Войти
Нейронная поддержка, также известная как облегчение парных импульсов (PPF ), является феноменом в нейробиологии, в котором постсинаптические потенциалы (PSP) (EPP, EPSP или IPSP ), вызванные импульсом, являются увеличивается, когда этот импульс следует за предыдущим импульсом. PPF, таким образом, является формой краткосрочной синаптической пластичности. Механизмы, лежащие в основе нейрональной фасилитации, являются исключительно пресинаптическими; Вообще говоря, PPF возникает из-за повышенной пресинаптической концентрации Ca., приводящей к большему высвобождению содержащих нейротрансмиттер синаптических пузырьков. Нейронная фасилитация может быть задействована в нескольких нейронных задачах, включая простое обучение, обработку информации и локализацию источника звука.
Ca. играет важную роль в передаче сигналов в химических синапсах. Управляемые по напряжению Ca. каналы расположены внутри пресинаптического терминала. Когда потенциал действия проникает в пресинаптическую мембрану, эти каналы открываются, и Ca. входит. Более высокая концентрация Ca. позволяет синаптическим пузырькам сливаться с пресинаптической мембраной и высвобождать их содержимое (нейротрансмиттеры ) в синаптическую щель для окончательного контакта с рецепторами в постсинаптической мембране. Количество выпущенного нейротрансмиттера коррелирует с количеством поступающего Ca.. Следовательно, кратковременное облегчение (STF) является результатом накопления Са. в пресинаптическом окончании, когда потенциалы действия распространяются близко друг к другу во времени.
Содействие возбуждающему постсинаптическому процессу. текущий (EPSC) может быть количественно определен как отношение последующих сильных сторон EPSC. Каждый EPSC запускается пресинаптической концентрацией кальция и может быть аппроксимирован следующим образом:
EPSC = k ([Ca. ]пресинаптический) = k ([Ca. ]rest + [ Ca. ]приток + [Ca. ]остаток)
, где k - постоянная величина.
Упрощение = EPSC 2 / EPSC 1 = (1 + [Ca. ]остаточный / [Ca. ]приток) - 1
Ранние эксперименты Del Castillo Katz в 1954 г. и Dudel Kuffler в 1968 году показали, что фасилитация возможна в нервно-мышечном соединении, даже если высвобождение медиатора не происходит, что указывает на то, что фасилитация является исключительно пресинаптическим феноменом.
Кац и Миледи предложили гипотезу остаточного Ca. Они приписали увеличение высвобождения нейромедиатора остаточному или накопленному Ca. («активный кальций») в мембране аксона, который остается прикрепленным к внутренней поверхности мембраны. Кац и Миледи манипулировали концентрацией Ca. внутри пресинаптическая мембрана, чтобы определить, есть ли остаточный Ca., остающийся внутри терминала после первого импульса, вызвал увеличение высвобождения нейромедиатора после второго стимула.
Во время первого нервного импульса концентрация Са. была либо значительно ниже, либо близка к концентрации второго импульса. Когда концентрация Ca. приближалась к концентрации второго импульса, облегчение усиливалось. В этом первом эксперименте стимулы предъявлялись с интервалами 100 мс между первым и вторым стимулами. Абсолютный рефрактерный период был достигнут, когда интервалы были разнесены примерно на 10 мс.
Чтобы исследовать фасилитацию во время более коротких интервалов, Кац и Миледи непосредственно прикладывали краткие деполяризующие раздражители к нервным окончаниям. При увеличении деполяризующего стимула с 1-2 мс высвобождение нейротрансмиттера сильно увеличивается из-за накопления активного Ca.. Следовательно, степень облегчения зависит от количества активного Ca., которое определяется снижением проводимости Ca. с течением времени, а также количеством удаленного с окончаний аксона после первого стимула. Облегчение является наибольшим, когда импульсы находятся ближе всего друг к другу, потому что проводимость Ca. не вернется к исходному уровню до второго стимула. Следовательно, как проводимость Ca., так и накопленный Ca. будут больше для второго импульса, когда он подан вскоре после первого.
В синапсе Чашечка Held краткосрочное облегчение (STF), как было показано, является результатом связывания остаточного Ca. с нейрональным датчиком Ca. 1 (NCS1). Напротив, было показано, что STF уменьшается, когда хелаторы Ca. добавляются к синапсу (вызывая хелатирование ), которые уменьшают остаточный Ca.. Следовательно, «активный Ca. » играет значительную роль в нейронном облегчении.
В синапсе между клетками Пуркинье было показано, что краткосрочное облегчение полностью опосредуется облегчением токов Ca. через потенциалзависимые кальциевые каналы.
