Yaşayan beyində dendritik spinlərin spatiotemporal dinamikası (2014)

Dendritik bellər məməlilərin beynindəki həyəcanverici sinapsların ən çox yayılmış postynaptik yerləridir və beləliklə funksional sinapsların struktur göstəriciləri kimi xidmət edə bilər. Son əsərlər xatirələrin neyron kodlaşdırılmasının onurğa meydana gəlməsi və aradan qaldırılmasında sürətli dəyişikliklər ilə əlaqəli olacağını irəli sürdü. Texnoloji inkişaf tədqiqatçılara onurğa dinamikasını öyrənməyə imkan verdi vivo ilə inkişaf zamanı, həm də müxtəlif fizioloji və patoloji şəraitdə. İnanırıq ki, onurğa dinamikasının spatiotemporal nümunələrini daha yaxşı başa düşmək təcrübədən asılı dövrə modifikasiyası və canlı beyində məlumatların işlənməsi prinsiplərini izah etməyə kömək edəcəkdir.

GİRİŞ

Dendritik kürəklər bir əsrdən çox əvvəl Santiago Ramón y Cajalın ilk təsvirindən bəri neyrocientist nəsilləri valeh etmişdir (Ramon y Cajal, 1888). Bu incə çıxıntılar dendritik şaftdan çıxır və Cajal tərəfindən açıq şəkildə təsvir edildiyi kimi “tüklü tikan və ya qısa tikanlara” bənzəyir. Bunlar məməlilərin beynindəki həyəcan verici glutamaterjik sinapsların əksəriyyətinin (> 90%) postsinaptik yerləridir və postsinaptik siqnal və plastiklik üçün vacib molekulyar komponentlər ehtiva edirlər. Buna görə də, tikanlar və onların struktur dinamikaları sinaptik əlaqə və bunların modifikasiyası üçün göstəricilər ola bilər (Segal, 2005; Tada və Sheng, 2006; Zərərlər və Dunaevski, 2007).

Dendritik bel üzərində aparılan ilk tədqiqatların əksəriyyəti yüngül və ya elektron mikroskopiya ilə sabit sinir toxumasını araşdırdı (Lund et al., 1977; Woolley et al., 1990; Harris və Kater, 1994; Hering və Sheng, 2001; Lippman və Dunaevski, 2005). Onurğa morfologiyası və paylanması haqqında fundamental məlumatlar verdiklərinə baxmayaraq, bu sabit toxuma müayinələri yalnız onurğaların statik “görüntülərini” tutdu. Floresan etiketləmə texnikasının və çox foton mikroskopiyasının tətbiqi sahəni inqilab etdi. 2002-da iki laboratoriyadan kəşfiyyat işi (Grutzendler et al., 2002; Trachtenberg et al., 2002) eyni beynin uzun bir müddət (yəni həftələr) ərzində canlı beyində izlənmə ehtimalını nümayiş etdirdi. Prinsipcə, bel dinamikası sinaps dinamikasını təmsil edir. Sabit spirallar əsasən sinaptik təmasları təmsil etsə də, keçici bellərin yalnız kiçik bir hissəsi qısa ömürlü sinaptik təmasları, qalanları uğursuz sinaptogenezi təmsil edir (Trachtenberg et al., 2002; Knott et al., 2006; Cane et al., 2014). Belə bir fasiləsiz görüntüləmə işlərindən onurğaların dinamik bir mənzərəsi meydana çıxdı: heyvanlar bütün ömrü boyu böyüyür, böyüyür və böyüyür. Bundan əlavə, onların morfologiyası və dinamikası neyron tipləri arasında, inkişaf mərhələləri arasında və sensor stimullaşdırma və məhrumiyyət, ətraf mühitin zənginləşdirilməsi və müxtəlif öyrənmə paradiqmaları kimi təcrübələrə cavab olaraq dəyişir. (Holtmaat və Svoboda, 2009; Fu və Zuo, 2011).

