i o n , t h e e f f e c t s o f CS a c t i v i t y upon SS r a t e and r e g u l a r i t y were e l i m i n a t e d by t h e e l e c t r o l y t i c l e s i o n i n g o f t h e i n f e r i o r o l i v e . A l t h o u g h l e s i o n i n g c a u s e d an i n c r e a s e d f i r i n g r a t e , t h e SS i n t e r s p i k e i n t e r v a l ( I S I ) was n o t s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h e p r e - l e s i o n i n t e r v a l . The l a c k o f s i g n i f i c a n c e r e f l e c t s t h e l a r g e v a r i a n c e i n p r e - l e s i o n s p o n -t a n e o u s CS r a t e . However, e t h a n o l was s t i l l a b l e t o p r o d u c e a s i g n i f i c a n t d e c r e a s e i n I S I f r o m t h e p o s t - l e s i o n . T h i s s u g g e s t s t h a t t h e a c t i o n o f e t h a n o l upon a n e u r o n e ' s SS r a t e i s n o t w h o l l y due t o i t s e f f e c t s upon t h a t n e u r o n e ' s CS a c t i v i t y , b u t r a t h e r t o a d i r e c t a c t i o n o f e t h a n o l on t h e P u r k i n j e c e l l o r an i n d i r e c t e f f e c t upon i t s o t h e r a f f e r e n t i n p u t . However, r e c e n t 125 s t u d i e s h a v e i n d i c a t e d t h a t e a c h P u r k i n j e c e l l i s u n d e r t h e ( d i f f u s e ) i n h i b i t o r y i n f l u e n c e o f many c l i m b i n g f i b r e s ( E b n e r and B l o e d e l , 1981; L e o n a r d and S i m p s o n , 1982; M o n t a r o l o e t a l . , 1 9 8 2 ) . E b n e r and B l o e d e l ( 1 9 8 1 ) r e p o r t e d t h a t n e i g h b o u r i n g PC a c t i v i t i e s were c o r r e l a t e d s u c h t h a t t h e two P u r k i n j e c e l l s had c o i n c i d e n t r e d u c t i o n s o f SS a c t i v i t y . M o n t a r o l o e t a l . ( 1 9 8 2 ) r e p o r t e d t h a t t h e i n c r e a s e i n r a t e o b s e r v e d d u r i n g 10 c o o l i n g was d e p e n d e n t upon a a c t i v e p o p u l a t i o n o f 10 n e u r o n e s . P u r k i n j e c e l l s f r o m r a t s w i t h 3 - a c e t y l p y r i d i n e l e s i o n e d 10 n u c l e i d i d n o t i n c r e a s e t h e i r f i r i n g r a t e s s i g n i f i c a n t l y upon 10 c o o l i n g . T h e r e f o r e , i n c o m p l e t e l e s i o n s may e x p l a i n t h e r e s u l t s i n t h e p r e s e n t s t u d y s i n c e any d e p r e s s i o n o f a c t i v i t y by e t h a n o l i n t h o s e o l i v a r y n e u r o n e s r e m a i n i n g c o u l d have p r o d u c e d t h e i n -c r e a s e d r a t e s e e n a f t e r e t h a n o l a d m i n i s t r a t i o n . As t h e e l e c t r o -l y t i c l e s i o n s d i d n o t c o m p l e t e l y d e s t r o y t h e c o n t r a l a t e r a l 10, i t i s p o s s i b l e t h a t t h i s i s i n d e e d t h e e x p l a n a t i o n . C o m p l e t e l e s i o n i n g o f t h e o l i v a r y n u c l e i , w i t h 3-AP f o r e x a m p l e , w i l l be n e c e s s a r y t o b e t t e r e v a l u a t e t h e e f f e c t o f e t h a n o l on P u r k i n j e c e l l s i n t h e a b s e n c e o f CS a c t i v i t y . No s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e f r o m c o n t r o l was f o u n d i n t h e m e a s u r e o f r e g u l a r i t y c a l c u l a t e d i n t h e s e s t u d i e s . T h i s may s i m p l y r e f l e c t t h e i n a d e q u a c y o f t h e m e a s u r e o f v a r i a b i l i t y u s e d and may n o t r e f l e c t t h e t r u e s i t u a t i o n . O t h e r w o r k e r s h a v e o b s e r v e d i n c r e a s e d r e g u l a r i t y a s s o c i a t e d w i t h r e d u c e d CS a c t i v -i t y i n d u c e d by 3-AP ( C o l i n e t a l . , 1980) o r e t h a n o l ( S i n c l a i r e t  a l . , 1980; S i n c l a i r and L o , 1 9 8 1 ) . However, t h e s e o b s e r v a t i o n s were n o t q u a n t i t a t i v e l y a n a l y z e d . The v a r i a n c e o f a I S I i s a u t o m a t i c a l l y more c o n s t r a i n e d a t h i g h e r SS f r e q u e n c i e s due t o 126 t h e s h o r t e r I S I . T h e r e f o r e , t h e i n c r e a s e i n r e g u l a r i t y o b s e r v e d by t h e s e w o r k e r s may ha v e been an a r t i f a c t u a l c o n s e q u e n c e o f t h e i n c r e a s e d f i r i n g r a t e , t h e r e d u c e d numbers o f i n a c t i v a t i o n r e s p o n s e s , and t h e r e d u c e d a s y n c h r o n o u s i n p u t t o P u r k i n j e c e l l s as a c o n s e q u e n c e o f t h e r e d u c e d CS a c t i v i t y . However, a n y SS r e g u l a r i t y i n c r e a s e beyond t h e s e e f f e c t s , i f i t o c c u r r e d , may be e x p l a i n e d by t h e i n h i b i t o r y a c t i o n e x e r t e d by t h e 10 on G o l g i c e l l s ( s e e S e c t i o n V . E ) . V.C. E t h a n o l on L o c a l I n h i b i t i o n P u r k i n j e c e l l s a r e known t o be i n h i b i t e d by l o c a l s t i m u l a t i o n (LOC) o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x . T h i s i n h i b i t i o n i s t h o u g h t t o be m e d i a t e d by t h e t r a n s m i t t e r GABA. E t h a n o l h a s been p r e v i o u s l y f o u n d t o m o d i f y GABA f u n c t i o n and t r a n s m i s s i o n o ( N e s t r o s , 1980a,b; N e w l i n e t a l . , 1981) . LOC i n h i b i t i o n h a s been r e p o r t e d t o be a n t a g o n i z e d by e t h a n o l s i n c e i n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l r e d u c e d t h e p e r i o d o f LOC i n h i b i t i o n ( S i n c l a i r and L o , 1 9 8 1 ) . T h i s l a t t e r f i n d i n g was c o n f i r m e d , and e x t e n d e d , i n t h i s s t u d y : l o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l a l s o s i g n i f i -c a n t l y r e d u c e d LOC i n h i b i t i o n i n t h e m a j o r i t y o f t h e n e u r o n e s . The l a c k o f a n t a g o n i s m s e e n i n t h r e e o f t h e n e u r o n e s may have been due t o a m i s m a t c h between t h e p o s i t i o n o f t h e e l e c t r o d e t i p and t h a t o f t h e n e r v e t e r m i n a l s m e d i a t i n g t h e i n h i b i t i o n . S u c h a d i s p l a c e m e n t c o u l d be e x p e c t e d t o r e s u l t i n e t h a n o l n o t r e a c h i n g an e f f e c t i v e c o n c e n t r a t i o n a t i t s s i t e o f a c t i o n , s i n c e e t h a n o l c o n c e n t r a t i o n w o u l d have f a l l e n e x p o n e n t -i a l l y w i t h d i s t a n c e f r o m t h e e l e c t r o d e . T h i s p r o b l e m w o u l d h a v e been e x a c e r b a t e d w i t h s o m a t i c r e c o r d i n g i f t h e s i t e o f n e r v e 127 t e r m i n a t i o n i s the d e n d r i t i c t r e e , such as i s the case w i t h s t e l l a t e c e l l i n n e r v a t i o n o f P u r k i n j e c e l l s ( E c c l e s e t a l . , 1967). O b v i o u s l y , s y s t e m i c a d m i n i s t r a t i o n r e s u l t s i n a more u n i f o r m d i s t r i b u t i o n o f e t h a n o l and does not pose t h i s problem to the i n v e s t i g a t o r . In one e x p e r i m e n t a l t r i a l , LOC i n h i b i t i o n was p r o l o n g -ed by the a p p l i c a t i o n o f l o c a l e t h a n o l . As t h i s neurone had no s u p e r f i c i a l d i f f e r e n c e s from t h e o t h e r neurones t e s t e d , t h i s may j u s t r e p r e s e n t an anomalous f i n d i n g . P r e v i o u s s t u d i e s have r e p o r t e d e t h a n o l t o v a r i o u s l y a n t a g o n i z e ( B a c k s t r o m , 1977; S i n c l a i r and Lo, 1981), have no o e f f e c t (Lake et a l . , 1973), or enhance ( N e s t o r o s , 1980a,b; Newlin e t a l . , 1981) p u t a t i v e GABA t r a n s m i s s i o n or exogenous GABA-evoked i n h i b i t i o n i n n o n s p i n a l systems. In a d d i t i o n , p r e s y n a p t i c i n h i b i t i o n appears t o be enhanced by e t h a n o l , a t l e a s t i n the s p i n a l c o r d ( M i y a h a r a e t a l . , 1966; D a v i d o f f , 1973), a l t h o u g h E i d e l b e r g and Wooley (1969) found e t h a n o l not to o have a s i g n i f i c a n t e f f e c t . N e s t o r o s c o n c l u d e d t h a t i n h i s system ( c e r e b r a l c o r t i c a l c e l l s ) e t h a n o l was a c t i n g p o s t - s y n a p -t i c a l l y . There i s some e x p e r i m e n t a l e v i d e n c e t o suggest t h a t GABA r e c e p t o r s may d i f f e r over the b r a i n . GABA r e c e p t o r s have been d i v i d e d i n t o two subtypes on the b a s i s o f t h e i r a f f i n i t i e s and d i s t r i b u t i o n s ( C o s t a , 1979). Only one o f the subtypes shows b e n z o d i a z e p i n e b i n d i n g ( B r a e s t r u p e t a l . , 1980). T h e r e f o r e , d i f f e r e n c e s o f ethanol-GABA r e c e p t o r i n t e r a c t i o n s between v a r i o u s a r e a s o f the b r a i n may account f o r the d i f f e r e n c e s between s t u d i e s . 