Informacja

Czy neuron może zrobić sobie synapsę?

Czy neuron może zrobić sobie synapsę?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Zastanawiałem się, czy neuron może zrobić sobie synapsę? Podejrzewam, że zrobienie tego przez neuron byłoby niezwykle niezwykłe. W każdym razie, czy ktoś widział chociaż jeden przypadek tego?

Czy znany jest proces, dzięki któremu neuron „wie”, że nie tworzy na sobie synapsy?


Synapsa od neuronu do samego siebie nazywana jest autapsą. Niewiele o nich wiadomo. Tamas i in. (1) podać podsumowanie:

Van der Loos i Glaser (1972) zaproponowali słowo „autapsa”, aby opisać miejsce uwalniania przekaźnika utworzone przez akson neuronu i jego własną domenę somatodendrytyczną. Oprócz ich oryginalnego badania Golgiego w korze nowej królika, przewidującego istnienie autaps, opisano możliwe kontakty autaptyczne u psa (Shkol'nik-Yarros, 1971) i szczura (Peters i Proskauer, 1980; Preston i wsp., 1980) w mózgu kora mózgowa, neostriatum małpy (DiFiglia i wsp., 1976) i rdzeń kręgowy kota (Scheibel i Scheibel, 1971). (…) Chociaż autapsy powstałe w kulturach komórkowych były szeroko stosowane do badania fizjologii mechanizmów synaptycznych (Segal, 1991; Pan i in., 1993; Shi i Rayport, 1994), pojawiło się niewiele propozycji dotyczących funkcjonalnego znaczenia hamującego unerwienie autaptyczne in vivo (neostriatum, Park i wsp., 1980; Aplysia policzkowe ganglia, White i Gardner, 1981).


Nie ma wystarczająco dużo badań, aby wyjaśnić rolę autapsów, jednak po przeczytaniu wybranych najnowszych badań mogę być może wyjaśnić niektóre z proponowanych teorii. Autapsy mogą samohamować lub samowzbudzać się. W tym ostatnim uważa się, że jedną z ich ról jest tworzenie rytmicznego potencjału czynnościowego. Dzięki temu mózg ma potencjał czynnościowy, który w razie potrzeby uruchamia się rytmicznie. Autaps tego rodzaju zostały zidentyfikowane w Interneurones w celu ciągłego działania.

Potem jest jeszcze mniej zbadanych obszarów. Wyobraź sobie, że potrzebujesz neuronu, który wystrzeli dwa razy do niektórych neuronów, ale raz do innych lub do innych podobnych wymagań. Połączenie autaps z właściwościami samohamowania i samostymulacji może to osiągnąć elegancko w niewielkiej przestrzeni.

Takie rzeczy nie są jednak często wymagane. Zwykle wystarczające jest połączenie neuronów, jednak prawdopodobnie w miejscach o wysokiej rytmicznej aktywności lub dokładnej kontroli te autapsy mogą być pomocne.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982203003634


Synapsa

W układzie nerwowym a synapsy [2] to struktura, która umożliwia neuronowi (lub komórce nerwowej) przekazywanie sygnału elektrycznego lub chemicznego do innego neuronu lub docelowej komórki efektorowej.

Synapsy są niezbędne do przekazywania impulsów nerwowych z jednego neuronu do drugiego. Neurony specjalizują się w przekazywaniu sygnałów do poszczególnych komórek docelowych, a synapsy są środkiem, za pomocą którego to robią. W synapsie błona plazmatyczna neuronu przekazującego sygnał ( presynaptyczny neuron) wchodzi w bliską apozycję z błoną celu (postsynaptyczny) komórka. Zarówno miejsca presynaptyczne, jak i postsynaptyczne zawierają rozległe macierze maszynerii molekularnej, która łączy ze sobą dwie błony i przeprowadza proces sygnalizacji. W wielu synapsach część presynaptyczna znajduje się na aksonie, a postsynaptyczna na dendrycie lub somie. Astrocyty wymieniają również informacje z neuronami synaptycznymi, reagując na aktywność synaptyczną i, z kolei, regulując neuroprzekaźnictwo. [3] Synapsy (przynajmniej synapsy chemiczne) są stabilizowane w pozycji przez synaptyczne cząsteczki adhezyjne (SAM) wystające zarówno z neuronu przed-, jak i postsynaptycznego i sklejające się ze sobą w miejscach, w których zachodzą na siebie. SAM mogą również pomagać w tworzeniu i funkcjonowaniu synaps. [4]

Niektórzy autorzy uogólniają koncepcję synapsy na komunikację od neuronu do dowolnego innego typu komórki [5], na przykład do komórki motorycznej, chociaż takie nieneuronowe kontakty mogą być określane jako połączenia (termin historycznie starszy). Przełomowe badanie przeprowadzone przez Sanford Palay wykazało istnienie synaps. [6]


Komórki synaps

Komórka dostarczająca sygnał do synapsy to komórka presynaptyczna. Komórka, która otrzyma sygnał po przejściu przez synapsę, jest komórką postsynaptyczną. Ponieważ większość ścieżek neuronowych zawiera kilka neuronów, neuron postsynaptyczny w jednej synapsie może stać się neuronem presynaptycznym dla innej komórki poniżej.

Neuron presynaptyczny może tworzyć jeden z trzech rodzajów synaps z neuronem postsynaptycznym. Najczęstszym typem synapsy jest synapsa aksodendrytyczna, w której akson neuronu presynaptycznego łączy się z dendrytem neuronu postsynaptycznego. Jeśli neuron presynpatyczny łączy się z somą neuronu postsynaptycznego, nazywa się to synapsą aksosomatyczną, a jeśli łączy się z aksonem komórki postsynaptycznej, jest to synapsa aksoaksonowa. Chociaż nasza ilustracja pokazuje pojedynczą synapsę, neurony zazwyczaj mają wiele (nawet 10 000 lub więcej) synaps.


Wstęp

W trakcie rozwoju kora czuciowa może doświadczać okresów zwiększonej wrażliwości na bodźce czuciowe. Ponowne okablowanie sieci neuronowych jest w tych okresach bardzo elastyczne, ale w przeciwnym razie taka plastyczność jest mniejsza. Posiadanie normalnych wrażeń zmysłowych w tych okresach jest kluczowe dla zdrowego dojrzewania mózgu i dlatego są one nazywane okresami krytycznymi (CP).

Dobrze zbadanym przykładem jest okres krytyczny dla dominacji oka (OD) w pierwotnej korze wzrokowej (V1). W ścieżce wzrokowej sygnały wejściowe z obu oczu zwykle po raz pierwszy zbiegają się w tym samym neuronie w V1, chociaż część neuronów wzgórza wykazuje już u myszy binokularność [1–3]. Stopień, w jakim wizualnie wywołana aktywność neuronu jest zdominowana przez jedno oko, nazywany jest dominacją oczną (OD) i często jest określany ilościowo za pomocą wskaźnika dominacji ocznej (ODI). W każdej półkuli myszy V1 ogólna reakcja na oko przeciwstronne jest w przybliżeniu dwukrotnie wyższa niż na oko ipsilateralne, ale poszczególne neurony wykazują szeroki zakres wartości ODI.

W ograniczonym okresie na wczesnym etapie rozwoju, zamknięcie jednego oka na wiele dni powoduje zmianę odpowiedzi neuronalnych w kierunku otwartego oka. U myszy ten krytyczny okres trwa około dziesięciu dni, rozpoczynając się około 20 dnia po urodzeniu. Zmiany w odpowiedziach neuronalnych po deprywacji jednoocznej (MD) można z grubsza podzielić na dwie fazy. W pierwszej fazie, obserwowanej podczas pierwszych trzech dni deprywacji, reakcje na zamknięte oko są przygnębione, podczas gdy reakcje na sygnały z otwartego oka pozostają podobne. Ten efekt jest często nazywany depresją odpowiedzi. W przypadku dłuższej deprywacji następuje druga faza, w której reakcje neuronalne na otwarte oko są zwiększone, zwana wzmocnieniem odpowiedzi. W tej drugiej fazie wzrasta również aktywność neuronów wywołana przez zamknięte oko, ale w mniejszym stopniu [4]. Dalsze wglądy w działanie plastyczności dominacji oka można odkryć, badając inne paradygmaty deprywacji. Po pierwsze, deprywacja obuoczna (BD) nie prowadzi do przesunięć OD, co wskazuje na pewien poziom konkurencji w zależności od siły lub spójności sygnałów wejściowych z obu oczu. Po drugie, inaktywacja jednooczna (MI) znosi depresję szybkiej odpowiedzi, co sugeruje, że ta depresja odpowiedzi jest zależna od aktywności, polegająca na aktywności spontanicznej i aktywności resztkowej spowodowanej przez światło przemieszczające się przez zamkniętą powiekę podczas MD [4].

Przed i po okresie krytycznym wpływ deprywacji jednoocznej na plastyczność dominacji oka jest zmniejszony lub nie obserwuje się go wcale. U myszy pre-CP deprywacja jednooczna prowadzi do zmniejszenia aktywności z obu oczu, nie zmieniając w ten sposób ich względnej siły i nie wpływając na ogólną dominację oczną [5]. U dorosłych myszy nie obserwuje się depresji odpowiedzi po krótkiej deprywacji jednoocznej. Jednak dłuższa deprywacja nadal prowadzi do wzmocnienia odpowiedzi otwartego oka, a zatem nadal można zaobserwować pewną zmianę w dominacji ocznej [6].

Kluczowym graczem w regulowaniu otwarcia okresu krytycznego jest dojrzewanie zahamowania. Myszy GAD95-KO, które wykazują osłabioną γ- uwalnianie kwasu aminomasłowego (GABA), nigdy nie doświadcza krytycznego okresu, a kora wzrokowa pozostaje w stanie młodzieńczym. Krytyczny okres może być otwarty u tych myszy raz na całe życie po wlewie diazepamu, który przywraca uwalnianie GABA. Podobnie infuzja diazepamu przed normalnym początkiem CP może przyspieszyć początek CP u myszy typu dzikiego [7]. Ponadto w niedawnym badaniu eksperymentalnym badano zmiany w pobudzeniu i zahamowaniu warstwy II/III w warstwie korowej u młodocianych zwierząt już po 24 godzinach pozbawienia [8]. Autorzy stwierdzili, że szybkość odpalania neuronów hamujących parwalbuminę dodatnich (PV+) jest w tym czasie zmniejszona, podczas gdy szybkość odpalania neuronów pobudzających jest zwiększona. Co więcej, pokazują, że to zmniejszone hamowanie jest głównie pośredniczone przez zmniejszenie popędu pobudzającego z warstw IV i V do tych neuronów PV+. Co ciekawe, tego zmniejszenia inhibicji nie obserwuje się u dorosłych zwierząt. Autorzy następnie powiązali ten efekt z przesunięciem OD, pokazując, jak farmakologiczne wzmocnienie hamowania w krytycznym okresie zapobiega jakiejkolwiek plastyczności OD, podczas gdy farmakologiczne zmniejszenie hamowania u dorosłych zwierząt powoduje przesunięcie OD w kierunku otwartego oka. W związku z tym postulowano, że plastyczność OD zależy od zwiększonej szybkości wypalania wejść otwartego oka, spowodowanej przejściowym zmniejszeniem inhibicji.

Mechanizmy zamknięcia krytycznego okresu pozostają bardziej enigmatyczne. Jednak kilka manipulacji może ponownie otworzyć okno dla plastyczności OD u dorosłych myszy. Po pierwsze, wykazano, że zmniejszenie inhibicji zwiększa plastyczność OD spowodowaną deprywacją jednooczną [8, 9]. W związku z tym wykazano, że dorosłe myszy we wzbogaconym środowisku mają obniżony poziom hamowania i plastyczności OD [10]. Wreszcie stymulacja wysokim kontrastem podczas deprywacji prowadzi również do przesunięć OD [11], co sugeruje, że wzmocnienie wywołanych wzrokowo odpowiedzi otwartego oka może być funkcjonalnie podobne do zmniejszenia hamowania korowego. Inne mechanizmy związane z zakończeniem okresu krytycznego to zmiany w macierzy zewnątrzkomórkowej [12] i przycinanie niemych synaps [13]. Podsumowując, wyniki eksperymentalne wskazują na dojrzewanie V1 zależne od doświadczenia wzrokowego, gdzie normalne bodźce wzrokowe są niezbędne do kształtowania łączności sieciowej.

