Несинаптическая пластичность - это форма нейропластичности, которая включает модификацию функции ионных каналов в аксоне , дендритах и теле клетки, что приводит к специфическим изменениям интеграции возбуждающих постсинаптических потенциалов и тормозных постсинаптических потенциалов . Несинаптическая пластичность - это модификация внутренней возбудимости нейрона. Он взаимодействует с синаптической пластичностью , но считается отдельной сущностью от синаптической пластичности. Внутренняя модификация электрических свойств нейронов играет роль во многих аспектах пластичности отгомеостатическая пластичность по отношению к обучению и самой памяти . Несинаптическая пластичность влияет на синаптическую интеграцию , подпороговое распространение , генерацию спайков и другие фундаментальные механизмы нейронов на клеточном уровне. Эти индивидуальные изменения нейронов могут привести к изменениям в высших функциях мозга , особенно в обучении и памяти. Однако в связи с появлением новой области нейробиологии большая часть знаний о несинаптической пластичности является неопределенной и все еще требует дальнейшего изучения, чтобы лучше определить ее роль в функции и поведении мозга.
Против. синаптическая пластичность
Нейропластичность - это способность определенной части или области нейрона изменяться в силе с течением времени. Существует две общепризнанные категории пластичности: синаптическая и несинаптическая. Синаптическая пластичность напрямую связана с силой связи между двумя нейронами, включая количество нейромедиатора, высвобождаемого пресинаптическим нейроном , и ответ, генерируемый в постсинаптическом нейроне . Несинаптическая пластичность включает изменение возбудимости нейронов в аксоне , дендритах и соме отдельного нейрона, удаленного от синапса.
Синаптическая пластичность
Синаптическая пластичность - это способность синапса между двумя нейронами изменять силу с течением времени. Синаптическая пластичность вызвана изменениями в использовании синаптического пути, а именно, частоты синаптических потенциалов и рецепторов, используемых для передачи химических сигналов. Синаптическая пластичность играет большую роль в обучении и памяти мозга. Синаптическая пластичность может происходить посредством внутренних механизмов, в которых изменения силы синапсов происходят из-за его собственной активности, или посредством внешних механизмов, в которых изменения силы синапсов происходят через другие нервные пути. Кратковременная ингибирующая синаптическая пластичность часто возникает из-за ограниченного поступления нейромедиаторов в синапс, а длительное ингибирование может происходить из-за снижения экспрессии рецепторов в постсинаптической клетке . Краткосрочная комплементарная синаптическая пластичность часто возникает из-за остаточного или увеличенного ионного потока либо в пресинаптическом, либо в постсинаптическом терминале, в то время как долговременная синаптическая пластичность может происходить за счет увеличения производства AMPA и NMDA рецепторов глутамата, среди прочего, в постсинаптической клетке. [1]
Несинаптическая пластичность
Для сравнения, несинаптическая пластичность - менее известная и несколько новая и продолжающаяся область исследований в нейробиологии. Это проявляется в изменении характеристик несинаптических структур, таких как сома (биология) , аксон или дендриты. Несинаптическая пластичность может иметь краткосрочные или долгосрочные последствия. Один из способов возникновения этих изменений - модификация потенциал-управляемых каналов в дендритах и аксоне, которая изменяет интерпретацию возбуждающих или тормозных потенциалов, передаваемых в клетку. Например, аксональная несинаптическая пластичность может наблюдаться, когда потенциал действия не достигает пресинаптического терминала из-за низкой проводимости или накопления ионов. [2]
Синергетические эффекты
Общие возбуждающие эффекты
Было показано, что несинаптическая и синаптическая пластичность работают одновременно различными способами, вызывая стимулирующие эффекты в нейроне. Это включает генерацию спайков, продукт несинаптической регуляции калиевых и других пресинаптических ионных каналов, которые увеличивают ответ возбуждающего постсинаптического потенциала за счет высвобождения нейротрансмиттера и увеличения потенциала действия. [3] Несинаптическая дендритная пластичность также усиливает эффекты синаптической пластичности за счет расширения потенциала действия. Как будет обсуждаться далее, нейротрофический фактор головного мозга (BNDF) продуцируется нейронами для координации несинаптической и синаптической пластичности. [4] Несинаптические изменения в сомальном теле, аксоне или дендритах нейрона неразрывно связаны с синаптической силой.