128 A l t e r n a t i v e l y , one may p o s t u l a t e t h a t t h e e t h a n o l i n d u c e d a n t a g o n i s m o f LOC i n h i b i t i o n s e e n i n t h i s s t u d y i s due t o e t h a n o l ' s m o d i f i c a t i o n o f t r a n s m i t t e r s o t h e r t h a n GABA. S i n c e t a u r i n e i s a p r o p o s e d t r a n s m i t t e r f o r s t e l l a t e c e l l s (Okamoto e t a l . , 1983b) i t i s p l a u s i b l e t h a t a t l e a s t some o f t h e LOC i n h i b i t i o n i s m e d i a t e d by t h i s t r a n s m i t t e r . I t i s t h e r e f o r e p o s s i b l e t h a t e t h a n o l i s a n t a g o n i z i n g LOC i n h i b i t i o n by m o d i f y i n g t h e a c t i v i t y o f t h i s t r a n s m i t t e r , f o r e x a m p l e by d e c r e a s i n g i t s r e l e a s e o r r e d u c i n g t h e a f f i n i t y o f i t s r e c e p t o r . A n o t h e r p o s s i b i l i t y i s t h a t e t h a n o l e n h a n c e s t h e r e l e a s e o f t a u r i n e w h i c h i n t u r n i n h i b i t s t h e r e l e a s e o f GABA, s i n c e t a u r i n e h a s been r e p o r t e d t o d e c r e a s e the d e p o l a r i z a t i o n - i n d u c e d c a l c i u m - d e p e n d e n t r e l e a s e o f GABA f r o m g u i n e a p i g c e r e b e l l a r s l i c e s ( N a n i m a , 1 9 8 3 ) . S i m i l a r l y , l o c a l l y a p p l i e d n o r a d r e n a l i n e (NA) has be r e p o r t e d t o e n h a n c e t h e G A B A - i n d u c e d i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s ( M o i s e s e t a l . , 1979; M o i s e s and Woodward, 1980) and LOC i n h i b i t i o n ( H o f f e r e t a l . , 1978) a t d o s e s t h a t do n o t s i g -n i f i c a n t l y d e p r e s s s p o n t a n e o u s f i r i n g . I n a d d i t i o n , e t h a n o l h a s been r e p o r t e d t o i n h i b i t NA r e l e a s e f r o m t h e c e r e b r a l c o r t e x ( C a r m i c h a e l and I s r e a l , 1975) and t o a n t a g o n i z e NA-evoked i n h i -b i t i o n o f c o r t i c a l c e l l s ( N e s t e r o s , 1980a,b) and P u r k i n j e c e l l s ( S o r e n s e n e t a l . , 1 9 8 1 ) . T h e r e f o r e , e t h a n o l may a n t a g o n i z e t h e LOC i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s by r e d u c i n g t h e N A - m e d i a t e d enhancement o f t h e i n h i b i t i o n by e i t h e r r e d u c i n g NA's r e l e a s e o r a n t a g o n i z i n g i t s p o s t - s y n a p t i c a c t i o n s . 129 V.D. E t h a n o l on L o c a l GABA I n h i b i t i o n E t h a n o l , a d m i n i s t e r e d e i t h e r s y s t e m i c a l l y by s l o w i n t r a v e n o u s i n f u s i o n o r l o c a l l y by m i c r o p r e s s u r e e j e c t i o n , was f o u n d t o a n t a g o n i z e t h e i n h i b i t i o n o f f i r i n g c a u s e d by e x o g e n o u s GABA a p p l i e d l o c a l l y by m i c r o p r e s s u r e . T h i s r e s u l t s u p p o r t s t h e f i n d i n g t h a t l o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l a n t a g o n i z e d LOC i n h i b i t i o n , s i n c e t h i s i n h i b i t i o n i s b e l i e v e d t o be G A B A - m e d i a t e d (Woodward e t a l . , 1 9 7 1 ) . I n a d d i t i o n , i t s u g g e s t s t h a t e t h a n o l was a n t a g o n i z i n g GABA's a c t i o n s p o s t - s y n a p t i c a l l y . O t h e r w o r k e r s h a v e r e p o r t e d t h a t t h e e t h a n o l e n h a n c e d ( e . g . N e s t e r o s , 1 9 8 0 a , b ) , had no e f f e c t ( L a k e e t a l . , 1 9 7 3 ) , o r a n t a g o n i z e d ( B a c k s t r o m , 1977) t h e a c t i o n s o f l o c a l l y a p p l i e d GABA. F o r e x a m p l e , N e s t e r o s ( 1 9 8 0 a , b ) r e p o r t e d t h a t e l e c t r o -o s m o t i c a l l y r e l e a s e d e t h a n o l e n h a n c e d t h e i n h i b i t i o n o f c e r e b r a l c o r t i c a l c e l l s by i o n t o p h o r e s i s , and a l s o e n h a n c e d t h a t r e l e a s e d n e u r o n a l l y by e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n . S i m i l a r l y , e t h a n o l ( 3 g / k g , i . p . ) p r o l o n g e d t h e i n h i b i t i o n o f CA3 n e u r o n e s o f t h e h i p p o c a m p u s e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f t h e d e n t a t e mossy f i b r e o r c o m m i s s u r a l p a t h w a y s , w h i c h i s t h o u g h t t o be m e d i a t e d by GABA. The d i s a g r e e m e n t o f t h e s e r e s u l t s w i t h t h o s e o f t h e p r e s e n t s t u d y may be due t o d i f f e r e n t p o p u l a t i o n s o f GABA r e c e p t o r s m e d i a t i n g t h e o b s e r v e d e f f e c t s . I n a d d i t i o n , t h e a n t a g o n i s m o f G A B A - m e d i a t e d i n h i b i t i o n by i n t r a v e n o u s e t h a n o l s e e n i n t h e p r e s e n t s t u d y may r e f l e c t a m o d i f i c a t i o n o f NA f u n c t i o n , s i n c e , as w e l l as t h e me c h a n i s m s o u t l i n e d a bove i n S e c t i o n V.C., t h e f o l l o w i n g r e p o r t s s u g g e s t a p o s s i b l e m echanism o f a c t i o n : ( 1 ) e t h a n o l t r a n s i e n t l y i n h i b i t s l o c u s c o e r u l e u s ( L C) n e u r o n e s 130 ( P o h o r e c k y and B r i c k , 1977); (2) t h e LC p r o j e c t s n o r a d r e n e r g i c f i b r e s t o t h e c e r e b e l l a r c o r t e x ( e . g . H o f f e r e t a l . , 1973); and (3) LC s t i m u l a t i o n e n h a n c e s P u r k i n j e c e l l ' s i n h i b i t i o n by e x o -g e n o u s GABA ( M o i s e s and Woodward, 1980). I t c a n t h e r e f o r e be p o s t u l a t e d t h a t i n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l d e p r e s s e s LC n e u r o n e s a n d , a s a c o n s e q u e n c e , r e d u c e s a t o n i c L C - m e d i a t e d e nhancement o f G A B A - i n d u c e d i n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s . L o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l p r o d u c e d a s i g n i f i c a n t de-c r e a s e o f P u r k i n j e c e l l s p o n t a n e o u s f i r i n g r a t e . T h i s c o m p l i -c a t e d t h e i n t e r p r e t a t i o n o f t h e d a t a . L o c a l l y a p p l i e d e t h a n o l p r o d u c e d a s i g n i f i c a n t a b s o l u t e - b u t n o n s i g n i f i c a n t p e r c e n t -d e c r e a s e o f GABA-evoked i n h i b i t i o n . D i f f i c u l t i e s i n i n t e r p r e t a -t i o n i n s u c h s i t u a t i o n s h a s been e x p o u n d e d by S o j a and S i n c l a i r (1983). An a n t a g o n i s m o f G A B A - m e d i a t e d i n h i b i t i o n by l o c a l e t h a n o l c o u l d s u p p o r t a n o n - p r e - s y n a p t i c s i t e o f a c t i o n f o r t h i s e f f e c t , by m o d i f i c a t i o n o f t h e p o s t - s y n a p t i c r e c e p t o r , u p t a k e , o r o t h e r m o d u l a t o r s o f GABA a c t i o n s u c h a s NA. On t h e o t h e r h a n d , a l a c k o f a n t a g o n i s m w o u l d s u g g e s t a p r e - s y n a p t i c s i t e o f a c t i o n o r a d i f f e r e n t i a l e f f e c t i v e n e s s o f d r u g a c t i o n due t o a d i f f e r e n t i a l d i s t r i b u t i o n o f e t h a n o l and GABA. T h e s e m e c h a n i s m s c o u l d be d i f f e r e n t i a t e d by t h e use o f a v a i l a b l e p h a r m a c o l o g i c a l t o o l s and i n t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s . V.E. E t h a n o l on G o l g i C e l l s E t h a n o l had no s i g n i f i c a n t e f f e c t on t h e s p o n t a n e o u s f i r i n g r a t e o f t h e G o l g i c e l l s i n t h i s s t u d y . However, e t h a n o l c a u s e d a s i g n i f i c a n t d e c r e a s e i n t h e p e r i o d o f i n h i b i t i o n e v o k e d by s t i m u l a t i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v e . 131 The i n h i b i t i o n o f G o l g i c e l l s by 10 s t i m u l a t i o n c o n -f i r m e d t h e r e s u l t s o f Schulrnan and Bloom ( 1 9 8 1 ) , and i n d i c a t e s t h a t G o l g i c e l l s a r e u n d e r an i n h i b i t o r y i n f l u e n c e f r o m t h e 1 0 . A l t h o u g h t h e s p o n t a n e o u s f i r i n g r a t e o f 10 n e u r o n e s i s s l o w , t h e l o n g d u r a t i o n o f t h e i n h i b i t i o n s e e n i n t h e s e e x p e r i m e n t s w o u l d s u g g e s t t h a t G o l g i c e l l s a r e t o n i c a l l y i n h i b i t e d by t h e 1 0 . The i n h i b i t i o n d o e s n o t r e p r e s e n t a m o n o s y n a p t i c i n n e r v a t i o n o f t h e s e c e l l s by c l i m b i n g f i b r e s s i n c e t h e l o n g l a t e n c y ( a b o u t 70 ms) r u l e s t h i s o u t . A l s o , s u c h an i n n e r v a t i o n w o u l d be e x p e c t e d t o be e x c i t a t o r y i n a n a l o g y t o t h e r e s p o n s e o f c l i m b i n g f i b r e s on P u r k i n j e c e l l s , u n l e s s c l i m b i n g f i b r e s r e l e a s e more t h a n one t r a n s m i t t e r . More p r o b a b l y t h e i n h i b i t i o n i s t h e r e s u l t o f a m u l t i s y n a p t i c p a t h w a y t o t h e G o l g i c e l l s v i a c e r e b e l l a r i n t e r -n e u r o n e s . T h i s i n h i b i t i o n c o u l d n o t m e d i a t e t h e i n h i b i t o r y i n f l u e n c e t h a t c l i m b i n g f i b r e s a p p e a r t o e x e r t o v e r P u r k i n j e c e l l s ( s e e S e c t i o n V.A.1.) as i t w o u l d r e s u l t i n an i n c r e a s e d p a r a l l e l f i b r e i n p u t t o t h e P u r k i n j e c e l l s , n o t t h e d e c r e a s e d i n p u t r e q u i r e d . However, i t may m e d i a t e t h e r e d u c t i o n o f PC s i m p l e s p i k e r e g u l a r i t y t h a t h a s been r e p o r t e d w i t h e t h a n o l ( S i n c l a i r e t a l . , 1980) and t h e c e s s a t i o n o f CS a c t i v i t y w i t h 3 - a c e t y l p y r i d i n e ( C o l i n e t a l . , 1 9 8 0 ) , a l t h o u g h n o t f o u n d i n t h i s s t u d y . E l i m i n a t i o n o r r e d u c t i o n o f t h e t o t a l c l i m b i n g f i b r e a c t i v i t y w o u l d t e n d t o d i s i n h i b i t t h e c e r e b e l l a r G o l g i c e l l s s u c h t h a t t h e P u r k i n j e c e l l s ' a s y n c h r o n o u s i n p u t , v i a t h e g r a n u l e c e l l s and t h e i r p a r a l l e l f i b r e s , w o u l d be d e c r e a s e d . T h i s w o u l d be e x p e c t e d t o i n c r e a s e t h e r e g u l a r i t y o f t h e P u r -k i n j e c e l l SS f i r i n g a s i t w o u l d r e s u l t i n a r e d u c t i o n o f t h e 132 a s y n c r o n o u s i n p u t t o t h e c e l l . The r e s u l t s o f t h i s s t u d y may s u p p o r t s u c h a h y p o t h e s i s s i n c e i n t r a v e n o u s l y a d m i n i s t e r e d e t h a n o l may r e d u c e . a t o n i c I O - m e d i a t e d i n h i b i t i o n o f G o l g i c e l l s and h e n c e r e d u c e t h e a s y n c h r o n o u s i n p u t t o P u r k i n j e c e l l s v i a t h e g r a n u l e c e l l s and t h e i r p a r a l l e l f i b r e s . 133 V I . CONCLUSIONS 1. a . I n f u s e d e t h a n o l ( 1 . 