W tym artykule proponujemy model dla pierwszej fazy po deprywacji, pokrywający się z fazą depresji odpowiedzi w MD. Podążamy za hipotezą, że zmniejszone hamowanie jest kluczem do plastyczności. Dokładniej, modelujemy sieć neuronową i proponujemy zasady plastyczności synaptycznej, które są w stanie odtworzyć wiele z omówionych powyżej zjawisk. W naszym modelu plastyczność od pobudzenia do hamowania jest odpowiedzialna za szybkie zmniejszenie hamowania podczas CP, co z kolei umożliwia zmianę dominacji oka. Nasz model jest zgodny z wynikami eksperymentalnymi obserwowanymi pod MD oczu przeciw- i ipsilateralnych, MI i BD. Ponadto omawiamy możliwe mechanizmy leżące u podstaw otwarcia i zamknięcia okresu krytycznego oraz przywrócenia plastyczności. Wreszcie, nasz model dostarcza możliwego wyjaśnienia, dlaczego niektóre neurony przesuwają się w sposób sprzeczny z intuicją w kierunku zamkniętego oka i dlaczego te neurony mają tendencję do niższych współczynników wyzwalania.


Część 4: Jak obwody neuronowe uczą się przedziałów czasowych

00:00:02.16 Tak więc w tej czwartej części
00:00:05.05 Będę dalej ilustrował bazę komórkową,
00:00:10.06 synaptyczne podstawy uczenia się i pamięci
00:00:13.18 rozmawiając o
00:00:15.15 jak obwód neuronowy?
00:00:18.14 może zapamiętać lub nauczyć się
00:00:20.19 przedział czasowy zdarzeń
00:00:25.07 za pomocą plastyczności zależnej od synchronizacji impulsów.
00:00:33.02 Teraz to badanie
00:00:35.14 Chcę zilustrować
00:00:38.02 zostało wykonane w systemie hodowli komórkowej.
00:00:40.20 Kultura składa się z losowo połączonych
00:00:44.05 neurony hipokampa,
00:00:47.14 i będziemy stymulować tę losową sieć
00:00:51.10 i do zobaczenia.
00:00:53.06 ze wzorem stymulacji,
00:00:55.02 i zobaczyć, jak ten wzór
00:00:57.09 mogą być przechowywane w modyfikacji synaptycznej
00:01:01.08 w sieci.
00:01:03.22 Teraz najprostszy bodziec
00:01:06.24 który zawiera informacje o przedziale czasowym
00:01:10.07 byłby ciągiem sparowanych impulsów
00:01:13.12 w tym samym przedziale czasowym.
00:01:15.23 Na przykład mamy ciąg dwóch impulsów.
00:01:20.18 sparowany puls.
00:01:23.02 Sparowany impuls ma określony odstęp między impulsami
00:01:28.20, które można ustawić.
00:01:30.13 Teraz, pomiędzy tymi sparowanymi impulsami
00:01:32.06 mamy czas oczekiwania,
00:01:35.07 i to byłaby informacja
00:01:38.26, które obwód musi zapamiętać, jest proste.
00:01:41.16 Musi zapamiętać sparowany puls,
00:01:43.19 interwał sparowanego impulsu.
00:01:45.26 A teraz, jak obwód mógłby to zapamiętać?
00:01:51.03 Zacznijmy ponownie od eksperymentu Gedanken.
00:01:56.17 Załóżmy, że mamy grupę komórek
00:01:59.00 połączone losowo
00:02:01.05 w hodowli komórkowej.
00:02:02.26 Możemy monitorować ich łączność synaptyczną.
00:02:06.02 siła synaptyczna między połączeniami
00:02:09.12 między komórkami
00:02:11.16 poprzez stymulację jednej komórki
00:02:14.14 i mierzenie odpowiedzi w innym
00:02:16.17 by zmierzyć ich połączenia synaptyczne.
00:02:19.28 Teraz eksperyment Gedanken
00:02:21.27 zaczyna się od tego:
00:02:25.26 czy możemy monitorować skuteczność synaptyczną?
00:02:33.07 w ścieżce wieloneuronalnej
00:02:35.29 w sieci?
00:02:38.17 Eksperymentalnie,
00:02:40.29 wiemy, że jeśli pobudzimy jedną komórkę
00:02:43.18 i nagraj to z innej komórki
00:02:46.08 w grupie komórek połączonych w kulturze,
00:02:51.01 to, co możemy wykryć, jest następujące.
00:02:55.16 Jeśli stymulujesz jedną komórkę
00:02:58.07 i nagrywasz z drugiej komórki,
00:03:00.03 pojawi się druga komórka z prądami synaptycznymi.
00:03:03.05 To jest.
00:03:04.24 właściwie prąd dochodzący,
00:03:06.20 pobudzający prąd do wewnątrz komórki, którą rejestrujemy.
00:03:09.29 Stymulowanie jednej komórki,
00:03:11.26 nagrywasz z innej celi.
00:03:13.08 To jest nagrana odpowiedź.
00:03:15.04 nagrana odpowiedź z czasem
00:03:17,21 wzdłuż tej osi.
00:03:20.02 Widzisz, że nagrana odpowiedź ma zawsze trzy szczyty,
00:03:23.11 i z czasem się powtarzają.
00:03:28.13 Czasami zdarzają się awarie,
00:03:30.07 ale przez większość czasu otrzymujesz wszystkie trzy odpowiedzi.
00:03:33.27 Co reprezentowałyby te trzy odpowiedzi?
00:03:36.13 W tym przypadku
00:03:38.08 można to sobie wyobrazić
00:03:40.21 kiedy jedna komórka była stymulowana
00:03:43.28 transmituje sygnały
00:03:46.18 do zarejestrowanych komórek
00:03:49.28 w trzech różnych czasach.
00:03:53.02 Przybycie odpowiedzi o trzeciej.
00:03:55.17 1, 2, 3.
00:03:56.27 trzy różne czasy.
00:03:58.19 inny czas przyjazdu.
00:04:00.17 Czas przybycia może różnić się o dziesiątki milisekund.
00:04:04.04 To sugeruje, że komórka jest w rzeczywistości
00:04:06.19 ekscytujące inne komórki na ścieżce,
00:04:09.06 inna liczba komórek w ścieżce.
00:04:11.29 W końcu wszystkie trafiają do celi
00:04:14.26, które nagrywamy.
00:04:16.23 Tak więc, monitorując odpowiedź polisynaptyczną,
00:04:21.20 szczyty. 1, 2, 3 różne szczyty.
00:04:24.27 faktycznie monitorujemy
00:04:27.10 sprawność transmisji sygnałów
00:04:30.14 różnymi ścieżkami
00:04:32.22 w ramach sieci kulturowej,
00:04:36.09 i te ścieżki są zwykle stabilne.
00:04:38.21 Aby eksperymenty działały,
00:04:41.12 potrzebujemy stabilnego nagrania,
00:04:43.12 stabilna sieć.
00:04:45.15 Widzimy tutaj stabilność.
00:04:47.18 W ciągu godziny
00:04:49.24 jeśli reprezentujemy prąd synaptyczny
00:04:52.11 według koloru w tym colorgramie,
00:04:54.24 kolory czerwone oznaczają najwyższą amplitudę prądu synaptycznego,
00:05:00.25 widzisz, że każdy prąd synaptyczny
00:05:05.00 jest teraz reprezentowana w jednym wierszu tutaj,
00:05:08.16 i z czasem widać to
00:05:11.14 prąd synaptyczny się nie zmienia.
00:05:13.26 Szczyt, biały tutaj jest najwyższym szczytem.
00:05:16.27 szczyt 1,
00:05:19.01 i 2,
00:05:20,24 i szczyt 3.
00:05:22.15 wszystkie trzy szczyty pozostają względnie stabilne w czasie
00:05:25.06 przez 60 minut.
00:05:27.03 Więc to są stabilne obwody.
00:05:29.13 Tak więc eksperyment Gedanken,
00:05:31.06 eksperyment myślowy wygląda następująco.
00:05:32.29 Więc teraz, jeśli damy dwa impulsy do tego obwodu
00:05:36.13 w stymulacji,
00:05:38.14 jeśli stymulujemy tę komórkę dwoma impulsami,
00:05:41.01 sparowany impuls. 1, 2.
00:05:43.27 z interwałem między impulsami
00:05:46.04 ustalonego interwału, o którym decydujemy,
00:05:48.10 to informacje, które chcemy przekazać obwodowi.
00:05:52.26 Tak więc pierwszy impuls,
00:05:54.23 czerwona strzałka tutaj,
00:05:56.15 pierwszy impuls będzie
00:05:59.10 bodziec do komórki 1,
00:06:01.26 i co można nagrać po opóźnieniu czasowym,
00:06:05.01 w odległej celi,
00:06:07.11 można wykryć dwa zdarzenia, powiedzmy.
00:06:10.26 Jedno zdarzenie to podprogowy potencjał synaptyczny
00:06:16.02 i drugie wydarzenie
00:06:19.08 jest inną ścieżką
00:06:21.29 z opóźnieniem, które daje pobudzenie
00:06:25.12 potencjału czynnościowego,
00:06:28.22 wzbudzenie ponadprogowe.
00:06:32.17 Tak więc pojedynczy impuls w komórce 1
00:06:35.20 generuje dwa sygnały w zarejestrowanej komórce:
00:06:38.11 depolaryzacja i skok.
00:06:42.21 Więc teraz, jeśli zrobisz drugi puls
00:06:44.26, który pojawia się w niebieskiej strzałce,
00:06:47.16 z interwałem między szczytami, jak pokazano tutaj,
00:06:50.23 niebieskie strzałki znów się wyświetlają
00:06:54.02 depolaryzacja podprogowa.
00:06:56.00 niebieska depolaryzacja,
00:06:58.03 niebieski potencjał czynnościowy, tutaj.
00:07:00.14 więc teraz widzisz, czy interwał między kolcami
00:07:05.11 akurat był właściwym interwałem,
00:07:08.16 niebieska depolaryzacja,
00:07:11.06 EPSP wytworzony przez drugi impuls,
00:07:14.08 może spaść przed potencjałem czynnościowym
00:07:17.02 stworzony przez pierwszy impuls.
00:07:19.25 Masz więc sytuację
00:07:22.07 wejścia presynaptycznego
00:07:25.16 występujące w oknie czasowym 40 milisekund
00:07:28.28 przed skokiem komórki postsynaptycznej.
00:07:31.19 Tak więc przed-przed po-.
00:07:34.05 ta synapsa zostanie wzmocniona,
00:07:36.02 otrzymujesz LTP.
00:07:38.13 Teraz wyobraź sobie, że wydłużymy ten interwał między impulsami
00:07:43.03 na inną długość.
00:07:45.11 Wtedy możesz mieć inne nakładanie się
00:07:47.17 pierwszych wydarzeń.
00:07:49.26 Na przykład
00:07:52.16 EPSP wywołany niebieskim impulsem
00:07:55.18 może pozostawać w tyle za potencjałem czynnościowym
00:07:57.27 stworzony przez pierwszy impuls, czerwony impuls.
00:08:00.22 Teraz masz impulsy postsynaptyczne
00:08:03.19 przed wejściem presynaptycznym.
00:08:06.12 post-przed pre-.
00:08:09.17 ten niebieski EPSP będzie przygnębiony.
00:08:11.21 To jest plastyczność zależna od synchronizacji impulsów.
00:08:13.28 A więc różne interwały między impulsami
00:08:17.29 stworzy, w tej samej synapsie,
00:08:20.12 raczej depresja niż nasilenie,
00:08:23.20 jak w tym przypadku.
00:08:25.14 Więc teraz jest to tylko przemyślany eksperyment
00:08:27.20 to może się zdarzyć.
00:08:29.06 Jeśli ten skok plastyczności zależy od czasu
00:08:31.12 się dzieje,
00:08:33.05, co pokazujemy w tym systemie kulturowym, że to robią.
00:08:35.13 zdarzają się w tym systemie kulturowym.
00:08:39.21 więc możemy przewidzieć,
00:08:42.08 przez te różnice w czasie,
00:08:44.15 sparowany impuls,
00:08:46.23 w zależności od interwału tego sparowanego impulsu,
00:08:49.25 możesz utworzyć LTP lub LTD synapsy
00:08:54.21 na odległej komórce docelowej w obwodzie.
00:08:58.13 Więc to jest podstawowa idea.
00:09:00.13 Zobaczmy, czy możemy to pokazać,
00:09:02.22 że obwód może to zapamiętać.
00:09:05.05 Nazywamy to przebudową ścieżki
00:09:08.09 wywołane przez stymulację sparowanymi impulsami.
00:09:11.02 Oto prosty eksperyment.
00:09:14.01 Tak więc stymulujesz komórkę presynaptyczną
00:09:18.23 a potem nagrywasz odpowiedź
00:09:23.19 w komórce postsynaptycznej.
00:09:25.14 Teraz my. w tym eksperymencie
00:09:28.04 rysujemy
00:09:30.10 presynaptyczna stymulacja komórek
00:09:32.27 i nagranie z komórki postsynaptycznej.
00:09:35.10 W rzeczywistości możesz mieć ścieżki polisynaptyczne
00:09:38.29 które w końcu wracają do tej samej celi
00:09:41.27 że pobudzasz.
00:09:43.28 Tak więc, aby zaoszczędzić ci trochę kłopotów,
00:09:46.10 właściwie wystarczy jedna elektroda rejestrująca.
00:09:48.19 Możesz użyć tej jednej komórki
00:09:51.05 aby stymulować tę komórkę
00:09:52.25 i nagraj z tej samej komórki,
00:09:54.26 i to jest jeszcze prostszy eksperyment.
00:09:56.19 To się tutaj wydarzyło.
00:09:58.11 W tym eksperymencie
00:10:00.02 tak naprawdę stymulujemy jedną komórkę
00:10:02.09 i nagrywanie od siebie,
00:10:04.12 i znaleźliśmy to przed kondycjonowaniem.
00:10:10.10 bodziec testowy,
00:10:13.13 stymulacja tej komórki,
00:10:16.07 co jest ogromnym artefaktem bodźców,
00:10:18.26 ale odpowiedź pojawia się tutaj
00:10:21.11 to prąd synaptyczny
00:10:23.14 co jest bardzo spójnym prądem synaptycznym.
00:10:26.01 zwrotny prąd synaptyczny na siebie.
00:10:28.26 W porządku, więc jest
00:10:32.13 pętla, która jest tutaj monitorowana.
00:10:35.02 Więc teraz stosujemy bodziec warunkujący,
00:10:37.15 stymulacja parzystymi impulsami.
00:10:39.15 bop-bop, bop-bop, bop-bop.
00:10:42.11 to sparowana stymulacja z interwałem 50 ms.
00:10:47.15 Teraz ta sparowana stymulacja
00:10:49.29 zastosowano 40 razy, 40-50 razy.
00:10:54.26 Potem znowu testujemy -
00:10:57.05 stymulować jedną komórkę, tę samą komórkę,
00:11:00.09 i spójrz na tę ścieżkę
00:11:02.19, które stwierdziliśmy, że są stabilne przez długi czas.
00:11:05.20 Widzisz, po krótkim okresie stymulacji sparowanych impulsów,
00:11:09.27 nagle ta sama stymulacja
00:11:12.07 tworzy nie tylko oryginalną odpowiedź.
00:11:15.08 pojawiają się dwie różne odpowiedzi.
00:11:17.28 Oznacza to, że w odpowiedzi pojawiają się dwa szczyty.
00:11:23.29 Co reprezentują dwa szczyty?
00:11:26.12 Cóż, to opóźnienie rzędu dziesiątek milisekund.
00:11:30.21 Oznacza to, że reprezentują dwie różne ścieżki
