Informatie

Definitie van synaptische kracht


De canonieke definitie van actiepotentialen die in leerboeken wordt gevonden, stelt dat actiepotentialen allemaal hetzelfde van vorm zijn. Van technieken zoals spike-sortering die worden gebruikt om elektrofysiologische opnamen toe te schrijven aan individuele cellen, weten we echter dat vormen en amplituden van actiepotentialen variëren.

Synaptische sterkte wordt gedefinieerd als de gemiddelde amplitude van postsynaptische potentiaal die wordt opgewekt na een presynaptische actiepotentiaal.

Aangezien de inkomende actiepotentialen voor verschillende synapsen kunnen verschillen (en er bijvoorbeeld toe kunnen leiden dat er meer of minder blaasjes vrijkomen), hoe kunnen we dan een uniforme definitie van synaptische sterkte hebben?


Synaptische sterkte wordt gedefinieerd als de gemiddelde amplitude van postsynaptische potentiaal die wordt opgewekt na een presynaptische actiepotentiaal.

Dit is een juiste definitie. Synaptische kracht is een vrij geabstraheerde maatstaf. Het kan worden beïnvloed door zowel presynaptische (bijvoorbeeld: aantal blaasjes/concentratie van neurotransmitter per blaasje) als postsynaptische effecten (bijvoorbeeld: aantal receptoren en samenstelling). Dus ja, veranderingen presynaptisch zoals het karakter van een actiepotentiaal kan synaptische kracht beïnvloeden, maar dat is geen probleem: we vertegenwoordigen dit nog steeds als onderdeel van de synaptische kracht als het de gemiddelde postsynaptische potentiaal beïnvloedt.

Biologisch gezien maakt actiepotentiaalamplitude in het axon niet echt veel uit voor synaptische afgifte, maar lokale omstandigheden in de presynaptische terminal die de calciuminstroom beïnvloeden, doen dat wel. Het gedeelte over presynaptische remming in het antwoord hier kan een beetje helpen.


Synaptisch

Stel misschien een fictie samen over bedrade fictionalisering, een fictie die lezers herinnert aan hun synaptische misleidingen.

Wat alleen maar laat zien dat bepaalde woorden, veel woorden, elektrische ladingen dragen en onmiddellijke synaptische reacties opwekken.

Van wapens tot God tot homo's in één synaptische spasme - de trifecta cultuur-oorlog.

Synaptische cellen gesommeerd en geïntegreerd, geannuleerd en vergeleken en met uitdagende zekerheid stuurden de bevindingen naar Cumulatief.

Het verklaart de problemen die we de afgelopen maanden hadden om totale synaptische klaring te krijgen!

Eén ding bleef over, ongevraagd en zonder medeweten, gegroefd met synaptische duurzaamheid in hun ontluikende hersenen.

Tijdreizen verhoogt altijd de synaptische vertragingsdrempel, maar het probleem is dat het zo variabel is.

Het laatste probleem is er een van het verbeteren van de synaptische mogelijkheden en de werkelijke weefseltonus in de hersenen.


Wat is een neuromusculaire junctie?

De neuromusculaire junctie bestaat uit drie delen:

  • Presynaptische motorische zenuwuiteinde
  • Synaptische spleet of junctionele spleet
  • Postsynaptische spiervezels

Om beter te begrijpen wat een neuromusculaire junctie is, moeten we eerst kijken naar de structuur van de motorneuronterminal (1, 3), de synaptische spleet (2) en het spiermembraan (4, 5). De gelabelde neuromusculaire junctie hieronder toont deze hoofdcomponenten.

Motor neuron

Er zijn twee hoofdlocaties voor motorneuronen - bovenste en onderste. Deze zenuwen maken vrijwillige en onvrijwillige spierbewegingen door het hele lichaam mogelijk. Ze controleren ook klieren. Bovenste motorneuronen beginnen in de hersenschors van de hersenen en reizen naar de hersenstam of het ruggenmerg. Lagere motorneuronen beginnen in het ruggenmerg en het zijn deze die rechtstreeks verbinding maken met de spieren en klieren. De neuromusculaire junctie wordt daarom alleen gevonden in lagere motorneuronen. Zelfs de hersenzenuwen die de spieren van de schedel en het gezicht innerveren, synapsen met de cellichamen van lagere motorneuronen in een gebied dat de motorkern wordt genoemd.

Het belangrijkste deel van het motoneuron in termen van de NMJ is het uiteinde. Waar het uiteinde begint, gaat de isolerende myelinelaag die het axon bedekt verloren. Op dit punt vertakt de zenuw zich in één tot tweehonderd zenuwuiteinden. Zenuwterminals kunnen ook boutons of terminalknoppen worden genoemd. Elk van deze uiteinden ligt dicht bij het membraan van een spier. Een kleine opening ligt tussen de bouton en het spiermembraan, de synaps genaamd. Dit is de reden waarom het uiteinde van een zenuw het presynaptische uiteinde wordt genoemd.

Bij elke terminal wordt het membraan van de zenuw dik. Dit zorgt voor de vorming van synaptische blaasjes gevuld met neurotransmittermoleculen. Waar het bouton-membraan dik is, wordt de actieve zone genoemd. De actieve zone bevat speciale eiwitten, spanningsafhankelijke calciumkanalen en kaliumkanalen. Het bevat ook een verscheidenheid aan celorganellen, waaronder mitochondriën en endoplasmatisch reticulum. Veel mitochondriën betekenen dat er voldoende energie is voor de synthese van acetylcholine.

