Нонапстық емес икемділік - Nonsynaptic plasticity

Мидың пластикасы жүйке байланыстары мен жолдарының күшіне әсер етеді.

Нонапстық емес икемділік формасы болып табылады нейропластикалық модификациясын қамтиды иондық канал функциясы аксон, дендриттер, және интеграциялануда нақты өзгерістерге әкелетін жасуша денесі қоздырғыш постсинапстық потенциалдар (EPSPs) және ингибиторлық постсинапстық потенциалдар (IPSPs). Нонаптикалық емес иілгіштік - бұл ішкі модификация қозғыштық нейрон. Бұл өзара әрекеттеседі синаптикалық икемділік, бірақ бұл синаптикалық икемділіктен жеке тұлға болып саналады. Электрлік қасиеттерін ішкі модификациялау нейрондар бастап пластиканың көптеген аспектілерінде рөл атқарады гомеостатикалық пластика дейін оқыту және жады өзі. Нонапстық емес икемділік әсер етеді синаптикалық интеграция, қосалқы табалдырық көбейту, масақ ұрпақ, және басқа да жасушалық деңгейдегі нейрондардың негізгі механизмдері. Бұл жеке нейрондық өзгерістер өзгерістерге әкелуі мүмкін жоғары ми функциясы, әсіресе оқу және есте сақтау. Алайда, дамушы сала ретінде неврология, синонаптикалық емес икемділік туралы білімдердің көп бөлігі белгісіз және оның ми функциясы мен мінез-құлқындағы рөлін жақсы анықтау үшін қосымша тергеуді қажет етеді.

Vs. синаптикалық икемділік

Нейропластикалық бұл нейронның белгілі бір бөлігінің немесе аймағының уақыт бойынша күшін өзгерту қабілеті. Икемділіктің екі негізінен танылған санаты бар: синаптикалық және бейсинаптикалық. Синаптикалық икемділік мөлшерін қоса алғанда, екі нейрон арасындағы байланыс күшімен тікелей айналысады нейротрансмиттер босатылды пресинапстық нейрон, және реакция постсинапстық нейрон. Нонинаптикалық емес пластикада нейрондық қозғыштықтың модификациясы болады аксон, дендриттер, және сома синапстан қашық орналасқан жеке нейронның.

Синаптикалық икемділік

Синаптикалық пластика - бұл екі нейрон арасындағы синапстың уақыт бойынша күшін өзгерту қабілеті. Синаптикалық икемділік синапстық жолды қолданудың өзгеруінен, яғни синапстық потенциалдар жиілігінен және химиялық сигналдарды беру үшін қолданылатын рецепторлардан туындайды. Синаптической пластика мидағы оқуда және есте сақтауда үлкен рөл атқарады. Синапстық икемділік синапс күшінің өзгеруі оның өзіндік белсенділігіне байланысты болатын ішкі механизмдер арқылы немесе синапс күшінің өзгерісі басқа жүйке жолдары арқылы жүретін сыртқы механизмдер арқылы пайда болуы мүмкін. Қысқа мерзімді ингибиторлық синаптикалық икемділік шектеулі болғандықтан жиі кездеседі нейротрансмиттер синапс кезінде қоректену, ал ұзақ мерзімді тежелу рецепторлардың экспрессиясының төмендеуі арқылы жүруі мүмкін постсинапстық жасуша. Қысқа мерзімді комплементарлы синаптикалық икемділік көбінесе пресинаптикалық немесе постсинапстық терминалда қалдық немесе жоғарылаған ион ағынына байланысты пайда болады, ал ұзақ мерзімді синаптикалық икемділік өндірісті жоғарылату арқылы жүруі мүмкін. AMPA және NMDA глутамат рецепторлары, басқалармен қатар, постсинапстық жасушада.[1]

Нонапстық емес икемділік

Салыстырмалы түрде, нонаптикалық емес пластика - неврологиядағы аз танымал және біршама жаңа және үздіксіз зерттеу аймағы. Сияқты синонстық емес құрылымдардың сипаттамаларының өзгеруі арқылы көрінеді сома (биология), аксон немесе дендриттер. Нонаптикалық емес икемділік қысқа немесе ұзақ мерзімді әсер етуі мүмкін. Бұл өзгертулердің бірі - модификациялау кернеуі бар арналар дендриттер мен аксонда, бұл жасушаға таралған қоздырғыш немесе ингибиторлық потенциалдардың интерпретациясын өзгертеді. Мысалы, анональды емес синапсикалық икемділікті кезде байқауға болады әрекет әлеуеті төмен өткізгіштікке немесе иондардың жиналуына байланысты пресинаптикалық терминалға жете алмайды. [2]

Нейрондық сома, аксон және дендриттер синонаптикалық емес серпімділікке қатысады және синапстағы икемділікке әсер етеді.

Синергетикалық эффекттер

Жалпы қоздырғыш әсерлері

Нонсинаптикалық және синаптикалық пластиканың нейрондағы ынталандырушы эффектілерді алу үшін әр түрлі тәсілдермен бір уақытта жұмыс істейтіндігі дәлелденді. Бұған калийдің реакциясын арттыратын және басқа да пресинаптикалық иондық каналдардың бейсинаптикалық реттелуінің өнімі - масақ генерациясы жатады. қоздырғыш постсинаптикалық потенциал нейротрансмиттердің босатылуы және әсер ету әлеуетін арттыру арқылы.[3] Нонсинаптикалық дендритті пластика синаптикалық пластиканың әсерін әрекет потенциалын кеңейту арқылы қосады. Бұдан әрі талқыланатын болады, мидың пайда болуы нейротрофиялық фактор (BNDF) синсиндік емес және синаптикалық икемділікті үйлестіру үшін нейрондармен жасалады.[4] Сомальды денеде, аксонда немесе нейронның дендриттерінде синонаптикалық емес өзгерістер синаптикалық күшпен тығыз байланысты.