Интеграция в памяти и обучении
Хотя о роли синаптической пластичности в памяти и обучении известно гораздо больше, как синаптическая, так и несинаптическая пластичность важны для памяти и обучения в мозге. Существует много свидетельств того, что оба механизма работают для достижения наблюдаемых эффектов синергетически. Ключевым примером этого является формирование памяти в синапсе, при котором модификация пресинаптических механизмов высвобождения и постсинаптических рецепторов влияет либо на долгосрочную потенциацию, либо на депрессию. С другой стороны, непрерывная сомальная деполяризация была предложена как метод обучения поведению и памяти с помощью несинаптической пластичности. Несинаптическая пластичность также увеличивает эффективность формирования синаптической памяти за счет регулирования потенциал-управляемых ионных каналов . Несинаптическая пластичность - это механизм, ответственный за модификации этих каналов в аксоне, приводящий к изменению силы потенциала действия нейронов, неизменно влияя на силу синаптических механизмов и, таким образом, на глубину и длину кодирования памяти. [5] [6]
Регулирование синаптической пластичности
Несинаптическая пластичность также имеет способность регулировать эффекты синаптической пластичности посредством механизмов отрицательной обратной связи . Изменение количества и свойств ионных каналов в аксоне или дендритах может уменьшить эффекты гиперстимулированного синапса. [5] [6] В случае чрезмерного перевозбуждения этих ионных каналов произойдет обратный поток ионов в клетку, что приведет к эксайтотоксичности и гибели клетки в результате апоптоза или некроза . [7]
Внутренние механизмы
Несинаптические нейрональные области, такие как аксон, также обладают качествами, которые влияют на синапс. Эти важные механизмы включают задержку деполяризации, которой подвергается потенциал действия при движении вниз по аксону. Это внутреннее качество замедляет распространение потенциалов действия и связано с движением деполяризующего тока по цитоплазме и прерывистым размещением натриевых каналов в узлах Ранвье . Эти механизмы существуют всегда, но могут меняться в зависимости от состояния клеточной сомы, аксона и дендритов в данный момент. Следовательно, латентность или задержка в распространении потенциалов действия или возбуждающих постсинаптических потенциалов может быть переменной. Каждый возбуждающий постсинаптический потенциал, который передается в постсинаптическую клетку, сначала передается через потенциал действия вниз по аксону в пресинаптической клетке, и, таким образом, несинаптическая пластичность по своей сути влияет на синаптическую пластичность. [1]
Типы
Собственная возбудимость нейрона
Возбудимость нейрона в любой момент зависит от внутренних и внешних условий клетки во время стимуляции. Поскольку нейрон обычно принимает несколько входящих сигналов одновременно, распространение потенциала действия зависит от интеграции всех входящих возбуждающих и тормозных постсинаптических потенциалов, поступающих на бугорок аксона . Если сумма всех возбуждающих и тормозных сигналов деполяризует клеточную мембрану до порогового напряжения, возникает потенциал действия. Изменение собственной возбудимости нейрона приведет к изменению функции этого нейрона.
Генерация шипа
Несинаптическая пластичность оказывает возбуждающее действие на образование шипов . Увеличение генерации спайка коррелирует с уменьшением порога шип , [3] ответа от nonsynaptic пластичности. Этот ответ может быть результатом модуляции определенных пресинаптических токов K + (ионов калия) (I A , I K, Ca и I Ks ), которые работают для увеличения возбудимости сенсорных нейронов, расширения потенциала действия и усиления нейротрансмиттера. релиз. Эти модуляции проводимости K + служат общими механизмами регулирования возбудимости и синаптической силы . [5]
Регулирование синаптической пластичности
Несинаптическая пластичность связана с синаптической пластичностью как через синергетические, так и через регуляторные механизмы. Степень синаптической модификации определяет полярность несинаптических изменений, влияющих на изменение клеточной возбудимости. Умеренные уровни синаптической пластичности вызывают несинаптические изменения, которые будут действовать синергетически с синаптическими механизмами для усиления ответа. Напротив, более устойчивые уровни синаптической пластичности будут вызывать несинаптические ответы, которые будут действовать как механизм отрицательной обратной связи . Механизмы отрицательной обратной связи работают для защиты от насыщения или подавления активности цепи в целом. [5]
Аксональная модуляция
Аксональная модуляция - это тип пластичности, при котором изменяется количество, активность или расположение ионных каналов в аксоне. Это заставляет нейрон вести себя по-разному при стимуляции. Модуляция ионных каналов - это ответ на изменение частот стимуляции нейрона.
Пластичность распространения
Поскольку это суммирование потенциалов действия, которое в конечном итоге приводит к пересечению пороговой поляризации, временная взаимосвязь различных входных сигналов очень важна для определения того, сработает ли и когда постсинаптический нейрон. Со временем время, необходимое потенциалу действия для распространения по длине конкретного аксона, может измениться. В одном эксперименте решетки из многоэлектродов использовались для измерения времени, необходимого для прохождения потенциалов действия от одного электрода к другому, называемого задержкой. Затем нейроны стимулировали, и значение задержки регистрировали с течением времени. Значения латентности менялись со временем, предполагая, что пластичность аксонов влияет на распространение потенциалов действия. [8]
Маневрирование
Шунтирование - это процесс, при котором каналы аксональных ионов открываются во время пассивного потока (не требующего ионного насоса ) подпороговой деполяризации по аксону. Обычно происходящее в точках ветвления аксонов [9], время открытия этих каналов по мере поступления подпорогового сигнала в область вызывает гиперполяризацию, которая вносится в пассивно протекающую деполяризацию. Следовательно, клетка способна контролировать, через какие ветви аксона протекает подпороговый ток деполяризации, в результате чего некоторые ветви аксона становятся более гиперполяризованными, чем другие. Эти различные мембранные потенциалы заставляют определенные области нейрона быть более возбудимыми, чем другие, в зависимости от конкретного местоположения и возникновения шунтирования.