5 g / k g , i . v . o v e r 22 min i n d i v i d e d d o s e s ) s i g n i f i c a n t l y r e d u c e d s p o n t a n e o u s CS a c t i v i t y (p<0.001) b u t d i d n o t e f f e c t t h e a b i l i t y o f j u x t a f a s t i g i a l s t i m u l a t i o n t o e v o k e CS a c t i v i t y . I n a d d i t i o n , t h e a c t i v a -t i o n o f c l i m b i n g f i b r e s was n o t s i g n i f i c a n t l y e f f e c t e d by t h e e t h a n o l ( p > 0 . 0 5 ) . b. I n f u s e d e t h a n o l ( 1 . 5 g / k g , i . v . o v e r 10 min) s i g n i f i c a n t l y r e d u c e d t h e CS a c t i v i t y e v o k e d by e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b r a l c o r t e x i n p a r a l l e l t o i t s s i g n i f i c a n t r e d u c -t i o n i n s p o n t a n e o u s CS a c t i v i t y ( p < 0 . 0 5 ) . c . E t h a n o l , a d m i n i s t e r e d b o t h i n t r a v e n o u s l y and l o c a l l y by m i c r o p r e s s u r e , r e d u c e d t h e s p o n t a n e o u s f i r i n g o f 10 n e u r -o n e s . T h e s e r e s u l t s s t r o n g l y s u g g e s t t h a t e t h a n o l h a s an a c t i o n l o c a l t o t h e i n f e r i o r o l i v e t o r e d u c e t h e e x c i t a b i l i t y o f 10 n e u r o n e s . T h i s a c t i o n c o u l d be e i t h e r on t h e i n p u t t o t h e n e u r o n e s o r d i r e c t l y on t h e n e u r o n e s t h e m s e l v e s . 2. a . E l e c t r o l y t i c l e s i o n i n g o f t h e 10 c a u s e d a d e c r e a s e d SS t o SS i n t e r v a l and i n c r e a s e d SS r e g u l a r i t y , a l t h o u g h n e i t h e r were r e d u c e d s i g n i f i c a n t l y ( p > 0 . 0 5 ) . b. S u b s e q u e n t p e r f u s i o n o f e t h a n o l ( 1 . 5 g / k g , i . v . o v e r 10 min) s i g n i f i c a n t l y r e d u c e d t h e i n t e r s p i k e i n t e r v a l , b u t had no s i g n i f i c a n t e f f e c t on SS r e g u l a r i t y . T h e s e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t a t l e a s t p a r t o f t h e i n c r e a s e d s p o n t a n e o u s SS r a t e was due t o a mechanism w h i c h was i n d e p e n d e n t 134 f r o m t h e r e d u c t i o n o f CS a c t i v i t y by e t h a n o l . However, t h i s i n c r e a s e may s t i l l r e f l e c t a r e d u c t i o n by e t h a n o l o f t h e t o t a l CF a c t i v i t y . 3. a . E t h a n o l a p p l i e d o n t o PCs l o c a l l y by m i c r o p r e s s u r e r e d u c e d t h e p e r i o d o f i n h i b i t i o n e v o k e d by l o c a l e l e c t r i c a l s t i m u -l a t i o n o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x , b. E t h a n o l , a d m i n i s t e r e d b o t h s y s t e m i c a l l y and l o c a l l y , a n t a g -o n i z e d t h e i n h i b i t i o n o f PCs e v o k e d by t h e l o c a l a p p l i c a -t i o n o f GABA by m i c r o p r e s s u r e , i n t h e m a j o r i t y o f t h e c e l l s t e s t e d . T h e s e r e s u l t s show t h a t e t h a n o l c a n a n t a g o n i z e t h e a c t i o n s o f b o t h e n d o g e n o u s and e x o g e n o u s GABA, b u t may r e f l e c t p r e - o r p o s t - s y n a p t i c a c t i o n s o f e t h a n o l . 4. a . I n f u s e d e t h a n o l ( 1 . 5 g / k g , i . v . o v e r 10 min) had no s i g n i -f i c a n t e f f e c t on s p o n t a n e o u s G o l g i n e u r o n a l f i r i n g , b. I n f u s e d e t h a n o l s i g n i f i c a n t l y r e d u c e d t h e p e r i o d o f i n h i b i -t i o n e v o k e d by e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e 1 0 . These r e s u l t s s u g g e s t t h a t some o f t h e e f f e c t s o f e t h a n o l on t h e o l i v e - P u r k i n j e c e l l a x i s may be m e d i a t e d by e t h a n o l ' s a c t i o n on i n p u t t o G o l g i c e l l s f r o m t h e 1 0 . 135 V I I . BIBLIOGRAPHY ALBUS, J . S. ( 1 9 7 1 ) . A t h e o r y o f c e r e b e l l a r f u n c t i o n . M a t h . B i o s c i . 10: 2 5 - 6 1 . ALEXANDER, R. W., DAVIES, J . N. and LEFKOWITZ, R. J . ( 1 9 7 5 ) . D i r e c t i d e n t i f i c a t i o n and c h a r a c t e r i z a t i o n o f b e t a - a d r e n e r g i c r e c e p t o r s i n r a t b r a i n . N a t u r e ( L o n d . ) 233: 4 3 7 - 4 4 0 . AMENTA, F., CAVALLOTTI, C , DE ROSSI, M. and FERRANTE, F. ( 1 9 8 1 ) . D i r e c t i m m u n o h i s t o c h e m i c a l d e t e x t i o n o f b i n d i n g s i t e s f o r b e t a - b l o c k e r w i t h i n r a t c e r e b e l l u m . N e u r o s c i . L e t t . 24: 5 9 - 6 3 . ANGAUT, P. and C I C I R A T A , F. ( 1 9 8 2 ) . C e r e b e l l o - o l i v a r y p r o j e c t -i o n s i n t h e r a t . B r a i n B e h a v . E v o l . 2 1 : 24-33. ARMSTRONG, D. M. ( 1 9 7 4 ) . F u n c t i o n a l s i g n i f i c a n c e o f c o n n e c t i o n s o f t h e i n f e r i o r o l i v e . P h y s i o l . Rev. 54: 3 5 8 - 4 1 7 . ARMSTRONG, D. W. and BINSTOCK, L. ( 1 9 7 4 ) . The e f f e c t s o f s e v e r a l a l c o h o l s on t h e p r o p e r t i e s o f t h e s q u i d g i a n t a x o n . J . g e n . P h y s i o l . 48: 2 6 5 - 2 7 7 . ARMSTRONG, D. M. and HARVEY, R. J . ( 1 9 6 6 ) . R e s p o n s e s i n t h e i n f e r i o r o l i v e t o s t i m u l a t i o n o f t h e c e r e b e l l a r and c e r e b r a l c o r t i c e s i n t h e c a t . J . P h y s i o l . ( L o n d . ) 187: 5 5 3 - 5 7 4 . ARMSTRONG, D. M . a n d RAWSON, J . A. ( 1 9 7 9 ) . A c t i v i t y p a t t e r n s o f c e r e b e l l a r c o r t i c a l n e u r o n e s and c l i m b i n g f i b r e a f f e r e n t s i n t h e awake c a t . J . P h y s i o l . ( L o n d . ) 289: 4 2 5 - 4 4 8 . BACKSTROM, A. - C . 0 9 7 7 ) . E f f e c t s o f e t h a n o l on g a n g l i o n c e l l r e c e p t i v e f i e l d p r o p e t i e s and s e n s i t i v i t y i n t h e f r o g r e t i n a . I n : A d v a n c e s i n E x p e r i m e n t a l M e d i c i n e and B i o l o g y , V o l . 85B. GROSS, M. M. ( e d ) . P l e n u m P r e s s , New Y o r k and L o n d o n , p p . 187-208 . BRAESTRUP, C , NIELSEN, M., KROGSGAARD-LARSEN, P. and FALCH, E. ( 1 9 8 0 ) . Two o r more c o n f o r m a t i o n s o f b e n z o d i a z e p i n e r e c e p t o r s d e p e n d i n g on GABA r e c e p t o r s and o t h e r v a r i a b l e s . I n : R e c e p -t o r s f o r N e u r o t r a n s m i t t e r s and P e p t i d e Hormones, PAPEU, G., KUHAR, M. J . , and ENNA, S. J . ( e d s ) . Raven P r e s s , New Y o r k , p p . 3 0 1 - 3 1 2 . BAKER, P. F. and SCHAPINA, A. H. V. ( 1 9 8 0 ) . A n a e s t h e t i c s i n -c r e a s e l i g h t e m i s s i o n f r o m a e q u o r i n a t c o n s t a n t i o n i z e d c a l c i u m . N a t u r e 284: 1 6 8 - 1 6 9 . BALCAR, V. J . and JOHNSTON, G. A. R. ( 1 9 7 3 ) . H i g h a f f i n i t y u p t a k e o f t r a n s m i t t e r s : s t u d i e s on t h e u p t a k e o f L - a s p a r t a t e , GABA, L - g l u t a m a t e and g l y c i n e i n c a t s p i n a l c o r d . J . N e u r o -chem. 20: 5 2 9 - 5 3 9 . 136 BARONDES, S. H., TRAYNOR, M. E., SCHLAPFER, W. T. and WOODSON, P. B. J . ( 1 9 7 9 ) . R a p i d a d a p t a t i o n t o n e u r o n a l membrane e f f e c t s o f e t h a n o l and l o w t e m p e r a t u r e : Some s p e c u l a t i o n s on m e c h a n i s m . Drug A l c o h o l Dependence 4: 1 5 5 - 1 6 6 . BARRAGAN, L. A. and DELHAYE-BOUCHAUD, N. ( 1 9 8 0 ) . H a r m a l i n e -i n d u c e d a c t i v a t i o n o f t h e o l i v o - c e r e b e l l a r s y s t e m i n young r a b b i t s : f u r t h e r e v i d e n c e f o r a t r a n s i e n t m u l t i i n n e r v a t i o n o f P u r k i n j e c e l l s by c l i m b i n g f i b r e s . N e u r o p h a r m a c o l . 19: 305-310 . B A T I N I , C , CORVISIER, J . , DESTOMBES, J . , GIONANNI, H. and EVERETT, J . ( 1 9 7 6 ) . The c l i m b i n g f i b r e s i n t h e c e r e b e l l a r c o r t e x , t h e i r o r i g i n and p a t h w a y i n t h e c a t . E x p . B r a i n R e s . 26: 4 0 7 - 4 2 2 . BISCOE, T. J . , DUGGAN, A. W., HEADLEY, P. M. and LODGE, D. ( 1 9 7 3 ) . R y t h m i c a l f i e l d p o t e n t i a l s i n d u c e d i n t h e i n f e r i o r o l i v a r y c o m p l e x by i o n t o p h o r e t i c a l l y a p p l i e d h a r m a l i n e and o t h e r u n r e l a t e d a l k a l o i d s . B r . J . P h a r m a c . 49: 174-175 . BISHOP, G. ( 1 9 8 2 ) . The p a t t e r n o f d i s t r i b u t i o n o f t h e l o c a l a x o n a l c o l l a t e r a l s o f P u r k i n j e c e l l s i n t h e i n t e r m e d i a t e c o r t e x o f t h e a n t e r i o r l o b e and p a r a m e d i a n l o b u l e o f t h e c e r e b e l l u m . J . Comp. N e u r o l . 210: 1-9. B I S T I , S., I O S I F , G., MARCHESI, G. F. and STRADA, P. ( 1 9 7 1 ) . P h a r m a c o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f i n h i b i t i o n s i n t h e c e r e b e l l a r c o r t e x . E x p . B r a i n R e s . 14: 2 4 - 3 7 . BLOEDEL, J . R. and ROBERTS, W. J . ( 1 9 7 1 ) . A c t i o n s o f c l i m b i n g f i b r e s i n c e r e b e l l a r c o r t e x o f t h e c a t . J . N e u r o p h y s i o l . 34: 17-31 • BLOOM, F., PUSHKARAJ, L., PITTMAN, Q. and ROGERS, J . ( 1 9 8 2 ) . b l o o d e t h a n o l l e v e l s i n r a t s : n o n - u n i f o r m y i e l d s f r o m i n t r a -p e r i t o n e a l d o s e s based on body w e i g h t . B r . J . P h a r m a c . 7 5 : 2 5 1 - 2 5 4 . B O B I L L I E R , P., SEQUIN, S., P E T I T J E A N , F., SALVERT, D., TOURET, M. and JUVET, M. ( 1 9 7 6 ) . The r a p h e n u c l e i o f t h e c a t b r a i n s t e m : A t o p o l o g i c a l a t l a s o f t h e i r e f f e r e n t p r o j e c t i o n s a s r e v e a l e d by a u t o r a d i o g r a p h y . B r a i n R e s . 113: 4 4 9 - 4 8 6 . BRADLEY, P. M. and BERRY, M.C 1 9 7 6 ) . Q u a n t i t a t i v e e f f e c t s o f c l i m b i n g f i b r e d e a f f e r e n t a t i o n o f t h e a d u l t P u r k i n j e c e l l d e n d r i t i c t r e e . B r a i n R e s . 