Есте сақтау мен оқудағы интеграция

Синапстық пластиканың есте сақтау мен оқытудағы рөлі туралы көп нәрсе белгілі болғанымен, синапстық және синонаптикалық емес пластиканың маңызы зор жады және оқыту мида. Екі механизмнің синергетикалық жолмен бақыланатын әсерлерге жету үшін жұмыс істейтініне көптеген дәлелдер бар. Бұның басты мысалы - синапстағы есте сақтау қабілеті, онда пресинаптикалық босату тетіктері мен постсинаптикалық рецепторлардың модификациясы ұзақ мерзімді күшейтуге немесе депрессияға әсер етеді. Үздіксіз сомал деполяризация, екінші жағынан, үйренбеген мінез-құлық пен есте сақтауды бейсапикалық икемділік әдісі ретінде ұсынылды. Нонсинаптикалық емес икемділік сонымен қатар реттеу арқылы синаптикалық жадыны қалыптастыру тиімділігін арттырады кернеуі бар иондық каналдар. Нонинаптикалық емес иілгіштік - бұл аксондағы арналардың модификациясына жауап беретін механизм, бұл синаптикалық механизмдердің беріктігіне, демек, жадыны кодтаудың тереңдігі мен ұзындығына әрдайым әсер ететін нейрондық әрекет потенциалының күшінің өзгеруіне әкеледі. [5][6]

Синаптикалық пластиканы реттеу

Синонстық емес иілгіштік синапстық икемділіктің әсерін реттеу қабілетіне ие кері байланыс механизмдері. Аксондағы немесе дендриттердегі иондық арналардың саны мен қасиеттерінің өзгеруі гиперстимуляцияланған синапстың әсерін азайту қабілетіне ие.[5][6] Осы иондық арналарды қатты көтерген жағдайда, иондардың жасушаға кері ағымы пайда болады, бұл экзототоксичность және жасуша өлімі апоптоз немесе некроз.[7]

Ішкі механизмдер

Аксон сияқты синонапстық емес нейрондық аймақтар синапсқа әсер ететін қасиеттерге ие. Бұл маңызды механизмдерге аксон бойымен қозғалу кезінде әрекет потенциалы жүретін деполяризацияның кешігуі жатады. Бұл ішкі сапа әрекет потенциалдарының таралуын баяулатады және деполяризацияланатын токтың цитоплазмадан төмен қозғалуына және натрий каналдарының үзік-үзік орналасуына байланысты. Ранвье түйіндері. Бұл механизмдер әрдайым бар, бірақ сол кездегі жасуша сомасы, аксон және дендрит жағдайларына байланысты өзгеруі мүмкін. Сондықтан әрекет потенциалы немесе EPSP таралуының кешігуі немесе кешігуі өзгермелі болуы мүмкін. Әрқайсысы қоздырғыш постсинаптикалық потенциал Постсинапстық жасушаға таралатын әсер алдымен прессинапстық жасушадағы аксонға әсер ету потенциалы арқылы беріледі, демек синсинтикалық емес серпімділік синапстық икемділікке әсер етеді.[1]

Түрлері

Нейрондар басқа нейрондардағы әрекет потенциалдарының генерациясына әсер ететін күрделі желілерде өзара әрекеттеседі.

Нейронның ішкі қозғыштығы

Кез-келген нүктеде нейронның қозғыштығы тітіркену кезіндегі жасушаның ішкі және сыртқы жағдайларына байланысты. Әдетте, нейрон бір уақытта бірнеше кіріс сигналдарын қабылдайтындықтан, көбейту әрекет потенциалы барлық кіретіндердің бірігуіне байланысты EPSP және IPSPs жету аксон төбе. Егер барлық қоздырғыш және тежегіш сигналдарының қосындысы болса деполяризациялау шекті кернеуге дейін жасуша мембранасы, әрекет потенциалы атылады. Нейронның ішкі қозғыштығын өзгерту сол нейронның қызметін өзгертеді.

Масақ буыны

Нонинаптикалық емес пластика ұрпақтың қозуына әсер етеді масақ. Масақ генерациясының өсуі төмендеуімен байланысты болды масақ шегі,[3] нонаптикалық емес пластикадан жауап. Бұл жауап белгілі бір пресинаптикалық K модуляциясының нәтижесінде пайда болуы мүмкін+ (калий ионы) токтар (IA, МенK, Ca, және менKs), олар сенсорлық нейрондардың қозғыштығын жоғарылатуға, әрекет потенциалын кеңейтуге және күшейтуге жұмыс істейді нейротрансмиттер босату. Бұл модуляциялар К+ өткізгіштіктер қозғыштықты реттеудің жалпы тетіктері ретінде қызмет етеді синапстық күш.[5]

Синаптикалық пластиканы реттеу

Синонетикалық емес икемділік синаптикалық икемділікпен синергетикалық және реттеуші механизмдермен байланысты болды. Синаптикалық модификация дәрежесі анықтайды полярлық жасуша қозғыштығының өзгеруіне әсер ететін синсинаптикалық емес өзгерістер. Синапстық икемділіктің орташа деңгейлері реакцияны күшейту үшін синаптикалық механизмдермен синергетикалық әсер ететін бейсинаптикалық өзгерістерді тудырады. Керісінше, синаптикалық икемділіктің неғұрлым берік деңгейлері а ретінде әрекет ететін синонаптикалық емес реакцияларды тудырады кері байланыс механизмі. Теріс кері байланыс механизмдері қанықтылықтан немесе тұтас тізбектің белсенділігін тоқтатудан қорғайды.[5]

Аксональды модуляция

Аксональды модуляция - бұл саны, белсенділігі немесе орналасқан пластиканың түрі иондық арналар аксон өзгереді. Бұл ынталандыру кезінде нейронның өзін-өзі басқаша ұстауына әкеледі. Иондық арналардың модуляциясы - бұл нейронның ынталандыру жиіліктерінің өзгеруіне жауап.