00:11:35.19, które są aktywowane po stymulacji sparowanymi impulsami
00:11:39.15, które są aktywowane i odsyłają do tej samej komórki, którą nagrywasz.
00:11:43.29 Więc teraz masz ścieżki.
00:11:45.24 nowe ścieżki są otwarte
00:11:48.24 przez tę stymulację sparowanymi impulsami.
00:11:51.07 Teraz kolejny przykład.
00:11:53.07 Teraz, w tym przykładzie
00:11:55.21 tak naprawdę używamy dwóch komórek:
00:11:57.21 stymulujesz w jednej komórce i nagrywasz z innej.
00:11:59.26 Druga komórka, którą nagrywasz.
00:12:02.01 stymulując jedną komórkę, znajdziesz odpowiedź w drugiej komórce
00:12:05.20 ma trzy szczyty,
00:12:07.20 trzy różne prądy synaptyczne,
00:12:10.16 reprezentujące trzy ścieżki,
00:12:12.08 szlaki polisynaptyczne
00:12:14.28 które docierają do zarejestrowanej komórki
00:12:17.04 które są stabilne w czasie.
00:12:18.26 A teraz, kondycjonowanie sparowanymi impulsami
00:12:20.18 z 30 ms tworzy zmianę,
00:12:23.23 modyfikacja.
00:12:25.15 Trzeci szczyt,
00:12:28.19 ta ścieżka jest całkowicie wyeliminowana.
00:12:31.19 stara ścieżka jest wyeliminowana, zamknięta.
00:12:34.03 podczas gdy są tu dwie ścieżki
00:12:36.20, które nadal pozostają po sparowanym impulsie,
00:12:39.28 chociaż druga ścieżka wydaje się być zmniejszona
00:12:43.21 w jego skuteczności.
00:12:45.18 Tutaj jest więcej niepowodzeń.
00:12:47.23 Znowu, to jest kolejny przykład.
00:12:50.17 Tam, stara ścieżka
00:12:52.29 jest faktycznie ułatwione:
00:12:55.18 są bardziej niezawodne
00:12:58.03 po 50 msek sparowanych impulsów.
00:13:00.11 Czwarty przykład. 100 ms sparowany impuls, stymulacja 50 razy.
00:13:05.15 produkuje stare ścieżki, które zmniejszają swoją skuteczność
00:13:10.08 i otwierają się nowe ścieżki.
00:13:12.24 To jest nowa ścieżka - 3.
00:13:14.27 Tak więc, kiedy przedstawiamy wszystkie tego typu eksperymenty,
00:13:18.05 łatwiej jest używać tego kolorgramu.
00:13:19.26 Ten kolorgram jest prostą reprezentacją
00:13:22.00 tego skomplikowanego prądu synaptycznego.
00:13:24.22 Kolor reprezentuje amplitudę prądu.
00:13:27.25 Tak więc pojawia się tutaj nowy kolor.
00:13:31.02 oznacza to, że otwierają się nowe ścieżki polisynaptyczne.
00:13:35.00 Więc masz stymulację.
00:13:38.10 możesz nagrywać z innej komórki
00:13:40.00 lub możesz nagrywać od siebie.
00:13:42.10 Więc to jest nagranie stymulacyjne
00:13:44.13 z tej samej celi.
00:13:46.07 Są, zaczynając od ścieżek,
00:13:48.04 na przykład tutaj masz dwie ścieżki na początek,
00:13:51.21 dwa szczyty.
00:13:53.14 a potem, z pewną stymulacją,
00:13:55.12 z stymulacją 40 ms,
00:13:57.10 otwierają się nowe ścieżki 3 i 4,
00:14:00.25 i ta ścieżka otwarta
00:14:03.09 daje te nowe szczyty, które pojawiają się tutaj, 3 i 4.
00:14:09.04 Ale jeśli wykonasz inny, 60 ms sparowany impuls,
00:14:13.21 nawet te same 50 par,
00:14:15.29 nie powodujesz żadnej zmiany, żadnej trwałej zmiany.
00:14:18.21 Przejściowe otwarcie niektórych ścieżek,
00:14:23.01 ale potem znika.
00:14:24.19 Wciąż wraca do pierwotnego stanu.
00:14:26.17 Więc zmiana w stanie nowej ścieżki
00:14:28.24 które są stale otwarte,
00:14:32.14 konkretnie przez ten 40-milisekundowy sparowany impuls.
00:14:36.02 Więc to oznacza, że ​​interwał.
00:14:39.02 obwód jest teraz
00:14:41.07 zapamiętywanie 40 ms
00:14:43.22 poprzez zmianę siły synaptycznej
00:14:45.29 w tych dwóch ścieżkach,
00:14:48.10, aby mogli teraz przewodzić sygnały.
00:14:51.24 Teraz to samo tutaj:
00:14:53.26 100 ms nie działa,
00:14:55.22 50 msek działa,
00:14:58,13 i 20 ms - bez zmian.
00:15:01.24 A więc wszystkie te eksperymenty.
00:15:04.04 w końcu można sprawdzić, ile nowych ścieżek można otworzyć.
00:15:07.27 Jakie są prawdopodobieństwo zmiany ścieżek?
00:15:13.03 Prawdopodobieństwo zmiany ścieżek, jak pokazano na tym wykresie,
00:15:16.18 jest dość wysoki dla interwałów między impulsami
00:15:21.17 rozprzestrzenianie się od dziesiątek milisekund do 200 milisekund.
00:15:26.12 Wciąż widać ścieżki.
00:15:29.20 może modyfikować ścieżkę
00:15:32.01 z interwałem 200 ms.
00:15:34.18 Innymi słowy,
00:15:36.12 jeśli masz powtarzające się interwały 200 ms,
00:15:39.20 że informacje mogą być przechowywane
00:15:42.04 w tej losowo połączonej sieci
00:15:44.03, który składa się z około 20 neuronów hipokampa
00:15:46.28 poprzez zmianę siły synaptycznej
00:15:49.26 wśród tej grupy komórek,
00:15:52.09 trochę wzmocnienia, trochę depresji.
00:15:54.19 przechowywane w różnych miejscach w pamięci rozproszonej
00:16:00.16 w sieci.
00:16:02.07 Teraz to jest LTP i LTD,
00:16:04.15 i faktycznie pokazujemy, nagrywając bezpośrednio,
00:16:07.08 że są długoterminowe zmiany plastyczności,
00:16:10.13 zmieniając siłę synaptyczną.
00:16:11.26 W rzeczywistości są one również zależne od APV,
00:16:14.18 Zależny od receptora NMDA.
00:16:16.19 Jeśli zablokujesz receptor NMDA,
00:16:18.20 czerwona kropka tutaj,
00:16:19.27 prawdopodobieństwo zmiany jest znacznie zmniejszone.
00:16:24.25 Więc to jest przykład
00:16:26.24 że obwody mogą zapamiętywać informacje
00:16:29.05 do 200 ms.
00:16:32.03 Więc teraz, co dokładnie zmienia się w komórce?
00:16:36.14 Trudno.
00:16:39.06 system modelowy kultury jest systemem modelowym, prawda?
00:16:41.22 To, czego naprawdę potrzebujemy, to in vivo.
00:16:44.28 w mózgu, w nienaruszonym mózgu,
00:16:47.16 może zespół, grupa komórek,
00:16:50.19 zmieniając ich łączność
00:16:53.18 do przechowywania informacji z doświadczenia zmysłowego.
00:16:57.28 Więc teraz wracamy do, znowu,
00:17:00.08 system siatkówkowo-odbytniczy
00:17:02.20, aby przyjrzeć się grupom komórek, które działają w systemie siatkówkowo-odbytniczym.
00:17:06.11 Teraz używaliśmy wcześniej kijanki Xenopus,
00:17:10.01 ale kijanki Xenopus nie są zbyt dobre.
00:17:12.13 to dobre do rejestrowania pojedynczych komórek,
00:17:15.01 ale nie jest dobry do oglądania wielu komórek.
00:17:19.15 W tym celu musimy obrazować
00:17:21.18 chusteczka, która jest bardziej przezroczysta,
00:17:25.27 takich jak danio pręgowany,
00:17:28.02 do monitorowania działań w komórce,
00:17:31.00 więc przy użyciu metod optycznych.
00:17:32.18 Oto grupa optycznych komórek tektalnych,
00:17:35.23 setki komórek,
00:17:37.19 oznaczony barwnikiem wrażliwym na wapń
00:17:40.21, które mogą odzwierciedlać wzrost poziomu wapnia w komórce
00:17:44.06 w odpowiedzi na skoki
00:17:46.21 lub odpalenie cel.
00:17:49.03 Tak więc sygnał wapnia jest reprezentacją,
00:17:51.23 wprost proporcjonalna,
00:17:53.21 do liczby kolców wystrzelonych w tych komórkach.
00:17:56.13 Patrząc na sygnał wapnia,
00:17:59.03 możemy monitorować aktywność
00:18:02.02 w tym zespole setek komórek,
00:18:04.26 i widzimy, czy są.
00:18:07.17 naszą nadzieją było zrozumienie, czy są tam komórki.
00:18:13.22 zespoły komórek, które można aktywować
00:18:17.20 według pomysłu Hebba na montaż komórek
00:18:20.12 przez określony bodziec sensoryczny,
00:18:24.27 i ta aktywacja może się utrzymywać
00:18:26.28 i ich łączność może zostać wzmocniona
00:18:29.18 jako sposób przechowywania informacji.
00:18:32.14 A wśród tych przechowywanych informacji
00:18:34.12 zawiera sekwencję wydarzeń
00:18:37.01 i interwał wydarzeń.
00:18:39.18 Więc to jest pierwotna nadzieja,
00:18:41.19 ale robimy tylko małe kroki
00:18:44.24 w kierunku tego celu.
00:18:46.28 Teraz tutaj już mamy
00:18:49.25 osiągnęli pewien postęp w tym kierunku.
00:18:53.26 Na przykład możemy monitorować
00:19:00.04 sygnał wapnia w odpowiedzi
00:19:03.01 do zamiatania ruchomego baru
00:19:05.05 jak pokazywałem wcześniej.
00:19:07.00 Ruchomy bar po siatkówce
00:19:09.04 tworzy sygnał wapnia w komórkach.
00:19:11.14 Za każdym razem, gdy ruchomy pasek przechodzi w poprzek,
00:19:13.15 wapń idzie w górę,
00:19:15.19 refleksja.
00:19:17.22 w tej konkretnej komórce wzrasta poziom wapnia
00:19:19.23 w odpowiedzi na poruszający się pasek przesuwający się po siatkówce.
00:19:23.11 W rzeczywistości reprezentuje to
00:19:25.19 zaporę potencjałów czynnościowych w komórce
00:19:28.23 które powodują napływ wapnia.
00:19:31.01 Ale niektóre komórki nie reagują,
00:19:32.25 na przykład ta komórka nie odpowiada
00:19:35.00 w ogóle do ruchomego baru.
00:19:37.03 Ta komórka reaguje nierzetelnie, czasami,
00:19:39.17 na jakiś ruchomy bodziec,
00:19:42.14 sugerując, że istnieją różne aktywacje.
00:19:44.16 Różne komórki zwojowe siatkówki żywią się komórkami tektalnymi.
00:19:48.24 Niektóre są bardzo skuteczne w aktywacji,
00:19:51.28 inni nie.
00:19:53.25 Tak naprawdę możemy zrobić setki komórek
00:19:57.01 - tutaj pokazuję 200 komórek.
00:19:59.10 Teraz przedstawiamy sygnał wapnia w skali szarości.
00:20:02.11 Ciemność oznacza wyższy poziom wapnia.
00:20:04.29 Tak więc każda komórka to jedna linia, tutaj.
00:20:08.08 W celi
00:20:10.13 jest 20 bodźców, ruchomy pasek,
00:20:14.07 przez siatkówkę.
00:20:16.15 Za każdym razem, gdy poruszający się pasek przechodzi w poprzek
00:20:19.11 otrzymujesz sygnał wapnia.
00:20:21.05 Sygnał wapnia rośnie, rośnie.
00:20:23.17 więc 20 sygnałów wapniowych.
00:20:28.09 Teraz, kiedy ruchomy pasek
00:20:31.18 teraz przesuwa się od lewej do prawej,
00:20:34.00 pasek poruszający się w prawo, a nie w przeciwnym kierunku,
00:20:36.18 przesuwający się pasek w przeciwnym kierunku
00:20:39.25 daje znacznie mniejszą aktywność w tej konkretnej komórce.
00:20:42.20 Ta komórka wykazuje dużą aktywność,
00:20:45.15 ale zajęcia są ograniczone,
00:20:47.14 są mniejsze, znacznie mniejsze,
00:20:49.22 dla tych komórek dla przeciwległego ruchomego paska.
00:20:53.04 Teraz, w tym barze,
00:20:56.28 dla tych komórek na przykład,
00:20:59.15 selektywnie reagują na poruszający się w prawo pasek.
00:21:03.06 W ogóle nie reagują na
00:21:07.07 do przesuwającego się w lewo paska.
00:21:09.09 Więc jest specyficzność.
00:21:10.28 I jest powtarzalność:
00:21:12.18 ta sama komórka, która odpowiada za pierwszym razem
00:21:14.18 do baru w lewo
00:21:17.22 ponownie odpowiada lewą kreską.
00:21:20.13 Więc jest odtwarzalność
00:21:22.17 i jest specyficzna odpowiedź.
00:21:26.06 Teraz możesz narysować to w colorgramie, tutaj.
00:21:30.10 Czerwona komórka.
00:21:32.09 raczej zielone komórki, tutaj,
00:21:34.06 odpowiadają tylko na lewy pasek,
00:21:36.09 przesuwający się w lewo pasek.
00:21:38.07 Czerwoni reagują tylko na przesuwający się w prawo pasek,
00:21:41.22 i żółty to te komórki, które odpowiadają na oba.
00:21:45.16 Więc komórki się nakładają.
00:21:48.24 Są dwie grupy lub dwa zespoły komórek
00:21:52.17 które się nakładają,
00:21:54.22 ale każdy zespół jest inny
00:21:59.21 do poruszającego się paska w określonym kierunku.
00:22:02.18 Więc teraz prawdziwy eksperyment
00:22:05.18 to czy ta grupa komórek
00:22:08.16 może przechowywać informacje w ruchomym pasku.
00:22:11.27 A więc, co się dzieje, gdy kondycjonujesz siatkówkę?
00:22:16.11 z określonym ruchomym drążkiem w jednym kierunku,
00:22:22.10 poruszanie się w określonym kierunku 20 razy.
00:22:24.15 Co się stało później?
00:22:27.01 Wszelkie czynności są przechowywane,
00:22:29.23 czy zmiany synaptyczne zachodzą w tej grupie komórek?
00:22:34.00 Więc szukaliśmy tego,
00:22:35.25 szukał tych zmian.
00:22:37.21 Pierwszą rzeczą, którą znaleźliśmy jest. to jest interesujące.
00:22:41.02 po kondycjonowaniu.
00:22:43.19 przejściowe wapń, które występują
00:22:46.06 wśród grupy komórek,
00:22:48.19 to nagranie wśród 200 komórek.
00:22:51.22 Tak więc podczas kondycjonowania
00:22:54.12 za każdym razem, gdy jesteś bardzo dobry
00:22:58.18 skorelowany sygnał wapnia
00:23:01.10 w tej grupie komórek,
00:23:04.27 podzbiór tych komórek
00:23:08.03 pokaż sygnały wapnia
00:23:10.26 po bodźcu warunkującym
00:23:13.26 został zakończony.
00:23:15.25 Więc po tym, jak nie masz już ruchomych prętów
00:23:17.24 przez siatkówkę.
00:23:20.12 W takim samym przedziale czasowym
00:23:23.07 jako bodziec warunkujący,
00:23:25.12 pojawiły się przejściowe zmiany wapnia,
00:23:27.29 z rytmicznym przejściowym wapniem