Bu baxış nəticələrə yönəlmişdir vivo ilə görüntüləmə işləri. Onurğa dinamikasını xarakterizə edərkən tədqiqatçılar əsasən iki aspekti nəzərdən keçirdilər: onurğa sıxlığındakı ümumi dəyişikliklər və onurğanın meydana gəlməsi və aradan qaldırılması baş verən dendrit boyunca xüsusi yer. Onurğa sıxlığı, postynaptik neyron üzərində həyəcan verici sinapsların ümumi sayını təxmini bir qiymətləndirmə ilə təmin edərkən, onurğanın yerləşməsi onun sinaptik olaraq ötürülən elektrik və kimyəvi siqnalların somada inteqrasiya edilmiş reaksiya təsirinə təsir göstərir (Nevian et al., 2007; Spruston, 2008). Onurğa dinamikasının fərqli davranış kontekstindəki spesifik sinir dövranlarının anatomik və fizioloji xüsusiyyətləri ilə necə əlaqələndirdiyini başa düşmək, beynindəki məlumatların işlənməsi və saxlanması mexanizmlərinin izah edilməsi üçün çox vacibdir.

İNKİŞAF GÜNÜNDƏ İNKİ DINAMİKLƏR

Omur sıxlığı neyronların müxtəlif populyasiyalarında əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir, ehtimal ki, neyron morfologiyası və funksiyasının müxtəlifliyini əks etdirir (Nimchinsky et al., 2002; Ballesteros-Yanez et al., 2006). Onurğa meydana gəlməsi və aradan qaldırılması arasındakı tarazlıq onurğa sıxlığının dəyişməsini müəyyənləşdirir: bir dendritik seqment boyunca aradan qaldırılmadan onurğa meydana gəlməsinin artması onurğa sıxlığını artırır və əksinə. Serebral korteksdə, dendritik budaqlar zamanla əsasən sabitdir (Trachtenberg et al., 2002; Mizrahi və Katz, 2003; Chow et al., 2009; Mostany və Portera-Cailliau, 2011; Schubert et al., 2013), spines daim formalaşır və aradan qaldırılır. Omurun meydana gəlməsi və ləğvi sürətləri zamanla dəyişir və belin sıxlığında monoton olmayan dəyişiklik olur (Şəkil Şəkil 11). Məsələn, gəmirici barel korteksindəki 2 / 3 piramidal neyronların apikal dendritlərindəki sümüklər doğuşdan sonrakı gün 7 arasındakı hərəkətliliyi (bellərin uzanması və qısaldılması) və dövriyyə nisbətini (artım və zərərlərin ümumi miqdarı kimi müəyyən olunur) azaldır. və 24 (P7-24); Lendvai et al., 2000; Cruz-Martin et al., 2010). Buna baxmayaraq, bu müddət ərzində onurğa sıxlığı davamlı olaraq artırCruz-Martin et al., 2010). Xalis bel qazancının bu başlanğıc mərhələsindən sonra onurğanın kənarlaşması onurğa sıxlığının ümumi azalmasına gətirib çıxaran (Holtmaat et al., 2005; Zuo et al., 2005b; Yang və digərləri, 2009). P28 və P42 arasındakı sümüklərin 17% siçan barrel korteksindəki 5 piramidal neyronların apikal dendritləri boyunca silinir, eyni müddətdə yalnız 5% yeni sümük meydana gəlir (Zuo et al., 2005a, b). Vacibdir ki, bütün iplər eyni dərəcədə aradan qalxmağa həssas deyildir: böyük başları olanlar nazik olanlardan daha sabitdir. Onurğa baş ölçüsü sinaptik gücü ilə əlaqəli olduğundan, bu fenomen daha güclü sinapsların daha sabit olduğunu göstərir (Holtmaat et al., 2005). Bundan əlavə, yeni yaranmış spiralların əvvəlcədən mövcud olan onurğalardan daha çox məhv olma ehtimalı var (Xu və digərləri, 2009), və yetkinlik yaşına çatmamışdan əvvəl meydana gələn sabit sümüklərin əksəriyyəti yetkin neyron dövrə daxilində qalır (Zuo et al., 2005a; Yang və digərləri, 2009; Yu və al., 2013). Nəhayət, yetkin heyvanlarda onurğa meydana gəlməsi və aradan qaldırılması tarazlığa çatır; onurğa sıxlığı qocalmağa başlayana qədər sabit olaraq qalır (Zuo et al., 2005a; Mostany et al., 2013).