Көбейту пластикасы
Әрекет потенциалын көбейту анимациясы

Ақыр аяғында табалдырық поляризациясының өтуіне әкеп соқтыратын әрекет потенциалдарының жиынтығы болғандықтан, әр түрлі кіріс сигналдарының уақыттық байланысы синапстықтан кейінгі нейронның қашан және қашан жанатынын анықтауда өте маңызды. Уақыт өте келе белгілі бір аксонның ұзындығын тарату үшін әрекет потенциалы өзгеруі мүмкін. Бір тәжірибеде мультиэлектродты массивтер әрекет потенциалдарының кешіктіру деп аталатын бір электродтан екінші электродқа өту уақытын өлшеу үшін қолданылды. Содан кейін нейрондар ынталандырылды және уақыттың кешігу мәні тіркелді. Кешіктіру мәндері уақыт бойынша өзгерді, бұл аксональды пластикалық әсер потенциалдарының таралуына әсер етті деп болжайды.[8]

Маневрлеу

Маневт - бұл пассивті ағын кезінде аксональды иондық арналар ашылатын процесс (ан талап етілмейді) иондық сорғы ) қосалқы табалдырық деполяризация аксоннан төмен. Әдетте аксональды тармақтау нүктелерінде болады,[9] бұл шектердің сигналы аймаққа келген кезде осы арналардың ашылу уақыты гиперполяризацияны пассивті ағынды деполяризацияға әкеледі. Демек, жасуша аксоның қай тармақтары арқылы астыртын деполяризация тогының ағып жатқанын басқара алады, нәтижесінде аксонның кейбір тармақтары басқаларына қарағанда гиперполяризацияланған. Бұл әр түрлі мембраналық потенциалдар маневрдің нақты орналасуы мен пайда болуына негізделген нейронның кейбір аймақтарын басқаларға қарағанда қоздырғыш етеді.

Жоғары жиілікті ынталандыру

Қысқа мерзімді эффекттер: нейронды жоғары жиілікті қысқа уақыт ішінде ынталандыру нейронның мөлшерін азайту арқылы оның қозғыштығын арттырады Вольтаж әрекет потенциалын жою үшін қажет.[3]Жоғары жиілікті ынталандыру бірнеше рет ашылуына байланысты натрий мен кальций иондарының жасушаішілік концентрациясының жоғарылауына әкеледі натрий және кальций каналдары аксонда және терминалда. Тітіркендіргіштердің жиілігі артқан сайын, жасуша үшін әр тітіркендіргіш арасында уақыт аз болады реполяризациялау және қалыпты жағдайға оралу демалу әлеуеті. Сондықтан тыныштық потенциалы неғұрлым деполяризацияланады, яғни әрекет потенциалын жағу үшін аз деполяризацияланатын ток қажет.

Алайда, бұл модуляция әдетте өте қысқа болады. Егер ынталандыру тоқтаса, нейрон иондық арналар және ретінде өзінің бастапқы тыныштық әлеуетіне оралады сорғылар соңғы ынталандырудан қалпына келтіруге жеткілікті уақыт бар.

Ұзақ мерзімді әсерлер: Нейронды ұзақ уақыт бойына жоғары жиіліктегі ынталандыру нәтижесінде пайда болатын екі нейрондық өзгеріс пайда болады. Бастапқыда нейрон қозғыштығының жоғарылауымен қысқа мерзімді ынталандыру кезінде жауап береді. Осы сәттен кейін жоғары жиілікті ынталандыруды жалғастыра отырып, қозғыштықтың қайтымсыз өзгеруіне алып келеді. Натрий концентрациясы аксонда жеткілікті жоғары деңгейге жеткенде, натрий / кальций сорғылары олардың ағу бағытын өзгертеді, нәтижесінде натрий сыртқа шығарылған кезде клеткаға кальций әкелінеді. Кальций концентрациясының жоғарылауы (және мембрананың кейінгі деполяризациясы) инактивациялайды натрий арналары және оларға бағытталған эндоцитоз және лизосомалық гидролиз.[10]Бұл аксональды натрий каналдарының едәуір төмендеуіне әкеледі, олар әрекет потенциалының таралуы үшін қажет. Егер ынталандыру жалғаса берсе, ақыр соңында нейрон әрекет потенциалын беруді тоқтатады және өледі. Артық ынталандыруға байланысты нейрондық өлім деп аталады экзототоксичность.

Төмен жиілікті ынталандыру

Қысқа мерзімді эффекттер: Барлық тірі нейрондарда әрекет потенциалының таралуы мен синаптикалық бөлінудің базальды жылдамдығы бар. Осылайша, қысқа мерзімде нейронның төмен жиіліктегі тітіркенуі мидағы тыныштықтағы нейронның белсенділігіне ұқсас. Нейронның ішкі қозғыштығында үлкен өзгерістер болмайды.

Ұзақ мерзімді эффекттер: Нейронды төмен жиілікті ынталандыру ұзақ уақыт бойына кальцийге тәуелді фосфатазаларды белсендіру арқылы нейронның қозғыштығын төмендетеді AMPA рецепторлары ішкі ету үшін.[11] Төмен жиілікті ынталандыру жасушадағы кальцийдің төмен деңгейіне әкеледі. Кальций концентрациясы төмен болған кезде, белсенді кальцийге тәуелді фосфатазалар кальцийге тәуелді киназаларға қарағанда басым болады. Көбірек фосфатазалар белсендірілгендіктен, олар эндоцитоз арқылы интерактивтелу үшін көбірек AMPA рецепторларын белгілейді. AMPA рецепторлары нейрондардың негізгі қоздырғыш рецепторларының бірі болғандықтан, оларды жасуша мембранасынан шығару жасушаны тиімді түрде басады (егер жасуша қоздырушы сигналдарға реакция жасай алмаса, ол өздігінен әрекет потенциалын жасай алмайды). Осылайша, төмен жиіліктегі ынталандыру әсерін қайтара алады ұзақ мерзімді потенциал,[12] дегенмен, бұл ұғымдар, әдетте, синаптикалық икемділіктің түрлері болып саналады.