00:23:30.01 teraz występuje trzy razy
00:23:32.05 wśród podzbioru neuronów
00:23:34.18, które zareagowały na poruszający się pasek.
00:23:37.26 To ciekawe
00:23:40.21 bo to są ślady
00:23:43.17 pozostały z kondycjonowania.
00:23:45.14 To jest wspomnienie. ślad pamięci.
00:23:48.22 Teraz pokazujemy zmierzony poziom wapnia.
00:23:55.08 Co ciekawe, ten przejściowy wapń,
00:23:57.18 tzw. postkondycjonujący przejściowy wapń,
00:24:00.27 co reprezentuje wzrost neuronów.
00:24:02.21 pamiętaj, że wapń jest spowodowany skokami.
00:24:06.11 skok tych neuronów
00:24:09.02 występuje w odstępach czasu
00:24:11.22, co odpowiada dokładnie tym samym interwałom
00:24:14.19 jako kondycjonowanie.
00:24:16.16 Więc tutaj mamy czterosekundowe warunkowanie.
00:24:20.03 Ostatnie 4 bodźce warunkujące po 20.
00:24:26.14 ostatnie 4 po 20 bodźcu kondycjonującym
00:24:29.18 pojawia się tutaj.
00:24:31.05 ale po wyłączeniu kondycjonowania,
00:24:33.29 nadal widzisz te powtarzające się zmiany wapnia
00:24:39.00 w odpowiednim odstępie czterech sekund.
00:24:41.23 Teraz, jeśli kondycjonujesz sześć sekund,
00:24:44.18 stan przejściowy nastąpi po sześciu sekundach.
00:24:46.20 Jeśli kondycjonujesz z dziesięciosekundową przerwą,
00:24:50.06 stan przejściowy po kondycjonowaniu
00:24:52.19 występuje w odstępach dziesięciu sekund.
00:24:57.27 Więc system pamięta
00:24:59.27 interwał kondycjonowania
00:25:02.20 powtarzając ten sam skok
00:25:04.28 wśród tej grupy komórek,
00:25:06.21 podgrupa komórek,
00:25:09.13 zmontowanych komórek.
00:25:11.13 Oto histogram
00:25:14.05 ukazujący wyraźnie skoncentrowany,
00:25:17.09 aktywność rytmiczna
00:25:19.15 to pasuje do.
00:25:22.17 i spontaniczna aktywność tego nie pokazuje,
00:25:25.02 gdy nie ma klimatyzacji,
00:25:27.14 spontaniczna aktywność nie wykazuje aktywności rytmicznej,
00:25:31.08 ale rytmiczna aktywność po czterech sekundach,
00:25:33.13 sześć sekund,
00:25:35.19 i następuje dziesięć sekund
00:25:38.08 po specyficznym uwarunkowaniu tego konkretnego przedziału.
00:25:41.26 Teraz czas. czas trwania tego ponownego pojawienia się rytmicznej aktywności
00:25:50.29 jest ograniczona.
00:25:52.25 To tylko dwadzieścia sekund.
00:25:54.28 Tak więc, w tym przypadku kondycjonowania dziesięciosekundowego,
00:25:59.03 powtórzy się dwukrotnie.
00:26:02.15 Czasami, po raz trzeci,
00:26:04.05 ale głównie w ciągu pierwszych dwudziestu sekund.
00:26:07.15 Ale masz więcej powtórzeń
00:26:09.23 jeśli masz sześciosekundową przerwę,
00:26:12.12 więc masz więcej spraw.
00:26:14.26 do osiemnastu sekund
00:26:18.06 widać przejściowy wapń,
00:26:20.14 potem znika.
00:26:22.11 Więc to pamięć krótkotrwała.
00:26:25.24 A więc te zajęcia zespołu pogłosowego
00:26:31.08 są specyficzne dla bodźców.
00:26:33.25 Tak więc poruszający się w lewo pasek
00:26:36.23 tworzenie rytmicznej aktywności wśród tej grupy komórek,
00:26:40.10 ale pasek poruszający się w prawo
00:26:43.02 tworzy rozbrzmiewające działanie
00:26:45.17 na innej grupie komórek.
00:26:47.10 nie ta sama grupa.
00:26:49.20 Więc to jest ten sam zestaw 100 komórek
00:26:53.13 że później monitorujemy ich rytmiczną aktywność.
00:26:58.27 Więc co to oznacza dla zwierzęcia?
00:27:05.01 Jaki jest pożytek, by zwierzę pamiętało?
00:27:08.03 ta rytmiczna aktywność?
00:27:10.03 Więc możemy.
00:27:12.00 danio pręgowany ma to fajne
00:27:13.21 że możemy zachować się.
00:27:15.25 Jeśli unieruchomimy danio pręgowanego na scenie,
00:27:18.09 gdzie możemy monitorować
00:27:21.04 używając przezroczystego agaru.
00:27:23.26 unieruchomić głowę
00:27:26.00 ale pozwól ogonowi się odwrócić.
00:27:29.01 możemy monitorować aktywność mózgu.
00:27:31.11 W tym samym czasie możemy monitorować odwrócenie ogona,
00:27:34.05, co jest oznaką
00:27:38.16 aktywność motoryczna, która napędza pływanie.
00:27:42.28 wpływa na zachowanie ucieczkowe danio pręgowanego.
00:27:47.04 Więc tutaj odkryliśmy, że, co ciekawe,
00:27:49.18 możesz użyć tego ruchomego paska lub błysków światła,
00:27:55.03, aby wywołać zachowanie ucieczki
00:27:57.15 ryby,
00:27:59.25 i jest to całkiem powtarzalne.
00:28:01.13 Jeśli warunkujemy w tym przypadku błyskami,
00:28:04.21 za każdym razem, gdy robisz flash
00:28:06.26 ogon by się odwrócił.
00:28:09.26 To jest sekwencja odwracania ogona,
00:28:12.17 i możesz za pomocą tego monitorować odwracanie ogona.
00:28:16.08 ilościowo,
00:28:19.05 przez krzywiznę ogona.
00:28:21.03 Oto krzywizna ogona.
00:28:23.17 Za każdym razem, gdy lampa błyskowa jest włączona,
00:28:26.01 w sześciosekundowej przerwie,
00:28:28.09 masz klapkę ogonem
00:28:30.19 w mniej lub bardziej powtarzalny sposób.
00:28:32.25 W 60% przypadków można odtworzyć ogon.
00:28:36.09 A więc teraz dzieje się interesujący eksperyment
00:28:39.08 kiedy zatrzymasz błyski w tym czasie.
00:28:47.20 A po zakończeniu flashowania,
00:28:49.23 to ostatni błysk,
00:28:51.21 znalazłeś jeszcze dwa machnięcia ogonem
00:28:54.15 występujące dokładnie w sześciosekundowych odstępach,
00:28:57.15 po rozwiązaniu
00:29:00.18 bodźca warunkującego.
00:29:04.00 Ryby pamiętają zachowanie.
00:29:08.00 to wspomnienie interwału kondycjonowania
00:29:12.12 znajdują odzwierciedlenie w zachowaniu wzrokowo-ruchowym
00:29:16.03 z danio pręgowanego
00:29:18.23 w ich ucieczce.
00:29:21.04 Teraz, pod nieobecność.
00:29:23.03 brak bodźca świetlnego.
00:29:25.00 pamiętają to i odwracają ogon.
00:29:27.24 Więc mam na to film
00:29:30.04, który pokazuje cztery ostatnie bodźce warunkujące
00:29:35.06 co powoduje odwrócenie ogona,
00:29:37.04 i użyję
00:29:40.28 dźwięk reprezentujący czas błysku.
00:29:45.18 Ryba nie słyszała dźwięku,
00:29:47.29 wtedy robię film,
00:29:50.00 Włączyłem dźwięk, aby wskazać czas błysku.
00:29:53.17 Więc śmiało.
00:29:56.15 Zobaczymy ostatnie cztery przewroty ogonem stworzone przez to.
00:30:00.20 usłyszysz ten dźwięk, to jest błysk.
00:30:03.00 Więc ogon odskoczył.
00:30:05.18 Kolejne sześć sekund,
00:30:08.08 ogon odwrócił się w odpowiedzi na błysk.
00:30:11.21 Błysk.
00:30:14.11 zauważ, że zaczynają się poruszać jeszcze przed włączeniem lampy błyskowej.
00:30:17.17 Oni to pamiętają, rozumiesz? ten błysk.
00:30:21.05 Więc jest koniec bodźca, bodziec warunkujący.
00:30:24.13 Teraz, sześć sekund później, huh.
00:30:26.19 odwracasz. kolejne sześć sekund.
00:30:31.18 Tak więc, przy braku kondycjonowania,
00:30:35.17 ryba faktycznie pamięta sześciosekundowy interwał
00:30:38.17, a potem odwróć ponownie.
00:30:41.01 Więc jest powód tego wspomnienia.
00:30:44.22 Za zachowanie ucieczki,
00:30:46.20 może się przydać w ich naturalnym środowisku.
00:30:50.01 Więc w końcu
00:30:52.16 to jest pokondycjonowanie ogonów.
00:30:59.20 występują również w bodźcu warunkującym.
00:31:01.17 W zależności od bodźca warunkującego
00:31:03.18 odwracają się we właściwym czasie,
00:31:05.26 i machnięcia ogonem są skorelowane.
00:31:09.07 ma wysoką korelację
00:31:11.16 z sygnałami wapnia zarejestrowanymi w tektum.
00:31:15.16 To nie sugeruje.
00:31:18.05 nie dowodzi, że sygnał wapnia lub skok,
00:31:23.06 odpowiada za odwrócenie ogona,
00:31:25.22 ale to ścisła korelacja.
00:31:28.18 To jest pierwszy etap
00:31:30.16 gdzie przetwarzane są informacje sensoryczne.
00:31:33.07 W tectum jest pamięć
00:31:36.03 to jest skorelowane
00:31:38.02 z reakcją behawioralną,
00:31:40.08 więc jest prawdopodobne, że są spokrewnieni.
00:31:42.10 Teraz tę korelację można pokazać tutaj,
00:31:44.20 że dla tych wydarzeń związanych z wapniem
00:31:47.13 jest haj.
00:31:49.23 podczas kondycjonowania.
00:31:52.04 podczas stymulacji kondycjonującej,
00:31:54.10 istnieje wysoka korelacja
00:31:56.18 między odwróceniem ogona a zdarzeniem wapnia,
00:31:59.24 i zdarzenie wapnia z przerzucaniem ogonów
00:32:02.00 również mają wysoką korelację,
00:32:06.11 i ta korelacja utrzymywała się przez 30 sekund.
00:32:11.04 Po pierwszych 30 sekundach
00:32:12.25 nadal masz wysoką korelację między zdarzeniami związanymi z wapniem
00:32:15.14 i przewraca ogonem,
00:32:17.20 i amplituda zdarzeń wapniowych
00:32:20.18 jest faktycznie.
00:32:25.13 dla tych, którzy odwracają ogon,
00:32:28.01 wapń jest znacznie wyższy
00:32:30.21 niż te skorelowane zdarzenia związane z wapniem
00:32:33.21 bez odwracania ogona.
00:32:35.11 Wszystko to pokazuje korelację
00:32:37.03 aktywności w tectum
00:32:38.29 i zachowanie systemu.
00:32:42.08 Więc teraz,
00:32:44.03 jaka jest plastyczność zależna od czasu skoku?
00:32:46.16 zaangażowanych tutaj?
00:32:48.11 Pamięć wydaje się trwać tylko 20 sekund,
00:32:51.06 bardzo krótko.
00:32:52.17 Nie przesunęliśmy jeszcze tego czasu za pomocą.
00:32:57.26, aby zobaczyć, czy ten czas można przesunąć na dłuższy czas
00:33:00.19 podając różne rodzaje protokołów.
00:33:04.11 Możliwe, że to krótsze wspomnienie
00:33:06.14 mogą być przechowywane,
00:33:08.08 utrwalone w pamięci długoterminowej,
00:33:11.02 i że konsolidacja może wymagać
00:33:15.10 zmiany w synapsach.
00:33:17.13 W tej chwili
00:33:19.11 wiemy tylko, że w tych tektalnych obwodach
00:33:22.00 są zjawiska związane
00:33:24.18 z pamięcią przedziału czasowego kondycjonowania.
00:33:28.13 rytmiczny bodziec warunkujący.
00:33:31.09 Czy plastyczność synaptyczna
00:33:34.00 jest bezpośrednio zaangażowany
00:33:36.25 w kodowaniu tej informacji
00:33:39.19 oraz w utrwalaniu pamięci,
00:33:42.09 nie jesteśmy w tej chwili jasne,
00:33:46.04 ale to na przyszłą pracę.
00:33:49.13 Podsumowując tę ​​część,
00:33:51.24 Znowu pokazałem dwa przykłady,
00:33:53.19 jeden w bardzo prostym systemie modelu kultury,
00:33:57.07 pokazując, że LTP i LTD,
00:33:59.11 plastyczność zależna od czasu skoku,
00:34:02.07 może służyć do przechowywania informacji
00:34:06.05 przedziału czasowego do 200 ms.
00:34:10.04 Więc to jest bardzo prosty system.
00:34:13.17 Możliwość wykorzystania czasu opóźnienia,
00:34:17.12 tzw. mechanizm linii opóźniającej,
00:34:19.18, aby informacje o interwale były przechowywane
00:34:22.29 w sposób przestrzennie rozłożony
00:34:25.07 w różnych synapsach w sieci polisynaptycznej.
00:34:28.00 W drugim przykładzie
00:34:29.17 Pokazałem w tectum danio pręgowanego
00:34:31.19 że istnieje zespół komórek
00:34:34.01 których aktywność impulsowa
00:34:36,00 może być wciągnięty
00:34:38.15 rytmicznym bodźcem sensorycznym,
00:34:41.10 i to porywanie
00:34:43.20 może trwać chwilę po bodźcu sensorycznym.
00:34:47.10 na krótko, na kilkadziesiąt sekund.
00:34:51.11 I ciekawa rzecz
00:34:53.05 jest to, że to porywanie interwału,
00:34:55.08 czas interwału tam,
00:34:57,18 jest rzędu sekund.
00:34:59.14 To dość długo, prawda?
00:35:01.14 Danio pręgowany pamięta sześć sekund
00:35:03.10 całkiem dokładnie w tym konkretnym przypadku,
00:35:06.22 i rytmiczna informacja, ten czas,
00:35:09.24 jak była ta druga informacja?
00:35:12.19 przechowywane i kodowane przez sieć komórek?
00:35:16.29 To naprawdę pozostaje tajemnicze pytanie
00:35:20.24 na adres w nadchodzących latach.
00:35:25.02 Więc tutaj skończę
00:35:26.25 i dziękuję za uwagę,
00:35:28.27 i chcę docenić ludzi
00:35:32.05 którzy przyczynili się do ostatnich trzech części mojego wystąpienia,
00:35:35.00 część eksperymentalna.
00:35:36.26 To obejmuje wszystkich ludzi
00:35:39.17 które kiedyś były w moim laboratorium,
00:35:41.27 koledzy w moim laboratorium w UCSD
00:35:43.25 i Berkeley i Szanghaj,
00:35:46.20 i większość z nich odeszła
00:35:48.25 i znalazłem pozycję gdzie indziej,
00:35:52.03 i dwóch studentów w Szanghaju
00:35:54.12 nadal pracują w laboratorium
00:35:56.23 na pierwotnej korze wzrokowej.
00:35:58.21 nauka sekwencji.
00:36:01.02 I polegałem na tej pracy
00:36:03.18 we współpracy z kolegami
00:36:06.05 Jang Dan,
00:36:08.01 i wczesne prace nad kijankami Xenopus
00:36:11.06 z Christine Holt i Billem Harrisem,
00:36:14.12 a ostatnio danio pręgowany pracuje z Herwigiem Baierem.
00:36:18.25 Dziękuję.