 

Şəkil 1

Bir heyvanın həyatının müxtəlif mərhələlərində onurğanın düzəldilməsi. Postnatal erkən dövrdə sürətli spinogenez, yeniyetməlik dövründə tədricən onurğa budama ilə izlənilir. Yetkinlik dövründə onurğa meydana gəlməsi və aradan qaldırılması tarazlığa çatır, onurğaların az bir hissəsi ...

Həssas Təcrübəyə cavab verməkdə İNFIN DINAMİKASI

Beyin qabığı təcrübələrə cavab olaraq dövranını yenidən təşkil etmək üçün heyrətamiz bir qabiliyyətə malikdir. Buna görə də, hissetmə təcrübələrinin (və ya olmaması) onurğa dinamikasına necə təsir etməsi neyroşünaslar üçün böyük maraq doğurur. Həm kəskin, həm də xroniki sensor manipulyasiyaların onurğa dinamikasına dərin təsir göstərdiyi göstərilmişdir, lakin dəqiq təsir manipulyasiya paradiqması və müddətindən, həmçinin heyvanın inkişaf mərhələsindən asılıdır. Erkən doğuşdan sonrakı dövrdə, hissə girişləri onurğaların sabitləşməsində və olgunlaşmasında ibrətamiz rol oynayır. Siçan vizual korteksində vizual girişi doğuşdan məhrum etmək onurğa hərəkətliliyinin və bel morfologiyasının olgunlaşmasının qarşısını aldı (Majewska və Sur, 2003; Tropea et al., 2010). PirB reseptorunun genetik silinməsi, monokulyar məhrumiyyətin onurğa hərəkətliliyinə təsirini təqlid etdi (Djurisic et al., 2013). Əvvəllər vizual məhrumiyyətə məruz qalan siçanlarda, yüngül hərəkətli onurğa yetkinləşməsi GABAergik sistemin farmakoloji aktivləşdirilməsi ilə qismən təqlid edilə bilər, bu da həyəcan verici sinapsların yetkinləşməsində inhibitor sxemlərin vacib rolunu təklif edir (Tropea et al., 2010). Sonralar, duyğu təcrübəsi onurğanın budanmasına səbəb olur (onurğaların xalis itkisi kimi təyin olunur) 1 aylıq siçanlarda 4 və ya 14 gün ərzində bütün çırpıntıların birtərəfli kəsilməsi barel korteksində onurğa elastikliyini kəskin dərəcədə azaltdı, lakin sol onurğanın əmələ gəlməsi əsasən narahat olmamışdır (Zuo et al., 2005b; Yu və al., 2013). NMDA reseptorlarının farmakoloji blokadası, NMDA reseptorlarının bu cür fəaliyyətə bağlı olan onurğanın aradan qaldırılmasında iştirak etdiyini bildirərək, qamçı işlənməsinin təsirini təqlid etdi (Zuo et al., 2005b).

Tamamilə çırpma işləmə hissedici girişi qlobal miqyasda aradan qaldırır, digər başqa bir mısırın işlənməsi ("şahmat taxtasının kəsilməsi"), ehtimal ki, yeni bir hiss etmə təcrübəsi təqdim edərək qonşu barellərin fəaliyyət səviyyələrində və naxışlarında hər hansı bir fərqi artırır. Belə paradiqma onurğa dövranını təşviq etmək və kortikal neyronların bir alt sinfində seçilmiş şəkildə yeni yaranan belləri sabitləşdirmək üçün göstərilmişdir (Trachtenberg et al., 2002; Holtmaat et al., 2006). Yeni sünbüllər, sadə tükləri olmayanlara nisbətən mürəkkəb apikal tükləri olan 5 piramidal neyronların təbəqəsinə əlavə edildi (Holtmaat et al., 2006). ΑCaMKII-T286A qüsurlu siçanlarda şahmat taxtası kəsilmiş və məhrum edilmiş barellər arasındakı sərhəddə yeni davamlı spinlərin sabitləşməsini artıra bilmədi (Wilbrecht et al., 2010). Bu yaxınlarda, optogenetik stimullaşdırmanı birləşdirən zərif bir araşdırma və vivo ilə görüntüləmə, dendritik bellərin sabitliyini təyin edən böyüklük deyil, sinir fəaliyyətinin bir nümunəsi olduğunu göstərdi (Wyatt et al., 2012).