122: 1 3 3 - 1 4 0 . BRODAL, A. and KAWAMURA, K. ( 1 9 8 0 ) . O l i v o c e r e b e l l a r p r o j e c t i o n : a r e v i e w . A d v . A n a t . E m b r i o l . C e l l B i o l . 64: 1-140. 137 BROWN, J . T., CHAN-PALAY, V. and PALAY, S. L. (1977). A s t u d y o f o f t h e a f f e r e n t i n p u t t o t h e i n f e r i o r o l i v a r y c o m p l e x i n t h e r a t by t h e r e t r o g r a d e a x o n a l t r a n s p o r t o f h o r s e r a d i s h p e r o x i -d a s e . J . Comp. N e u r o l . 176: 1-22 . BRUGGENCATE, G. TEN and ENGBERG, I . ( 1 9 7 1 ) . I o n t o p h o r e t i c s t u d i e s i n D e i t e r s ' n u c l e u s o f t h e i n h i b i t o r y a c t i o n s o f GABA and r e l a t e d amino a c i d s and t h e i n t e r a c t i o n s o f s t r y c h n i n e ' and p i c r o t o x i n . B r a i n R e s . 2 5 : 4 3 1 - 4 4 8 . CARLEN, P. L. and CORRIGAL, W. A. ( 1 9 8 0 ) . E t h a n o l t o l e r a n c e m e a s u r e d • e l e c t r o p h y s i o l o g i c a l ^ i n h i p p o c a m p a l s l i c e s and n o t i n n e u r o m u s c u l a r j u n c t i o n s f r o m c h r o n i c a l l y e t h a n o l - f e d r a t s . N e u r o s c i . L e t t . 17: 95-100 . CARLEN, P. L., GUREVICH, N. and DURAND, D. ( 1 9 8 2 ) . E t h a n o l i n ' low d o s e s augments c a l c i u m - m e d i a t e d m e c h a n i s m s m e a s u r e d i n t r a c e l l u l a r l y i n h i p p o c a m p a l n e u r o n e s . S c i e n c e 2 1 5: 306-309 . CARMICHAEL, F. J . and I S R A E L , Y. ( 1 9 7 5 ) . E f f e c t s o f e t h a n o l on n e u r o t r a n s m i t t e r r e l e a s e by r a t b r a i n c o r t i c a l s l i c e s . J . P h a r m a c . e x p . T h e r . 193: 824-834 . CHAN-PALAY, V. ( 1 9 7 7 ) . C e r e b e l l a r D e n d a t e N u c l e u s : O r g a n i z a t i o n , C y t o l o g y , and T r a n s m i t t e r s . S p r i n g e r - V e r l a g , B e r l i n . CHERNOFF, G. F . ( 1 9 7 7 ) . The f e t a l a l c o h o l syndrome i n m i c e : An a n i m a l m o d e l . T e r a t o l o g y 15: 2 2 3 - 2 3 0 . CHIN, J . H. and GOLDSTEIN, D. B. ( 1 9 7 7 ) . E l e c t r o n p a r a m a g n e t i c r e s o n a n c e s t u d i e s o f e t h a n o l on membrane f l u i d i t y . I n : Ad-v a n c e s i n E x p e r i m e n t a l M e d i c i n e and B i o l o g y , V o l . 85B. GROSS, M. M. ( e d ) . P l e n u m P r e s s , New Y o r k and L o n d o n , p p . 1 1 1 - 1 2 2 . CHUJO, T., YAMADA, Y. and YATAMOTO, C. ( 1 9 7 5 ) . S e n s i t i v i t y o f P u r k i n j e c e l l s t o g l u t a m i c a c i d . E x p . B r a i n R e s . 2 3: 2 9 3 - 3 0 0 . C I 0 F A L 0 , F. R. ( 1 9 8 0 ) . E t h a n o l , n e u r o r e c e p t o r s and p o s t s y n a p t i c membrane f u n c t i o n . P r o c . West. P h a r m a c . S o c . 2 3 : 4 4 1 - 4 4 8 . COLIN, F., MANIL, J . and DESCLIN, J . C. ( 1 9 8 0 ) . The o l i v o c e r e -b e l l a r s y s t e m . I . D e l a y e d and s l o w i n h i b i t o r y e f f e c t s : an o v e r l o o k e d s a l i e n t f e a t u r e o f c e r e b e l l a r c l i m b i n g f i b r e s . B r a i n R e s . 187: 3-27. COSTA, E. ( 1 9 7 9 ) . The r o l e o f g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d i n t h e a c t i o n o f 1 , 4 - b e n z o d i a z e p i n e s . T r e n d s P h a r m a c o l . S c i . 1: 41-44 . COURVILLE, J . , DE MONTIGNY, C. and LAMARRE, Y. ( 1 9 8 0 ) . The I n f e r i o r O l i v a r y N u c l e u s . Raven P r e s s , New Y o r k . 138 C R I L L , W. E. ( 1 9 7 9 ) . U n i t a r y m u l t i p l e - s p i k e d r e s p o n s e s i n t h e c a t i n f e r i o r o l i v e n u c l e u s . J . N e u r o p h y s i o l . 33: 199-209 . CURTIS, D. R. and F E L I X , D. ( 1 9 7 1 ) . The e f f e c t o f b i c u c u l l i n e upon s y n a p t i c i n h i b i t i o n i n c e r e b r a l and c e r e b e l l a r c o r t i c e s o f t h e c a t . B r a i n R e s . 34: 3 0 1 - 3 2 1 . CURTIS, D. R., DUGGAN, A. W. and F E L I X , D. ( 1 9 7 0 ) . GABA and i n h i b i t i o n o f D e i t e r s ' n e u r o n e s . B r a i n R e s . 2 3: 11 7 - 1 2 0 . CURTIS, D. R., DUGGAN, A. W., F E L I X , D. and JOHNSTON, G. A. R. ( 1 9 7 1 ) . B i c u c u l l i n e , an a n t a g o n i s t o f GABA and s y n a p t i c i n h i b i t i o n i n t h e s p i n a l c o r d . B r a i n R e s . 32: 6 9 - 9 6 . DAVIDOFF, R. A. ( 1 9 7 3 ) . A l c o h o l and p r e s y n a p t i c i n h i b i t i o n i n an i s o l a t e d s p i n a l c o r d p r e p a r a t i o n . A r c h . N e u r o l . 28: 6 0 - 6 3 . DESCLIN, J . C. ( 1 9 7 4 ) . H i s t o l o g i c a l e v i d e n c e s u p p o r t i n g t h e i n f e r i o r o l i v e as t h e m a j o r s o u r c e o f c e r e b e l l a r c l i m b i n g f i b e r s i n t h e r a t . B r a i n R e s . 77: 3 6 5 - 3 8 4 . DESCLIN, J . C. and COLIN, F. ( 1 9 8 0 ) . The o l i v o c e r e b e l l a r s y s t e m . I I . Some u l t r a s t r u c t u r a l c o r r e l a t e s o f i n f e r i o r o l i v e de-s t r u c t i o n . B r a i n R e s . 187: 2 9 - 4 6 . DOW, R. S. and MORUZZI, G. ( 1 9 5 8 ) . The P h y s i o l o g y and P a t h o l o g y o f t h e C e r e b e l l u m . The U n i v e r s i t y o f M i n n e s o t s P r e s s , M i n n e -a p o l i s . DUNLAP, K. and FISCHBACH, G. D. ( 1 9 7 8 ) . N e u r o t r a n s m i t t e r s d e -c r e a s e t h e c a l c i u m component o f s e n s o r y n e r v e a c t i o n p o t e n -t i a l s . N a t u r e 276: 8 2 7 - 8 3 9 . EBNER, T. J . and BLOEDEL, J . R. ( 1 9 8 1 ) . C o r r e l a t i o n between a c t i v i t y o f P u r k i n j e c e l l s and i t s m o d i f i c a t i o n by n a t u r a l p e r i p h e r a l s t i m u l i . J . N e u r o p h y s i o l . 45: 9 4 8 - 9 6 0 . ECCLES, J . C. ( 1 9 7 7 ) . An i n s t r u c t i o n a l t h e o r y o f l e a r n i n g i n t h e c e r e b e l l a r c o r t e x . B r a i n R e s . 127: 3 2 7 - 3 5 2 . ECCLES, J . C , SCHMIDT, R. F. and W I L L I S , W. D. ( 1 9 6 3 ) . Pharma-c o l o g i c a l s t u d i e s on p r e s y n a p t i c i n h i b i t i o n . J . P h y s i o l . ( L o n d . ) 168: 5 0 0 - 5 3 0 . ECCLES, J . C , L L I N A S , R. and S A S A K I , K. ( 1 9 6 6 a ) . The e x c i t a t o r y s y n a p t i c a c t i o n o f c l i m b i n g f i b r e s on t h e P u r k i n j e c e l l s o f t h e c e r e b e l l u m . J . P h y s i o l . ( L o n d . ) 182: 2 6 8 - 2 9 6 . ECCLES, J . C , L L I N A S , R. and S A S A K I , K. ( 1 9 6 6 b ) . The i n h i b i t o r y i n t e r n e u r o n e s w i t h i n t h e c e r e b e l l a r c o r t e x . E x p . B r a i n R e s . 1: 1-16. 139 ECCLES, J . C , ITO, M., and SZENTAGOTHAI, J . ( 1 9 6 7 ) . The C e r e -b e l l u m as a N e u r o n a l M a c h i n e . S p r i n g e r , B e r l i n , H e i d e l b e r g , New Y o r k . EIDELBERG, E. and WOOLEY, D. F. ( 1 9 7 0 ) . E f f e c t s o f e t h y l a l c o h o l upon s p i n a l c o r d n e u r o n e s . A r c h . i n t . P h a r m a c o d y n . 185: 388-396 . EIDELBERG, E., BOND, M. L. and KELTER, A. ( 1 9 7 1 ) . E f f e c t s o f a l c o h o l on c e r e b e l l a r and v e s t i b u l a r n e u r o n e s . A r c h . i n t . P h a r m a c o d y n . 192: 2 1 3 - 2 1 9 . EKEROT, C. - F . and OSCARSSON, 0. ( 1 9 8 0 a ) . P r o l o n g e d d e n d r i t i c d e p o l a r i z a t i o n s e v o k e d i n P u r k i n j e c e l l s by c l i m b i n g f i b r e i m p u l s e s . B r a i n R e s . 192: 2 7 2 - 2 7 5 . EKEROT, C. - F . and OSCARSSON, 0. ( 1 9 8 0 b ) . C l i m b i n g f i b r e e l i c -i t e d p r o l o n g e d d e p o l a r i z a t i o n s i n P u r k i n j e c e l l d e n d r i t e s . I n : A d v . P h y s i o l . S c i . V o l . 2. R e g u l a t o r y F u n c t i o n s o f t h e C.N.S. S u b s y s t e m s , SZENTAGOTHAI, J . , HAM0RI, J . and PALK0-V I T S , M. ( e d s ) . Pergammon P r e s s , A k a d e m i a i K i a d o , H u n g a r y , p p . 117-131 • ENNA, S. J . and SNYDER, S. H. ( 1 9 7 7 ) . i n f l u e n c e s o f i o n s , enzym-e s , and d e t e r g e n t s on g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d b i n d i n g i n s y n a p t i c membranes o f r a t b r a i n . M o l . P h a r m a c o l . 13: 4 4 2 - 4 5 3 . F E R I N , M., GRIGORIAN, R. A. and STRADA, P. ( 1 9 7 1 ) . Mossy and c l i m b i n g f i b e r a c t i v a t i o n i n t h e c a t c e r e b e l l u m by s t i m u l a -t i o n o f t h e l a b y r i n t h . E x p . B r a i n R e s . 12: 1-17. FERKO, A. P. and B0BY0CK, E. ( 1 9 8 0 ) . A s t u d y on r e g i o n a l b r a i n c a l c i u m c o n c e n t r a t i o n s f o l l o w i n g a c u t e and p r o l o n g e d a d m i n -i s t r a t i o n o f e t h a n o l i n r a t s . T o x i c o l , a p p l . P h a r m a c . 55: 179-187 . FOX, F. A., HILLMAN, D. E., SUGESMUND, K. A. and DUTTA, C. R. ( 1 9 6 9 ) . The p r i m a t e c e r e b e l l a r c o r t e x : a G o l g i and e l e c t r o n m i c r o s c o p e s t u d y . P r o g r . B r a i n R e s . 25: 174-225 . FREDERICKSON, R. C. A., NEUSS, M., M0RZ0RATI, S. L. and MCBRIDE, W. J . ( 1 9 7 8 ) . A c o m p a r i s o n o f t h e i n h i b i t o r y e f f e c t s o f t a u r i n e and GABA on i d e n t i f i e d P u r k i n j e c e l l s and o t h e r n e u r o n e s i n t h e c e r e b e l l a r c o r t e x o f t h e r a t . B r a i n R e s . 145: 117-126 . FREEDMAN, R., HOFFER, B. J . , WOODWARD, D. J . and PUR0, D. ( 1 9 7 7 ) . I n t e r a c t i o n o f n o r e p i n e p h r i n e w i t h c e r e b e l l a r a c t i -v i t y e v o k e d by mossy and c l i m b i n g f i b r e s . E x p . N e u r o l . 5 5 : 269-288 . 140 GAGE, P. W. ( 1 9 6 5 ) . The e f f e c t o f m e t h y l , e t h y l , and n - p r o p y l a l c o h o l on n e u r o m u s c u l a r t r a n s m i s s i o n i n t h e r a t . J . P h a r m a c . e x p . T h e r . 150: 2 3 6 - 2 4 3 . GARVER, D. L. and SLADEK, F. R. ( 1 9 7 5 ) . Monoamine d i s t r i b u t i o n i n p r i m a t e b r a i n . I . C a t e c h o l a m i n e - c o n t a i n i n g p e r i k a y a i n t h e b r a i n s t e m o f Macaca s p e c i o s a . J . Comp. N e u r o l . 