  • Część 1: Komórkowa podstawa uczenia się i pamięci

Czy neuron może zrobić sobie synapsę? - Biologia

Informacja z jednego neuronu przepływa do innego neuronu przez synapsy. Synapsa to niewielka szczelina oddzielająca neurony. Synapsa składa się z:

Potencjał czynnościowy nie może przekroczyć szczeliny synaptycznej między neuronami. Zamiast tego impuls nerwowy jest przenoszony przez substancje chemiczne zwane neuroprzekaźniki. Te substancje chemiczne są wytwarzane przez komórkę wysyłającą impuls ( neuron presynaptyczny) i przechowywane w pęcherzyki synaptyczne na końcu aksonu. Komórka, która otrzymuje impuls nerwowy ( neuron postsynaptyczny) ma w błonie bramkowane chemicznie kanały jonowe, zwane neuroreceptory. Mają one specyficzne miejsca wiązania neuroprzekaźników.

1. Na końcu neuronu presynaptycznego znajdują się kanały wapniowe bramkowane napięciem. Kiedy potencjał czynnościowy dociera do synapsy, kanały te otwierają się, powodując przepływ jonów wapnia do komórki.

2. Te jony wapnia powodują, że pęcherzyki synaptyczne łączą się z błoną komórkową, uwalniając ich zawartość (chemiczne neuroprzekaźniki) przez egzocytozę.

3. Neuroprzekaźniki dyfundują przez szczelinę synaptyczną.

4. Neuroprzekaźnik wiąże się z neuroreceptorami w błonie postsynaptycznej, powodując otwarcie kanałów. W pokazanym przykładzie są to kanały sodowe, więc jony sodowe do nich dopływają.

5. Powoduje to depolaryzację postsynaptycznej błony komórkowej, która po osiągnięciu progu może zainicjować potencjał czynnościowy.