Şahmat taxtasının kəsilməsinə bənzər, qısa monokulyar məhrumiyyət (MD) iki gözün girişləri arasındakı fərqi artırır. Şahmat taxtasının işlənməsinə bənzər şəkildə, MD-nin siçan vizual korteksinin durbin zonasında 5 piramidal neyronların apikal dendritik tükləri boyunca bel meydana gəlməsini artırdığı aşkar edilmişdir. Lakin bu təsir 2 / 3 neyron təbəqələrində və ya monokulyar zonada müşahidə edilmədi (Hofer et al., 2009), yenidən bir hüceyrə tipli xüsusi sinaps remodelingini ifadə edir. Maraqlısı budur ki, ikinci bir MD onurğa meydana gəlməsini daha da artıra bilmədi, lakin ilkin MD zamanı əmələ gələn sümükləri seçərək böyüdü və ilkin MD zamanı əmələ gələn yeni onurğaların ikinci MD zamanı aktivləşən funksional sinapslara sahib olduğunu irəli sürdü (Hofer et al., 2009).

ÖYRƏNƏCƏKDƏN İNFORMA DINAMİKLƏRİ

Dendritik onurğaların yüksək dinamik təbiəti onurğaların öyrənmə və yaddaş üçün struktur substrat rolunu oynaya biləcəyi ilə əlaqəli yayılmış fikirləri ortaya çıxarır. Yeni yaranan spines (adətən kiçik başlarla) yaddaş əldə etmənin altına alınması, sabit kürələr (adətən böyük başlarla) yaddaş saxlama yerləri olaraq xidmət etməsi təklif edilmişdirBourne və Harris, 2007). Həqiqətən, vivo ilə görüntüləmə işləri beyin qabığında onurğa dinamikasının öyrənmə ilə birbaşa əlaqəli olduğunu göstərdi. Siçan motor korteksində, heyvan yeni bir vəzifəni öyrəndiyindən dərhal onurğa meydana gəlməsinə başlayır. Bu sürətli spinogenezdən sonra onurğa sıxlığı yüksəlmiş bel aradan qaldırılması yolu ilə ilkin səviyyəyə qayıdır (Xu və digərləri, 2009; Yu və Zuo, 2011). Mahnı quşlarında, mahnı öyrənmədən əvvəl daha yüksək səviyyəli onurğa dövriyyəsi nisbəti sonrakı mahnı təqlidi üçün daha böyük bir tutumla əlaqəli olduğu aşkar edilmişdir (Roberts və digərləri, 2010). Siçanlarda, ilkin öyrənmə zamanı əldə edilən sümüklərin miqdarı öyrənmə qabiliyyətinin motor göstəriciləri ilə sıx əlaqəlidir (Xu və digərləri, 2009); və yeni sümüklərin sağ qalması motor məharətinin saxlanması ilə əlaqədardır (Yang və digərləri, 2009). Bundan əlavə, müxtəlif motor bacarıqları, ehtimal ki, motor korteksindəki sinapsların fərqli subpopulyasiyaları ilə kodlanır, çünki əvvəlcədən hazırlanmış siçanlarda yeni bir motor tapşırığını öyrənmək yetkin motor korteksində möhkəm dövriyyəni inkişaf etdirməyə davam edir (Xu və digərləri, 2009). Bu yaxınlarda, eyni zamanda, glukokortikoid səviyyəsinin motor öyrənməsinə əsaslanan onurğa dinamikasına təsir göstərdiyi aşkar edilmişdir. Glukokortikoid zirvələrində təlim siçanları belin əmələ gəlməsinin daha yüksək sürətlənməsinə səbəb oldu, halbuki məşqdən sonra yaranan qlükokortikoid çubuqları məşq zamanı yaranan spinləri sabitləşdirmək və uzun müddət yaddaş saxlamaq üçün lazım idi (Liston və digərləri, 2013). Patoloji öyrənmə olaraq qəbul edilən asılılıq (Hyman, 2005), motor təlimində olduğu kimi onurğa dinamikasında bənzər müvəqqəti dəyişikliklərə yol açır. Bir kokain şərtli bir yerə üstünlük vermə paradiqmasından istifadə edərək, son bir görüntüləmə tədqiqatı, kokain ifrazının frontal korteksdə onurğa meydana gəlməsini təşviq etdiyini və yeni davamlı spines miqdarının kokainlə əlaqəli kontekstdə üstünlük ilə əlaqələndirildiyini göstərdi (Munoz-Cuevas et al., 2013). Daha maraqlısı, fərqli bir kortikal bölgələrdə onurğa dinamikası eyni tapşırıq zamanı dəyişə bilər. Məsələn, eşitmə istəklərini ayaq zərbələri ilə cütləşdirən bir qorxu kondisioner paradiqması, eşitmə və frontal korteksdə əks təsir göstərmişdir. Eşitmə korteksində, artan onurğa meydana gəlməsinin, qoşalaşmış qorxu kondisioneri ilə əlaqələndirildiyi, boşalmamış kondensasiyanın, belin artması ilə əlaqələndirildiyi (Moczulska et al., 2013). Frontal dərnək korteksində artan onurğa elastikliyinin öyrənmə ilə əlaqəli olduğu, onurğanın meydana gəlməsinin qorxu yox olması ilə əlaqəli olduğu, yox olma zamanı əmələ gəlmiş aradan qaldırılmış sümüklərin yenidən qurulduğunu (Lai et al., 2012). Birlikdə aparılmış bu tədqiqatlar, öyrənməyə əsaslanan onurğa dinamikasının əsasını qoyan müvəqqəti qaydaların müxtəlifliyini ortaya qoyur. Öyrənmə zamanı spirallərin meydana gəlməsi və ya çıxarılması davranış paradiqmasından, həmçinin öyrənmə prosesində iştirak edən xüsusi neyron dövrə və hüceyrə növlərindən asılıdır.