159: 289-304 . GILBERT, P. F. C. ( 1 9 7 4 ) . A t h e o r y o f memory t h a t e x p l a i n s t h e f u n c t i o n and s t r u c t u r e o f t h e c e r e b e l l u m . B r a i n R e s . 70: 1-18 . GOULD, B. B. ( 1 9 8 0 ) . O r g a n i z a t i o n o f a f f e r e n t s f r o m t h e b r a i n stem n u c l e i t o t h e c e r e b e l l a r c o r t e x i n t h e c a t . Adv. A n a t . E m b r i o l . C e l l B i o l . 62: 1-90. GRANIT, R. and P H I L L I P S , C. G. ( 1 9 5 6 ) . E x c i t a t o r y and i n h i b i t o r y p r o c e s s e s a c t i n g upon i n d i v i d u a l P u r k i n j e c e l l s o f t h e c e r e -b e l l u m i n c a t s . j . P h y s i o l . ( L o n d . ) 133: 5 2 0 - 5 4 7 . GRUPP, L. A. ( 1 9 8 0 ) . B i p h a s i c a c t i o n o f e t h a n o l on s i n g l e u n i t s o f t h e d o r s a l h i p p o c a m p u s and t h e r e l a t i o n s h i p t o t h e c o r t i c -a l EEG. P s y c h p h a r m a c o l . 70: 9 5 - 1 0 3 . GRUPP, L. A. ( 1 9 8 1 ) . t h e i n f l u e n c e o f some n e u r o t r a n s m i t t e r a g o n i s t s and a n t a g o n i s t s on t h e r e s p o n s e o f h i p p o c a m p a l u n i t s and c o r t i c a l EEG t o e t h a n o l i n t h e awake r a t . P s y c h o p h a r m a -c o l . 75: 3 2 7 - 3 3 4 . HAEFELY, W., POLC, P., SCHAFFNER, R., KELLER, H. H., P I E R I , L. and MOHLER, H. ( 1 9 7 8 ) . F a c i l i t a t i o n o f G A B A - e r g i c t r a n s m i s -s i o n by d r u g s . I n : G A B A - N e u r o t r a n s m i t t e r s , KROGSGAARD-LARSEN, P., SCHEEL-KRUGER, J . and KOFOD, H. ( e d s ) . M u n k s g a a r d , Copen-h a g e n , pp.357-375 . HAKKINEN, H. -M.AND KULONEN, E. ( 1 9 7 6 ) . E t h a n o l i n t o x i c a t i o n and g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d . J . Neurochem. 2 7 : 6 3 1 - 6 3 3 . HAMORI, J . ( 1 9 7 3 ) . The i n d u c t i v e r o l e o f p r e s y n a p t i c a x o n s i n t h e d e v e l o p m e n t o f p o s t s y n a p t i c s p i k e . B r a i n R e s . 62: 337-344 . HAMORI, J . and SZENTAGOTHAI, J . ( 1 9 6 6 ) . I d e n t i f i c a t i o n u n d e r e l e c t r o n m i c r o s c o p e o f c l i m b i n g f i b r e s and t h e i r c o n t a c t s . E x p . B r a i n R e s . 1: 6 5 - 8 1 . HAROIAN, A. J . ( 1 9 8 2 ) . C e r e b e l l o - o l i v a r y p r o j e c t i o n s i n t h e r a t : an a u t o r a d i o g r a p h i c s t u d y . B r a i n R e s . 235: 12 5 - 1 3 0 . HARRIS, D. P. ( 1 9 8 0 ) . S t u d i e s on C h a r a c t e r i z e d N u c l e u s G i g a n t o -c e l l u l a r i s N e u r o n e s . M.Sc. T h e s i s , U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , V a n c o u v e r . 141 HEADLEY, P. M. and LODGE, D. ( 1 9 7 6 ) . S t u d i e s on f i e l d p o t e n t i a l s and on s i n g l e c e l l s i n t h e i n f e r i o r o l i v a r y c o m p l e x i n t h e r a t . B r a i n R e s . 101: 4 4 5 - 4 5 9 . HEADLEY, P. M., LODGE, D. and DUGGAN, A. W. ( 1 9 7 6 ) . D r u g - i n d u c e d r h y t h m i c a l a c t i v i t y i n t h e i n f e r i o r o l i v a r y c o m p l e x o f t h e r a t . B r a i n R e s . 101: 4 6 1 - 4 7 8 . HOFFER, B. J . , SIGGINS, G. R., WOODWARD, D. J . and BLOOM, F. E. ( 1 9 7 1 ) . S p o n t a n e o u s d i s c h a r g e o f P u r k i n j e n e u r o n s a f t e r d e s t r u c t i o n o f c a t e c h o l a m i n e - c o n t a i n i n g a f f e r e n t s by 6-h y d r o x y d o p a m i n e . B r a i n R e s . 40: 425 . HOFFER, B. J . , SIGGINS, G. R., OLIVER, A. P. and BLOOM, F. E. ( 1 9 7 3 ) . A c t i v a t i o n o f a p a t h w a y f r o m t h e l o c u s c o e r u l e u s t o r a t c e r e b e l l a r P u r k i n j e n e u r o n s : P h a r m a c o l o g i c a l e v i d e n c e o f n o r a d r e n e r g i c c e n t r a l i n h i b i t i o n . J . P h a r m a c o l , e x p . T h e r . 184: 5 5 3 - 5 6 9 . HOFFER, B. J . , FREEDMAN, R., WOODWARD, D. J . , PURO, D. and MOISES, H. ( 1 9 7 8 ) . A f u n c t i o n a l r o l e f o r a d r e n e r g i c i n p u t t o t h e c e r e b e l l a r c o r t e x : I n t e r a c t i o n o f n o r a d r e n a l i n e w i t h mossy and c l i m b i n g f i b r e e x c i t a t i o n and G A B A - m e d i a t e d i n h i b i -t i o n . I n : I n t e r a c t i o n s b e t ween P u t a t i v e N e u r o t r a n s m i t t e r s i n t h e B r a i n , GARATINNI, S., PUJOL, J . F. and SAMANIN, R. ( e d s ) . Raven P r e s s , New Y o r k , p p . 2 3 1 - 2 4 3 . HOFFMAN, D. L. and SLADEK, J . R. ( 1 9 7 3 ) . The d i s t r i b u t i o n o f c a t e c h o l a m i n e s w i t h i n t h e i n f e r i o r o l i v a r y c o m p l e x o f t h e g e r b i l and r a b b i t . J . Comp. N e u r o l . 151: 1 0 1 - 1 1 2 . HOKFELT, T. and FUXE, K. ( 1 9 6 9 ) . C e r e b e l l a r monoamine n e r v e t e r m i n a l s , a new t y p e o f a f f e r e n t f i b r e t o t h e c o r t e x c e r e -b e l l i . E x p . B r a i n R e s . 9: 6 3 - 7 2 . HOKFELT, T. and LJUNGDAHL, A. ( 1 9 7 2 ) . A u t o r a d i o g r a p h i c a l i d e n t i -f i c a t i o n o f c e r e b r a l and c e r e b e l l a r c o r t i c a l n e u r o n s accumu-l a t i n g l a b e l l e d g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d (3H-GABA). Exp. B r a i n R e s . 14: 3 5 4 - 3 6 2 . HOOD, W. F. and HARRIS, R. A. ( 1 9 7 9 ) . E f f e c t s o f p e n t o b a r b i t a l , e t h a n o l , and m o r p h i n e on s u b c e l l u l a r l o c a l i z a t i o n o f c a l c i u m and magnesium i n b r a i n . B i o c h e m . P h a r m a c o l . 28: 3 0 7 5 - 3 0 8 0 . HUNT, S. and SCHMIDT, J . ( 1 9 7 8 ) . Some o b s e r v a t i o n s o f t h e b i n d -i n g p a t t e r n s o f a l p h a - b u n g a r o t o x i n i n t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m o f t h e r a t . B r a i n R e s . 157: 2 1 3 - 2 3 2 . HURWITZ, L., BATTLE, F. and WEISS, G. B. ( 1 9 6 2 ) . A c t i o n o f c a l c i u m a n t a g o n i s t s c o c a i n e and e t h a n o l on c o n t r a c t i o n and p o t a s s i u m e f f l u x o f smooth m u s c l e . J . g e n . P h y s i o l . 46: 3 1 5 - 3 3 2 . 142 HURWITZ, L., VON HAGEN, S. and JOINER, P. D. ( 1 9 6 7 ) . A c e t y l -c h o l i n e and c a l c i u m on membrane p e r m e a b i l i t y and c o n t r a c t i o n o f i n t e s t i n a l smooth m u s c l e . J . g e n . P h y s i o l . 50: 1 1 5 7 - 1 1 7 2 . I S R A E L , M. and WHITTAKER, V. P. ( 1 9 6 5 ) . The i s o l a t i o n o f mossy f i b r e e n d i n g s f r o m t h e g r a n u l a r l a y e r o f t h e c e r e b e l l a r c o r t e x . E x p e r i e n t i a 2 1 : 3 2 5 - 3 2 7 . ITO, M. ( 1 9 8 1 ) . Remote d e p r e s s a n t e f f e c t o f d e s t r u c t i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v e upon P u r k i n j e c e l l i n h i b i t i o n i n v e s t i b u l a r n u c l e i . I n : P r o b l e m s i n GABA R e s e a r c h f r o m B r a i n t o B a c t e r i a , OKADA, Y. and ROBERTS, E. ( e d s ) . E x c e r p t a M e d i c a , Amsterdam, O x f o r d , P r i n c e t o n , p p . 8 0 - 8 6 . ITO, M . and KANO, M. ( 1 9 8 2 ) . L o n g - l a s t i n g d e p r e s s i o n o f p a r a l l e l f i b r e - P u r k i n j e c e l l t r a n s m i s s i o n i n d u c e d by c o n j u n c t i v e s t i m u l a t i o n o f p a r a l l e l f i b r e s and c l i m b i n g f i b r e s i n t h e c e r e b e l l a r c o r t e x . N e u r o s c i . L e t t . 3 3 : 2 5 3 - 2 5 8 . ITO, M., 0RL0V, I . and SHIMOYAMA, I . ( 1 9 7 8 ) . R e d u c t i o n o f t h e c e r e b e l l a r s t i m u l u s e f f e c t on r a t D e i t e r s ' n e u r o n s a f t e r c h e m i c a l d e s t r u c t i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v e . E x p . B r a i n R e s . 3 3 , 1 4 3 - 1 4 5 . ITO, M., NISIMARU, N. and S H I B U K I , K. ( 1 9 7 9 ) . D e s t r u c t i o n o f i n f e r i o r o l i v e i n d u c e s r a p i d d e p r e s s i o n i n s y n a p t i c a c t i o n o f c e r e b e l l a r P u r k i n j e c e l l s . N a t u r e 2 7 7: 5 6 8 - 5 6 9 . ITO, M., SAKURAI, M. and TONGROACH, P. ( 1 9 8 1 ) . E x p e r i m e n t a l s u p p o r t f o r M a r r ' s m o d i f i a b l e n e u r o n a l n e t w o r k o f t h e c e r e -b e l l u m . N e u r o s i . L e t t . , Supp . 6: S 2 8 . I T 0 ? M., SAKURAI, M. and TONGROACH, P. ( 1 9 8 2 ) . C l i m b i n g f i b r e i n d u c e d d e p r e s s i o n o f b o t h mossy f i b r e r e s p o n s i v e n e s s and g l u t a m a t e s e n s i t i v i t y o f c e r e b e l l a r P u r k i n j e c e l l s . J . P h y s -i o l . 324: 1 1 3 - 1 3 4 . JANSEN, J . and BRODAL, A. ( 1 9 4 0 ) . E x p e r i m e n t a l s t u d i e s on t h e i n t r i n s i c f i b e r s o f t h e c e r e b e l l u m . I I . C o r t i c o - n u c l e a r p r o j e c t i o n . J . Comp. N e u r o l . 7 3 : 267-321 . KALANT, H. and WOO, N. ( 1 9 8 1 ) . E l e c t r o p h y s i o l o g i c a l e f f e c t s o f e t h a n o l on t h e n e r v o u s s y s t e m . P h a r m a c . T h e r . 14: 431-457 . KAWAGUCHI, S., YAMAMOTO, T., MIZUNO, N. and IWAHORI, N. ( 1 9 7 5 ) . The r o l e o f c l i m b i n g f i b r e s i n t h e d e v e l o p m e n t o f P u r k i n j e c e l l d e n d r i t e s . N e u r o s c i . L e t t . 1: 3 0 1 - 3 0 4 . KENDIG, J . J . , TRUDELL, J . R. and COHEN, E. N. ( 1 9 7 5 ) . e f f e c t s o f p r e s s u r e and a n a e s t h e t i c s on c o n d u c t i o n and s y n a p t i c t r a n s m i s s i o n . J . P h a r m a c o l , e x p . T h e r . 195: 216-224 . 143 KING, J . S.O980). S y n a p t i c o r g a n i z a t i o n o f t h e i n f e r i o r o l i v a r y c o m p l e x . I n : The I n f e r i o r O l i v a r y C o m p l e x : Anatomy and P h y s -i o l o g y , COURVILLE, J . , DE MONTIGNE, C. and LAMARRE, Y. ( e d s ) . Raven P r e s s , New Y o r k , p p . 1-33. KING, J . S., ANDREZIK, J . A., F A L L S , W. M. and MARTIN, G. F. (1976). The s y n a p t i c o r g a n i z a t i o n o f t h e c e r e b e l l o - o l i v a r y c i r c u i t . E x p . B r a i n R e s . 