Гомеостатикалық және Hebbian пластикасы

Орталық жүйке жүйесі (ОЖЖ) нейрондары көптеген нейрондардың сигналдарын біріктіреді. Қысқа мерзімде нейрон белсенділігінің өзгеруі маңызды, өйткені жүйке жүйесінде ақпарат осылай беріледі (Hebbian пластикасы ). Алайда ұзақ мерзімді тұрақтылық үшін қозғыштыққа немесе қозғалғыштыққа бағытталу схеманың ақпаратты беру қабілетін бұзады (гомеостатикалық пластика ). Ұзақ мерзімді күшейту (LTP) кейінгі синаптикалық нейрондарда жоғары жылдамдықты тудырады. Нейронның меншікті қасиеттері гомеостатикалық механизм ретінде әрекет етіп, динамикалық диапазонды барынша тиімді пайдалану үшін орналасуы керек деген болжам жасалды.[13] Дегенмен, ішкі қозғыштық легормальды таралудан кейін жүретіні, бұл белсенді, Hebbian үйренуін қажет ететіндігі көрсетілген.[14] Іn vitro зерттеулер нәтижесінде бұл кезде спонтанды белсенділік нейрондық дақылдардың тежелуі, нейрондардың қозуы жоғарылайды және белсенділіктің жоғарылауы ұзақ уақытқа созылғанда, культураның атылу жылдамдығы төмендейді.[15][16] Керісінше, реттеудің қарама-қарсы формасы, яғни Hebbian оқыту немесе LTP-IE / LTD-IE, пайда болатындығы туралы көптеген дәлелдер бар[17] және теориялық дәлелдер мұны көрсетеді Hebbian пластикасы ішкі қозғыштығы үшін де пластиканың басым түрі болуы керек.[14] Бастап гомеостатикалық пластика жеке синапстар арасында да болады,[18] гомеостатикалық иілгіштік пен меншікті пластиканың байланысы бар деген болжамның дәлелі дәл сәйкес келмейтіндігі көрсетілген.

Механизм

Нейронның динамикалық диапазонын сақтаудың бір механизмі болып табылады синаптикалық масштабтау, нейрондық белсенділікті нейрон синапстарының постсинаптикалық реакциясын өзгерту арқылы қалыпты «бастапқы» деңгейге дейін қалпына келтіретін пластиктің гомеостатикалық түрі. Нейронның ішкі қозғыштығының гомеостатикалық модуляциясы - тұрақтылықты сақтаудың тағы бір тәсілі. Реттеу иондық өткізгіштік бірнеше жолмен, көбінесе сияқты нейромодуляторларды шығару арқылы қол жеткізуге болады дофамин, серотонин т.б.[19] Тағы бір әдіс - мидың алынған шығарылымы арқылы нейротрофиялық фактор (BDNF). BDNF синаптикалық масштабтауға әсер ететіні анықталды, демек, бұл нейротрофиялық фактор гомеостатикалық пластикадағы синаптикалық және нонинаптикалық емес механизмдерді үйлестіруге жауапты болуы мүмкін.[4]

Дендриттік қозғыштық

Дендриттер - бұл кірістерді басқалардан біріктіруге жауапты аймақтар нейрондар. Дендриттердің интеграциялық қасиеттерін нейрондардың манипуляциялау тәсілдерінің бірі кернеу иондық арналарының саны мен қасиеттерін өзгерту болып табылады. Белгілі бір жағдайда ұзақ мерзімді потенциалды енгізу (LTP) синапс, сол синапсқа тән дендритті тармақтардың қозғыштығының жоғарылауына әкеледі.[20] Дендриттік қозғыштық синаптикалық сигналдардың таралуы мен интеграциясы үшін маңызды. Дендриттік қозғыштық E-S потенциалына ықпал етеді немесе берілген кіріс әсер ету потенциалының өртенуіне әкелуі ықтималдығының жоғарылауына ықпал етеді деп есептеледі.[21]

Дендриттік қозғыштықтың өзгеруі әрекет потенциалының кері таралуына әсер ететіні белгілі. Әрекет потенциалы аксон дөңесінен басталып, аксонның ұзындығына дейін таралады, бірақ олар сонымен бірге сома арқылы дендриттік арборға қарай таралады. Артқы жағынан белсенді таралу иондық каналдарға байланысты және осы арналардың тығыздығы мен қасиеттерінің өзгеруі сигналдың деңгейіне әсер етуі мүмкін әлсіреген.[21] Дендриттердегі артқы таралудың пластикасы бір минуттан аз уақыт ішінде жүреді және 25 минуттан ұзаққа созылады.[22] Артқа таралу - бұл синапстарға әрекет потенциалы жіберілгендігі туралы сигнал беру әдісі. Бұл үшін маңызды жылдамдыққа байланысты пластика.

Ішкі пластика

Ішкі иілгіштік - бұл белсенділікке тәуелді икемділіктің бір түрі синаптикалық икемділік, бұл бір нейрон ішіндегі электрлік қасиеттердің өзгеруіне емес, екі нейрон арасындағы синапстың өзгеруін қамтиды.[23][24] Нейронның қозғыштығына әсер етуі мүмкін бір-бірімен тығыз байланысты құбылыстар бар - мысалы нейромодуляция, құрылымдық икемділік, канал кинетикасы әсерінен қысқа мерзімді иілгіштік және жүйке дамуы.[25][26] Меншікті пластиканы реттейтін мөлшерде ортақ пікір жоқ, мысалы. нейронның атылу жылдамдығы, оның пайда болуы немесе оның ішкі кальций концентрациясы. Функционалды түрде, ішкі пластика нейрондарға тітіркендіргіштердің қарқындылығын білуге ​​және олардың интенсивтілік статистикасын көрсетуге мүмкіндік береді.[27][28] Ішкі икемділік жадыны кодтауға ықпал етеді және белсенділікке тәуелді пластиканың басқа түрлерін толықтырады, соның ішінде синаптикалық икемділік.[29]

Мидың жоғары қызметі

Ұзақ мерзімді ассоциативті ес

Тәжірибелік дәлелдемелер

Кеменес эксперименті т.б.[2] мұны сыртқы түрінде көрсетті модуляциялық нейрон, синонаптикалық емес икемділік ұзақ мерзімді ассоциативті жадының көрінуіне әсер етеді. Нонаптикалық емес пластика мен жады арасындағы байланыс церебральды алып жасушалардың (CGC) көмегімен бағаланды. Деполяризация шартты тітіркендіргіштерден нейрондық желі реакциясы жоғарылаған. Бұл деполяризация ұзаққа созылды ұзақ мерзімді жад. Тұрақты деполяризация және мінез-құлық жадының экспрессиясы жаттығудан кейін 24 сағаттан кейін пайда болды, бұл ұзақ мерзімді әсерді көрсетеді. Бұл экспериментте электрофизиологиялық ұзақ мерзімді жадының көрінісі шартты ынталандырылған тамақтандыруға жауап болды. CGC оқытылған организмдерде бақылау тобына қарағанда едәуір көп деполяризацияланған, бұл оқумен және қозғыштықтың өзгеруімен байланысты. CGC деполяризацияланған кезде, олар шартты тітіркендіргіштерге реакцияның жоғарылағанын және тамақтанудың фантастикалық реакциясының күшті екендігін көрсетті. Бұл деполяризацияның шартты тітіркендіргіштерге маңызды тамақтану реакциясын қалыптастыру үшін жеткілікті екенін көрсетті. Сонымен қатар, шартты организмдер мен жасанды деполяризацияланған организмдер арасындағы қоректену жылдамдығында айтарлықтай айырмашылық байқалмады, бұл деполяризация ұзақ мерзімді жадымен байланысты мінез-құлықты қалыптастыру үшін жеткілікті екенін растады.[2]