Verbindingsspleet

Wanneer acetylcholine vrijkomt uit het terminale uiteinde, accepteren receptoren op het doelweefsel het en signaleren dat weefsel om te reageren. Deze reactie vereist calciumionen (zie stappen voor neuromusculaire verbindingen). Zonder acetylcholinesterase zou niet alleen de transmissiesnelheid veel langzamer zijn, maar zou de activering doorgaan zolang acetylcholine in de synaptische spleet bleef. Een spier kan enige tijd fasciculeren (spasme).

De overgangsspleet tussen de terminale knop en het sarcolemma maakt deel uit van de synaptische goot of goot. De bouton zit niet iets boven het spiermembraan, zoals de meeste afbeeldingen laten zien, maar vormt zich losjes rond de plooien van het postsynaptische membraan. Toch bestaat de synaptische kloof nog steeds. Er is geen direct contact tussen de presynaptische en postsynaptische neuromusculaire junctiedelen. In het neuromusculaire junctiediagram van de elektronenmicroscoop hieronder, waar T de motorneuronterminal aangeeft en M de spiervezel, zijn de postsynaptische plooien (pijl) gemakkelijk te zien.

Postsynaptisch membraan

Het postsynaptische deel van de motor-eindplaat bevindt zich aan het ontvangende uiteinde van de synaptische spleet. Zoals reeds vermeld is dit membraan gevouwen. Deze plooien worden subneurale spleten genoemd en zijn nodig om het oppervlak van de synaps te vergroten. Hoe meer kans er is voor acetylcholine om de spleet te passeren en in postsynaptische receptoren te passen, hoe beter de transmissiekwaliteit.

De kracht die wordt veroorzaakt door veranderingen in membraanspanning door de acceptatie van ACh in de motorische eindplaatreceptoren kan een spiervezel depolariseren en ervoor zorgen dat deze samentrekt. Tussen +50 en +75 millivolt is vereist. Deze stroomstoot wordt de eindplaatpotentiaal (EPP) genoemd. Een enkel blaasje dat ACh bevat, produceert slechts een potentiaal van ongeveer 0,4 mV - dit worden miniatuur eindplaatpotentialen (MEPP's) genoemd en zijn afgebeeld in de bovenstaande afbeelding. Alleen een grotere afgifte van een groot aantal blaasjes kan de spanningsveranderingen produceren die een zenuwimpuls doorsturen. Wanneer er voldoende vrijkomt om ten minste +50 mV te produceren, kan spiercontractie optreden. Dit mechanisme stopt de contractie wanneer er slechts kleine hoeveelheden ACh beschikbaar zijn.

Tijdens algemene anesthesie waarbij synthetische curare wordt gebruikt, vervangt dit medicijn acetylcholine in de motorische eindplaatreceptoren. De spieren kunnen dan niet samentrekken. Dit is de reden waarom dergelijke medicijnen soms skeletspierverslappers worden genoemd. Ze hebben geen invloed op de contractie van de hartspier, omdat de hartspier een ander systeem implementeert.

Er zijn twee hoofdtypen ACh-receptoren: nicotine en muscarine. De laatste wordt voornamelijk aangetroffen in het autonome zenuwstelsel en helpt klieren om chemicaliën af te scheiden. De meeste leerboeken zullen je vertellen dat alleen nicotinereceptoren in de NMJ worden gevonden, dit is niet helemaal waar. Muscarinereceptoren bevinden zich op het presynaptische membraan en helpen bij het reguleren van de afgifte van acetylcholine. Het postsynaptische membraan van de motorische eindplaat bestaat echter uit nicotinereceptoren en niet uit muscarinereceptoren.

Neuromusculaire junctie nicotinereceptoren worden gevonden in een gebied dat de perijunctionele zone wordt genoemd. Deze zone bevat ook veel natriumkanalen en ligt extreem dicht bij het uiteinde van de motorische zenuw. Verschillende varianten van nicotine-acetylcholinereceptoren (nAChR's) en natriumkanalen komen voor in verschillende levensfasen en kunnen ook beschadigd raken. Een voorbeeld van een aangeboren motorplaatafwijking is het Eaton Lambert-syndroom dat zich presenteert met symptomen zoals spierzwakte.

Spiervezels zijn samengebundeld in een membraan dat een sarcolemma of myolemma wordt genoemd. Het sarcolemma bevat allerlei kanalen evenals de allerbelangrijkste nicotinereceptoren van de NMJ. Wanneer de nAChR gevuld is met neurotransmitter, stromen natriumionen de natriumkanalen van het sarcolemma binnen. Het zijn deze ionen die de spanningsveranderingen langs het membraan veroorzaken die een actiepotentiaal definiëren. Dit actiepotentiaal verplaatst zich naar de onderliggende spiervezel en stimuleert calciumionkanalen in het sarcoplasmatisch reticulum. Calciumionen kunnen dan samentrekking van de actine- en myosine-eiwitten in de spiercel veroorzaken.


Biofysische modellen van synaptische plasticiteit

Biofysische modellen, in tegenstelling tot fenomenologische modellen, concentreer je je op het modelleren van de biochemische en fysiologische processen die leiden tot de inductie en expressie van synaptische plasticiteit. Omdat het echter niet mogelijk is om precies elk deel van de fysiologische en biochemische netwerken die tot synaptische plasticiteit leiden, te implementeren, vertrouwen zelfs de biofysische modellen op veel vereenvoudigingen en abstracties.