26: 159-170. KING, J . S., HAMOS, J . E. and MALEY, B. E. (1978). The s y n a p t i c t e r m i n a t i o n s o f c e r t a i n m i d b r a i n - o l i v a r y f i b r e s i n t h e o p p o s -um. J . Comp. N e u r o l . 182: 185-200. KOLB, F. P. and RUBIA, F. J . (1980). I n f o r m a t i o n a b o u t p e r i p h e r -a l e v e n t s c o n v e y e d t o t h e c e r e b e l l u m v i a t h e c l i m b i n g f i b r e s y s t e m i n t h e d e c e r e b r a t e c a t . E x p . B r a i n R e s . 38: 363-373. KORNGUTH, S. E. and SCOTT, G. (1972). The r o l e o f c l i m b i n g f i b e r s i n t h e f o r m a t i o n o f P u r k i n j e c e l l d e n d r i t e s . J . Comp. N e u r o l . 146: 61-82. KRNJEVIC, K. (1982). GABA and o t h e r t r a n s m i t t e r s i n t h e c e r e b e l -l u m . I n : E x p . B r a i n R e s . Supp. 6: The C e r e b e l l u m - N e w V i s t a s , PALAY, S. L. and CHAN-PALAY, V. ( e d s ) . S p r i n g e r - V e r l a g , New Y o r k , p p . 533-549. KRNJEVIC, K. and SCHWARTZ, S. (1967). The a c t i o n o f gamma-amino-b u t y r i c a c i d on c o r t i c a l n e u r o n e s . E x p . B r a i n R e s . 3: 3 2 0 -336 . LAKE, N., YARBOROUGH, G. G. and P H I L L I S , J . W. (1973). E f f e c t s o f e t h a n o l on c e r e b r a l c o r t i c a l n e u r o n e s : I n t e r a c t i o n s w i t h some p u t a t i v e t r a n s m i t t e r s . J . Pharm. P h a r m a c . 25: 582-584. LEONARD, C. S. and SIMPSON, J . I . (1982). E f f e c t s o f s u s p e n d i n g c l i m b i n g f i b e r a c t i v i t y on t h e d i s c h a r g e p a t t e r n s o f f l o c c u l -a r P u r k i n j e c e l l s . S o c . N e u r o s c i . A b s t . 8: 830. LEVY, R. A. (1977). The r o l e o f GABA i n p r i m a r y a f f e r e n t d e p o l -a r i z a t i o n . P r o g . N e u r o b i o l . 9: 2 1 1 - 2 6 7 . LINAUTS, M. and MARTIN, G. F. (1978). An a u t o r a d i o g r a p h i c a l s t u d y o f m i d b r a i n - d i e n c e p h a l i c p r o j e c t i o n s t o t h e i n f e r i o r o l i v a r y n u c l e u s i n t h e oppossum ( D i d e l p h u s v i r g i n i a n a ) . J . Comp. N e u r o l . 179: 325-354. LJUNGDAHL, A., HOKFELT, T. and NILSSON, G. (1978). D i s t r i b u t i o n o f s u b s t a n c e P - l i k e i m m u n o r e a c t i v i t y i n t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m o f t h e r a t . I . C e l l b o d i e s and n e r v e t e r m i n a l s . N e u r o -s c i . 3: 861-944. 144 L L I N A S , R. and SUGIMORI M. ( 1 9 8 0 a ) . E l e c t r o p h y s i o l o g i c a l p r o p e r -t i e s o f i n v i t r o P u r k i n j e c e l l s o m ata i n mammalian c e r e b e l l a r s l i c e s . J . P h y s i o l . 305: 1 7 1 - 1 9 5 . L L I N A S , R. and SUGIMORI M. ( 1 9 8 0 b ) . E l e c t r o p h y s i o l o g i c a l p r o p e r -t i e s o f i n v i t r o P u r k i n j e c e l l d e n d r i t e s i n mammalian c e r e -b e l l a r s l i c e s . J . P h y s i o l . 3 0 5: 1 9 7 - 2 1 3 . L L I N A S , R. and VOLKIND, R. A. ( 1 9 7 3 ) . The o l i v o c e r e b e l l a r s y s t e m : f u n c t i o n a l p r o p e r t i e s a s r e v e a l e d by h a r m a l i n e t r e m o r . E x p . B r a i n R e s . 18: 6 9 - 8 7 . L L I N A S , R. and WALTON, K. ( 1 9 7 9 ) . P l a c e o f c e r e b e l l u m i n m o t o r l e a r n i n g . I n : B r a i n M e c h a n i s m s i n Memory and L e a r n i n g : From t h e S i n g l e N e u r o n t o Man, BRAZIER, M. A. B. ( e d ) . Raven P r e s s , New Y o r k , p p . 18 - 3 6 . L L I N A S , R. and YAROM, Y. ( 1 9 8 1 a ) . E l e c t r o p h y s i o l o g y o f mammalian i n f e r i o r o l i v a r y n e u r o n e s i n v i t r o . D i f f e r e n t t y p e s o f v o l t a g e - d e p e n d e n t i o n i c c o n d u c t a n c e s . J . P h y s i o l . 315: 5 4 9-567 . L L I N A S , R. and YAROM, Y. ( 1 9 8 1 b ) . P r o p e r t i e s and d i s t r i b u t i o n o f i o n i c c o n d u c t a n c e s g e n e r a t i n g e l e c t r o r e s p o n s i v e n e s s o f mam-m a l i a n i n f e r i o r o l i v a r y n e u r o n e s i n v i t r o . J . P h y s i o l . 3 1 5: 5 6 9 - 5 8 4 . L L I N A S , R., BAKER, R. and SOTELO, C. ( 1 9 7 4 ) . E l e c t r o t o n i c c o u p -l i n g between n e u r o n s i n c a t i n f e r i o r o l i v e . J . N e u r o p h y s i o l . 37: 560-571 . L L I N A S , R., WALTON, K., HILLMAN, D. E. and SOTELLO, C. ( 1 9 7 5 ) . I n f e r i o r o l i v e : I t s r o l e i n m o t o r l e a r n i n g . S c i e n c e 190: 1 2 3 0 - 1 2 3 1 . MCBRIDE, W. J . , NADI, N. S., ALTMAN, J . and A P R I S 0 N ? M. H. ( 1 9 7 6 ) . E f f e c t s o f s e l e c t i v e d o s e s o f x - i r r a d i a t i o n on t h e l e v e l s o f s e v e r a l a m i n a o a c i d s i n t h e c e r e b e l l u m o f t h e r a t . N e u rochem. R e s . 1: 1 4 1 - 1 5 2 . MCBURNEY, R. N. and BARKER, J . L. ( 1 9 7 8 ) . G A B A - i n d u c e d c o n d u c -t a n c e f l u c t u a t i o n i n c u l t u r e d s p i n a l n e u r o n e s . N a t u r e 2 7 4 : 5 9 6 - 5 9 7 . MCDEVITT, C. J . , EBNER, T. J . and BLOEDEL, J . R. ( 1 9 8 2 ) . The c h a n g e s i n P u r k i n j e c e l l s i m p l e s p i k e a c t i v i t y f o l l o w i n g s p o n t a n e o u s c l i m b i n g f i b e r i n p u t s . B r a i n R e s . 237: 4 8 4 - 4 9 1 . MELAMED, E., LAHAV, M. and ATLAS, D. ( 1 9 7 6 ) . D i r e c t l o c a l i z a t i o n o f b e t a - a d r e n o c e p t o r s i t e s i n r a t c e r e b e l l u m by a new f l u o r e -s c e n t a n a l o g u e o f p r o p r a n o l o l . N a t u r e ( L o n d . ) 2 6 1 : 4 2 0 - 4 2 2 . 145 MARIANI, E., VOOGD, J . and BOEKU, A. ( 1 9 7 7 ) . A c e t y l c h o l i n e s t e r -a s e s t a i n i n g i n s u b d i v i s i o n s o f t h e c a t ' s i n f e r i o r o l i v e . J . Comp. N e u r o l . 174: 2 0 9 - 2 2 6 . MARIANI, E., RUBIA, F. J . , KOLB, F. P. and BAUSWEIN, E. ( 1 9 8 2 ) . C o r t i c a l i n f l u e n c e upon c e r e b e l l a r P u r k i n j e c e l l s r e s p o n d i n g t o n a t u r a l , p e r i p h e r a l s t i m u l a t i o n i n t h e c a t . N e u r o s c i . L e t t . 33: 5 5 - 5 9 . MARR, D. ( 1 9 6 9 ) . A t h e o r y o f c e r e b e l l a r c o r t e x . J . P h y s i o l . ( L o n d . ) 2 0 2 : 4 3 7 - 4 7 0 . MARTIN, G. F., DOM, R., KING, J . S., ROBARDS, M. and WATSON, C. R. R. ( 1 9 7 5 ) . The i n f e r i o r o l i v a r y n u c l e u s o f t h e opossum ( D i d e l p h i a v i r g i n i a n a ) : I t s o r g a n i z a t i o n and c o n n e c t i o n s . J . Comp. N e u r o l . 160: 5 0 7 - 5 3 4 . MARTIN, G. F., CULBERSON, J . , LAXS0N, C , LINAUTS, M., PANNETON, M. and TSCHISMADIA, I . ( 1 9 8 0 ) . A f f e r e n t c o n n e c t i o n s o f t h e i n f e r i o r o l i v a r y n u c l e u s w i t h p r e l i m i n a r y n o t e s on t h e i r d e v e l o p m e n t . I n : The I n f e r i o r O l i v a r y N u c l e u s : Anatomy and P h y s i o l o g y , C 0URVILLE, J . , DE MONTIGNY, C. and LAMARRE, Y. ( e d s ) . Raven P r e s s , New Y o r k , p p . 3 5 - 7 2 . MARWAHA, J . , PALMER, M. R., WOODWARD, D. J . , HOFFER, B. J . and FREEDMAN, R. ( 1 9 8 0 ) . E l e c t r o p h y s i o l o g i c a l e v i d e n c e f o r p r e -s y n a p t i c a c t i o n s o f p h e n c y c l i d i n e on n o r a d r e n e r g i c t r a n s m i s -s i o n i n t h e r a t . J . P h a r m a c o l , e x p . T h e r . 2 1 5 : 606-613 . MARWAHA, J . , HOFFER, B. J . and FREEDMAN, R. ( 1 9 8 1 ) . e l e c t r o p h y s -i o l o g i c a l e v i d e n c e f o r h i s t a m i n e r e c e p t o r s i n r a t c e r e b e l l u m . E x p . N e u r o l . 74: 2 8 5 - 2 9 2 . MAYER, J . M., KHANNA, J . M., KALANT, H. and SPERO, L. ( 1 9 8 0 a ) . C r o s s - t o l e r a n c e between e t h a n o l and m o r p h i n e i n g u i n e a - p i g i l e u m l o n g i t u d i n a l - m u s c l e / m y e n t e r i c - p l e x u s p r e p a r a t i o n . E u r . J . P h a r m a c o l . 6 3 : 2 2 3 - 2 2 7 . MAYER, J . M., KHANNA, J . M., KALANT, H. and SPERO, L. ( 1 9 8 0 b ) . A r o l e o f c a l c i u m i n t h e a c u t e and c h r o n i c a c t i o n s o f e t h a n o l i n v i t r o . E u r . J . P h a r m a c o l . 68: 223-227 METCALF, B. W. ( 1 9 7 9 ) . I n h i b i t o r s o f GABA m e t a b o l i s m . B i o c h e m . P h a r m a c . 28: 1 7 0 5 - 1 7 1 2 . MEYER, K. H. ( 1 9 3 7 ) . C o n t r i b u t i o n s t o t h e t h e o r y o f n a r c o s i s . T r a n s . F a r a d a y S o c . 33: 1 0 6 2 - 1 0 6 8 . MICHAELIS, E. K. and MEYERS, S. L. ( 1 9 7 9 ) . C a l c i u m b i n d i n g t o b r a i n s y n a p t o s o m e s . E f f e c t s o f c h r o n i c e t h a n o l i n t a k e . B i o c h e m . P h a r m a c . 28: 2 0 8 1 - 2 0 8 7 . 146 MICHAELIS, E. K., MICHAELIS, M. L., and FREED, W. J . ( 1 9 8 0 ) . C h r o n i c e t h a n o l i n t a k e and s y n a p t o s o m a l g l u t a m a t e b i n d i n g a c t i v i t y . I n : A d v a n c e s i n E x p e r i m e n t a l M e d i c i n e and B i o l o g y , V o l . 126, BEGLEITER, H. ( e d ) . Plenum P r e s s , New Y o r k , p p . 43-56 . MIYAHARA, J . T., E S P L I N , D. W. and ZABLOCKA, B. ( 1 9 6 6 ) . D i f f e r -e n t i a l e f f e c t s o f d e p r e s s a n t d r u g s on p r e s y n a p t i c i n h i b i t i o n . J . P h a r m a c o l , e x p . T h e r . 154: 11 9 - 1 2 7 . MOHLER, H. and OKADA, T. ( 1 9 7 8 ) . GABA r e c e p t o r i n t h e b r a i n : d e m o n s t r a t i o n o f an a n t a g o n i s t b i n d i n g s i t e . I n : Amino A c i d s a s C h e m i c a l T r a n s m i t t e r s , FONNUM, F. ( e d ) . P l e n u m P r e s s , New Y o r k , p p . 4 9 3 - 4 9 8 . MOISES, H. C. and WOODWARD, D. ( 1 9 8 0 ) . P o t e n t i a t i o n o f GABA i n h i b i t o r y a c t i o n i n c e r e b e l l u m by l o c u s c o e r u l e u s s t i m u l a -t i o n . B r a i n R e s . 