6. Neuroprzekaźnik jest rozkładany przez określony enzym w szczelinie synaptycznej, na przykład enzym acetylocholinoesteraza rozkłada neuroprzekaźnik acetylocholina. Produkty rozpadu są wchłaniane przez neuron presynaptyczny przez endocytozę i wykorzystywane do ponownej syntezy większej ilości neuroprzekaźników przy użyciu energii z mitochondriów. Powoduje to, że synapsa jest stale włączona.

potencjał czynnościowy osiąga presynaptyczny terminal

kanały Ca 2+ bramkowane napięciem otwarte

Pęcherzyki s ynaptyczne łączą się z błoną (egzocytoza)

neuroprzekaźniki są uwalniane do szczeliny synaptycznej i dyfundują do terminala postsynaptycznego

neuroprzekaźnik wiąże się z neuroreceptorem na błonie postsynaptycznej

powoduje otwarcie kanałów Na+, a Na+ wpływa do błony postsynaptycznej

po osiągnięciu progu inicjowany jest potencjał czynnościowy

Różne rodzaje synaps [powrót do góry]

Układ nerwowy człowieka wykorzystuje wiele różnych neuroprzekaźników i neuroreceptorów i nie wszystkie działają w ten sam sposób. Możemy podzielić synapsy na 5 typów:

1. Pobudzające synapsy kanałów jonowych.

Te synapsy mają neuroreceptory, które są kanałami sodowymi. Kiedy kanały się otwierają, do środka wpływają jony dodatnie, powodując lokalną depolaryzację i zwiększając prawdopodobieństwo wystąpienia potencjału czynnościowego.To był rodzaj synapsy opisany powyżej. Typowymi neuroprzekaźnikami są acetylocholina, glutaminian lub asparaginian.

2. Hamujące synapsy kanałów jonowych.

Te synapsy mają neuroreceptory, które są kanałami chlorkowymi. Kiedy kanały się otwierają, przepływają jony ujemne, powodując lokalną hiperpolaryzację i zmniejszając prawdopodobieństwo potencjału czynnościowego. Tak więc z tymi synapsami impuls w jednym neuronie może: hamować impuls w następnym. Typowymi neuroprzekaźnikami są glicyna lub GABA.

3. Synapsy niekanałowe.

Te synapsy mają neuroreceptory, które wcale nie są kanałami, ale są enzymami związanymi z błoną. Po aktywacji przez neuroprzekaźnik katalizują produkcję „substancji chemicznej przekaźnikowej” wewnątrz komórki, co z kolei może wpływać na wiele aspektów jej metabolizmu. W szczególności mogą zmieniać liczbę i czułość receptorów kanałów jonowych w tej samej komórce. Te synapsy biorą udział w powolnych i długotrwałych reakcjach, takich jak uczenie się i pamięć. Typowymi neuroprzekaźnikami są adrenalina, noradrenalina (w Ameryce adrenalina jest nazywana epinefryną), dopamina, serotonina, endorfina, angiotensyna i acetylocholina.

4. Połączenia nerwowo-mięśniowe.

Są to synapsy utworzone między neuronami ruchowymi a komórkami mięśniowymi. Zawsze używają neuroprzekaźnika acetylocholiny i zawsze pobudzają. Przyjrzymy się im, kiedy będziemy robić mięśnie. Neurony ruchowe tworzą również wyspecjalizowane synapsy z komórkami wydzielniczymi.

5. Synapsy elektryczne.

W tych synapsach błony dwóch komórek faktycznie stykają się i dzielą białka. Dzięki temu potencjał czynnościowy przechodzi bezpośrednio z jednej błony na drugą. Są bardzo szybkie, ale dość rzadkie, spotykane tylko w sercu i oku.

hamujące kanały jonowe - neuroreceptory to kanały Cl-. Kiedy kanały Cl- są otwarte, dochodzi do hiperpolaryzacji, przez co potencjał czynnościowy jest mniej prawdopodobny

Synapsy bezkanałowe - neuroreceptory to enzymy związane z błoną. Po aktywacji katalizują „substancję chemiczną przekaźnika”, co z kolei może wpływać na wrażliwość receptorów kanałów jonowych w komórce

Połączenia nerwowo-mięśniowe - synapsy powstające między neuronami ruchowymi a komórkami mięśniowymi. Zawsze używaj neuroprzekaźnika acetylochliny i zawsze są pobudzające

Podsumowanie [powrót do góry]

Gdy jeden neuron postsynaptyczny jest pobudzany/hamowany przez więcej niż jeden neuron presynaptyczny. W ten sposób kilka neuronów zbiega się i uwalnia swoje neuroprzekaźniki w kierunku jednego neuronu.

Jeden neuron może mieć tysiące synaps na swoim ciele i dendronach. Ma więc wiele wejść, ale tylko jedno wyjście. Wyjście przez akson nazywa się Wielki potencjał postsynaptyczny (GPP) i jest sumą wszystkich potencjałów pobudzających i hamujących ze wszystkich synaps tej komórki. Jeśli jest więcej potencjałów pobudzających niż hamujących, wtedy będzie GPP i neuron "odpali", ale jeśli jest więcej potencjałów hamujących niż pobudzających, wtedy nie będzie GPP i neuron nie będzie się odpalał.

To podsumowanie jest podstawą mocy przetwarzania w układzie nerwowym. Neurony (zwłaszcza interneurony) są trochę jak bramki logiczne w komputerze, gdzie wyjście zależy od stanu jednego lub więcej wejść. Łącząc ze sobą wystarczającą liczbę bramek logicznych, można stworzyć komputer, a łącząc ze sobą wystarczającą liczbę neuronów, aby stworzyć układ nerwowy, w tym ludzki mózg.

Więc po co się męczyć? Dlaczego masz luki w nerwach? [powrót do góry]

Musisz tylko wiedzieć o dwóch głównych neuroprzekaźnikach:

Szeroko stosowany przy synapsach w obwodowym układzie nerwowym. Wydany na terminalach:

Acetylocholina jest usuwana z synapsy przez enzymatyczny rozkład na nieaktywne fragmenty. Stosowanym enzymem jest acetylocholinoesteraza.

Gazy nerwowe stosowane w działaniach wojennych (np. sarin) i insektycydy fosforoorganiczne (np. paration) osiągają swoje działanie poprzez hamowanie acetylocholinesterazy, dzięki czemu ACh pozostaje aktywny. W obecności takich inhibitorów ACh stale stymuluje błony postsynaptyczne i układ nerwowy szybko szaleje, powodując skurcze mięśni w niekontrolowanych skurczach i ostatecznie śmierć. Jako antidotum stosuje się atropinę, ponieważ blokuje receptory ACh.

To kolejna substancja przekazująca, która może znajdować się w niektórych synapsach zamiast acetylocholiny, m.in. niektóre synapsy ludzkiego mózgu i współczulny układ nerwowy synapsy.

Synapsy powodują znaczne opóźnienie, do jednej milisekundy. Dlatego spowalnia transmisję w układzie nerwowym.

Synapsy są bardzo podatne na leki i zmęczenie m.in.

meskalina oraz LSD wywołują efekt halucynacyjny poprzez ingerencję w nor-adrenalinę.


Narkotyki a układ nerwowy
[powrót do góry]
(dodatkowe informacje, jednak pomocne w zrozumieniu)

Prawie wszystkie przyjmowane przez ludzi leki (lecznicze i rekreacyjne) wpływają na układ nerwowy. Dzięki naszemu zrozumieniu ludzkiego układu nerwowego możemy zrozumieć, jak wiele popularnych leków działa. Leki mogą wpływać na układ nerwowy na różne sposoby, pokazane w poniższej tabeli:

Stymuluj uwalnianie neuroprzekaźnika

Otwórz kanał neuroreceptorów

Zablokuj kanał neuroreceptorowy

Zahamować enzym rozpadu

Zatrzymaj pompę Na + K + ATPazy

Nazywa się leki stymulujące układ nerwowy agoniści, a te, które hamują system, nazywają się antagoniści. Projektując leki oddziałujące na określone neuroprzekaźniki lub neuroreceptory, leki można kierować na różne części układu nerwowego. Poniższy akapit opisuje działanie niektórych popularnych leków. Nie musisz o tym wiedzieć, ale powinieneś być w stanie zrozumieć, jak one działają. . Projektując leki oddziałujące na określone neuroprzekaźniki lub neuroreceptory, leki można kierować na różne części układu nerwowego. Poniższy akapit opisuje działanie niektórych popularnych leków. Nie musisz o tym wiedzieć, ale powinieneś być w stanie zrozumieć, jak one działają.

1. Leki działające na centralny układ nerwowy

W siatkowatym układzie aktywacyjnym (RAS) w pniu mózgu receptory noradrenaliny działają pobudzająco i wywołują stan czuwania, natomiast receptory GABA działają hamująco i wywołują senność. Kofeina (w kawie, kakao i coli), teofilina (w herbacie), amfetamina, ecstasy (MDMA) i kokaina sprzyjają uwalnianiu noradrenaliny w RAS, podobnie jak stymulanty. Leki przeciwdepresyjne, takie jak trójpierścieniowe, hamują rozkład i wchłanianie noradrenaliny, przedłużając tym samym jej działanie. Alkohol, benzodiazepiny (np. mogadon, valium, librium), barbiturany i marihuana aktywują receptory GABA, powodując większe hamowanie RAS, podobnie jak środki uspokajające, uspokajające i depresyjne. Narkotyki lub grupa leków opioidowych, w tym morfina, kodeina, opium, metadon i diamorfina (heroina), wszystkie blokują receptory opiatowe, blokując przekazywanie sygnałów bólowych w mózgu i rdzeniu kręgowym. Naturalne endorfiny mózgu wydają się mieć podobne działanie.

Neuroprzekaźnik mózgowy dopamina pełni wiele ról, w tym kontrolę mięśni, hamowanie bólu i ogólną stymulację. Niektóre zaburzenia psychotyczne, takie jak schizofrenia i depresja maniakalna, są spowodowane nadmiarem dopaminy, a leki przeciwpsychotyczne są stosowane do blokowania receptorów dopaminy, a tym samym zmniejszania jej działania. Choroba Parkinsona (potrząsanie głową i kończynami) jest spowodowana zbyt małą ilością dopaminy w porównaniu z produkcją acetylocholiny w śródmózgowiu. Równowagę można przywrócić za pomocą lewodopy, która naśladuje dopaminę, lub leków antycholinergicznych (takich jak procyklidyna), które blokują muskarynowe receptory acetylocholiny.

Tetrodotoksyna (z japońskiej ryby rozdymkowatej) blokuje kanały sodowe bramkowane napięciem, podczas gdy tetraetyloamonia blokuje kanał potasowy bramkowany napięciem. Obie są potężnymi truciznami nerwowymi. Środki znieczulające czasowo hamują kanały sodowe. Strychnina blokuje receptory glicyny w mózgu, powodując drgawki i śmierć mięśni.

2. Leki działające na somatyczny układ nerwowy

Kurara i bungarotoksyna (oba jady węży) blokują receptory nikotynowe acetylocholiny w somatycznym układzie nerwowym, dzięki czemu rozluźniają mięśnie szkieletowe. Miastenia gravis (osłabienie mięśni twarzy i gardła spowodowane nieaktywnymi receptorami nikotynowymi acetylocholiny) leczy się lekiem neostygmina, który hamuje acetylocholinesterazę, zwiększając w ten sposób ilość acetylocholiny w złączu nerwowo-mięśniowym. Gazy nerwowe i insektycydy fosforoorganiczne (DDT) hamują acetylocholinoesterazę, więc receptory nikotynowe acetylocholiny są zawsze aktywne, powodując skurcze mięśni i śmierć. Uszkodzone tkanki uwalniają prostaglandyny, które stymulują neurony bólu (między innymi). Nienarkotyczne środki przeciwbólowe, takie jak aspiryna, paracetamol i ibuprofen, blokują wytwarzanie prostaglandyn u źródła bólu, podczas gdy paracetamol działa podobnie w mózgu. Środki znieczulające miejscowo, takie jak prokaina, blokują wszystkie synapsy czuciowe i ruchowe w miejscu podania.

3. Leki działające na autonomiczny układ nerwowy

Agoniści układu współczulnego, tacy jak salbutamol i izoprenalina, aktywują receptory adrenergiczne w układzie współczulnym, pobudzając rozluźnienie mięśni gładkich i są stosowane jako leki rozszerzające oskrzela w leczeniu astmy. Antagoniści układu współczulnego, tacy jak beta-blokery, blokują receptory noradrenaliny we współczulnym układzie nerwowym. Powodują rozszerzenie naczyń krwionośnych w leczeniu nadciśnienia tętniczego i migren oraz zmniejszają częstość bicia serca w leczeniu dusznicy bolesnej i zaburzeń rytmu serca. Antagoniści układu przywspółczulnego, tacy jak atropina (ze śmiertelnej psiankowatej) belladona) hamują muskarynowe receptory acetylocholiny w układzie przywspółczulnym i są stosowane jako krople do oczu w celu rozluźnienia mięśni rzęskowych oka.