Verschillende corticale regio's, zoals de Hippocampus en de visuele cortex, hebben enigszins verschillende vormen van synaptische plasticiteit. Zelfs in hetzelfde corticale gebied kunnen verschillende soorten cellen, of zelfs cellen binnen verschillende lagen, of zelfs synapsen op dezelfde cel die verbinding maken met verschillende soorten cellen, verschillende vormen van synaptische plasticiteit hebben. In principe zou een biofysisch model voor een bepaald systeem rekening moeten houden met de resultaten van inductieprotocollen in dit ene systeem, en mogelijk niet in staat zijn om resultaten in een ander systeem te verklaren. Hopelijk blijven enkele van de fundamentele mechanismen behouden in de verschillende systemen. In dit artikel worden de resultaten van verschillende systemen besproken.

Calciumafhankelijke modellen van bidirectionele synaptische plasticiteit

Calciuminstroom in de postsynaptische wervelkolom is cruciaal voor de inductie van vele vormen van bidirectionele synaptische plasticiteit. Veel van het calcium dat de postsynaptische wervelkolom binnenkomt, komt via NMDA-receptoren. Het farmacologisch blokkeren van NMDA-receptoren kan zowel LTP als LTD elimineren, en een gedeeltelijke blokkering van NMDA-receptoren kan een LTP-protocol omzetten in LTD. Bovendien laten experimentele resultaten zien dat een sterke postsynaptische calcium-transiënt, in afwezigheid van een presynaptische stimulus, LTP kan produceren, terwijl een langdurige matige calcium-transiënte LTD resulteert (Yang et al., 1999).

De afhankelijkheid van LTP van calciuminstroom via NMDA-receptoren was de basis voor enkele vroege modellen van synaptische plasticiteit (Gamble en Koch, 1987, Zador et al., 1990, Holmes en Levy, 1990). In deze modellen, die calciumtransiënten simuleerden tijdens een LTP-inductieprotocol, wordt een grote calciumtransiënt beschouwd als het correlaat van LTP. Deze modellen hebben een wervelkolom met NMDA-receptoren ingebed in een compartimenteel model van een dendriet en gesimuleerd hoe stimulatie van meerdere synapsen op dezelfde dendritische tak bij verschillende frequenties de resulterende calciumtransiënten in een enkele wervelkolom beïnvloedt. Interessant genoeg kwamen deze verschillende onderzoeken tot een gemeenschappelijke conclusie dat om grote calciumtransiënten tijdens LTP te genereren, de calciumbuffers verzadigd moeten zijn, waardoor het kleine signaal dat in de calciumstromen wordt waargenomen, wordt versterkt. Deze studies hielden echter geen rekening met terugpropagerende actiepotentialen (BPAP) of actieve dendritische conductanties.

Een invloedrijke hypothese, de calciumcontrolehypothese, postuleert dat een grote calciumtransiënt LTP produceert, terwijl een matige toename van calcium leidt tot LTD (Lisman, 1989). Deze hypothese, die eerst werd voorgesteld op basis van theoretische overwegingen, heeft vervolgens aanzienlijke experimentele ondersteuning gekregen. Verschillende modellen voor de inductie van synaptische plasticiteit zijn, expliciet of impliciet, gebaseerd op deze hypothese (Lisman, 1989, Shouval et al., 2002, Karmarkar en Buonomano, 2002).

Om synaptische plasticiteit na verschillende calciumtransiënten te simuleren, is het noodzakelijk om regels te definiëren die calciumdynamiek in postsynaptische stekels vertalen naar veranderingen in synaptische sterkte. Een eenvoudige keuze (Karmarkar en Buonomano, 2002) is om aan te nemen dat de piek van de calciumtransiënten het teken en de grootte van de synaptische gewichtsverandering bepaalt. Dit type regel is echter geen dynamisch systeem en heeft enkele onnatuurlijke gevolgen, bijvoorbeeld dat de breedte van calciumtransiënten geen effect heeft op de grootte van plasticiteit. Een eenvoudig dynamisch systeem dat de calciumcontrolehypothese implementeert, heeft de vorm (Shouval et al., 2002): [ ag <3>=eta(Ca)left(Omega(Ca)-lambda W_i ight). ]

Hier is (W_i) de synaptische werkzaamheid van synaps (i ,) (Omega) (Fig 2a) bepaalt de tekengrootte van synaptische plasticiteit als functie van (Ca) niveaus, ( eta) is een calciumafhankelijke leersnelheid, die typisch een monotoon toenemende functie van calcium is, en (lambda) is een vervalconstante die generiek kan worden ingesteld op (lambda=0 ,) geen verval, of (lambda=1 .) Als (lambda=1 ,) voor aanhoudende calciumverhoging, convergeert de synaptische werkzaamheid naar de waarde van (Omega) en hangt de mate van convergentie af van ( eta .)

Op basis van de calciumcontrolehypothese en wiskundige modellen van NMDA-receptoren, die zowel glutamaatafhankelijk als spanningsafhankelijk zijn, is het heel eenvoudig om door paring geïnduceerde plasticiteit te simuleren (figuur 1d-f). Calciumtransiënten geïnduceerd door presynaptische stimulatie te paren met ofwel een matige of een grote postsynaptische depolarisatie (Fig. 3a) zijn significant verschillend vanwege de spanningsafhankelijkheid van NMDA-receptoren. Bijgevolg (Fig. 3b) is de verandering in de gesimuleerde synaptische gewichten, na 100 presynaptische stimuli, een functie van het niveau van de postsynaptische spanning tijdens inductie, in kwalitatieve overeenstemming met experimentele resultaten. In deze eenvoudige simulaties wordt aangenomen dat alle calciuminflux afkomstig is van NMDA-receptoren. Sommige modellen die rekening houden met calciuminstroom via spanningsafhankelijke calciumkanalen (VGCC) produceren ook resultaten die kwalitatief vergelijkbaar zijn voor dit inductieprotocol. Merk op dat er met dit inductieprotocol geen postsynaptische pieken zijn.