182: 3 2 7 - 3 4 4 . MOISES, H. C , WOODWARD, D. J . , HOFFER, B. J . and FREEDMAN, R. ( 1 9 7 9 ) . I n t e r a c t i o n s o f n o r e p i n e p h r i n e w i t h P u r k i n j e c e l l r e s p o n s e s t o p u t a t i v e amino a c i d n e u r o t r a n s m i t t e r s a p p l i e d by . m i c r o i o n t o p h o r e s i s . E x p . N e u r o l . 64: 4 9 3 - 5 1 5 . M0NTAR0L0, P. G., RASCHI, F. and STRATA, P. ( 1 9 8 1 ) . A r e c l i m b i n g f i b r e s e s s e n t i a l f o r P u r k i n j e c e l l i n h i b i t o r y a c t i o n ? E x p . B r a i n R e s . 42: 2 1 5 - 2 1 8 . M0NTAR0L0, P. G., P A L E S T I N I , M. and STRATA, P. ( 1 9 8 2 ) . The i n h i b i t o r y e f f e c t o f t h e o l i v o c e r e b e l l a r i n p u t on t h e c e r e -b e l l a r P u r k i n j e c e l l s i n t h e r a t . J . P h y s i o l . ( L o n d . ) 332: 187-202 . MONTIGNY, C. DE and LAMARRE, Y. ( 1 9 7 3 ) . R h y t h m i c a l a c t i v i t y i n d u c e d by h a r m a l i n e i n t h e o l i v o - c e r e b e l l a r - b u l b a r s y s t e m o f t h e c a t . B r a i n R e s . 5 3 : 8 1 - 9 5 . MOORE, J . W., ULBRICHT, W. and TAKAGI, M. ( 1 9 6 4 ) . E f f e c t o f e t h a n o l on t h e s o d i u m and p o t a s s i u m c o n d u c t a n c e s o f t h e s q u i d a x o n membrane. J . g e n . P h y s i o l . 48: 2 7 6 - 2 7 9 . MULLENS, L. J . ( 1 9 5 4 ) . Some p h y s i c a l m e c h a n i s m s i n n a r c o s i s . Chem. Rev. 54: 2 8 9 - 3 2 3 . MURPHY, M. G. and O'LEARY, J . L . ( 1 9 7 1 ) . N e u r o l o g i c a l d e f e c t s i n c a t s w i t h l e s i o n s o f t h e c e r e b e l l a r s y s t e m . A r c h . N e u r o l . 2 4 : 145-157 . NADI, N. S., MCBRIDE, W. J . and APRISON, M. H. ( 1 9 7 7 ) . D i s t r i b u -t i o n o f s e v e r a l amino a c i d s i n r e g i o n s o f t h e c e r e b e l l u m o f t h e r a t . J . Neurochem. 28: 4 3 5 - 4 5 5 . 147 NANIMA, M., OKAMOTO, K. and SA K A I , Y. ( 1 9 8 3 ) . M o d u l a t o r y a c t i o n o f t a u r i n e on t h e r e l e a s e o f GABA i n c e r e b e l l a r s l i c e s o f t h e g u i n e a p i g . J . Neurochem. 40: 1-9. NESTEROS, J . M. ( 1 9 8 0 a ) . E t h a n o l s p e c i f i c a l l y p o t e n t i a t e s GABA-m e d i a t e d t r a n s m i s s i o n i n f e l i n e c e r e b r a l c o r t e x . S c i e n c e 2 0 9 : 708-709 . NESTEROS, J . M. ( 1 9 8 0 b ) . E t h a n o l s e l e c t i v e l y p o t e n t i a t e s GABA-m e d i a t e d i n h i b i t i o n i n s i n g l e f e l i n e c o r t i c a l n e u r o n s . L i f e S c i . 26: 5 1 9 - 5 2 3 . NEWLIN, S. A., MANCILLAS-TREVINO, J . and BLOOM, F. E. ( 1 9 8 1 ) . E t h a n o l c a u s e s i n c r e a s e s i n e x c i t a t i o n and i n h i b i t i o n i n a r e a CA3 o f t h e d o r s a l h i p p o c a m p u s . B r a i n R e s . 209: 11 3 - 1 2 8 . NICHOLSON, G. P. and GWYN, D. G. ( 1 9 7 4 ) . The s p i n o - o l i v a r y p r o j e c t i o n i n t h e r a t . C a n . F e d . B i o l . S o c . 19: 7 7 . N I S H I , S., MIN0TA, S. and KARCZMAR, A. G. ( 1 9 7 4 ) . P r i m a r y a f f e r -e n t n e u r o n e s : t h e i o n i c m e c h a n i s m o f G A B A - m e d i a t e d d e p o l a r i z -a t i o n . N e u r o p h a r m a c o l . 13: 2 1 5 - 2 1 9 . N I S T R I , A., C0NSTANTI, A. and KRNJEVIC, K. ( 1 9 8 0 ) . E l e c t r o p h y s i -o l o g i c a l s t u d i e s o f t h e mode o f a c t i o n o f GABA on v e r t e b r a t e c e n t r a l n e u r o n s . A d v . B i o c h e m . P s y c h o p h a r m a c o l . 2 1 : 8 1 - 9 0 . OBATA, K. and TAKEDA, K. ( 1 9 6 9 ) . R e l e a s e o f g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d i n t o t h e f o u r t h v e n t r i c l e i n d u c e d by s t i m u l a t i o n o f c a t ' s c e r e b e l l u m . J . Neur o c h e m . 16: 1 0 4 1 - 1 0 4 7 . OBATA, K., ITO, T., 0CHI, R. and SATO, N. ( 1 9 6 7 ) . P h a r m a c o l o g i c -a l p r o p e r t i e s o f t h e p o s t s y n a p t i c i n h i b i t i o n by t h e P u r k i n j e c e l l and t h e a c t i o n o f g a m m a - a m i n o b u t y r i c a c i d on D e i t e r s ' n e u r o n e s . E x p . B r a i n R e s . 4:43-57. 0KADA, K. ( 1 9 6 7 ) . E f f e c t s o f a l c o h o l s and a c e t o n e on t h e n e u r o -m u s c u l a r j u n c t i o n o f f r o g . J a p . J . P h y s i o l . 17: 2 4 5 - 2 6 1 . OKAMOTO, K., KIMURA, H. and S A K A I , Y. ( 1 9 8 3 a ) . T a u r i n e - i n d u c e d i n c r e a s e o f t h e C l - c o n d u c t a n c e o f c e r e b e l l a r P u r k i n j e c e l l d e n d r i t e s i n v i t r o . B r a i n R e s . 2 59: 3 1 9 - 3 2 3 . 0KAM0T0 ? K., KIMURA, H. and SA K A I , Y. ( 1 9 8 3 b ) . E f f e c t s o f t a u r i n e and GABA on Ca s p i k e s and Na s p i k e s i n c e r e b e l l a r P u r k i n j e c e l l s i n v i t r o : i n t r a s o m a t i c s t u d y . B r a i n R e s . 260: 2 4 9 - 2 5 9 . OKAMOTO, K., KIMURA, H. and SA K A I , Y. ( 1 9 8 3 c ) . I o n i c m e c h a n i s m s o f t h e a c t i o n s o f t a u r i n e on c e r e b e l l a r P u r k i n j e c e l l d e n -d r i t e s i n v i t r o : i n t r a d e n d r i t i c s t u d y . B r a i n R e s . 260: 261-269 . 148 OLSEN, R. W. (1981). GABA-benzodiazepin-barbiturate r e c e p t o r i n t e r a c t i o n s . J . Neurochem. 37: 1-13. OLSEN, R. W. (1982). Drug i n t e r a c t i o n s a t the GABA-receptor-ionophore complex. Ann. Rev. Pharmacol. T o x i c o l . 22: 245-277. OSCARSSON, 0. (1980). F u n c t i o n a l o r g a n i z a t i o n of o l i v a r y p r o j e c -t i o n to c e r e b e l l a r a n t e r i o r l o b e . In: The I n f e r i o r O l i v a r y Nucleus: Anatomy and P h y s i o l o g y , COURVILLE, J . , DE MONTIGNY, C , and LAMARRE, Y. (ed). Raven Press, New York, pp. 279-289. OTSUKA, M., OBATA, K., MIYATA, Y. and TANAKA, Y. (1971). 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S c i e n c e 172: 1 0 3 4 - 1 0 3 6 . QUEVEDO, L., BALDEIG, J . and BENOIT, C. - I . ( 1 9 7 8 ) . A c c o m o d a t i o n r e l a t e d t o t h e a c t i o n o f e t h a n o l on s c i a t i c n e r v e . P h a r m a c o l -o g y 17: 2 4 9 . RAWSON, J . A. and TILOKSKULCHAI, K. ( 1 9 8 1 ) . S u p p r e s s i o n o f s i m p l e s p i k e d i s c h a r g e s o f c e r e b e l l a r P u r k i n j e c e l l s by i m p u l s e s i n c l i m b i n g f i b r e a f f e r e n t s . N e u r o s c i . L e t t . 25: 125-130 . RAWSON, J . A. and TILOKSKULCHAI, K. ( 1 9 8 2 ) . C l i m b i n g f i b r e m o d i f i c a t i o n o f c e r e b e l l a r P u r k i n j e c e l l r e s p o n s e s t o p a r a l -l e l f i b r e i n p u t s . B r a i n R e s . 237: 4 9 2 - 4 9 7 . ROBERTS, E., CHASE, T. N. and TOWER, D. B. ( e d s ) ( 1 9 7 6 ) . GABA i n N e r v o u s S y s t e m F u n c t i o n . Raven P r e s s , New Y o r k . ROBERTS, E. ( 1 9 7 9 ) . New d i r e c t i o n s i n GABA r e s e a r c h I : Immuno-c y t o c h e m i c a l s t u d i e s o f GABA n e u r o n s . I n : G A B A - n e u r o t r a n s -m i t t e r s . P h a r m a c o c h e m i c a l , B i o c h e m i c a l and P h a r m a c o l o g i c a l A s p e c t s , KROGSGAARD-LARSEN, P., SCHEEL-KRUGER, J . and KOFOD, H. ( e d s ) . A c a d e m i c P r e s s , New Y o r k , p p . 28-45 ROFFLER-TARLOV, S. and SIDMAN, R. L. ( 1 9 7 8 ) . C o n c e n t r a t i o n s o f g l u t a m i c a c i d i n c e r e b e l l a r i n c e r e b e l l a r and deep n u c l e i o f n o r m a l m i c e and w e a v e r , s t a g g e r e r and n e r v o u s m u t a n t s . B r a i n R e s . 12: 2 6 9 - 2 8 3 . ROGERS, J . , SIGGINS, G. R., SCHULMAN, J . A. and BLOOM, F. E. ( 1 9 8 0 ) . P h y s i o l o g i c a l c o r r e l a t e s o f e t h a n o l i n t o x i c a t i o n , t o l e r a n c e , and d e p e n d e n c e i n r a t c e r e b e l l a r P u r k i n j e C e l l s . B r a i n R e s . 196: 18 3 - 1 9 8 . ROGERS, J . , SIGGINS, G. R., AST0N-J0NES, G., KODA, L. Y. and BLOOM, F. E. ( 1 9 8 2 ) . E l e c t r o p h y s i o l o g i c a l e f f e c t s o f a c u t e e t h a n o l on o l i v o - c e r e b e l l a r n e u r o t r a n s m i s s i o n . S o c . N e u r o s c i . A b s t . 8: 5 9 7 . R0HDE, B. H., REA, M. A., SIMON, J . R. and MCBRIDE, W. J . ( 1 9 7 9 ) . E f f e c t s o f X - i r r a d i a t i o n i n d u c e d l o s s o f c e r e b e l l a r g r a n u l e c e l l s on t h e s y n a p t o s o m a l l e v e l s and h i g h a f f i n i t y u p t a k e o f amino a c i d s . J . Neurochem. 32: 1 4 3 1 - 1 4 3 5 . ROSS, D. H. ( 1 9 7 7 ) . A d a p t i v e c h a n g e s i n c a l c i u m - m e m b r a n e i n t e r -a c t i o n s f o l l o w i n g c h r o n i c e t h a n o l e x p o s u r e . A d v . E x p . Med. and B i o l . 85A: 459-471 . 150 ROSS, D. H., MUTCHLER, T. L. and GRADY, M. M. ( 1 9 7 9 ) . C a l c i u m and g l y c o p r o t e i n m e t a b o l i s m as c o r r e l a t e s f o r e t h a n o l p r e f e r -e n c e and s e n s i t i v i t y . A l c o h o l i s m : Chem. E x p . R e s . 3: 64-69 . ROTH, S. H. ( 1 9 8 0 ) . D i f f e r e n t i a l e f f e c t s o f a n a e s t h e t i c s on t h e n e u r o n a l a c t i v i t y . P r o g . A n e s t h e s i o l . , V o l . 2: M o l e c u l a r M e c h a n i s m s of A n e s t h e s i a , FINK, B. R. ( e d ) . Raven P r e s s , New Y o r k , p p . 1 1 9 - 1 2 8 . SAINT-CYR, J . A. and COURVILLE, J . ( 1 9 3 3 ) . T o p o l o g y o f d e s c e n d -i n g p r o j e c t i o n s t o t h e i n f e r i o r o l i v e f r o m t h e p a r a f a s c i e u r e g i o n , m e s e n c e p h a l o n and s u p e r i o r c o l l i c u l u s i n t h e c a t . S o c . N e u r o s c i . A b s t . 4: 6 8 . SCHEIBEL, M. E. and SCHEIBEL, A. ( 1 9 5 5 ) . The i n f e r i o r o l i v e : a G o l g i s t u d y . J . Comp. 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F l u c t u a t i o n o f e x t r a c e l l u l a r p o t a s s i u m and c a l c i u m i n t h e c e r e b e l l a r c o r t e x r e l a t e d t o c l i m b i n g f i b e r a c t i v i t y . N e u r o s c i . 5: 893-901. STRAHLENDORF, J . C , STRAHLENDORF, H. K. and BARNES, C. ( 1 9 7 9 ) . M o d u l a t i o n o f c e r e b e l l a r n e u r o n a l a c t i v i t y by r a p h e s t i m u l a -t i o n . B r a i n R e s . 