Высокочастотная стимуляция
Краткосрочные эффекты: высокочастотная стимуляция нейрона в течение короткого периода времени увеличивает возбудимость нейрона за счет снижения количества напряжения, необходимого для активации потенциала действия. [3] Высокочастотная стимуляция приводит к увеличению внутриклеточной концентрации ионов натрия и кальция из-за многократного открытия потенциалзависимых натриевых и кальциевых каналов в аксоне и терминале. По мере увеличения частоты стимулов между каждым стимулом остается меньше времени для реполяризации клетки и возврата к нормальному потенциалу покоя . Следовательно, потенциал покоя становится более деполяризованным, а это означает, что для активации потенциала действия требуется меньший ток деполяризации.
Однако эта модуляция обычно длится очень недолго. Если стимуляция прекратится, нейрон вернется к своему исходному потенциалу покоя, поскольку ионные каналы и насосы имеют достаточно времени, чтобы восстановиться после последнего стимула.
Долгосрочные эффекты: высокочастотная стимуляция нейрона в течение длительного периода времени вызывает два результирующих нейронных изменения. Первоначально нейрон реагирует, как при кратковременной стимуляции, повышением возбудимости. Продолжение высокочастотной стимуляции после этого момента приводит к резкому необратимому изменению возбудимости. Когда концентрация натрия в аксоне достигает достаточно высокого уровня, натриевые / кальциевые насосы меняют направление потока, заставляя кальций импортироваться в клетку по мере того, как натрий выводится наружу. Повышенная концентрация кальция (и последующая деполяризация мембраны) инактивирует натриевые каналы и направляет их на эндоцитоз и лизосомальный гидролиз . [10] Это приводит к значительному уменьшению аксональных натриевых каналов, которые необходимы для распространения потенциала действия. Если стимуляция продолжается, в конце концов нейрон перестанет передавать потенциалы действия и умрет. Смерть нейронов из-за чрезмерной стимуляции называется эксайтотоксичностью .
Низкочастотная стимуляция
Краткосрочные эффекты: все живые нейроны обладают базовой скоростью распространения потенциала действия и синаптического высвобождения. Таким образом, низкочастотная стимуляция нейрона в краткосрочной перспективе аналогична активности нейрона в состоянии покоя в головном мозге. Никаких серьезных изменений во внутренней возбудимости нейрона не происходит.
Долгосрочные эффекты: низкочастотная стимуляция нейрона в течение длительного периода времени снижает возбудимость нейрона за счет активации кальций-зависимых фосфатаз, которые маркируют рецепторы AMPA для интернализации. [11] Низкочастотная стимуляция приводит к снижению уровня кальция в клетке. При низких концентрациях кальция активные кальций-зависимые фосфатазы преобладают над кальций-зависимыми киназами. По мере активации большего количества фосфатаз они маркируют большее количество рецепторов AMPA для интернализации через эндоцитоз. Поскольку рецепторы AMPA являются одними из основных возбуждающих рецепторов на нейронах, удаление их с клеточной мембраны эффективно подавляет клетку (если клетка не может реагировать на возбуждающие сигналы, она не может генерировать собственный потенциал действия). Таким путем стимуляции низкой частоты может реально изменить эффекты долгосрочного потенцирования , [12] , однако эти понятия , как правило , рассматриваются типы синаптической пластичности.
Гомеостатическая и геббовская пластичность
Нейроны центральной нервной системы (ЦНС) интегрируют сигналы от многих нейронов. В краткосрочной перспективе, важно , чтобы изменения в активности нейрона , так как это, как передается информация в нервной системе ( Хебб пластичности ). Однако для долгосрочной устойчивости дрейф в сторону возбудимости или невозбудимости нарушит способность схемы передавать информацию ( гомеостатическая пластичность ). Долгосрочная потенциация (ДП) вызывает более высокую частоту возбуждения в постсинаптических нейронах. Была выдвинута гипотеза, что внутренние свойства нейрона должны быть организованы таким образом, чтобы максимально использовать динамический диапазон, действуя как гомеостатический механизм. [13] Однако было показано, что внутренняя возбудимость следует логнормальному распределению, которое требует активного, хеббовского обучения, чтобы поддерживать его. [14] Исследования in vitro показали, что когда спонтанная активность нейрональных культур подавляется, нейроны становятся сверхвозбудимыми, а когда увеличение активности индуцируется в течение длительного времени, скорость возбуждения культуры падает. [15] [16] Напротив, существует множество свидетельств того, что противоположная форма регулирования, обучение по Хеббю или LTP-IE / LTD-IE, также имеет место [17], и теоретические аргументы показывают, что пластичность Хебба должна быть доминирующей формой. пластичности для собственной возбудимости. [14] Поскольку гомеостатическая пластичность также возникает между отдельными синапсами, [18] более ранняя точка зрения, предполагающая, что гомеостатическая пластичность и внутренняя пластичность связаны, не согласуется с доказательствами.