Snelheidsafhankelijke inductieprotocollen, hoewel experimenteel eenvoudig te induceren, zijn eigenlijk moeilijk te modelleren, omdat de details en parameters van het gemodelleerde postsynaptische neuron aanzienlijk effect zullen hebben wanneer postsynaptische pieken optreden, en daarom de resulterende plasticiteitscurven aanzienlijk zullen beïnvloeden. Er kunnen echter parameters worden gekozen voor het postsynaptische model dat het model plasticiteitscurven produceert die consistent zijn met experimentele resultaten (Shouval et al., 2002).

Calciumafhankelijke modellen die STDP simuleren (Fig 1g-i) moeten rekening houden met hoe de spanning in de postsynaptische wervelkolom afhangt van het actiepotentiaal dat wordt gegenereerd in het postsynaptische neuron. Informatie over de postsynaptische piek wordt typisch verondersteld te worden overgebracht via de BPAP. Een smalle BPAP kan echter niet verklaren waarom LTD wordt geïnduceerd wanneer (Delta t < 0 .) Om rekening te houden met een dergelijke LTD wordt een BPAP met een breed staartpotentieel ofwel expliciet aangenomen, ofwel impliciet opgenomen in de parameterkeuze van het postsynaptische neuron. Op calcium gebaseerde modellen die STDP verklaren, resulteren doorgaans in een andere vorm van LTD bij (Delta t > 0 ,) wat een gevolg is van de continuïteit van de grootte van Ca-transiënten als functie van (Delta t) (Afb. 4). Continuïteit houdt in dat als de Ca-instroom groot is bij een kleine ( Delta t ) en nul bij een zeer grote ( Delta t ,) dan voor een matig grote ( Delta t Ca ) de instroom door het bereik van matige stijging die LTD zou veroorzaken. Een model, voorgesteld door Rubin en co. werknemers (Rubin et. al., 2005) suggereert dat bij deze tussenliggende waarden van (Delta t) die van nature LTD produceren, een ander biochemisch proces wordt gestart dat deze LTD in wezen voorkomt. Een andere mogelijkheid is dat stochastische eigenschappen van calciuminstroom de omvang van LTD op ( Delta t > 0) aanzienlijk kunnen verminderen (Shouval en Kalantzis, 2005). Daarnaast zijn twee-toevalsmodellen voorgesteld om LTD te elimineren bij ( Delta t > 0), zoals hieronder beschreven. Experimenteel bewijs is verdeeld over het bestaan ​​van LTD op ( Delta t > 0) (Bi en Poo, 1998, Wittenberg en Wang, 2006).

Een alternatief voor de calciumcontrolehypothese (Froemke et al., 2005), die nog niet rigoureus is gemodelleerd, gaat ervan uit dat basislijnstimulatie calciumtransiënten produceert met een tussenliggende amplitude, wat resulteert in geen plasticiteit (Fig. 2c), LTP wordt veroorzaakt door een grote verhoging van calcium, maar LTD wordt geïnduceerd door calciumtransiënten die kleiner zijn dan de uitgangswaarde. Dit alternatief kan tijdsafhankelijke LTD verklaren op basis van de veronderstelling dat tijdens een post-pre-inductieprotocol de postsynaptische actiepotentiaal een inactivatie van de NMDAR veroorzaakt, wat resulteert in een kleinere calciuminflux tijdens post-pre-protocollen dan tijdens presynaptische stimulatie alleen . Hoewel een dergelijk model STDP kan verklaren, is het onduidelijk hoe het paradigma's kan verklaren waarin een presynaptische stimulus gepaard gaat met postsynaptische depolarisatie (figuur 1d-f).

Modellering van de signaaltransductieroutes geassocieerd met synaptische plasticiteit.

Het eerste invloedrijke model van het moleculaire netwerk dat leidt tot LTP en LTD werd geconstrueerd door Lisman (1989) om de vraag te beantwoorden hoe hetzelfde molecuul, calcium, zowel LTP als LTD kan activeren. Het correlaat van synaptische kracht in het model van Lisman is het activeringsniveau van CaMKII. Lisman's model postuleert dat matig calcium bij voorkeur fosfatasen activeert, die CaMKII defosforyleren, terwijl hoge calciumniveaus een netto fosforylering van CaMKII veroorzaken, waardoor bidirectionele synaptische plasticiteit wordt verklaard. Recent experimenteel bewijs heeft aangetoond dat een correlaat van synaptische plasticiteit de fosforyleringstoestand van de AMPA-receptoren is: LTP is gecorreleerd met fosforylering op s831 een CaMKII-plaats en LTD is gecorreleerd met defosforylering op s845, een PKA-plaats. Modellen van Castellani et. al. (2005), simuleerden enkele van de kinasen en fosfatasen die betrokken zijn bij de signaaltransductieroutes die leiden van calciumtransiënten naar synaptische plasticiteit. Deze modellen laten zien dat onder verschillende veronderstellingen bidirectionele synaptische plasticiteit inderdaad door deze routes kan worden verklaard. Onder bepaalde omstandigheden kunnen dergelijke enzymatische modellen worden benaderd door de eenvoudigere calciumafhankelijke modellen die worden beschreven door vergelijking 3.