Жадты сақтау

Жасушадағы синсинаптикалық емес белсенділік, әдетте, нейрондық қозғыштықтың өзгеруімен көрінеді. Бұл мембрана компоненттерін модуляциялау арқылы пайда болады, мысалы, демалу және кернеуі бар арналар және иондық сорғылар. Жадты сақтауға бейсинаптикалық процестер қатысады деп есептеледі. Бұл әрекеттің мүмкін механизмдерінің бірі жақында қозғалғыштығының өзгеруімен белсенді болған нейронды белгілеу болып табылады. Бұл уақытша бөлінген тітіркендіргіштерді байланыстыруға көмектеседі. Тағы бір потенциалды механизм синапстық емес икемділік оқудағы модификация тізбектерін құрауы мүмкін екенін көрсететін есептеу моделінен туындайды, өйткені қозғыштықтың өзгеруі синаптикалық икемділіктің шегін реттей алады.[5]

Синаптикалық жадты сақтау жүйелерінің сақтау сыйымдылығы өте үлкен, оны зерттеудің тартымды механизмі етеді. Шамамен 10 бар4 бір нейронға синапстар және 1011 адам миындағы нейрондар.[23] Нонаптикалық пластиканы сақтау қабілеті онша жоғары болмағандықтан, оны жиі ескермейді. Нейронның аксоны мен сомасындағы иондық арналардың тығыздығын реттеу өткізу қабілетін өзгертіп, барлық синапстарға әсер етеді. Сондықтан оның сақтау сыйымдылығы синаптикалық пластикадан айтарлықтай аз болар еді.

Сақтау сыйымдылығы оны сақтаудың жалғыз тетігі бола алмайтындай тым төмен болса да, синаптикалық емес серпімділік синаптикалық сақтау әдістеріне ықпал етуі мүмкін. Иондық арналардың модуляциясы нақты дендриттер сияқты кішігірім аймақтарда болуы мүмкін екендігі көрсетілген.[20] Бұл ерекшелік нонаптикалық емес пластиктің сақтау қабілетін нейрондық модуляцияға қарағанда үлкен етеді. Процедуралық естеліктер сақтау жүйесінің осы түріне жақсы сәйкес келеді, өйткені олар декларативті естеліктер үшін жоғары спецификаны қажет етпейді. Қозғалтқыш тапсырмаларын жалпылау және шартталған бұл ақпаратты сақтаудың тиімді әдісі болуы мүмкін.[23]

Оқу

Бөлігі ретінде әрекет ететін оқудың қозғыштығының өзгеруі жад ізі нейрондарда одан әрі өзгерістерді бастау үшін немесе қысқа мерзімді есте сақтаудың қысқа мерзімді механизмімен праймер ретінде жасаңыз. Оқыту кезінде синонаптикалық емес пластика жасушалық процестердің нәтижесінде пайда болуы мүмкін, дегенмен уақыт, тұрақтылық және сининтикалық емес пластикамен синаптикалық шығыс арасындағы байланыс нашар зерттелген. Зерттеулер нонаптикалық емес пластиканың есте сақтауды қалыптастыруда жанама, бірақ маңызды рөл атқаратынын көрсетті. Оқудың әсерінен туындаған синсинаптикалық емес серпімділік соманың деполяризациясымен байланысты.[5]

Классикалық кондиционер

Эксперименттер барысында синонапстық емес өзгерістер болатындығы анықталды шартты оқыту. Вуди т.б.[30] мұны көрсетті көз байлайтын кондиционер (EBC), мысықтағы жүйке құрылымдары мен механизмдерін зерттеуге арналған классикалық кондиционерлеу формасы, мысықтағы қозғыштық пен кірістің жоғарылауымен байланысты сенсомоторлы кортикальды аймақтар және бет ядросы. Классикалық кондиционерден қозудың жоғарылауы жауап тоқтатылғаннан кейін де жалғасқандығы байқалды. Бұл қозудың жоғарылауы жадты сақтау механизмі ретінде жұмыс істей алады деп болжайды.[5]

Қояндардағы көз байласуында синонстық емес өзгерістер бүкіл уақытта болды доральді гиппокамп. Бұл тек қозғыштықтың өзгеруі жадты сақтау үдерістерін түсіндіру үшін жеткіліксіз болғанымен, синаптикалық емес серпімділік уақытпен шектелген жад фазаларын сақтау тетігі болуы мүмкін екенін көрсетеді. Нонинаптикалық емес өзгерістер есте сақтау қабілетіне байланысты басқа да икемділік түрлеріне әсер етеді. Мысалы, депоноляризациясы сияқты синонаптикалық емес өзгеріс тыныштық мембраналық потенциалы шартты оқытудың нәтижесі болашақ оқуда синаптикалық икемділікке әкелуі мүмкін.[5]

Оқу ережелері және үнемдеу

Ережелерді білу қабілеті сининаптикалық емес пластикадан тәуелді. Бір зерттеу егеуқұйрықтарды әртүрлі иістерді ажыратуға үйретуге тырысты және оларды алғашқы жұп жұпты ажырата білуге ​​үйрету бірнеше күнді алды. Алайда, мұны білгеннен кейін егеуқұйрық әртүрлі иістерді тезірек ажырата білді. Осы егеуқұйрықтардағы пирамидалы нейрондардың қозғыштығының өзгеруі жаттығудан кейін үш күн бойы байқалды. Бұл өзгерістер ақырында жоғалып кетті, бұл нейрондар жадты сақтауға емес, ережелерді білуге ​​қатысады деген болжам жасады.[5] Даудаль мен Дебанн синаптикалық икемділік үшін анықталған бірдей оқыту ережелері мен индукциялық механизмдердің иондық каналдарға әсер ететін синапстық емес икемділікке де қатысты екенін анықтауға тырысты. Олар нонинаптикалық емес және синаптикалық икемділіктің жалпы оқыту ережелері мен индукция жолдарын бөлетіндігін анықтады, мысалы. NMDA рецепторы тәуелді ұзақ мерзімді күшейту (LTP) және ұзақ мерзімді депрессия (LTD). Олар синонетикалық емес және синаптикалық пластиканың синергетикалық түрде когерентті болатындығын көрсетті бағдарламалар жад іздерін сақтау үшін.[22]