Механизм
Одним из механизмов сохранения динамического диапазона нейрона является синаптическое масштабирование , гомеостатическая форма пластичности, которая восстанавливает активность нейронов до нормальных «исходных» уровней путем изменения постсинаптического ответа синапсов нейрона в зависимости от активности. Гомеостатическая модуляция собственной возбудимости нейрона - еще один способ поддержания стабильности. Регулирование ионной проводимости может быть достигнуто несколькими способами, в основном за счет высвобождения нейромодуляторов, таких как дофамин , серотонин и т. Д. [19] Другой способ - через контролируемое высвобождение нейротрофического фактора головного мозга (BDNF). Также было обнаружено, что BDNF влияет на синаптическое масштабирование, предполагая, что этот нейротрофический фактор может быть ответственным за координацию синаптических и несинаптических механизмов в гомеостатической пластичности. [4]
Дендритная возбудимость
Дендриты - это области, ответственные за интеграцию входов от других нейронов . Одним из способов манипулирования нейронами интеграционных свойств дендритов является изменение количества и свойств потенциалзависимых ионных каналов. Индуцирование долговременной потенциации (ДП) в конкретном синапсе приводит к увеличению возбудимости дендритных ветвей, специфичных для этого синапса. [20] Дендритная возбудимость важна для распространения и интеграции синаптических сигналов. Считается, что дендритная возбудимость способствует усилению ES или увеличению вероятности того, что данный вход приведет к срабатыванию потенциала действия. [21]
Известно, что изменения возбудимости дендритов влияют на обратное распространение потенциала действия. Потенциалы действия начинаются около бугорка аксона и распространяются по длине аксона, но они также распространяются назад через сому в дендритную ветвь. Активное обратное распространение зависит от ионных каналов, и изменение плотности или свойств этих каналов может повлиять на степень ослабления сигнала . [21] Пластичность обратного распространения в дендритах происходит менее чем за одну минуту и длится более 25 минут. [22] Обратное распространение - это метод передачи сигналов в синапсы о срабатывании потенциала действия. Это важно для пластичности, зависящей от времени всплеска .
Собственная пластичность
Внутренняя пластичность - это форма зависимой от активности пластичности, отличной от синаптической пластичности , которая включает изменения в синапсе между двумя нейронами, а не изменения электрических свойств внутри одного нейрона. [23] [24] Есть некоторые тесно связанные явления, которые могут влиять на возбудимость нейрона, такие как нейромодуляция , структурная пластичность, кратковременная пластичность из-за кинетики канала и нервное развитие . [25] [26] Там нет единого мнения о количестве , что внутренняя пластичность регулирует, например , скорость стрельбы нейрона, его усиления или его внутренней концентрации кальция. Функционально внутренняя пластичность может позволить нейронам узнавать интенсивность стимулов и представлять эту статистику интенсивности в их возбудимости. [27] [28] Внутренняя пластичность способствует кодированию памяти и дополняет другие формы зависимой от активности пластичности, включая синаптическую пластичность . [29]
Высшая функция мозга
Долговременная ассоциативная память
Экспериментальные доказательства
Эксперимент Кеменеса и др . [2] продемонстрировали, что во внешнем модулирующем нейроне несинаптическая пластичность влияет на выражение долговременной ассоциативной памяти. Связь между несинаптической пластичностью и памятью оценивалась с использованием гигантских клеток головного мозга (CGC). Деполяризация от условных раздражителей усиливала реакцию нейрональной сети. Эта деполяризация длилась столько же, сколько и долговременная память . Устойчивая деполяризация и проявление поведенческой памяти произошли более чем через 24 часа после тренировки, что указывает на долгосрочные эффекты. В этом эксперименте электрофизиологическое выражение следа долговременной памяти было вызвано условным стимулом пищевым ответом. CGC были значительно более деполяризованы у обученных организмов, чем в контрольной группе, что указывает на связь с изменениями в обучении и возбудимости. Когда CGC были деполяризованы, они показали повышенный ответ на условные стимулы и более сильный ответ на фиктивное питание. Это показало, что деполяризации достаточно, чтобы вызвать значительную пищевую реакцию на условные раздражители. Кроме того, не наблюдалось существенной разницы в скорости питания между кондиционированными организмами и организмами, которые были искусственно деполяризованы, что подтверждает, что деполяризации достаточно для формирования поведения, связанного с долговременной памятью. [2]
Память для хранения
Несинаптическая активность клетки обычно выражается в изменении возбудимости нейронов. Это происходит за счет модуляции мембранных компонентов, таких как отдыхает и каналов напряжения закрытого и ионные насосы . Считается, что несинаптические процессы участвуют в хранении в памяти. Один из возможных механизмов этого действия включает маркировку нейрона, который недавно был активен, изменением возбудимости. Это поможет связать стимулы, разделенные во времени. Другой потенциальный механизм исходит из вычислительной модели, которая указывает, что несинаптическая пластичность может инициировать модификации в обучении, потому что изменения возбудимости могут регулировать порог синаптической пластичности. [5]
Емкость систем хранения синаптической памяти очень велика, что делает их привлекательным механизмом для изучения. В человеческом мозге примерно 10 4 синапсов на нейрон и 10 11 нейронов. [23] Несинаптическую пластичность часто упускают из виду просто потому, что ее емкость хранения не так высока. Регулирование плотности ионных каналов в аксоне и соме нейрона изменит пропускную способность и повлияет на все синапсы. Следовательно, его емкость хранения будет значительно меньше, чем у синаптической пластичности.