Zowel de modellen van Lisman (1989) als de daaropvolgende modellen van Castellani vertegenwoordigen slechts een beperkt deel van de uitgebreide signaaltransductieroute of routes die verband houden met synaptische plasticiteit. Verschillende artikelen van Bhalla en collega's (Ajay en Bhalla, 2004) hebben meer componenten van deze signaaltransductieroute gemodelleerd. Andere modellen van de signaaltransductieroutes gaan uit van een eenvoudigere, meer fenomenologische benadering. Bijvoorbeeld Abarbanel et. al. (2003) postuleren een dynamische variabele die depressie induceert (D), die kan worden opgevat als een analoog voor fosfatasen en een potentiëringsinducerende variabele (P), analoog aan een kinase. Aangenomen wordt dat beide variabelen direct calciumafhankelijk zijn, net als bij Lisman 1989. Deze kinasen en fosfatasen vormen de basis van een dynamische vergelijking die de verandering in synaptisch gewicht bepaalt, via de volgende vergelijking:


waarbij ( g_0) een schaalconstante is en de parameter ( gamma ,) die is ingesteld in het bereik van ( 2-4 ,) dwingt concurrentie af tussen de P- en D-variabelen. In deze plasticiteitsvergelijking concurreren fosfatasen en kinasen met elkaar om te bepalen of LTP of LTD zal worden geïnduceerd. Deze vergelijking is puur fenomenologisch opgesteld en er wordt geen poging gedaan om de vorm ervan te rechtvaardigen op basis van de onderliggende biofysica, of om experimenteel verkregen kinetische coëfficiënten te gebruiken. Dit model, met de juiste parameters, kan rekening houden met vele inductieprotocollen, inclusief inductie door postsynaptische calciumtransiënten alleen (Yang et al., 1999) en STDP, en net als de op calcium gebaseerde modellen van de vorige sectie produceert het een pre-post vorm van LTD.

De methodologie die door al deze modellen wordt gebruikt, is gebaseerd op deterministische gewone differentiaalvergelijkingen. Een dergelijke benadering gaat impliciet uit van grote en goed gemengde compartimenten, aannames die mogelijk niet gelden voor enkele stekels. Bovendien veronderstellen gedetailleerde moleculaire van de signaaltransductieroutes die leiden tot synaptische plasticiteit (Ajay en Bhalla, 2004, Castellani et al., 2005) dat we de belangrijkste moleculen en kinetische coëfficiënten van hun interacties kennen, aannames die momenteel niet gelden (Castellani et al., 2005). al., 2005). Bovendien zijn synapsen klein en gestructureerd, wat impliceert dat de massale actiebenadering die ten grondslag ligt aan ODE-modellen met één compartiment mogelijk niet geschikt is.

Twee toevalsmodellen en andere paden voor inductie

De meeste op calcium gebaseerde biofysische modellen die hierboven zijn beschreven, voorspellen een STDP-curve waarin er een pre-post-vorm van LTD is naast de standaard post-pre-vorm van LTD (maar zie Kalantzisn en Shouval, 2005, Rubin et al., 2005) . Er zijn aanwijzingen dat pre-post LTD bestaat in plakjes van de hippocampus (Wittenberg en Wang, 2006), maar niet in neocorticale plakjes (Sjostrom et al., 2001). Een alternatief voor de hierboven beschreven enkelvoudige coïncidentiemodellen zijn twee-coïncidentiemodellen, die veronderstellen dat LTP wordt geactiveerd door calciuminstroom via NMDA-receptoren, terwijl LTD door een tweede coïncidentiedetector die gevoelig is voor post vóór pre-activering. Een alternatief is dat de tweede coïncidentiedetector wordt geïmplementeerd door calciuminstroom door VGCC gelijktijdig met de activiteit van metabotrope glutamaatreceptoren (mGluR) (Karmarkar en Buonomano, 2002). Experimenteel werk heeft inderdaad aangetoond dat postsynaptische NMDA-receptoren misschien niet nodig zijn voor spike-timingafhankelijke LTD (Sjostrom et al., 2003, Bender et al., 2006), en dat mGluR (Bender et al., 2006) en VGCC (Bi en Poo, 1998, Bender et al., 2006) zijn nodig voor LTD die afhankelijk is van de timing van pieken. Sommige experimenten vonden ook dat de activering van cannabinoïde-receptoren noodzakelijk is voor deze LTD (Sjostrom et al., 2003, Bender et al., 2006). Hoewel elementen van het twee-coïncidentiemodel steun hebben gekregen, moeten de biofysische details van deze tweede coïncidentiedetector nog worden opgehelderd.

Een vroeg rekenmodel dat kan worden geïnterpreteerd als een model met twee coïncidentie werd voorgesteld door Senn et. al. (2001). In dat model kunnen NMDAR's zich in drie toestanden bevinden, inactief, een toestand die resulteert in LTP veroorzaakt door pre-post stimuli, en een toestand die leidt tot LTD veroorzaakt door post-pre stimuli. De vergelijking die de dynamiek van deze NMDA-receptor regelt, verschilt nogal van wat we weten over de biofysica van NMDA-receptoren, daarom kan deze NMDA-receptor beter worden geïnterpreteerd als een fenomenologisch construct.


Wat is de functie van synaptische plasticiteit?