Qeyd etmək lazımdır ki, yuxarıda müzakirə olunan bütün nümunələr, konkret zamanın, məkanın və epizodik təcrübənin (yəni deklarativ yaddaşın) şüurlu xatırlanması ilə əlaqəli olmayan deklarativ yaddaşa aiddir. Kəşfiyyatı vivo ilə deklarativ yaddaşla əlaqəli onurğa dinamikası daha çətin olduğunu sübut edir. Bir tərəfdən, deklarativ yaddaşın formalaşması üçün vacib olan quruluş olan hipokampus, korteksin altına və standart iki foton mikroskopiyadan kənarda basdırılır. Digər tərəfdən, deklarativ yaddaşın böyük neokortikal şəbəkələrdə diffuz şəkildə saxlanıldığına inanılır və hədəf görüntüləməni çətinləşdirir. Buna görə dərin beyin görüntü texnikasının inkişafı (məsələn, mikroendoskopiya, uyğunlaşma optikası) ilə birlikdə korteksdəki yaddaş bölgüsünü daha yaxşı başa düşmək deklarativ yaddaşın altındakı onurğa dinamikasının gələcək araşdırmasının açarıdır.

Xəstəliklərdə İNFIN DINAMİKASI

Dendritik onurğa sıxlığında dəyişikliklər müxtəlif nevroloji və nöropsikiyatrik xəstəliklərdə müşahidə edilmişdir. Hər bir pozğunluq onurğa dinamikasında özünəməxsus anormallıqları ilə müşayiət olunur ki, bu da onurğaların düzgün idrak fəaliyyətinin struktur dayağı olması fikrini təsdiqləyir. Onurğa anormallığının davranış çatışmazlığı və idrak funksiyalarının azalması ilə əlaqəli olduğuna dair konsensus artmaqdadır (ətraflı bax Fiala et al., 2002; Penzes et al., 2011).