В то время как его емкость хранения слишком мала, чтобы сделать его единственным механизмом хранения, несинаптическая пластичность может вносить вклад в методы синаптического хранения. Было показано, что модуляция ионных каналов может происходить в таких небольших областях, как конкретные дендриты. [20] Эта специфичность делает емкость несинаптической пластичности большей, чем если бы это была модуляция целого нейрона. Процедурная память хорошо подходит для этого типа системы хранения, потому что она не требует высокой специфичности, как декларативная память. Обобщение двигательных задач и условных раздражителей может быть эффективным способом хранения этой информации. [23]
Обучение
Изменения возбудимости от обучения, которые действуют как часть следа памяти , действуют как праймеры для инициирования дальнейших изменений в нейронах или с помощью механизма кратковременного хранения кратковременной памяти. Несинаптическая пластичность может возникать во время обучения в результате клеточных процессов, хотя время, постоянство и взаимосвязь между несинаптической пластичностью и синаптическим выходом плохо изучены. Исследования показали, что несинаптическая пластичность играет косвенную, но важную роль в формировании воспоминаний. Несинаптическая пластичность, индуцированная обучением, связана с деполяризацией сомы. [5]
Классическое кондиционирование
Эксперименты показали, что во время условного обучения происходят несинаптические изменения . Вуди и др . [30] продемонстрировали, что кондиционирование морганием глаз (EBC), форма классического кондиционирования для изучения нейронных структур и механизмов, лежащих в основе обучения и памяти, у кошек связано с повышенной возбудимостью и повышением активности нейронов в сенсомоторных областях коры и в лицевом ядре . Было замечено, что повышение возбудимости от классического кондиционирования продолжалось после прекращения реакции. Это говорит о том, что повышенная возбудимость может функционировать как механизм хранения в памяти. [5]
При кондиционировании моргания у кроликов несинаптические изменения происходили по всему спинному гиппокампу . Это указывает на то, что хотя одних лишь изменений возбудимости недостаточно для объяснения процессов хранения в памяти, несинаптическая пластичность может быть механизмом хранения для фаз памяти, ограниченных временем. Несинаптические изменения влияют на другие типы пластичности, связанные с памятью. Например, несинаптическое изменение, такое как деполяризация мембранного потенциала покоя в результате условного обучения, может вызвать синаптическую пластичность в будущем обучении. [5]
Изучение правил и экономия
Способность изучать правила зависит от несинаптической пластичности. Одно исследование было направлено на то, чтобы научить крыс различать различные запахи, и потребовалось несколько дней, чтобы научить их различать первую пару запахов. Однако, узнав это, крыса смогла научиться различать разные запахи намного быстрее. Изменения возбудимости пирамидных нейронов у этих крыс наблюдались в течение трех дней после обучения. Эти изменения со временем исчезли, что свидетельствует о том, что нейроны участвовали в обучении правилам, а не в хранении памяти. [5] Даудал и Дебанн попытались определить, применимы ли те же правила обучения и механизмы индукции, определенные для синаптической пластичности, к несинаптической пластичности, влияющей на ионные каналы. Они определили, что несинаптическая и синаптическая пластичность имеют общие правила обучения и пути индукции, например, зависимую от рецептора NMDA долгосрочную потенциацию (LTP) и долгосрочную депрессию (LTD). Они также показали , что nonsynaptic и синаптическая пластичность синергический образует целостную инграмму для следов хранения памяти. [22]
Экономия - это способность повторно изучать забытую информацию намного быстрее, чем она была изучена изначально. Несинаптическая пластичность - возможный механизм этого эффекта экономии. Во время тренировочных процедур у многих нейронов повышается собственная возбудимость. Это повышение возбудимости сохраняется даже после исчезновения памяти. [5] [23]
Вещественная зависимость
Наркотики, вызывающие злоупотребление, обычно влияют на мезолимбическую систему или, более конкретно, на нервную систему, способствующую вознаграждению . Среди распространенных наркотиков никотин является одним из сильнейших агонистов никотинового холинергического синапса. [31] Никотин, конкурируя с ацетилхолином (ACh), действует через несинаптический, претерминальный никотиновый рецептор ацетилхолина (nAChR), инициируя изменение мембранного потенциала и распространяя внутриклеточный сигнал Ca 2+ , тем самым стимулируя высвобождение нейротрансмиттеров. Специфическая и характерная роль опосредованной кальциевым током активности nAChR имеет другую зависимость от напряжения, чем другие проницаемые для Ca 2+ ионные каналы, а также другое временное и пространственное распределение, и в результате несинаптическая активность nAChR увеличивает индукцию синаптической потенциации, содействие изучению зависимости от психоактивных веществ. [32]