Synaptische plasticiteit bepaalt hoe effectief twee neuronen met elkaar communiceren. De kracht van communicatie tussen twee synapsen kan worden vergeleken met het volume van een gesprek. Wanneer neuronen praten, doen ze dat op verschillende volumes - sommige neuronen fluisteren tegen elkaar terwijl andere schreeuwen. De volume-instelling van de synaps, of de synaptische kracht, is niet statisch, maar kan zowel op korte als op lange termijn veranderen. Synaptische plasticiteit verwijst naar deze veranderingen in synaptische sterkte.

Neurowetenschappers praten ook over plasticiteit op korte en lange termijn. Korte termijn synaptische plasticiteit verwijst naar veranderingen in synaptische kracht die optreden op een tijdschaal van minder dan een seconde: een snelle op- of neerwaartse aanpassing van de volumeregeling die helpt bepalen hoe belangrijk die verbinding is voor het lopende gesprek, maar die snel daarna terugkeert naar "normaal". Synaptische plasticiteit op lange termijn duurt van minuten tot uren, dagen of jaren. Plasticiteit op lange termijn is het dominante model voor hoe de hersenen informatie opslaan, met andere woorden, voor hoe we nieuwe herinneringen creëren en onthouden.


Definitie van synaptische kracht - Biologie

Murdoch University, Perth, Australië

MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, Verenigd Koninkrijk

Australian National University, Canberra, Australië

MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, Verenigd Koninkrijk

Murdoch University, Perth, Australië

MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, Verenigd Koninkrijk

Australian National University, Canberra, Australië

MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, Verenigd Koninkrijk

Abstract

Neuronen in de hersenen ontvangen duizenden synaptische inputs van andere neuronen. Synaptische integratie is de term die wordt gebruikt om te beschrijven hoe neuronen deze inputs 'optellen' voordat een zenuwimpuls of actiepotentiaal wordt gegenereerd. Het vermogen van synaptische inputs om neuronale output te bewerkstelligen wordt bepaald door een aantal factoren, waaronder de grootte, vorm en relatieve timing van elektrische potentialen gegenereerd door synaptische inputs, de geometrische structuur van het doelneuron, de fysieke locatie van synaptische inputs binnen die structuur , evenals de expressie van spanningsafhankelijke kanalen in verschillende regio's van het neuronale membraan. Het proces van synaptische integratie wordt daarom op meerdere niveaus gemoduleerd, wat bijdraagt ​​aan de diverse en complexe rekenkracht van het functionerende brein.

Sleutelbegrippen:

Neuronen binnen een neuraal netwerk ontvangen informatie van en sturen informatie naar vele andere cellen, op gespecialiseerde knooppunten die synapsen worden genoemd.

Synaptische integratie is het computationele proces waarbij een individueel neuron zijn synaptische inputs verwerkt en omzet in een outputsignaal.

Neuronen zijn gespecialiseerd in elektrische signalering, waarbij het belangrijkste neuronale ingangssignaal (synaptische potentialen) en het belangrijkste neuronale uitgangssignaal (actiepotentialen) beide tijdelijke veranderingen in de grootte van de elektrische potentiaal over het neuronale membraan met zich meebrengen.

Synaptische potentialen treden op wanneer neurotransmitter zich bindt aan en door ligand bediende kanalen in het dendritische membraan opent, waardoor ionen de cel in of uit kunnen gaan volgens hun elektrochemische gradiënt.

Synaptische potentialen kunnen ofwel prikkelend zijn (verhogen van de kans op actiepotentiaalvuren) of remmend (verminderen van de kans op actiepotentiaalvuren), afhankelijk van de richting en lading van de ionenbeweging.

Actiepotentialen treden op als de gesommeerde synaptische inputs naar een neuron een drempelniveau van depolarisatie bereiken en regeneratieve opening van spanningsafhankelijke ionkanalen veroorzaken.

Synaptische potentialen zijn vaak kort en van kleine amplitude, daarom is sommatie van inputs in de tijd (temporele sommatie) of van meerdere synaptische inputs (ruimtelijke sommatie) meestal vereist om de activeringsdrempel van de actiepotentiaal te bereiken.

Niet-lineaire sommatie van synaptische potentialen vindt plaats wanneer een synaptische potentiaal de drijvende kracht voor ionenbeweging verandert en daarmee de amplitude van daaropvolgende synaptische potentialen.

De impact van een synaptische input op de neuronale output hangt af van de locatie binnen de dendritische boom, omdat synaptische potentialen worden verzwakt als ze zich passief verspreiden door neuronale processen.

Dendritische spanningsafhankelijke ionkanalen kunnen openen of sluiten als reactie op de membraanpotentiaalverandering tijdens een synaptische potentiaal, waardoor de amplitude of het tijdsverloop van de potentiaal wordt gewijzigd (versterkt of verzwakt).


Synaps | Definitie, Typen &038 Functies

Wat is een synaps: Het is een kleine opening aan het einde van neuronen in het centrale zenuwstelsel. De synaps zorgt ervoor dat een signaal van het ene neuron naar het volgende neuron gaat. De synaps is een gebied waar twee zenuwcellen met elkaar in verbinding staan ​​en hun signalen uitwisselen. Ze zijn de complexe organisatie van meerdere inputs, wat resulteert in verschillende verschillende neurotransmitters die vrijkomen uit zowel neuronen als glia.

Hoe groot is een synaps?

Synapsen zijn klein - je kunt ze niet met het oog zien. Eenmaal gemeten met behulp van geavanceerde hulpmiddelen, zullen wetenschappers zien dat de kleine openingen tussen cellen slechts ongeveer 20-40 nanometer breed zijn. Als je denkt dat de dikte van één vel papier ongeveer 100.000 nanometer breed is, zul je beginnen te begrijpen hoe klein deze nuttige contactpunten tussen neuronen zijn. Alleen al in die ruimte zouden meer dan 3000 synapsen passen!