Vuruş modellərində, şiddətli işemiyanın, sürətli xilasetmə qısa müddət ərzində həyata keçirildiyi təqdirdə reperfuziyadan sonra geri dönən sürətli bel itkisinə səbəb olduğu göstərilir. (20 - 60 dəq; Zhang et al., 2005). Zərbədən sonra onurğa meydana gəlməsi və sonrakı aradan qaldırılması peri-infarkt bölgəsində artır, ancaq infarktdan uzaq olan kortikal bölgələrdə və ya kontralateral yarımkürədə deyil (Brown və ark., 2009; Johnston və ark., 2013). Bu xəsarət səbəb olan plastiklik 1 həftəlik vuruşdan sonra ən yüksək həddə çatır; o andan onurğa meydana gəlməsi və aradan qaldırılması sürəti davamlı olaraq azalır. Bu fenomen, sağ qalan peri-infarkt kortikal toxumaların terapevtik müdaxilələrə ən uyğun olduğu bir kritik bir dövrün mövcudluğunu göstərir.Brown və ark., 2007, 2009). Xroniki ağrı üçün bir siçan modelində qismən siyatik sinir birləşməsi onurğa meydana gəlməsini və aradan qaldırılmasını artırır. Vuruş modelinə bənzər olaraq, onurğa meydana gəlməsinin sürətinin yüksəlməsi, aradan qaldırılmadan əvvəldir və belin sıxlığının ilkin artımına səbəb olur və onun azalmasına səbəb olur. Bu cür təsirlər post-lezyondan sonra onurğa düzəltməsinin fəaliyyətdən asılı olduğunu göstərən tetrodotoksin blokadası ilə ləğv edilə bilər (Kim və Nabekura, 2011).

Dəyişən onurğa dinamikası degenerativ xəstəliklərin heyvan modellərində də bildirilmişdir. Məsələn, beyin qabığındakı β-amiloid lövhələrin yaxınlığında bel itkisi sürətlənir (Tsai et al., 2004; Spiers et al., 2005). Huntington xəstəliyinə aid bir heyvan modelində onurğa meydana gəlməsi sürəti artır, ancaq yeni yaranan bellər yerli dövrə daxil olmağa davam etmir və bu da onurğa sıxlığının xalis azalmasına səbəb olur (Murmu və digərləri, 2013). Nörodejeneratif xəstəliklər ümumiyyətlə xalis onurğa itkisi ilə əlaqəli olsa da, nörodeqmental bozukluklar müxtəlif onurğa fenotiplərini göstərir. Kövrək X sindromuna aid bir siçan modelində onurğalar daha çoxdur və böyüklərin sabit toxumalarının müayinəsi zamanı onların daha yüksək faizi yetişməmiş görünür (Comery et al., 1997; Irwin et al., 2000). In vivo Tədqiqatlar daha da göstərdi ki, bu cür heyvanlarda müxtəlif kortikal bölgələrdə onurğa dövriyyəsi artmışdır (Cruz-Martin et al., 2010; Pan və digərləri, 2010; Padmashri et al., 2013), və nə də bir mısırın işlənməsi və ya motor öyrənməsi onurğa dinamikasını daha da dəyişdirə bilməz (Pan və digərləri, 2010; Padmashri et al., 2013). Rett Sindromu ilə əlaqəli bir gen olan MECP2 siçanlarında həm onurğa qazancları, həm də itkilərin artdığı aşkar edilmişdir. Bununla birlikdə, yeni kürəklər vəhşi tip siçanlara nisbətən aradan qalxmağa daha həssasdır və nəticədə onurğaların xalis itkisi olur (Jiang et al., 2013).