Приложения к болезни
После повреждения
Несинаптическая пластичность может уменьшать последствия повреждения мозга . Когда один из вестибулярных нервов поврежден, несоответствие в скорости возбуждения нейронов в вестибулярных ядрах вызывает ненужные вестибулярные рефлексы. Симптомы этого повреждения со временем исчезают. Вероятно, это связано с модификациями собственной возбудимости нейронов вестибулярного ядра. [23] [33]
Судорожная активность
Несинаптическая пластичность также играет ключевую роль в судорожной активности. Лихорадочные припадки, припадки, вызванные лихорадкой в раннем возрасте, могут привести к повышенной возбудимости нейронов гиппокампа. Эти нейроны становятся очень чувствительными к возбудителям конвульсий. Было показано, что судороги в раннем возрасте могут предрасполагать один к большему числу приступов через несинаптические механизмы. [34]
Травма, в том числе инсульт, который приводит к повреждению коры головного мозга, часто приводит к эпилепсии . Повышенная возбудимость и проводимость NMDA приводят к эпилептической активности, предполагая, что несинаптическая пластичность может быть механизмом, посредством которого эпилепсия индуцируется после травмы. [35]
Аутизм
Вальпроевая кислота (VPA) - это средство для лечения эпилепсии , мигрени и биполярного расстройства , которое связано со многими состояниями, включая аутизм . Существует животная модель аутизма, в которой беременным крысам вводят VPA. У потомства есть черты, похожие на черты людей с аутизмом. Вскоре после рождения у этих животных наблюдается пониженная возбудимость и повышенные токи NMDA . Эти эффекты исправляются на более поздних этапах жизни. Изменения собственной возбудимости у этих животных помогли компенсировать влияние повышенных токов NMDA на сетевую активность, форму гомеостатической пластичности. Считается, что это помогает смягчить пагубные последствия, которые могут иметь повышенные токи NMDA. [36]
Текущие и будущие исследования
Для более широкого понимания несинаптической пластичности необходимы дополнительные исследования. Темы, требующие дальнейшего изучения, начиная с января 2010 г.[Обновить] включать:
- Локальные и глобальные изменения возбудимости в нейронных сетях и поддержание следов памяти [5]
- Специфика индукции изменений возбудимости, зависящей от обучения [5]
- Манипулирование изменениями возбудимости, зависящими от обучения, фармацевтическими препаратами или генетическими мутациями и их влияние на следы памяти [5]
- Сходство между молекулярными механизмами синаптической и несинаптической пластичности [5]
- Сравнение паттернов несинаптической пластичности in vivo с результатами in vitro [5]
- Изменения в экспрессии генов, вызванные нервной активностью [37]
Рекомендации
- ^ a b Бирн, Джон Х. (1997). «Синаптическая пластичность» . Neuroscience Online . Медицинская школа UT в Хьюстоне . Проверено 28 октября 2011 года .
- ^ а б в Кеменес И., Штрауб В.А., Никитин Е.С., Старас К., О'Ши М., Кеменес Г., Бенджамин П.Р. (июль 2006 г.). «Роль отсроченной несинаптической нейрональной пластичности в долговременной ассоциативной памяти». Текущая биология . 16 (13): 1269–79. DOI : 10.1016 / j.cub.2006.05.049 . PMID 16824916 . S2CID 16726488 .
- ^ а б в Hansel C, Linden DJ, D'Angelo E (май 2001 г.). «Beyond parallel fiber LTD: разнообразие синаптической и несинаптической пластичности в мозжечке». Природа Неврологии . 4 (5): 467–75. DOI : 10.1038 / 87419 . PMID 11319554 . S2CID 13919286 .
- ^ а б Десаи Н.С., Резерфорд Л.С., Турриджано Г.Г. (1999). «BDNF регулирует внутреннюю возбудимость нейронов коры» . Обучение и память . 6 (3): 284–91. doi : 10.1101 / lm.6.3.284 (неактивен 31 мая 2021 г.). PMC 311300 . PMID 10492010 .CS1 maint: DOI неактивен с мая 2021 г. ( ссылка )
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о Mozzachiodi R, Бирн JH (январь 2010 г.). «Больше, чем синаптическая пластичность: роль несинаптической пластичности в обучении и памяти» . Тенденции в неврологии . 33 (1): 17–26. DOI : 10.1016 / j.tins.2009.10.001 . PMC 2815214 . PMID 19889466 .
- ^ а б Дебанн Д., Копысова И.Л., Браш Х., Ферран Н. (сентябрь 1999 г.). «Стробирование распространения потенциала действия с помощью аксональной А-подобной калиевой проводимости в гиппокампе: новый тип несинаптической пластичности». Журнал физиологии, Париж . 93 (4): 285–96. DOI : 10.1016 / S0928-4257 (00) 80057-1 . PMID 10574118 . S2CID 30737916 .
- ^ Szydlowska K, Tymianski M (февраль 2010 г.). «Кальций, ишемия и эксайтотоксичность». Клеточный кальций . 47 (2): 122–9. DOI : 10.1016 / j.ceca.2010.01.003 . PMID 20167368 .