Soorten synapsen:

Het menselijk zenuwstelsel heeft verschillende neurotransmitters en neuroreceptoren. Volgens dit zijn er vijf soorten synapsen.

Exciterende ionenkanaalsynapsen:

Deze synapsen bestaan ​​uit neuroreceptoren die natriumkanalen zijn. Positieve ionen stromen wanneer deze kanalen openen.

Remmende ionenkanaalsynapsen:

Deze synapsen bestaan ​​uit neuroreceptoren die chloridekanalen zijn. Negatieve ionen stromen wanneer deze kanalen opengaan.

Niet-kanaalsynapsen:

Deze synapsen bestaan ​​uit neuroreceptoren die helemaal geen kanalen zijn, maar in plaats daarvan membraangebonden enzymen.

Neuromusculaire verbinding:

Deze synapsen liggen tussen motorneuronen en spiercellen. Ze gebruiken de neurotransmitter acetylcholine en zijn altijd prikkelend.

Elektrische synapsen:

De twee membraancellen raken elkaar in feite aan en delen eiwitten samen in deze synapsen. Hierdoor kan de actiepotentiaal direct van het ene membraan naar het volgende gaan.

Hoeveel synapsen bevinden zich in het menselijk brein?

Het korte antwoord is dat neurowetenschappers hier niet specifiek zeker van zijn. Het is verschrikkelijk moeilijk om te meten bij levende individuen. Huidige postmortemstudies, waarin wetenschappers de hersenen van overleden mensen onderzoeken, bevelen echter aan dat het typische mannelijke menselijke brein ongeveer 86 miljard neuronen bevat. Als elke zenuwcel honderden of misschien duizenden synapsen herbergt, zou het geschatte bereik van die communicatiepunten binnen de biljoenen moeten liggen. De huidige schattingen worden ergens rond de nul, 15 quadriljoen synapsen of 150.000.000.000.000 synapsen vermeld.

Wat is de synaptische transmissie?

Over het algemeen is het eenvoudigweg moeilijk om neurotransmissie te verklaren. Het specificeert echter dat de communicatie tussen hersencellen plaatsvindt in de synaps, in tegenstelling tot een ander communicatiepunt. Eén zenuwcel die gewoonlijk wordt waargenomen als de presynaptische cel, kan neurotransmitters of verschillende neurochemicaliën afgeven uit speciale zakjes of clusters in de buurt van het plasmamembraan dat bekend staat als synaptische blaasjes in de ruimte tussen cellen.

Die moleculen zullen dan worden opgenomen door membraanreceptoren op de postsynaptische of naburige cel. Zodra dit bericht tussen de twee cellen op de kruising is doorgegeven, heeft het de mogelijkheid om het gedrag van elke cel te veranderen. Chemicaliën uit de pre-synaptische zenuwcel kunnen de postsynaptische cel prikkelen en hem vertellen zijn eigen neurochemicaliën af te geven. Het zou de postsynaptische cel moeten vertellen om de signalering te vertragen of helemaal te stoppen.

Of het moet gewoon vertellen dat het bericht in een kleine hoeveelheid moet worden gewijzigd. Synapsen bieden echter de kans op bidirectionele communicatie. As such, post-synaptic cells will send back their own messages to pre-synaptic cells telling them to alter how much or how typically a neurotransmitter is discharged.

Diffusion of Neurotransmitters cross the Synaptic Cleft:

The molecules of the neurotransmitter diffuse across the synaptic cleft where molecules can bind with the sites of receptors on the postsynaptic ending to influence the electrical response in the postsynaptic neuron.


Toegangsopties

Krijg volledige toegang tot tijdschriften voor 1 jaar

Alle prijzen zijn NET prijzen.
De btw wordt later bij het afrekenen toegevoegd.
De belastingberekening wordt definitief tijdens het afrekenen.

Krijg beperkte of volledige toegang tot artikelen op ReadCube.

Alle prijzen zijn NET prijzen.


Synapse

And the toxin, which sits in the synapse s between neurons, can take weeks to wash out.

That three-pound lump of gray matter contains 100 billion neurons and 100 trillion synapse s, or connections.

It was over now, but his synapse s were still crackling with the memories of those burning lashes of energy.

They are supposed to be due to a change at the synapse s connecting neurone with neurone in the grey matter.

Synapse s shorted with soundless cold fire, and waited in timeless stasis for rechannelling.

Gral would not have called it laziness his crude synapse s could not have contained the thought, much less given it relevance.

But inevitably his synapse s took hold, the neuronic links grooved, and to Gral one thought emerged: the vines would never do.


William Green, PhD

My research is focused on ionotropic neurotransmitter receptors, the receptors responsible for the rapid postsynaptic response in nerve and muscle. These receptors are large oligomeric membrane proteins with subunits surrounding an ion channel that opens when neurotransmitters bind to the receptor. There are two different families of ionotropic neurotransmitter receptors. One family includes nicotinic acetylcholine receptors (AChRs), GABA and glycine receptors, and the other family are glutamate receptors, both NMDA- and AMPA-type glutamate receptors. The overall goal of my research is to understand how nerve and muscle build these receptors and traffic them specifically to and from synapses. These events regulate the number, density and function of the receptors at synapses, which helps define synaptic strength. The same events underlie learning and memory formation, and when they fail, can contribute to a number of diseases including Alzheimer’s disease, Huntington’s Disease, Myasthenia Gravis and Myasthenic Syndromes.