169: 565-569. SUNAHARA, G. I . and KALANT, H. ( 1 9 8 0 ) . E f f e c t o f e t h a n o l on p o t a s s i u m - s t i m u l a t e d and e l e c t r i c a l l y s t i m u l a t e d a c e t y l c h o l -i n e r e l e a s e i n v i t r o f r o m r a t c o r t i c a l s l i c e s . C an. J . P h y s i o l . P h a r m a c o l . 58: 706-711. TALLMAN, J . R., THOMAS, J . W. and GALLAGER, D. W. ( 1 9 7 8 ) . GABA-e r g i c m o d u l a t i o n o f b e n z o d i a z e p i n e b i n d i n g s i t e s e n s i t i v i t y . N a t u r e ( L o n d . ) 274: 383-385. THACH, W. T. 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T o p o g r a p h i c a l d i s t r i b u t i o n o f o l i v a r y and c o r t i c o n u c l e a r f i b e r s i n t h e c e r e b e l l u m . A r e v i e w . I n : The I n f e r i o r O l i v a r y N u c l e u s : Anatomy and P h y s i -o l o g y , COURVILLE, J . , DE MONTIGNE, C. and LAMARRE, Y. ( e d s ) . Raven P r e s s , New Y o r k , p p . 207-234. 153 WIKLUND, L., BJORKLUND, A. and SJOLUND, B. ( 1 9 7 7 ) . The i n d o l -a m i n e r g i c i n n e r v a t i o n o f i n f e r i o r o l i v e . I . C o n v e r g e n c e w i t h t h e d i r e c t s p i n a l a f f e r e n t s i n t h e a r e a s p r o j e c t i n g t o t h e c e r e b e l l a r a n t e r i o r l o b e . B r a i n R e s . 131: 1-21 WIKLUND, L., TOGGENBERGER, G. and CUENOD, M. ( 1 9 8 2 ) . A s p a r t a t e : P o s s i b l e n e u r o t r a n s m i t t e r i n c e r e b e l l a r c l i m b i n g f i b e r s . S c i e n c e 216: 7 8 - 8 0 . WOODWARD, D. J . , HOFFER, B. J . , SIGGINS, G. R. and OLIVER, A. P. ( 1 9 7 1 ) . I n h i b i t i o n o f P u r k i n j e c e l l s i n t h e f r o g c e r e b e l l u m . I I . E v i d e n c e f o r GABA as t h e i n h i b i t o r y t r a n s m i t t e r . B r a i n R e s . 3 3 : 9 1 - 1 0 0 . WOODWARD, D. J . , SEIGER, A., OLSON, L. and HOFFER, B. J . ( 1 9 7 7 ) . I n t r i n s i c and e x t r i n s i c d e t e r m i n a t i o n s o f d e n d r i t i c d e v e l o p -ment as r e v e a l e d by G o l g i s t u d i e s o f c e r e b e l l a r and h i p p o c a m -p a l t r a n s p l a n t s i n O c u l o . E x p . N e u r o l . 57: 9 8 4 - 9 9 8 . YONEDA, Y. and ROBERTS, E. ( 1 9 8 1 ) . S y n a p t o s o m a l b i o s y n t h e s i s o f GABA f r o m o r n i t h i n e and i t s f e e d b a c k i n h i b i t i o n by GABA. I n : P r o b l e m s i n GABA r e s e a r c h f r o m B r a i n And B a c t e r i a , OKADA, Y. and ROBERTS, E. ( e d s ) . E x c e r p t a M e d i c a , Amsterdam, O x f o r d , P r i n c e t o n , p p . 5 5 - 6 5 . YOUNG, A. B., OSTER-GRANITE, M. L., HERNDON, R. M. and SNYDER, S. H. ( 1 9 7 4 ) . G l u t a m i c a c i d : s e l e c t i v e d e p l e t i o n by v i r a l i n d u c e d g r a n u l e c e l l l o s s i n h a m s t e r c e r e b e l l u m . B r a i n R e s . 73: 1-13. 154 V I I . APPENDIX The f o l l o w i n g a r e b r i e f d e s c r i p t i o n s o f t h e p r o g r a m s d e v e l o p e d i n t h e c o u r s e o f t h e r e s e a r c h r e p o r t e d i n t h i s t h e s i s . 1) WAITER WAITER i s a m a c h i n e l a n g u a g e r o u t i n e w h i c h c o u n t s t h e number o f p u l s e s w i t h i n a s p e c i f i e d number o f s e c o n d s . I t r e t u r n s t h i s c o u n t t o t h e BASIC p r o g r a m w h i c h c a l l s i t . I t makes use o f t h e h a r d w a r e t i m e r s p r e s e n t on t h e c u s t o m p a r a l l e l i n t e r f a c e b o a r d . 2) GABALC, GETGABALC and MULTIPLOT GABALC u s e s WAITER and d i r e c t m a n i p u l a t i o n o f t h e c u s t o m p a r a l l e l i n t e r f a c e b o a r d t o c o n t r o l t h e l o c a l a p p l i c a t i o n o f e t h a n o l and GABA i n a d e f i n e d p r o t o c o l as o u t l i n e d i n t h e M e t h o d s . N e u r o n a l f i r i n g r a t e i s d i s p l a y e d b o t h a s a t i m e v s r a t e h i s t o g r a m on t h e m o n i t o r i n h i g h - r e s o l u t i o n g r a p h i c s and n u m e r i c a l l y . D a t a c o l l e c t e d c a n be s t o r e d o n t o d i s k e t t e and r e c a l l e d by GETGABALC. GETGABALC r e t r i e v e s t h e d a t a f r o m d i s k e t t e p r e v i o u s l y s t o r e d by GABALC. I t a l l o w s t h e d i s p l a y o f a s e l e c t e d s e r i e s o f GABA t r i a l s and c a l c u l a t e s an a v e r a g e r e s p o n s e f r o m them. The amount o f i n h i b i t i o n e v o k e d by t h e a p p l i e d d r u g i s c a l c u l a t e d and d i s p l a y e d a u t o m a t i c a l l y . The h i s t o g r a m s and c a l c u l a t i o n s c a n be p r i n t e d on t h e d o t m a t r i x p r i n t e r . MULTIPLOT r e t r i e v e s t h e same d a t a b u t p l o t s a l l t h e t r i a l s , t h e a v e r a g e d r e s p o n s e f r o m e a c h g r o u p o f f i v e t r i a l s , and i t s a s s o c i a t e d i n h i b i t i o n v a l u e . F o r an e x a m p l e s e e F i g u r e 3) PSTH, PLOT.PSTH and PLOT .PSTH .INH The BASIC p r o g r a m , PSTH, and i t s a s s o c i a t e d m a c h i n e l a n g u a g e r o u t i n e , a l l o w s p e r i - s t i m u l u s h i s t o g r a m s (PSTH) t o be c o n s t r u c t e d . E a c h h i s t o g r a m i s made up o f 250 b i n s and i s d i s p l a y e d on t h e m o n i t o r i n h i g h - r e s o l u t i o n g r a p h i c s a l o n g w i t h t h e sweep number and t o t a l b i n c o u n t . The m a c h i n e l a n g u a g e r o u t i n e u s e s t h e i n t e r r u p t c a p a b i l i t i e s o f t h e c u s t o m i n t e r f a c e b o a r d t o i n t e r c e p t t r i g g e r and s p i k e s i g n a l s . E a c h t r i g g e r s i g n a l s t a r t s a new sweep t h r o u g h a l l t h e b i n s o f t h e h i s t o g r a m . E a c h s p i k e s i g n a l c a u s e s t h e v a l u e i n t h e c u r r e n t b i n t o be i n c r e m e n t e d and t h e h i s t o g r a m d i s p l a y t o be u p d a t e d . PSTH h a n d l e s u s e r q u e r i e s and s a v e s t h e d a t a o n t o d i s k e t t e . PLOT.PSTH r e t i e v e s d a t a p r e v i o u s l y s a v e d t o d i s k e t t e by PSTH and r e d i s p l a y s i t w i t h c a l c u l a t e d s t a t i s t i c s . PLOT .PSTH .INH i s s i m i l a r t o PLOT.PSTH e x c e p t i t d i s -p l a y s t h e raw d a t a , s moothed d a t a and c a l c u l a t e d 1-50 V a l u e s . F o r an e x a m p l e s e e F i g u r e 1 5 . 155 4) DUAL .PSTH and PLOT .DUAL .PSTH T h e s e two p r o g r a m s a r e s i m i l a r t o PSTH and PLOT.PSTH e x c e p t t h a t t h e y a l s o c o n s t r u c t a l a t e n c y h i s t o g r a m c o n c u r r e n t l y w i t h t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e PSTH. T h i s l a t t e r h i s t o g r a m i n -c l u d e s o n l y t h e f i r s t s p i k e s i g n a l t o a r r i v e a f t e r e a c h t r i g g e r s i g n a l . PLOT .DUAL .PSTH r e p l o t s t h e h i s t o g r a m s and c a l c u l a t e s t h e mean l a t e n c y t o t h e f i r s t s p i k e r e s p o n s e . A p e r i o d o f t i m e a f t e r t h e t r i g g e r s i g n a l , i n w h i c h s p i k e s i g n a l s a r e i g n o r e d , c a n be s e l e c t e d i n o r d e r t o a v o i d s p u r i o u s c o u n t s due t o s t i m u -l a t i o n a r t i f a c t s . 5) TRI.PSTH and PLOT .TRI .PSTH T h e s e two p r o g r a m s a r e s i m i l a r t o t h e ab o v e PSTH p r o g r a m s , e x c e p t t h a t t h e y d i s t i n q u i s h between s i m p l e (SS) and c o m p l e x s p i k e (CS) a c t i v i t y on t h e b a s i s o f i n t e r s p i k e i n t e r v a l . T hey c o n s t u c t t h r e e h i s t o g r a m s : a s t i m u l u s t o SS PSTH; a s t i m u l -us t o CS PSTH; and a s t i m u l u s t o CS l a t e n c y h i s t o g r a m . PLOT.-TRI .PSTH r e p l o t s t h e h i s t o g r a m s and c a l c u l a t e s t h e mean l a t e n c y t o t h e f i r s t CS. An e x a m p l e o f t h i s p r o g r a m ' s o u t p u t i s shown i n F i g u r e 4. 6) I S I and P L O T . I S I T h e s e two p r o g r a m s c o n s t r u c t and d i s p l a y an i n t e r s p i k e i n t e r v a l h i s t o g r a m c o n s i s t i n g o f 250 b i n s . The m a c h i n e l a n q u a g e r o u t i n e a s s o c i a t e d w i t h t h e I S I p r o g r a m u s e s i n t e r r u p t s t o i n t e r c e p t s p i k e s i g n a l s . E a c h s p i k e s i g n a l c a u s e s t h e c u r r e n t b i n t o be i n c r e m e n t e d , t h e d i s p l a y e d p l o t t o be u p d a t e d , and a new sweep o f t h e b i n s t o be i n i t i a t e d . Mean i n t e r s p i k e i n t e r v a l i s c a l c u l a t e d and d i s p l a y e d w i t h t h e h i s t o g r a m by P L O T . I S I , s e e F i g u r e 1 2 . 7) T R I . I S I and PLOT . T R I . I S I T h e s e two p r o g r a m s a r e s i m i l a r t o I S I and P L O T . I S I e x c e p t t h e y d i s t i n g u i s h SS f r o m CS a c t i v i t y . They c o n c u r r e n t l y c o n s t r u c t and d i s p l a y t h r e e i n t e r s p i k e h i s t o g r a m s : SS t o SS; CS t o CS; and CS t o S S . Mean i n t e r s p i k e i n t e r v a l s a r e c a l c u l a t e d by P L O T . T R I . I S I and a r e d i s p l a y e d w i t h t h e h i s t o g r a m s . P a r t o f a TRI . I S I d i s p l a y i s i n c l u d e d i n F i g u r e 12. 8) M i s c e l l a n e o u s P r o g r a m s V a r i o u s o t h e r p r o g r a m s were w r i t t e n . Some were v a r i a -t i o n s o f t h e above p r o g r a m s u s e d f o r t h e p r e l i m i n a r y a n a l y s i s o f t h e d a t a o r f o r s p e c i a l i z e d t a s k s . O t h e r p r o g r a m s w r i t t e n i n c l u d e d a s c r e e n t o p r i n t e r dump r o u t i n e , v a r i o u s s t a t i s t i c a l r o u t i n e s , and v a r i o u s d i s p l a y r o u t i n e s . 

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