Үнемдеу дегеніміз - бұл ұмытылған ақпаратты бастапқыда білгеннен гөрі тезірек білу мүмкіндігі. Нонапсикалық емес серпімділік - бұл үнемдеудің мүмкін механизмі. Жаттығу процедуралары кезінде көптеген нейрондарда ішкі қозғыштық жоғарылайды. Бұл қозғыштықтың жоғарлауы жады жоғалғаннан кейін де сақталады.[5][23]

Затқа тәуелділік

Зиянды есірткі әдетте әсер етеді мезолимбиялық жүйе, немесе нақтырақ айтқанда сыйақы жолы жүйке жүйесінің. Жалпы қолданылған есірткілердің арасында никотин никотиндік холинергиялық синапстың ең күшті агонистерінің бірі болып табылады.[31] Ацетилхолинмен (ACh) бәсекелес никотин синонстық емес, алдын ала, никотиндік ацетилхолин рецепторы (nAChRs) мембрана потенциалының өзгеруін бастау және жасушаішілік Са-ны тарату2+ сигнал, осылайша нейротрансмиттердің босатылуын ынталандырады. Кальций тогының орта және nAChR белсенділігінің сипаттамалық рөлі басқа Ca-ға қарағанда кернеуге тәуелді болады2+ өткізгіш иондық каналдар, сонымен қатар уақытша және кеңістіктік таралуы әр түрлі, нәтижесінде синаптикалық емес nAChR белсенділігі зат тәуелділігін үйренуге ықпал етіп, синаптикалық күшейту индукциясын күшейтеді.[32]

Ауруға қосымшалар

Зақымданғаннан кейін

Нонинаптикалық емес икемділік әсерін азайту үшін жұмыс істей алады мидың зақымдануы. Біреуі вестибулярлық нервтер зақымдалған, нейрондардың ату жылдамдығының диспропорциясы вестибулярлық ядролар қажет емес вестибулярлық рефлекстерді тудырады. Бұл зақымданудың белгілері уақыт өте келе жоғалады. Бұл вестибулярлық ядро ​​нейрондарының ішкі қозғыштығының өзгеруіне байланысты болуы мүмкін.[23][33]

Ұстама белсенділігі

Нонсинптикалық емес пластика да маңызды рөл атқарады ұстама белсенділік. Фебрильді ұстамалар, өмірдің басында температураның жоғарылауына байланысты ұстамалар гиппокампальды нейрондардың қозғыштығының жоғарылауына әкелуі мүмкін. Бұл нейрондар конвульсант агенттеріне өте сезімтал болады. Өмірдің басында ұстамалар сининаптикалық емес механизмдер арқылы бірнеше рет ұстаманы тудыруы мүмкін екендігі көрсетілген.[34]

Жарақат, оның ішінде инсульт нәтижесі кортикальды жиі жарақат алады эпилепсия. Қозғыштықтың жоғарылауы және NMDA электрөткізгіштік эпилепсиялық белсенділікке әкеліп соқтырады, бұл жарақаттан кейін эпилепсияны тудыратын механизм синонаптикалық емес пластика болуы мүмкін.[35]

Аутизм

Вальпрой қышқылы (VPA) - бұл емдеу әдісі эпилепсия, мигрень, және биполярлық бұзылыс көптеген жағдайларға байланысты болды, соның ішінде аутизм. Ан аутизмнің жануарлар моделі онда жүкті егеуқұйрықтарға VPA беріледі. Ұрпақтар аутизммен ауыратын адамдарға ұқсас белгілерге ие. Туылғаннан кейін көп ұзамай, бұл жануарлар қозғыштығының төмендеуін және жоғарылауын көрсетті NMDA ағымдар. Бұл әсерлер өмірдің кейінгі кезеңдерінде түзетіледі. Бұл жануарлардың ішкі қозғыштығының өзгеруі гомеостатикалық пластиканың бір түрі болып табылатын NMDA токтарының желілік белсенділікке әсерін өтеуге көмектесті. Бұл NMDA токтарының күшеюіне әкелетін зиянды әсерлерді делдал етуге көмектеседі деп саналады.[36]

Қазіргі және болашақтағы зерттеулер

Нонаптикалық емес пластиканы кеңірек түсіну үшін қосымша зерттеулер қажет. 2010 жылғы қаңтардағы жағдай бойынша әрі қарай зерттеу керек тақырыптар қамтиды:

  • Нейрондық желілердегі жергілікті және ғаламдық қозғыштықтың өзгеруі және есте сақтауды сақтау[5]
  • Оқуға тәуелді қозғыштық индукциясының ерекшелігі өзгереді[5]
  • Фармацевтикалық өнімдермен немесе генетикалық мутациялармен оқудың тәуелді қозғыштығының өзгеруі және олардың есте сақтау қабілетіне әсері[5]
  • Синапстық және бейсинаптикалық икемділіктің молекулалық механизмдерінің ұқсастығы[5]
  • Нонаптикалық емес пластиканың in vivo үлгілерін in vitro нәтижелерімен салыстыру[5]
  • Нейрондық белсенділіктен туындаған ген экспрессиясының өзгерістері[37]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б Бирн, Джон Х. (1997). «Синаптикалық пластика». Неврология онлайн. Хьюстондағы UT медициналық мектебі. Алынған 28 қазан, 2011.
  2. ^ а б c Кеменес I, Страуб В.А., Никитин Э.С., Старас К, О'Ши М, Кеменес Г, Бенджамин PR (шілде 2006). «Ұзақ мерзімді ассоциативті жадыдағы синонаптикалық емес нейрондық пластиканың рөлі». Қазіргі биология. 16 (13): 1269–79. дои:10.1016 / j.cub.2006.05.049. PMID  16824916. S2CID  16726488.
  3. ^ а б c Hansel C, Linden DJ, D'Angelo E (мамыр 2001). «Параллельді талшықтан тыс LTD: мишықтағы синаптикалық және синаптикалық емес пластиканың әртүрлілігі». Табиғат неврологиясы. 4 (5): 467–75. дои:10.1038/87419. PMID  11319554. S2CID  13919286.
  4. ^ а б Desai NS, Rutherford LC, Turrigiano GG (1999). «BDNF кортикальды нейрондардың ішкі қозғыштығын реттейді». Оқыту және есте сақтау. 6 (3): 284–91. дои:10.1101 / lm.6.3.284 (белсенді емес 2020-10-22). PMC  311300. PMID  10492010.CS1 maint: DOI 2020 жылдың қазанындағы жағдай бойынша белсенді емес (сілтеме)
  5. ^ а б c г. e f ж сағ мен j к л м n o Mozzachiodi R, Byrne JH (қаңтар 2010). «Синаптикалық пластикадан гөрі: синапстық емес пластиканың оқудағы және есте сақтаудағы рөлі». Неврология ғылымдарының тенденциялары. 33 (1): 17–26. дои:10.1016 / j.tins.2009.10.001. PMC  2815214. PMID  19889466.
  6. ^ а б Дебанн Д, Копысова И.Л., Брас Н, Ферран Н (қыркүйек 1999). «Гиппокампадағы аксоналды А тәрізді калий өткізгіштігінің әсер ету потенциалының таралуының шегі: синаптикалық емес пластиканың жаңа түрі». Физиология журналы, Париж. 93 (4): 285–96. дои:10.1016 / S0928-4257 (00) 80057-1. PMID  10574118. S2CID  30737916.
  7. ^ Шидловска К, Тимиански М (ақпан 2010). «Кальций, ишемия және экзитотоксичность». Кальций жасушасы. 47 (2): 122–9. дои:10.1016 / j.ceca.2010.01.003. PMID  20167368.
  8. ^ Bakkum DJ, Chao ZC, Potter SM (мамыр 2008). «Кортикальды желілердегі ұзақ мерзімді белсенділікке тәуелді әрекет потенциалының таралуының кешігу және амплитудасы». PLOS ONE. 3 (5): e2088. Бибкод:2008PLoSO ... 3.2088B. дои:10.1371 / journal.pone.0002088. PMC  2324202. PMID  18461127. ашық қол жетімділік
  9. ^ Дебанн Д, Гахвилер Б.Х., Томпсон С.М. (1996). «In vitro егеуқұйрық гиппокампусындағы жеке пирамидалық жасушалар арасындағы синаптикалық және синапстық емес пластика». Физиология журналы, Париж. 90 (5–6): 307–9. дои:10.1016 / s0928-4257 (97) 87903-x. PMID  9089497. S2CID  31639170.
  10. ^ Ахмед З, Виерашко А (қаңтар 2009). «Белсенділікке тәуелді аксондық пластика: электрлік ынталандырудың in vitro тінтуірдің жүйке жүйесінен алынған күрделі әсер потенциалына әсері». Ашық неврология журналы. 3 (1): 6. Бибкод:2009ONMJ .... 1 .... 6P. дои:10.2174/1874082000903010001. S2CID  14646213.
  11. ^ Лин Дж., Джу В, Фостер К, Ли Ш., Ахмадиан Г, Вышынский М және т.б. (Желтоқсан 2000). «АМПА рецепторларының интерактивизациясының ерекше молекулалық механизмдері және дивергентті эндоцитотикалық жолдары». Табиғат неврологиясы. 3 (12): 1282–90. дои:10.1038/81814. PMID  11100149. S2CID  18109725.
  12. ^ O'Dell TJ, Kandel ER (1994). «Төмен жиіліктегі стимуляция NMDA рецепторлары арқылы протеин фосфатазаларының активациясы арқылы LTP-ны жояды». Оқыту және есте сақтау. 1 (2): 129–139. дои:10.1101 / lm.1.2.129 (белсенді емес 2020-10-22). PMID  10467591.CS1 maint: DOI 2020 жылдың қазанындағы жағдай бойынша белсенді емес (сілтеме)
  13. ^ Stemmler M, Koch C (маусым 1999). «Кернеуге тәуелді өткізгіштіктер нейрондық ату жылдамдығымен кодталған ақпаратты көбейту үшін қалай бейімделе алады». Табиғат неврологиясы. 2 (6): 521–7. дои:10.1038/9173. PMID  10448216. S2CID  15134486.
  14. ^ а б Scheler G (2017). «Логарифмдік үлестірулер ішкі оқытудың Хеббиан екенін дәлелдейді». F1000Зерттеу. 6: 1222. arXiv:1410.5610. дои:10.12688 / f1000 зерттеу.12130.2. PMC  5639933. PMID  29071065.
  15. ^ Corner MA, Ramakers GJ (қаңтар 1992). «Мидың дамуындағы эпигенетикалық фактор ретінде өздігінен ату - созылмалы тетродотоксин мен пикротоксиннің өсірілген егеуқұйрық неокортекс нейрондарына әсер етуінің физиологиялық салдары». Миды зерттеу. Даму миын зерттеу. 65 (1): 57–64. дои:10.1016 / 0165-3806 (92) 90008-K. PMID  1551233.
  16. ^ Турригиано Г.Г., Лесли К.Р., Десаи Н.С., Резерфорд ЛК, Нельсон С.Б (ақпан 1998). «Неокортикальды нейрондардағы кванттық амплитуданың белсенділікке тәуелді масштабталуы». Табиғат. 391 (6670): 892–6. Бибкод:1998 ж.391..892T. дои:10.1038/36103. PMID  9495341. S2CID  4328177.