There are several projects ongoing in my lab characterizing the basic cell biology of these receptors, which include receptor assembly, trafficking and clustering. Assembly refers to the processes that transform newly synthesized subunits into functional receptors usually in the endoplasmic reticulum. Trafficking refers to the processes that transport the receptors to and from different location in cells and targets them to these locations. Clustering is the process that packs and maintains the receptors in regions of high density such as synapses. Recently, we have developed new techniques for assaying the protein post-translation modification known as palmitoylation. This work has led to several collaborations in which we are helping to characterize the palmitoylation of a number of different proteins. I also am collaborating with Dr. Paul Selvin (University of Illinois) developing fluorescent single-molecule methods to characterize neurotransmitter receptor subunit composition, stoichiometry and the diffusion/trafficking of these receptors.

Yale University
New Haven, CT
Postdoctoral Fellow - Physiology & Neuroscience
1992

Cornell University Graduate School of Medical Sciences
New York, NY
Ph.D. - Physiology & Biophysics
1986

University College, University of Toronto
Toronto Canada
B.Sc. - Physics & Zoology
1978

ESCargo: a regulatable fluorescent secretory cargo for diverse model organisms.
Casler JC, Zajac AL, Valbuena FM, Sparvoli D, Jeyifous O, Turkewitz AP, Horne-Badovinac S, Green WN, Glick BS. ESCargo: a regulatable fluorescent secretory cargo for diverse model organisms. Mol Biol Cell. 2020 12 15 31(26):2892-2903.
PMID: 33112725

Editorial: Role of Protein Palmitoylation in Synaptic Plasticity and Neuronal Differentiation.
Yoshii A, Green WN. Editorial: Role of Protein Palmitoylation in Synaptic Plasticity and Neuronal Differentiation. Front Synaptic Neurosci. 2020 12:27.
PMID: 32754027

Development of fluorescence imaging probes for nicotinic acetylcholine a4ß2* receptors.
Samra GK, Intskirveli I, Govind AP, Liang C, Lazar R, Green WN, Metherate R, Mukherjee J. Development of fluorescence imaging probes for nicotinic acetylcholine a4ß2* receptors. Bioorg Med Chem Lett. 2018 02 01 28(3):371-377.
PMID: 29277457

Correction: Super-resolution imaging of synaptic and Extra-synaptic AMPA receptors with different-sized fluorescent probes.
Lee SH, Jin C, Cai E, Ge P, Ishitsuka Y, Teng KW, de Thomaz AA, Nall D, Baday M, Jeyifous O, Demonte D, Dundas CM, Park S, Delgado JY, Green WN, Selvin PR. Correction: Super-resolution imaging of synaptic and Extra-synaptic AMPA receptors with different-sized fluorescent probes. Elife. 2017 11 08 6.
PMID: 29116041

Super-resolution imaging of synaptic and Extra-synaptic AMPA receptors with different-sized fluorescent probes.
Lee SH, Jin C, Cai E, Ge P, Ishitsuka Y, Teng KW, de Thomaz AA, Nall D, Baday M, Jeyifous O, Demonte D, Dundas CM, Park S, Delgado JY, Green WN, Selvin PR. Super-resolution imaging of synaptic and Extra-synaptic AMPA receptors with different-sized fluorescent probes. Elife. 2017 07 27 6.
PMID: 28749340

Selective and regulated trapping of nicotinic receptor weak base ligands and relevance to smoking cessation.
Govind AP, Vallejo YF, Stolz JR, Yan JZ, Swanson GT, Green WN. Selective and regulated trapping of nicotinic receptor weak base ligands and relevance to smoking cessation. Elife. 2017 07 18 6.
PMID: 28718768

S-acylation of SOD1, CCS, and a stable SOD1-CCS heterodimer in human spinal cords from ALS and non-ALS subjects.
Antinone SE, Ghadge GD, Ostrow LW, Roos RP, Green WN. S-acylation of SOD1, CCS, and a stable SOD1-CCS heterodimer in human spinal cords from ALS and non-ALS subjects. Sci Rep. 2017 01 25 7:41141.
PMID: 28120938

Palmitoylation regulates glutamate receptor distributions in postsynaptic densities through control of PSD95 conformation and orientation.
Jeyifous O, Lin EI, Chen X, Antinone SE, Mastro R, Drisdel R, Reese TS, Green WN. Palmitoylation regulates glutamate receptor distributions in postsynaptic densities through control of PSD95 conformation and orientation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 12 27 113(52):E8482-E8491.
PMID: 27956638

Synaptic activity regulates AMPA receptor trafficking through different recycling pathways.
Zheng N, Jeyifous O, Munro C, Montgomery JM, Green WN. Synaptic activity regulates AMPA receptor trafficking through different recycling pathways. Elife. 2015 May 13 4.
PMID: 25970033

Small quantum dots conjugated to nanobodies as immunofluorescence probes for nanometric microscopy.
Wang Y, Cai E, Rosenkranz T, Ge P, Teng KW, Lim SJ, Smith AM, Chung HJ, Sachs F, Green WN, Gottlieb P, Selvin PR. Small quantum dots conjugated to nanobodies as immunofluorescence probes for nanometric microscopy. Bioconjug Chem. 2014 Dec 17 25(12):2205-11.
PMID: 25397889


Bekijk de video: Webinar NEPA Neuroplastisitas #1 (Januari- 2022).