Кратковременное синаптическое усиление - это часто подразделяются на категории облегчения, аугментации и потенции (также называемого посттетанической потенциацией или PTP ). Эти три процесса часто различаются по шкале времени: фасилитация обычно длится десятки миллисекунд, в то время как увеличение действует в масштабе времени порядка секунд, а потенциация - от десятков секунд до минут. Все три эффекта увеличивают вероятность высвобождения нейротрансмиттера из пресинаптической мембраны, но лежащий в основе механизм различен для каждого. Облегчение парных импульсов вызвано присутствием остаточного Ca., увеличение, вероятно, происходит из-за повышенного действия пресинаптического белка munc-13, а посттетаническая потенциация опосредуется пресинаптической активацией протеинкиназ. Тип синаптического усиления, наблюдаемый в данной клетке, также связан с изменчивой динамикой удаления Ca., которая, в свою очередь, зависит от типа стимулов; единичный потенциал действия ведет к облегчению, тогда как короткий столбняк обычно вызывает усиление, а более длительный столбняк ведет к потенцированию.
Кратковременная депрессия (ЗППП) действует в противоположном направлении облегчения, уменьшая амплитуду PSP. ЗППП возникает из-за уменьшения пула легко высвобождаемых везикул (RRP) в результате частой стимуляции. Инактивация пресинаптических Са. каналов после повторных потенциалов действия также вносит свой вклад в ЗППП. Депрессия и фасилитация взаимодействуют, создавая краткосрочные пластические изменения в нейронах, и это взаимодействие называется теорией пластичности двойного процесса . Базовые модели представляют эти эффекты как аддитивные, причем сумма создает чистое пластическое изменение (облегчение - депрессия = чистое изменение). Тем не менее, было показано, что депрессия возникает раньше на пути стимул-ответ, чем фасилитация, и поэтому играет роль в выражении фасилитации. Многие синапсы проявляют свойства облегчения и подавления. В целом, однако, синапсы с низкой начальной вероятностью высвобождения везикул с большей вероятностью демонстрируют облегчение, а синапсы с высокой вероятностью начального высвобождения везикул более склонны к депрессии.
Поскольку вероятность высвобождения везикул зависит от активности, синапсы могут действовать как динамические фильтры для передачи информации. Синапсы с низкой начальной вероятностью высвобождения везикул действуют как фильтры верхних частот : поскольку вероятность высвобождения мала, требуется более высокочастотный сигнал для запуска высвобождения, и, таким образом, синапс избирательно реагирует на высокочастотный сигналы. Аналогично, синапсы с высокой вероятностью начального высвобождения служат фильтрами нижних частот, реагируя на низкочастотные сигналы. Синапсы с промежуточной вероятностью высвобождения действуют как полосовые фильтры, которые выборочно реагируют на определенный диапазон частот. На эти характеристики фильтрации может влиять множество факторов, включая PPD и PPF, а также химические нейромодуляторы. В частности, поскольку синапсы с низкой вероятностью высвобождения чаще испытывают облегчение, чем депрессию, фильтры высоких частот часто преобразуются в полосовые фильтры. Точно так же, поскольку синапсы с высокой вероятностью начального высвобождения с большей вероятностью будут подвергаться депрессии, чем облегчению, фильтры нижних частот также часто становятся полосовыми фильтрами. Между тем, нейромодуляторы могут влиять на краткосрочную пластичность. В синапсах с промежуточной вероятностью высвобождения свойства отдельного синапса будут определять, как синапс изменяется в ответ на стимулы. Эти изменения в фильтрации влияют на передачу и кодирование информации в ответ на повторяющиеся стимулы.
У людей локализация звука в первую очередь достигается с использованием информации о том, как Интенсивность и время звука варьируются от каждого уха. Нейронные вычисления, включающие эти межуальные различия интенсивности (IID) и межуальные различия во времени (ITD), обычно выполняются в разных проводящих путях в головном мозге. Краткосрочная пластичность, вероятно, помогает различать эти два пути: краткосрочная фасилитация доминирует в траекториях интенсивности, тогда как краткосрочная депрессия доминирует в темпоральных путях. Эти разные типы кратковременной пластичности допускают различные виды фильтрации информации, тем самым способствуя разделению двух видов информации на отдельные потоки обработки.
Возможности фильтрации краткосрочной пластичности также могут помочь с кодированием информации, относящейся к амплитудной модуляции (AM). Кратковременная депрессия может динамически регулировать усиление на высокочастотных входах и, таким образом, может позволить расширить высокочастотный диапазон для AM. Смесь облегчения и подавления также может помочь в кодировании AM, приводя к фильтрации скорости.