  17. ^ Mahon S, Charpier S (тамыз 2012). «Ішкі қозғыштықтың екі бағытты икемділігі in vivo 5 қабатты кортекс нейрондарының қабатындағы сенсорлық кірістердің тиімділігін басқарады». Неврология журналы. 32 (33): 11377–89. дои:10.1523 / JNEUROSCI.0415-12.2012. PMC  6621180. PMID  22895720.
  18. ^ Keck T, Keller GB, Jacobsen RI, Eysel UT, Bonhoeffer T, Hübener M (қазан 2013). «In vivo тінтуірдің визуалды қабығындағы синаптикалық масштабтау және гомеостатикалық пластика». Нейрон. 80 (2): 327–34. дои:10.1016 / j.neuron.2013.08.018. PMID  24139037. S2CID  13151568.
  19. ^ Scheler G (2014). «Орташа тікенекті нейрондарда ішкі қозғыштықты үйрену». F1000Зерттеу. 2: 88. дои:10.12688 / f1000 зерттеу.2-88.v2. PMC  4264637. PMID  25520776.
  20. ^ а б Фрик А, Мэйджи Дж, Джонстон Д (ақпан 2004). «LTP пирамидалы дендриттердің күшейтілген жергілікті қозғыштығымен бірге жүреді». Табиғат неврологиясы. 7 (2): 126–35. дои:10.1038 / nn1178. PMID  14730307. S2CID  11964239.
  21. ^ а б Sjöström PJ, Rancz EA, Roth A, Häusser M (сәуір, 2008). «Дендриттік қозғыштық және синаптикалық икемділік». Физиологиялық шолулар. 88 (2): 769–840. дои:10.1152 / physrev.00016.2007. PMID  18391179. S2CID  1261675.
  22. ^ а б Даудал Г, Дебанн Д (2003). «Ішкі қозғыштықтың ұзақ мерзімді пластикасы: оқыту ережелері мен механизмдері». Оқыту және есте сақтау. 10 (6): 456–65. дои:10.1101 / lm.64103. PMID  14657257.
  23. ^ а б c г. e Zhang W, Linden DJ (қараша 2003). «Энграмманың екінші жағы: нейрондардың ішкі қозғыштығының тәжірибеге негізделген өзгерістері». Табиғи шолулар. Неврология. 4 (11): 885–900. дои:10.1038 / nrn1248. PMID  14595400. S2CID  17397545.
  24. ^ Дебанн Д, Инглеберт Ю, Рассье М (ақпан 2019). «Ішкі нейрондық қозғыштықтың пластикасы» (PDF). Нейробиологиядағы қазіргі пікір. 54: 73–82. дои:10.1016 / j.conb.2018.09.001. PMID  30243042. S2CID  52812190.
  25. ^ Трич, Джохен. «Жеке модельдік нейрондардағы меншікті және синаптикалық икемділік арасындағы синергиялар. " Нейрондық ақпаратты өңдеу жүйесіндегі жетістіктер. 2004.
  26. ^ В. Чжан және Д. Дж. Линден. Энграмманың екінші жағы: Тәжірибеге негізделген нейрондардың ішкі қозғыштығының өзгеруі. Табиғи шолулар неврология, 4: 885-900, 2003.
  27. ^ Т.Монк, К.Савин және Дж.Лакк. «Стимулдың қарқындылығын оңтайлы жүйке шығару. «Ғылыми баяндамалар, 8: 1, 2018 ж.
  28. ^ Т.Монк, С.Савин және Дж.Лакк. Ішкі пластикамен жабдықталған нейрондар тітіркендіргіштердің қарқындылығы статистикасын біледі. Нейрондық ақпаратты өңдеу жүйесіндегі жетістіктер. 2016.
  29. ^ Grasselli G, Boele HJ, Titley HK, Bradford N, van Beers L, Jay L және т.б. (Қаңтар 2020). "SK2 channels in cerebellar Purkinje cells contribute to excitability modulation in motor-learning-specific memory traces". PLOS биологиясы. 18 (1): e3000596. дои:10.1371/journal.pbio.3000596. PMC  6964916. PMID  31905212.
  30. ^ Woody CD, Black-Cleworth P (November 1973). "Differences in excitability of cortical neurons as a function of motor projection in conditioned cats". Нейрофизиология журналы. 36 (6): 1104–16. дои:10.1152/jn.1973.36.6.1104. PMID  4761722.
  31. ^ Kauer JA, Malenka RC (November 2007). "Synaptic plasticity and addiction". Табиғи шолулар. Неврология. 8 (11): 844–58. дои:10.1038/nrn2234. PMID  17948030. S2CID  38811195.
  32. ^ Dani JA, Ji D, Zhou FM (August 2001). "Synaptic plasticity and nicotine addiction". Нейрон. 31 (3): 349–52. дои:10.1016/S0896-6273(01)00379-8. PMID  11516393. S2CID  10062998.
  33. ^ Darlington CL, Dutia MB, Smith PF (June 2002). "The contribution of the intrinsic excitability of vestibular nucleus neurons to recovery from vestibular damage". Еуропалық неврология журналы. 15 (11): 1719–27. дои:10.1046/j.1460-9568.2002.02024.x. PMID  12081651. S2CID  19939794.
  34. ^ Bender RA, Dubé C, Gonzalez-Vega R, Mina EW, Baram TZ (2003). "Mossy fiber plasticity and enhanced hippocampal excitability, without hippocampal cell loss or altered neurogenesis, in an animal model of prolonged febrile seizures". Гиппокамп. 13 (3): 399–412. дои:10.1002/hipo.10089. PMC  2927853. PMID  12722980.
  35. ^ Bush PC, Prince DA, Miller KD (October 1999). "Increased pyramidal excitability and NMDA conductance can explain posttraumatic epileptogenesis without disinhibition: a model". Нейрофизиология журналы. 82 (4): 1748–58. дои:10.1152/jn.1999.82.4.1748. PMID  10515964. S2CID  5927906.
  36. ^ Walcott EC, Higgins EA, Desai NS (September 2011). "Synaptic and intrinsic balancing during postnatal development in rat pups exposed to valproic acid in utero". Неврология журналы. 31 (37): 13097–109. дои:10.1523/JNEUROSCI.1341-11.2011. PMC  6623264. PMID  21917793.
  37. ^ Leslie JH, Nedivi E (August 2011). "Activity-regulated genes as mediators of neural circuit plasticity" (PDF). Нейробиологиядағы прогресс. 94 (3): 223–37. дои:10.1016/j.pneurobio.2011.05.002. hdl:1721.1/102275. PMC  3134580. PMID  21601615.