- ^ Баккум DJ, Чао З.С., Поттер С.М. (май 2008 г.). «Долговременная зависимая от активности пластичность задержки и амплитуды распространения потенциала действия в корковых сетях» . PLOS ONE . 3 (5): e2088. Bibcode : 2008PLoSO ... 3.2088B . DOI : 10.1371 / journal.pone.0002088 . PMC 2324202 . PMID 18461127 .
- ^ Дебанн Д., Гевилер Б. Х., Томпсон С. М. (1996). «Синаптическая и несинаптическая пластичность между отдельными пирамидными клетками в гиппокампе крысы in vitro». Журнал физиологии, Париж . 90 (5–6): 307–9. DOI : 10.1016 / s0928-4257 (97) 87903-X . PMID 9089497 . S2CID 31639170 .
- ^ Ахмед З., Верашко А. (январь 2009 г.). «Зависимая от активности аксональная пластичность: эффекты электрической стимуляции на потенциалы сложного действия, регистрируемые нервной системой мыши in vitro» . Открытый журнал неврологии . 3 (1): 6. Bibcode : 2009ONMJ .... 1 .... 6P . DOI : 10.2174 / 1874082000903010001 . S2CID 14646213 .
- ^ Lin JW, Ju W, Foster K, Lee SH, Ahmadian G, Wyszynski M и др. (Декабрь 2000 г.). «Четкие молекулярные механизмы и различные пути эндоцитоза интернализации рецептора AMPA». Природа Неврологии . 3 (12): 1282–90. DOI : 10.1038 / 81814 . PMID 11100149 . S2CID 18109725 .
- ^ О'Делл Т.Дж., Кандел Э.Р. (1994). «Низкочастотная стимуляция стирает LTP через активацию протеинфосфатаз, опосредованную рецептором NMDA» . Обучение и память . 1 (2): 129–139. doi : 10.1101 / lm.1.2.129 (неактивен 31 мая 2021 г.). PMID 10467591 .CS1 maint: DOI неактивен с мая 2021 г. ( ссылка )
- ^ Стеммлер М., Кох С. (июнь 1999 г.). «Как можно адаптировать зависящую от напряжения проводимость, чтобы максимизировать информацию, закодированную частотой нейрональных импульсов». Природа Неврологии . 2 (6): 521–7. DOI : 10,1038 / 9173 . PMID 10448216 . S2CID 15134486 .
- ^ а б Шелер Г (2017). «Логарифмические распределения доказывают, что внутреннее обучение - хеббийское» . F1000 Исследования . 6 : 1222. arXiv : 1410.5610 . DOI : 10,12688 / f1000research.12130.2 . PMC 5639933 . PMID 29071065 .
- ^ Corner MA, Ramakers GJ (январь 1992 г.). «Самопроизвольное возбуждение как эпигенетический фактор в развитии мозга - физиологические последствия хронического воздействия тетродотоксина и пикротоксина на культивируемые нейроны неокортекса крысы». Исследование мозга. Развитие мозга . 65 (1): 57–64. DOI : 10.1016 / 0165-3806 (92) 90008-K . PMID 1551233 .
- ^ Турриджиано Г.Г., Лесли К.Р., Десаи Н.С., Резерфорд Л.С., Нельсон С.Б. (февраль 1998 г.). «Активно-зависимое масштабирование квантовой амплитуды в нейронах неокортекса». Природа . 391 (6670): 892–6. Bibcode : 1998Natur.391..892T . DOI : 10.1038 / 36103 . PMID 9495341 . S2CID 4328177 .
- ^ Махон С., Шарпье С. (август 2012 г.). «Двунаправленная пластичность собственной возбудимости контролирует эффективность сенсорных входов в нейронах коры ствола 5 слоя in vivo» . Журнал неврологии . 32 (33): 11377–89. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.0415-12.2012 . PMC 6621180 . PMID 22895720 .
- ^ Кек Т., Келлер Г.Б., Якобсен Р.И., Эйзель Ю.Т., Бонхёффер Т., Хюбенер М. (октябрь 2013 г.). «Синаптическое масштабирование и гомеостатическая пластичность в зрительной коре мышей in vivo». Нейрон . 80 (2): 327–34. DOI : 10.1016 / j.neuron.2013.08.018 . PMID 24139037 . S2CID 13151568 .
- ^ Шелер Г (2014). «Обучение внутренней возбудимости в нейронах со средним шипом» . F1000 Исследования . 2 : 88. DOI : 10,12688 / f1000research.2-88.v2 . PMC 4264637 . PMID 25520776 .
- ^ а б Фрик А., Маги Дж., Джонстон Д. (февраль 2004 г.). «ДП сопровождается повышенной локальной возбудимостью дендритов пирамидных нейронов». Природа Неврологии . 7 (2): 126–35. DOI : 10.1038 / nn1178 . PMID 14730307 . S2CID 11964239 .
- ^ а б Sjöström PJ, Rancz EA, Roth A, Häusser M (апрель 2008 г.). «Дендритная возбудимость и синаптическая пластичность» . Физиологические обзоры . 88 (2): 769–840. DOI : 10.1152 / Physrev.00016.2007 . PMID 18391179 . S2CID 1261675 .