DINAMİKLƏRİ İSTƏMƏK ÜÇÜN QLİDİR

Sinir sistemi iki sinif hüceyrədən ibarətdir: neyron və glia. Glial hüceyrələrin ən maraqlı rolu onların sinaptik fəaliyyət və dinamikada iştirak etməsidir. Bu yaxınlarda bir neçə həyəcan verici tədqiqat, glial siqnalın onurğa yetkinləşməsində və plastiliyindəki rolunu araşdırdı. Məsələn, astrositik glutamat tutmasının blokadası, yeniyetmənin inkişafı zamanı təcrübədən asılı olan onurğanın aradan qaldırılmasını sürətləndirmişdir (Yu və al., 2013). Glial hüceyrələrin başqa bir növü olan microglia da dendritik bel ilə sıx təmasda olduğu aşkar edilmişdir. Mikroglial proseslərin hərəkətliliyi və onurğa təmasları hissetmə təcrübəsi ilə aktiv şəkildə tənzimlənir və onurğanın aradan qaldırılmasında iştirak edir (Tremblay et al., 2010). Bundan əlavə, microglia'nın tükənməsi motor öyrənməsinə səbəb olan onurğa meydana gəlməsinin əhəmiyyətli dərəcədə azalmasına və beyin mənşəli neyrotrofik amilin (BDNF) mikrogliyada selektiv təsirini təkrarladı (Parkhurst et al., 2013).

Spin DINAMİKLƏRİNİN XÜSUSİ DƏYİŞMƏSİ

Dizilərin struktur görüntüləməsi, bellərin meydana gəlməsi və yox olmasının dendritlər boyunca vahid və təsadüfi olmadığını, əksinə fasiləsiz seçici "isti nöqtələrdə" baş verdiyini söylədi. Siçan motor korteksində eyni motor vəzifəsi ilə təkrar məşq zamanı meydana gələn yeni spirallar meydana gəldi. çoxluq etməyə meyllidir. Bundan əlavə, çoxluqdakı ikinci yeni onurğa əlavə edilməsi çox vaxt ilk yeni onurğanın genişlənməsi ilə əlaqələndirilir. Bunun əksinə olaraq, müxtəlif motor tapşırıqlarının tandem icrası zamanı və ya motor zənginləşdirilməsi zamanı əmələ gələn sümüklər çoxluq yaratmır (Fu və digərləri, 2012). Birlikdə aparılmış bu müşahidələr, ikinci yeni onurğanın kümelenmiş meydana çıxması üçün ilk yeni belin təkrar aktivləşdirilməsinin tələb olunduğunu göstərir. Onurğa dinamikasının bənzər fəza seçimi qorxu kondisioner paradiqmasında da müşahidə olunmuşdur: qorxu kondisioneri zamanı ləğv edilmiş bir bel ümumiyyətlə qorxu itkisi zamanı yaxınlığında (2 mkm daxilində) onurğa ilə əvəz olunur (Lai et al., 2012). Maraqlıdır ki, onurğanın dinamikasına inhibitor sinapsların dinamikası da təsir edir. Monokulyar məhrumluq 2 / 3 piramidal neyronların qatındakı yaxınlıqdakı inhibitor sinapsları və əlaqəli dinamikanı artırır (Chen et al., 2012). Bu tapıntılar, klasterli sinapsların dendritik çubuğa yayılmış sinapslardan daha çox eyni məlumatın kodlanmasında iştirak etməsini ehtimal edən çoxluqlu plastiklik modelini dəstəkləyir.Govindarajan et al., 2006).

Birləşir vivo ilə bütün hüceyrə yamaq qeyd və tək bel kalsium görüntüləmə, son bir iş, müxtəlif pik tezliyi üçün tənzimlənən onurğaların siçan eşitmə korteksindəki piramidal neyronların dendritləri boyunca kəsişdiyini göstərdi (Chen et al., 2011). Bu tapıntı maraqlı bir sual doğurur: çoxluqlu yeni kürələr oxşar və ya fərqli xüsusiyyətlərə (məsələn, fəaliyyət nümunələri, tənzimləmə xüsusiyyətləri) uyğun gəlirmi? Bu sualı həll etmək üçün, dendritik arborun geniş bir sahəsinə sümük nümunələri çəkmək, onurğanın düzəldilməsinin "qaynar nöqtələrini" müəyyənləşdirmək və onurğaların struktur görüntüsünü real vaxt funksional görüntüləmə ilə birləşdirmək lazımdır. Bu cür təcrübələr təkcə fəaliyyətə bağlı olan onurğanın yenidən qurulmasının hüceyrə mexanizmlərini aydınlaşdırmağa kömək etmir, eyni zamanda məlumatların neyronlarda təqdim edilməsi və saxlanmasına dair ipuçlarını təmin edir.