W jaki sposób jeden neuron z wieloma synapsami decyduje, którą synapsę ma odpalić? (Więcej pytań w poście)

Nuerologia nie jest moim najlepszym przedmiotem biologii i potrzebuję pomocy. Jak powstają komunikaty w sieci neuronowej? Jeśli chodzi o myślenie, jak my, ludzie, wpadamy na nowe idee w sensie neuronowym?

We wszystkich znanych mi przypadkach neuron nie aktywuje selektywnie niektórych swoich synaps, a innych nie. Zgodnie z zasadą Dale'a wszystkie synapsy wychodzące z jednego neuronu są tego samego typu. Kiedy neuron wyzwala potencjał czynnościowy, każda synapsa jest aktywowana z mniej więcej takim samym prawdopodobieństwem. Jeśli jedna synapsa jest aktywowana, a nie inna, jest to spowodowane zmiennością synaptyczną wynikającą z takich rzeczy, jak szum molekularny i krótkotrwała depresja synaptyczna. Innymi słowy, wynika z czystego przypadku. Neuron nie decyduje się na aktywację jednej synapsy zamiast drugiej.

To powiedziawszy, prawie każde stwierdzenie w neuronauce ma swoje wyjątki. Istnieją typy neuronów, które nie przestrzegają zasady Dale'a i mogą istnieć neurony, które mogą wpływać na prawdopodobieństwo aktywacji różnych synaps na podstawie takich rzeczy, jak czas trwania impulsu lub amplituda. Takie neurony byłyby dalekie od typowych.

Więc mówisz, że neuron domyślnie wysyła sygnały do ​​wszystkich połączonych ścieżek synaps, a przypadki, w których tylko niektóre ścieżki nie są wyzwalane, są przypadkiem? Studiowałem biologię na poziomie college'u w późnych latach 80. i wczesnych 90. i jestem naprawdę zafascynowany pytaniem z Op27. Zwłaszcza, że ​​dotyczy praktycznych zastosowań w architekturze nowoczesnych systemów AI. Jako inżynier oprogramowania od 23 lat dostrzegam wiele podobieństw między biologią a informatyką.

Neurony mają pojedynczy akson, który przekazuje wiadomość. Akson może rozgałęziać się, aby zasygnalizować wielu innym neuronom, ale sygnał porusza się tylko w jednym kierunku, a sygnał jest typu „wszystko albo nic”. Wszystkie inne synapsy (dendryty) służą wyłącznie do odbierania informacji. Jeśli otrzymają wystarczającą stymulację, neuron odpala. W przeciwnym razie neuron nie zadziała. Z neurologicznego punktu widzenia ludzie tak naprawdę nie tworzą nowych pomysłów, po prostu łączą swoje przeszłe doświadczenia.

Zobacz ten obraz tutaj. To wielobiegunowy neuron, z którego składa się mózg.

Aby rozwinąć, neurony są w stanie rozróżnić różne typy danych wejściowych, które odbierają, ale wyjście (akson) to wszystko albo nic. Na przykład w siatkówce niektóre komórki mogą dostarczać hamujące wejście do innych komórek, co w rzeczywistości uniemożliwi im aktywację, chyba że na innych wejściach zostanie osiągnięty wyższy próg. Jesteśmy na skraju zrozumienia ścieżki, jaką sygnał neuronowy przechodzi przez mózg na poziomie komórkowym, ale jest to znacznie bardziej skomplikowane niż „jeśli suma wejść jest większa niż x, ogień!”

ale sygnał biegnie tylko w jednym kierunku

Sporne. W warunkach eksperymentalnych z pewnością tak nie jest.

Dopóki początkowy bodziec przekracza próg -55mV, neuron otworzy swoje kanały bramkowane ligandem, co wyzwala samonapędzający się potencjał czynnościowy (AP). AP składa się z depolaryzacji, repolaryzacji i hiperpolaryzacji. Jest to w zasadzie zmiana ładunków wzdłuż błony aksonu, która powoduje, że AP przemieszcza się do terminala. Podczas repolaryzacji znajduje się w absolutnej fazie ogniotrwałej, co oznacza, że ​​nie można stworzyć innego AP. Po tym i gdy potencjał błonowy (myśl o ładunku błony komórkowej) przekracza ładunek spoczynkowy (-70mV) na poziomie podobnym do -80mV, to również jest w ograniczonym okresie refrakcji. Ten AP ma ramy czasowe około 4-5 ms, plus może trochę więcej czasu w czasie refrakcji, który następnie przemieszcza się w dół neuronu.

Tak długo, jak błona aksonu nie jest w okresie refrakcji, a bodziec jest powyżej progu, neuron nie „wybiera”, które sygnały wysłać, ale raczej wysyła nowe AP lub sygnały tak szybko, jak to możliwe, przestrzegając tych zasad refrakcji. AFAIK nie ma priorytetu, ponieważ wszystkie sygnały regulowane przez jony Na+, CL- i K+ zamieniają się miejscami wzdłuż komórek i tworzą ładunki lub sygnały, które przemieszczają się bardzo szybko.

Kilka ostatnich odcinków Crash Course dotyczących układu nerwowego może Cię zainteresować: http://youtu.be/qPix_X-9t7E

Neuron może mieć wiele wejść, ale tylko jedno wyjście. Jeśli jest wystarczająco stymulowany, wyśle ​​sygnał wyjściowy. Każdy neuron, który ma swoje wejście połączone z wyjściem tego pierwszego neuronu, otrzyma sygnał. To, czy one również wystrzelą, zależy od tego, czy sam sygnał jest wystarczającym bodźcem, czy też wymagane jest inne jednoczesne wejście. Tak jak w obwodach komputerowych będziesz miał bramki logiczne z jednym lub dwoma wejściami prowadzącymi do wyjścia. Bramka OR zostanie wyprowadzona, jeśli zasygnalizowane zostanie jedno z wejść (lub oba). Bramka AND wyjdzie, jeśli oba wejścia są zasygnalizowane, ale nie, jeśli jest to tylko jedno lub żadne. Bramka NOT ma tylko jedno wejście i wyjście, jeśli nie ma wejścia, a nie, jeśli jest. Z wyjątkiem neuronów może to być 5 wejść i wyjść, jeśli na przykład 3 są stymulowane. A ponieważ niektóre neurony mogą wytwarzać inhibitory, mogą zachowywać się podobnie do bramki NOT w komputerach. I w podobny sposób, jak twój komputer, zamienia binarne sygnały z wejściowych urządzeń peryferyjnych na sygnały wyjściowe, które są konwertowane na obraz i dźwięk, dane wejściowe z twoich zmysłów są przetwarzane na odpowiednie sygnały wyjściowe dla twoich mięśni. Jednak w przeciwieństwie do komputerów, twój mózg z czasem tworzy i niszczy połączenia, poprawiając się w przetwarzaniu i reagowaniu na dane wejściowe.

nie zapominaj, że podczas gdy OP mówi o pojedynczej synapsie, te „obwody neuronowe” regularnie „odpalają” często po „tych samych” lub bardzo podobnych „ścieżkach” i x27preferencje' mają tendencję do występowania, a „ścieżka najmniejszego oporu” jest tą, która zostanie podjęta, o ile nie zastosuje się „świadomego wysiłku”

Przykładem 'ustanowienia' ścieżki neuronowej jest nauka gry na instrumencie muzycznym, zwłaszcza gitarze, musi naucz się nowych konfiguracji dla twoich palców, a staje się to łatwiejsze z powtarzaniem, ponieważ ścieżka neuronowa rządząca tym zachowaniem staje się „ulubiona”, a następnie „osadzona”, gdy ta ścieżka zostanie ustanowiona jako pamięć

Kwestie ɽlaczego' i niektóre 'jak', które zadajesz, to dość duże pytania. „Jak generujemy pomysły?”, na przykład, nie da się całkowicie wyjaśnić, po prostu przytaczając, że neurony się zapalają. Ale spróbuję odpowiedzieć na twoje pytanie w bardziej bezpośredni sposób.

Zasadniczo, neuron wytworzy potencjał działania (AP), jeśli otrzyma wystarczającą ilość bodźców, aby to zrobić. Bodziec może pochodzić z wielu różnych rzeczy, takich jak wzrok, dotyk, węch, słuch itp. Na przykład, jeśli ktoś szturchnie cię w żebra, ta energia mechaniczna w rzeczywistości spowoduje, że komórki mechanoreceptorów czuciowych wystrzelą AP (poprzez serię kanały i bramki, które manipulują chemicznym, naładowanym jonowo gradientem). To wystrzelenie AP będzie przemieszczać się w górę kolumny czuciowej, grzbietowej i ostatecznie rzutować na wzgórze. Wzgórze to „stacja przekaźnikowa” mózgu. Wszystkie informacje sensoryczne są tutaj najpierw przetwarzane (z wyjątkiem węchu). Wzgórze kieruje informacje sensoryczne do odpowiednich struktur w mózgu. (Znowu, bardzo ogólnie) Więc jeśli szturchasz żebra, wzgórze wyśle ​​serię własnych wyładowań aksonalnych do kory somatosensorycznej, która ma mapę twojego ciała. Dzięki temu dowiesz się, 'gdzie' zostałeś szturchnięty. Będzie również rzutował na Twoją korę ruchową, dzięki czemu możesz wykonać odpowiednie ruchy, aby zrobić coś, aby zostać szturchniętym w żebra. Wzgórze będzie również rzutować na różne inne warstwy korowe, które w razie potrzeby będą rzutować na obszary asocjacyjne i obszary multimodalne. Jest to więc ogólny i niesamowicie podstawowy zarys bodźca wywołującego reakcję.

Wróćmy jednak do twojego pierwotnego pytania. O ile mi wiadomo, nie ma realnej konkretnej odpowiedzi na to, co dzieje się na poziomie komórkowym, gdy mamy „nowy” pomysł. Jak w tym, co pozwala nam mieć pomysł, którego nigdy wcześniej nie mieliśmy. Więc podstawową odpowiedzią jest to, że odpalamy neurony. Długa odpowiedź, cóż, odbierz nagrodę nobla, jeśli ją odkryjesz.


Synapsy elektryczne

Synapsa elektryczna przekazuje informacje poprzez prądy lokalne. Ten typ synapsy również nie ma opóźnienia synaptycznego (jak długo trwa tworzenie połączenia synaptycznego).

Ten rodzaj synapsy jest zupełnym przeciwieństwem synapsy chemicznej. Oznacza to, że synapsy elektryczne są symetryczne, dwukierunkowe i mają niską plastyczność. Ta ostatnia cecha oznacza, że ​​zawsze wysyłają informacje w dokładnie ten sam sposób. Tak więc, gdy potencjał czynnościowy aktywuje się w neuronie, replikuje się w następnym neuronie.


Zrozumienie zielonej architektury neuronu

Bycie zielonym to styl życia. Okazuje się, że każdy z twoich neuronów jest głęboko zaangażowany w ten zielony styl życia – a ty nawet o tym nie wiedziałeś. W ciągu jednej tysięcznej sekundy neuron może zrzucić do 5000 cząsteczek swojego chemicznego przekaźnika – neuroprzekaźnika – do synapsy, gdzie wyzwala impuls w sąsiedniej komórce nerwowej.

Neuron jest recyklerem par excellence, jeśli chodzi o te neuroprzekaźniki. Neurony muszą nie tylko przygotowywać receptory neuroprzekaźników do odbierania sygnałów nadchodzących szybko i wściekle, ale muszą także przetwarzać receptory, które zostały wykorzystane.A myślałeś, że masz problemy z recyklingiem?

Naukowcy ustalili teraz tożsamość jednej z ważniejszych cech zielonej architektury neuronu. Zidentyfikowali kotwicę komórkową, która utrzymuje maszynerię recyklingu na miejscu w błonie komórkowej, dzięki czemu może ona przetwarzać zużyte receptory neuroprzekaźników. Bez niej kotwica ma kluczowe znaczenie, neurony nie byłyby w stanie usunąć zużytych receptorów i zainstalować nowych w błonie komórkowej. Poza tym, że jest tylko kotwicą, białko jest częścią większego zespołu białek, które pomagają neuronom dostosować i utrzymać siłę ich połączeń sygnałowych.

Badacz Howard Hughes Medical Institute, Michael Ehlers i jego koledzy, opublikowali swoje odkrycie w 20 września 2007 r. w czasopiśmie Neuron. Ehlers i jego zespół badawczy z Duke University Medical Center współpracowali przy badaniu z naukowcami z University of North Carolina w Chapel Hill.