- ^ а б Даудал Г., Дебанн Д. (2003). «Долговременная пластичность собственной возбудимости: правила и механизмы обучения». Обучение и память . 10 (6): 456–65. DOI : 10,1101 / lm.64103 . PMID 14657257 .
- ^ а б в г д Чжан В., Linden DJ (ноябрь 2003 г.). «Другая сторона инграммы: обусловленные опытом изменения внутренней возбудимости нейронов». Обзоры природы. Неврология . 4 (11): 885–900. DOI : 10.1038 / nrn1248 . PMID 14595400 . S2CID 17397545 .
- ^ Дебанн Д., Инглеберт Ю., Русье М. (февраль 2019 г.). «Пластичность собственной нейрональной возбудимости» (PDF) . Текущее мнение в нейробиологии . 54 : 73–82. DOI : 10.1016 / j.conb.2018.09.001 . PMID 30243042 . S2CID 52812190 .
- ^ Триеш, Йохен. « Синергический внутренней и синаптической пластичности в отдельных модельных нейронов. » Достижения в области систем Neural обработки информации . 2004 г.
- ^ W. Zhang и DJ Linden. Другая сторона инграммы: изменения внутренней возбудимости нейронов, обусловленные опытом. Nature Reviews Neuroscience, 4: 885-900, 2003.
- ^ Т. Монк, К. Савин и Дж. Лак. « Оптимальный нейронный вывод интенсивности стимулов ». Научные отчеты, 8: 1, 2018.
- ^ Т. Монк, К. Савин и Дж. Лак. Нейроны, обладающие внутренней пластичностью, изучают статистику интенсивности стимулов. Достижения в системах обработки нейронной информации . 2016 г.
- ^ Grasselli G, Boele HJ, Titley HK, Bradford N, van Beers L, Jay L и др. (Январь 2020 г.). «Каналы SK2 в клетках Пуркинье мозжечка вносят вклад в модуляцию возбудимости в следах памяти, специфичных для моторного обучения» . PLOS Биология . 18 (1): e3000596. DOI : 10.1371 / journal.pbio.3000596 . PMC 6964916 . PMID 31905212 .
- ^ Компакт-диск Вуди, Black-Cleworth P (ноябрь 1973 г.). «Различия в возбудимости корковых нейронов в зависимости от двигательной проекции у условных кошек». Журнал нейрофизиологии . 36 (6): 1104–16. DOI : 10,1152 / jn.1973.36.6.1104 . PMID 4761722 .
- ^ Кауэр Я.А., Маленка Р.Ц. (ноябрь 2007 г.). «Синаптическая пластичность и зависимость». Обзоры природы. Неврология . 8 (11): 844–58. DOI : 10.1038 / nrn2234 . PMID 17948030 . S2CID 38811195 .
- ^ Дани Дж. А., Джи Д., Чжоу FM (август 2001 г.). «Синаптическая пластичность и никотиновая зависимость». Нейрон . 31 (3): 349–52. DOI : 10.1016 / S0896-6273 (01) 00379-8 . PMID 11516393 . S2CID 10062998 .
- ^ Дарлингтон CL, Dutia MB, Smith PF (июнь 2002 г.). «Вклад внутренней возбудимости нейронов вестибулярного ядра в восстановление после вестибулярного повреждения». Европейский журнал неврологии . 15 (11): 1719–27. DOI : 10,1046 / j.1460-9568.2002.02024.x . PMID 12081651 . S2CID 19939794 .
- ^ Бендер Р.А., Дубе С., Гонсалес-Вега Р., Мина Е.В., Барам Т.З. (2003). «Пластичность мшистых волокон и повышенная возбудимость гиппокампа без потери клеток гиппокампа или измененного нейрогенеза на животной модели длительных фебрильных припадков» . Гиппокамп . 13 (3): 399–412. DOI : 10.1002 / hipo.10089 . PMC 2927853 . PMID 12722980 .
- ^ Буш П.К., Принц Д.А., Миллер К.Д. (октябрь 1999 г.). «Повышенная пирамидная возбудимость и проводимость NMDA могут объяснить посттравматический эпилептогенез без растормаживания: модель» . Журнал нейрофизиологии . 82 (4): 1748–58. DOI : 10,1152 / jn.1999.82.4.1748 . PMID 10515964 . S2CID 5927906 .
- ^ Уолкотт Э.А., Хиггинс Э.А., Десаи Н.С. (сентябрь 2011 г.). «Синаптическая и внутренняя балансировка во время постнатального развития у крысят, подвергшихся воздействию вальпроевой кислоты в утробе матери» . Журнал неврологии . 31 (37): 13097–109. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.1341-11.2011 . PMC 6623264 . PMID 21917793 .
- ^ Лесли Дж. Х., Недиви Е. (август 2011 г.). «Гены, регулируемые активностью, как медиаторы пластичности нервной цепи» (PDF) . Прогресс нейробиологии . 94 (3): 223–37. DOI : 10.1016 / j.pneurobio.2011.05.002 . hdl : 1721,1 / 102275 . PMC 3134580 . PMID 21601615 .