Gələcəyin istiqamətləri

Bu yazıda, canlı beyindəki dendritik bellərin dinamikasına dair son araşdırmaları nəzərdən keçirdik. Bu araşdırmalar onurğa dinamikasının müvəqqəti və məkan olaraq necə dəyişdiyini anlayışımızı xeyli inkişaf etdirsə də, bir çox sual müxtəlif cəbhələrdə qalır. Məsələn, sabit spiralları yeni yaranan onurğa və ləkələrin aradan qaldırılması üçün ayırd edən molekulyar markerlər varmı? Dendritin sinaptik ötürülmənin metabolik tələbatını təmin edə bilməsi üçün bir homeostatik mexanizm vasitəsi ilə sümüklərin ümumi sayı təmin edilirmi? Yeni kürələrin yığılması eyni aksonla (eyni şəbəkə topologiyasını qoruyarkən) mövcud əlaqələrin möhkəmliyindəki dəyişiklikləri əks etdirir, yoxsa yaxınlıqda əvvəllər bağlanmamış aksonlarla əlavə əlaqələrin qurulduğunu göstərir? Yuxarıda müzakirə edilən bütün əsərlərin hekayənin yalnız yarısı olan postsinaptik tərəfə yönəldiyini qeyd etmək lazımdır. Onurğa bölgüsünün və dinamikasının digər əsas müəyyənedicisi presinaptik tərəfə aiddir: presinaptik aksonların şəxsiyyəti və həndəsəsi və aksonal butonların mövcudluğu. Belə presinaptik məlumatları bilmək onurğa dinamikasının müşahidələrindən irəli gələn bir çox sualın həllində çox vacibdir. Bununla birlikdə, görüntülənmiş bir dendritik belin presinaptik tərəfdaşının müəyyənləşdirilməsi texniki problem olaraq qalır, çünki presinaptik akson çox sayda mənbədən qaynaqlana bilər və ümumiyyətlə bir çox digər aksonal proseslərlə əlaqələndirilir. Bundan əlavə, aksonal bouton və onurğa arasındakı təmas yerində meydana gələn struktur yenidən qurulma ardıcıllığı və bu ardıcıllığın sinapsların meydana gəlməsi və aradan qaldırılması ilə necə əlaqəli olması barədə çox şey öyrənilməlidir. Davranış manipulyasiyası kontekstində aksonal butonların və onların ortaq sümüklərinin eyni vaxtda görüntülənməsi bu sualı həll etmək üçün bol məlumat verəcəkdir. Elektron mikroskopiya kimi retrospektiv ultrasəs müayinələri (Knott et al., 2009) və Array Tomoqrafiya (Micheva və Smith, 2007; Micheva et al., 2010) tamamlaya da bilər vivo ilə sinapsların varlığını təsdiqləmək və görüntülənmiş strukturların molekulyar barmaq izlərini aşkar etmək üçün görüntüləmə.

Neyron əlaqələrin müvəqqəti ardıcıllığı və fasiləsiz seçmə yenidən qurulması və bu dəyişikliklərin təcrübə nəticəsində davranış dəyişikliyinə necə qatqı verməsi nevrologiyada əsas suallardan biridir. Görüntü texnikalarındakı irəliləyiş, elektrofiziologiya, molekulyar genetika və optogenetika sahəsindəki inkişaf, mikroskopik səviyyədə nöron dövranının inkişaf planını, həmçinin məlumat kodlaşdırma, inteqrasiya və beyində saxlama mexanizmlərini aşkar etməyə kömək edəcəkdir.

AUTHOR QURAŞDIRILMASI

Chia-Chien Chen rəqəmi etdi. Əlyazmanı Çia-Chien Chen, Ju Lu və Yi Zuo yazdı.

Maraqların Münaqişəsi

Müəlliflər bildirirlər ki, tədqiqat potensial münaqişələr kimi başa düşülə bilən hər hansı bir kommersiya və ya maliyyə əlaqəsi olmadıqda həyata keçirilir.

Minnətdarlıq

REFERANSLAR