W swoich eksperymentach naukowcy szukali cząsteczki, która utrzymuje strefy endocytarne zakotwiczone w błonie neuronalnej. W tych strefach endocytarnych znajduje się maszyneria do recyklingu receptorów neuroprzekaźników. Neurony używają neuroprzekaźników do komunikowania się ze sobą poprzez synapsy, połączenia między nimi. Uwalniają neuroprzekaźniki do synapsy, aby wywołać lub zahamować impuls nerwowy w sąsiednim neuronie.

Ehlers powiedział, że neuronaukowcy poszukują lepszego zrozumienia, w jaki sposób obszary recyklingu (strefy endocytowe) są połączone z regionem błony zwanym gęstością postsynaptyczną, gdzie receptory skupiają się, aby otrzymywać sygnały neuroprzekaźników.

W poprzednich badaniach Ehlers i jego koledzy ustalili, że strefy endocytowe to miejsca, w których receptory neuroprzekaźników ulegają recyklingowi. „Znaleźliśmy te gorące punkty endocytozy tuż obok każdej postsynaptycznej gęstości, ale zastanawialiśmy się, jaki mechanizm molekularny może sprzęgać te dwie domeny błonowe” – powiedział Ehlers. &bdquoZrozumienie tego mechanizmu sprzężenia ma kluczowe znaczenie dla rozpoczęcia zrozumienia, w jaki sposób neurony rozwiązują problem modyfikacji siły pojedynczej synapsy&rdquo.

Mechanizm sprzęgania ma również kluczowe znaczenie dla umożliwienia neuronom dostosowania liczby receptorów na ich powierzchni &mdashand, a następnie zachowania tej modyfikacji przez długi czas. „Bdquo Wyzwaniem dla neuronu” – powiedział Ehlers – „bdquo jest precyzyjna regulacja liczby receptorów, nawet jeśli stale wymykają się one z postsynaptycznej gęstości. Musiał istnieć mechanizm wychwytywania zbiegłych receptorów do recyklingu.&rdquo

Poszukując cząsteczki kotwiczącej dla stref endocytowych, naukowcy skoncentrowali się na białku zwanym dynamina-3. Wybrali dynaminę-3, ponieważ chociaż jej funkcja była nieznana, jest dobrze skoncentrowana w mózgu i należy do rodziny białek, które łączą się w łańcuchy, tworząc molekularne pętle, które ściągają pęcherzyki w procesie recyklingu receptorów.

Naukowcy przeprowadzili badania obrazowania fluorescencyjnego, które wykazały, że dynamina-3 koncentruje się w strefie endocytowej i łączy się z innym białkiem, zwanym Homer. Homer był znany z tego, że przywiązywał się do postsynaptycznej gęstości. Badania molekularne wykazały, że dynamina-3 może przyczepiać się do Homera, tworząc łańcuchy białek dynamin, które pokonują odległość między strefą endocytarną a gęstością postsynaptyczną.

Ehlers zauważył, że jeden z kluczowych eksperymentów jego grupy wykazał, że maszyneria endocytarna odłączyła się od gęstości postsynaptycznej, gdy dynamina-3 została znokautowana w neuronach. „Chociaż nasza analiza molekularna wykazała całkiem wyraźnie, że dynamina-3 działa jako łącznik, było naprawdę zaskakujące, że rozerwanie dynaminy-3 tak całkowicie spowodowało to rozłączenie” – powiedział Ehlers. &bdquoTo daje narzędzie do przeprowadzania eksperymentów, których nikt wcześniej nie robił&mdashbadania, co się dzieje, gdy nie ma już recyklingu tuż obok gęstości postsynaptycznej.&rdquo

„Nadal istnieje wiele szczegółów molekularnych mechanizmu dynaminy-3, których nie rozumiemy” – powiedział Ehlers. &bdquoAle teraz mamy narzędzia, aby selektywnie go zakłócać, aby dalej badać jego funkcję. Co więcej, możemy teraz manipulować pulami receptorów i zadawać ciekawe pytania o to, jak dostępność receptorów wpływa na zdolność synapsy do przechodzenia krytycznej zmiany plastycznej jej siły” – powiedział. „Ten proces ma fundamentalne znaczenie dla prawidłowego rozwoju mózgu i prawdopodobnie przebiega nie tak w przypadku zaburzeń poznawczych i pamięci”.


3. Synapsy chemiczne i neuroprzekaźniki

Neurony nie są w bezpośrednim kontakcie fizycznym ze sobą, ale zamiast tego zbliżają się do bardzo bliskiej struktury zwanej synapsy. Neuron wysyłanie sygnał do następnego nazywa się presynaptyczny neuron i neuron otrzymujący sygnał nazywa się postsynaptyczny neuron, pokazany tutaj:

Transmisja chemiczna obejmuje uwalnianie przekaźników chemicznych zwanych neuroprzekaźnikami. Neuroprzekaźniki przenoszą informacje z neuronu presynaptycznego (wysyłającego) do komórki postsynaptycznej (odbierającej). Źródło zdjęcia: Khan Academy https://www.khanacademy.org/science/biology/ap-biology/human-biology/neuron-nervous-system/a/the-synapse

Między dwoma neuronami jest niewielka przerwa zwana szczelina synaptyczna, gdzie neuroprzekaźniki są uwalniane przez neuron presynaptyczny, aby przekazać sygnał do neuronu postsynaptycznego, jak pokazano tutaj:

Wewnątrz końcówki aksonu komórki wysyłającej znajduje się wiele pęcherzyków synaptycznych. Są to kule związane z błoną wypełnione cząsteczkami neuroprzekaźników. Pomiędzy zakończeniem aksonu neuronu presynaptycznego a błoną komórki postsynaptycznej znajduje się niewielka szczelina, która nazywa się szczeliną synaptyczną. Źródło zdjęcia: Khan Academy https://www.khanacademy.org/science/biology/ap-biology/human-biology/neuron-nervous-system/a/the-synapse

Jak działa transmisja synaptyczna? Gdy potencjał czynnościowy osiągnie koniec aksonu, propaguje się do terminala presynaptycznego, gdzie następują kolejno następujące zdarzenia:

  1. Potencjał czynnościowy depolaryzuje błonę i otwiera bramkowane napięciem kanały Na+. Jony Na + dostają się do komórki, dalej depolaryzując błonę presynaptyczną.
  2. Ta depolaryzacja powoduje, że bramkowane napięciem kanały Ca2+ (wapniowe) otwierają się w neuronie presynaptycznym, umożliwiając wnikanie jonów wapnia do neuronu presynaptycznego w synapazie.
  3. Jony wapnia wchodzące do presynaptycznej komórki neuronu inicjują kaskadę sygnalizacyjną, która powoduje powstawanie małych pęcherzyków związanych z błoną, zwanych pęcherzyki synaptyczne, aby połączyć się z błoną presynaptyczną. Pęcherzyki synaptyczne zawierają cząsteczki neuroprzekaźników.
  4. Fuzja pęcherzyka z błoną presynaptyczną powoduje uwolnienie neuroprzekaźnika do szczeliny synaptycznej, przestrzeni zewnątrzkomórkowej między błoną presynaptyczną i postsynaptyczną. Neuroprzekaźnik dyfunduje przez szczelinę synaptyczną i wiąże się z białkami receptorowymi na błonie postsynaptycznej.

Proces ten zilustrowano poniżej:

Komunikacja w synapsach chemicznych wymaga uwolnienia neuroprzekaźników. Kiedy błona presynaptyczna jest zdepolaryzowana, bramkowane napięciem kanały Ca2+ otwierają się i umożliwiają wejście Ca2+ do komórki. Wejście wapnia powoduje, że pęcherzyki synaptyczne łączą się z błoną i uwalniają cząsteczki neuroprzekaźnika do szczeliny synaptycznej. Neuroprzekaźnik dyfunduje przez szczelinę synaptyczną i wiąże się z bramkowanymi ligandami kanałami jonowymi w błonie postsynaptycznej, powodując zlokalizowaną depolaryzację lub hiperpolaryzację neuronu postsynaptycznego. Źródło zdjęcia: Khan Academy https://www.khanacademy.org/science/biology/ap-biology/human-biology/neuron-nervous-system/a/the-synapse

  • Pobudzające potencjały postsynaptyczne (EPSP) zrobić neuron postsynaptyczny jeszcze prawdopodobnie wystrzeli potencjał czynnościowy. Na przykład, gdy acetylocholina jest uwalniana w synapsie między nerwem a mięśniem (zwanym połączeniem nerwowo-mięśniowym) przez neuron presynaptyczny, powoduje otwarcie postsynaptycznych kanałów Na+. Na + wchodzi do komórki postsynaptycznej i powoduje depolaryzację błony postsynaptycznej.
  • Hamujące potencjały postsynaptyczne (IPSP) zrobić neuron postsynaptyczny mniej prawdopodobnie wystrzeli potencjał czynnościowy. Na przykład, gdy neuroprzekaźnik GABA (kwas gamma-aminomasłowy) jest uwalniany z neuronu presynaptycznego, wiąże się i otwiera kanały Cl–. Jony Cl– wnikają do komórki i powodują hiperpolaryzację błony.

Po wystąpieniu neuroprzekaźnictwa neuroprzekaźnik musi zostać usunięty ze szczeliny synaptycznej, aby błona postsynaptyczna mogła się "zresetować" i była gotowa do odbioru kolejnego sygnału. Można to osiągnąć na trzy sposoby:

  • neuroprzekaźnik może dyfundować ze szczeliny synaptycznej
  • neuroprzekaźnik może być degradowany przez enzymy w szczelinie synaptycznej
  • neuroprzekaźnik może zostać poddany recyklingowi (czasami nazywanym wychwytem zwrotnym) przez neuron presynaptyczny.

Ten film przedstawia proces komunikacji sygnału przez synapsę chemiczną:

Chociaż potencjały czynnościowe to „wszystko albo nic”, jak wspomniano powyżej, EPSP i IPSP są stopniowane różnią się wielkością depolaryzacji lub hiperpolaryzacji, jak pokazano poniżej:

Potencjały stopniowane to chwilowe zmiany napięcia błony, których charakterystyka zależy od wielkości bodźca. Niektóre rodzaje bodźców powodują depolaryzację błony, inne powodują hiperpolaryzację. Zależy to od konkretnych kanałów jonowych, które są aktywowane w błonie komórkowej. Źródło obrazu: Anatomia i fizjologia OpenStax

Często pojedynczy EPSP nie jest wystarczająco silny, aby samodzielnie wywołać potencjał czynnościowy w neuronie postsynaptycznym, a wiele wejść presynaptycznych musi wytworzyć EPSP mniej więcej w tym samym czasie, aby neuron postsynaptyczny był wystarczająco zdepolaryzowany, aby wystrzelić potencjał czynnościowy. Ten proces nazywa się podsumowanie i występuje na pagórek aksonów, jak pokazano poniżej. Ponadto, każdy neuron często ma sygnały wejściowe z wielu neuronów presynaptycznych – niektóre pobudzające, a niektóre hamujące – więc IPSP mogą znosić EPSP i vice versa. To zmiana netto napięcia błony postsynaptycznej określa, czy komórka postsynaptyczna osiągnęła próg wzbudzenia potrzebny do wyzwolenia potencjału czynnościowego. Sumowanie synaptyczne i próg wzbudzenia działają razem jak filtr, dzięki czemu losowy „szum” w systemie nie jest przesyłany jako ważna informacja.

Pojedynczy neuron może odbierać zarówno sygnały pobudzające, jak i hamujące z wielu neuronów, co skutkuje lokalną depolaryzacją błony (wejście EPSP) i hiperpolaryzacją (wejście IPSP). Wszystkie te wejścia są sumowane na wzniesieniu aksonu. Jeśli EPSP są wystarczająco silne, aby pokonać IPSP i osiągnąć próg wzbudzenia, neuron uruchomi się. Źródło obrazu: Biologia OpenStax

Ten film, dodany po otwarciu IKE, zawiera przegląd podsumowania w czasie i przestrzeni:

Oto dwa ostatnie filmy, które pomogą Ci to wszystko połączyć (w bardziej angażujący sposób niż którykolwiek z powyższych filmów). Pamiętaj, że te filmy nie dostarczają żadnych nowych informacji, ale mogą pomóc Ci lepiej zintegrować wszystkie informacje omówione wcześniej: