Dendritikus tüskék spatiotemporális dinamikája az élő agyban (2014)

A dendritikus tüskék az emlős agyban a legtöbb excitációs szinapszis mindenütt jelenlévő posztszinaptikus helyei, és így funkcionális szinapszisok szerkezeti indikátorai lehetnek. A legújabb munkák azt sugallják, hogy az emlékek neuronális kódolása összefüggésben állhat a gerincképzés és az elimináció gyors változásával. A technológiai fejlődés lehetővé tette a kutatók számára a gerincdinamika tanulmányozását in vivo a fejlődés során, valamint különböző fiziológiai és patológiai körülmények között. Hisszük, hogy a gerincdinamika spatiotemporális mintáinak jobb megértése segít megérteni a tapasztalatfüggő áramkör módosításának és az élő agyban történő információfeldolgozás alapelveit.

BEVEZETÉS

A dendritikus gerincek elbűvölték az idegtudósok generációit, hiszen Santiago Ramón y Cajal több mint egy évszázada kezdeti leírását (Ramon y Cajal, 1888). Ezek a finom kitüremkedések a dendrit tengelyéből származnak, és hasonlítanak „sörtés tüskékre vagy rövid tüskékre”, amint azt Cajal élénken leírta. Ezek az emlős agy gerjesztő glutamaterg szinapszisainak nagy többségének (> 90%) posztszinaptikus helyei, és a posztszinaptikus szignálozáshoz és plaszticitáshoz nélkülözhetetlen molekuláris komponenseket tartalmaznak. Ezért a tüskék és szerkezeti dinamikájuk indikátorokként szolgálhatnak a szinaptikus összeköttetéshez és annak módosításaihoz (Segal, 2005; Tada és Sheng, 2006; Harms és Dunaevsky, 2007).

A dendrites gerinc korai tanulmányai a rögzített idegszövetet fény- vagy elektronmikroszkóppal vizsgálták (Lund és munkatársai, 1977; Woolley és munkatársai, 1990; Harris és Kater, 1994; Hering és Sheng, 2001; Lippman és Dunaevsky, 2005). Bár alapvető információkat szolgáltattak a gerinc morfológiájáról és eloszlásáról, ezek a rögzített szövetvizsgálatok csak a gerincek statikus „pillanatképeit” rögzítették. A fluoreszcens jelölési technikák és a multi-foton mikroszkópia bevezetése forradalmasította a mezőt. Az 2002-ban két laboratórium úttörő munkája (Grutzendler és munkatársai, 2002; Trachtenberg és munkatársai, 2002) megmutatta annak lehetőségét, hogy az élő agyban ugyanaz a gerinc hosszú ideig (azaz héten) nyomon követhető legyen. Elvileg a gerincdinamika szinapszis dinamikát jelent. Míg a stabil gerincek többnyire szinaptikus kontaktusokat képviselnek, az átmeneti gerincek csak kis hányada rövid élettartamú szinaptikus kontaktusokat képvisel, és a többiek nem megfelelő szinaptogenezist jelentenek (Trachtenberg és munkatársai, 2002; Knott és munkatársai, 2006; Cane és munkatársai, 2014). Ilyen időzített képalkotó vizsgálatokból a gerincek dinamikus képe jött létre: a gerincek formája, nagyítása, zsugorodása és visszahúzódása az állat élettartama alatt. Továbbá, a morfológiája és dinamikája az idegrendszeri típusok, a fejlődési szakaszok, valamint a tapasztalatok, például az érzékszervi stimuláció és a nélkülözés, a környezetgazdagodás és a különböző tanulási paradigmák válaszai között változik.Holtmaat és Svoboda, 2009; Fu és Zuo, 2011).

Ez a felülvizsgálat az alábbi eredményekre összpontosít in vivo képalkotó vizsgálatok. A gerinc dinamikájának jellemzésében a kutatók főként két szempontot vettek figyelembe: a gerincsűrűség általános változásai és a dendrite mentén elhelyezkedő specifikus hely, ahol a gerincképződés és az elimináció következik be. Míg a gerincsűrűség hozzávetőleges becslést ad a posztszinaptikus neuronra kifejtett excitatory szinapszisok teljes számáról, a gerinc elhelyezkedése befolyásolja a szinaptikusan továbbított elektromos és kémiai jelek hozzájárulását a soma integrált válaszához (Nevian és munkatársai, 2007; Spruston, 2008). Az agyi információfeldolgozó és -tároló mechanizmusok tisztázásához elengedhetetlen a megértése, hogy a gerincdinamika milyen összefüggésben áll a specifikus neurális áramkörök anatómiai és fiziológiai jellemzőivel a különböző viselkedési kontextusokban.

SPINE DYNAMIKA A FEJLESZTÉS során

A gerincsűrűség jelentősen változik a neuronok különböző populációiban, ami valószínűleg a neuronális morfológia és a funkció sokféleségét tükrözi (Nimchinsky és munkatársai, 2002; Ballesteros-Yanez és munkatársai, 2006). A gerincképződés változása a gerincképződés és az elimináció között határozza meg: a gerincképződés feleslege a dendritikus szegmens mentén történő elimináció fölött növeli a gerincsűrűséget, és fordítva. Az agykéregben, míg a dendritikus ágak többnyire stabilak (Trachtenberg és munkatársai, 2002; Mizrahi és Katz, 2003; Chow és munkatársai, 2009; Mostany és Portera-Cailliau, 2011; Schubert és munkatársai, 2013), a gerinceket állandóan kialakítják és megszüntetik. A gerincképződés és az elimináció mértéke idővel változik, ami a gerincsűrűség nem monoton változását eredményezi (Ábra Figure11). Például az 2 / 3 réteg piramis neuronjainak csúcsai a rágcsáló hordó kéregében fokozatosan csökkenő motilitás (nyúlás és a gerincek rövidülése) és a forgalom aránya (a gerincek nyereségének és veszteségeinek összmennyisége) között a postnatalis 7. és 24 (P7-24; Lendvai és munkatársai, 2000; Cruz-Martin és munkatársai, 2010). Ennek ellenére a gerincsűrűség ezen időszak alatt folyamatosan növekszik (Cruz-Martin és munkatársai, 2010). A gerinc nyereségének ez a kezdeti fázisa után a gerinc eltávolítása elkezdi meghaladni a kialakulást, ami a gerincsűrűség általános csökkenéséhez vezet.Holtmaat és munkatársai, 2005; Zuo és munkatársai, 2005b; Yang és munkatársai, 2009). A P28 és a P42 között a gerincek 17% -a eliminálódik az 5 réteg piramissejtek apikális dendritjeiben az egér hordó kéregében, míg az új tüskék csak 5% -a keletkezik ugyanabban az időszakban (Zuo és munkatársai, 2005a, b). Fontos, hogy nem minden tüskék egyformán érzékenyek az eltávolításra: a nagy fejűek stabilabbak, mint a vékonyak. Mivel a gerincfej mérete korrelál a szinaptikus erővel, ez a jelenség arra utal, hogy az erősebb szinapszisok stabilabbak (Holtmaat és munkatársai, 2005). Továbbá az újonnan kialakult tüskék nagyobb valószínűséggel kerülnek ki, mint a már meglévő tüskék (Xu és munkatársai, 2009), és a serdülőkor előtt kialakult stabil gerincek többsége a felnőtt neuronális áramkörbe (Zuo és munkatársai, 2005a; Yang és munkatársai, 2009; Yu és munkatársai, 2013). Végül a felnőtt állatokban a gerincképzés és az elimináció egyensúlyba kerül; a gerincsűrűség nagyjából állandó marad az öregedés kezdetéig (Zuo és munkatársai, 2005a; Mostany és munkatársai, 2013).

 

ábra 1

A gerinc átalakítása az állat életének különböző szakaszaiban. A korai posztnatalis gyors spinogenezisét a serdülőkorban fokozatosan gerjesztett metszés követi. Felnőttkorban a gerincképződés és az elimináció egyensúlyban van, a tüskék kis része ...

SPINE DYNAMIKA AZ ÉRZÉKENYSÉG KAPCSOLATÁVAL

Az agykéregnek csodálatos képessége van arra, hogy a tapasztalatokra válaszul átalakítsa áramkörét. Ezért, hogy az érzékszervi tapasztalatok (vagy azok hiánya) a gerincdinamika nagy érdeklődést mutatnak az idegtudósok számára. Kimutatták, hogy mind az akut, mind a krónikus érzékszervi manipulációk mélyen befolyásolják a gerinc dinamikáját, de a pontos hatás a manipulációs paradigmától és az időtartamtól, valamint az állat fejlődési stádiumától függ. A korai posztnatális időszakban az érzékszervi bemenetek oktató szerepet játszanak a gerincek stabilizálásában és érlelésében. Az egér vizuális kéregében a vizuális bemenetnek a születéstől való megfosztása megakadályozta a gerincmotoritás csökkenését és a gerinc morfológiájának érését (Majewska és Sur, 2003; Tropea és munkatársai, 2010). A PirB receptor genetikai deléciója a monokuláris deprivációnak a gerincmotilitásra gyakorolt ​​hatását (Djurisic és munkatársai, 2013). Azoknál az egereknél, amelyek korábban látássérülést szenvedtek el, a GABAerg rendszer farmakológiai aktiválása részlegesen utánozhatja a fény által indukált gerincérést, ami arra utal, hogy a gátló áramkörök fontos szerepet játszanak a gerjesztő szinapszisok érésében (Tropea és munkatársai, 2010). Később a szenzoros élmény a gerinc metszését (a gerincek nettó veszteségének) nevezi. Az 1-hónapos egerekben az 4 vagy 14 napokhoz tartozó összes bajusz egyoldalú vágása drámaian csökkentette a gerinc eltávolítását a hordó kéregében, de a bal oldali gerincképződés nagymértékben zavartalan volt (Zuo és munkatársai, 2005b; Yu és munkatársai, 2013). Az NMDA-receptorok farmakológiai blokádja a whisker-vágás hatását imitálta, jelezve az NMDA-receptor útvonal bevonását az ilyen aktivitásfüggő gerinc eliminációjába (Zuo és munkatársai, 2005b).

Míg a teljes whisker-vágás világszerte eltávolítja az érzékszervi bemenetet, minden más bajusz („sakktábla vágás”) vágása feltehetően felerősíti a szomszédos hordók aktivitási szintjeinek és mintáinak különbségeit, ezáltal új érzékszervi élményt hozva létre. Az ilyen paradigmának kimutatták, hogy elősegíti a gerinc forgalmát és az újonnan kialakult gerinceket szelektíven stabilizálja a kortikális neuronok alosztályában (Trachtenberg és munkatársai, 2002; Holtmaat és munkatársai, 2006). Az új tüskéket inkább az 5 réteg piramidális neuronjaihoz adtuk, amelyek összetett apikális csomókkal rendelkeztek, nem pedig egyszerű csomókkal.Holtmaat és munkatársai, 2006). Az αCaMKII-T286A hibás egerekben a sakktábla vágása nem növelte az új tartós tüskék stabilizálódását a megtakarított és megfosztott hordók határán.Wilbrecht és munkatársai, 2010). A közelmúltban egy elegáns tanulmány, amely ötvözi az optogenetikus stimulációt és a in vivo a képalkotás azt mutatta, hogy a dendritikus gerincek stabilitását a neurális aktivitás mintája határozza meg, nem pedig a nagyságrendet.Wyatt és munkatársai, 2012).

A sakktábla vágásához hasonlóan a rövid monokuláris depriváció (MD) növeli a két szem közötti bemeneti különbséget. Tehát hasonlóan a sakktábla vágásához, az MD-nek kimutatták, hogy növeli a gerincképződést az 5 réteg piramissejtek apikális dendritikus csomói mentén az egér vizuális kéregének binokuláris zónájában. Ezt a hatást azonban nem figyelték meg az 2 / 3 rétegekben vagy a monokuláris zónában (Hofer és munkatársai, 2009), amely ismét jelzi a sejt típusú specifikus szinapszis remodelációt. Érdekes módon, egy második MD nem növelte tovább a gerincképződést, de szelektíven megnövelte a kezdeti MD-ben kialakult tüskéket, ami arra utal, hogy a kezdeti MD-ben kialakult új tüskék funkcionális szinapszisokkal rendelkeztek, amelyeket a második MD-ben újraaktiváltak.Hofer és munkatársai, 2009).

SPINE DYNAMICS A tanulás ideje alatt

A dendritikus tüskék rendkívül dinamikus jellege kiváltja azt az elterjedt elképzelést, hogy a gerincek a tanulás és a memória strukturális alapjaként szolgálhatnak. Javasolták, hogy az újonnan kialakult tüskék (tipikusan kis fejekkel) alátámasztják a memóriát, míg a stabil tüskék (jellemzően nagy fejekkel) memória tárolóhelyként szolgálnak (Bourne és Harris, 2007). Valóban, in vivo a képalkotó vizsgálatok kimutatták, hogy az agykéregben a gerincdinamika közvetlenül összefügg a tanulással. Az egér motoros kéregében a gerincképződés azonnal megkezdődik, amikor az állat új feladatot tanul meg. Ezt a gyors spinogenezist követően a gerincsűrűség emelkedett gerinc eliminációval visszatér a kiindulási szintre.Xu és munkatársai, 2009; Yu és Zuo, 2011). A dalos madaraknál a dalvonal-tanulás előtti magasabb alapszintű gerincfordulási arányt úgy találták, hogy a későbbi dalimitáláshoz nagyobb kapacitással korrelál (Roberts és munkatársai, 2010). Egerekben a kezdeti tanulás során szerzett tüskék mennyisége szorosan összefügg a tanulás megszerzésének motoros teljesítményével (Xu és munkatársai, 2009); és az új tüskék túlélése korrelál a motoros készség megtartásával (Yang és munkatársai, 2009). Továbbá, a motoros kéreg különböző szinapszisainak különböző szubpopulációi valószínűleg különböző motoros készségeket kódolnak, mivel az új motoros feladat tanulása az előre kiképzett egerekben továbbra is erőteljes forgalmat indukál a felnőtt motoros kéregben (Xu és munkatársai, 2009). A közelmúltban azt is megállapították, hogy a glükokortikoid szint befolyásolja a motoros tanulás által okozott gerincdinamikát. A glükokortikoid csúcsokon végzett edzés egereknél nagyobb a gerincképződés aránya, míg a tréning után a glükokortikoid vályúk szükségesek az edzés során kialakult gerincek stabilizálásához és a hosszú távú memóriamegtartáshoz (Liston és munkatársai, 2013). Függőség, amelyet patológiás tanulásnak tekintettek (Hyman, 2005) a gerinc dinamikájában hasonló időbeli változásokat vált ki, mint a motoros tanulás. A kokain-kondicionált hely preferencia paradigmával egy nemrégiben készített képalkotó vizsgálat kimutatta, hogy a kezdeti kokain expozíció elősegítette a gerincképződést a frontális kéregben, és hogy az új tartós tüskék mennyisége korrelált a kokain-páros kontextus preferenciájával (Munoz-Cuevas és munkatársai, 2013). Érdekesebb, hogy a gerincdinamika különböző kérgi régiókban ugyanazon feladat alatt változhat. Például egy félelem kondicionáló paradigma, amely párosítja a hallójeleket a lábrázkódokkal, ellentétes hatásokat mutatott a hallás és a frontális kéregben. A hallókéregben azt találták, hogy a megnövekedett gerincképződés korrelált a páros félelem kondicionálásával, míg a páratlan kondicionálás a tüskék fokozott eliminációjával társult (Moczulska és munkatársai, 2013). A frontális asszociációs kéregben a megnövekedett gerinc eliminációját a tanuláshoz társították, míg a gerincképződés a félelem kihalásával összefüggésben állt, és a kihaláskor keletkezett eliminált tüskék felújítása (Lai és munkatársai, 2012). Összességében ezek a tanulmányok feltárják a tanulás által kiváltott gerincdinamikát alátámasztó időbeli szabályok sokféleségét. A tanulás során kialakuló vagy eltávolított tüskék függnek a viselkedési paradigmától, valamint a tanulási folyamatban részt vevő specifikus neuronális áramkörtől és sejttípusoktól.

Érdemes megjegyezni, hogy a fentiekben tárgyalt példák nem deklaratív memóriára utalnak, amely nem jelenti a konkrét idő, hely és epizodikus tapasztalat (azaz a deklaratív memória) tudatos emlékezését. Felfedezése in vivo A deklaratív memóriával kapcsolatos gerincdinamika sokkal kihívást jelent. Egyrészt a hippocampus, a deklaratív memória kialakulásához elengedhetetlen struktúra, a kéreg alatt van eltemetve, és a normál kétfunkciós mikroszkópia határain túl. Másrészt a deklaratív memóriát a nagy neokortikális hálózatokban diffúz módon tárolják, ami megnehezíti a célzott képalkotást. Ezért a mély agyi képalkotó technikák (pl. Mikroendoszkópia, adaptív optika) előrehaladása, valamint a memória eloszlásának jobb megértése a kéregben a kulcsfontosságú a deklaratív memória mögötti gerincdinamika jövőbeli vizsgálatához.

SPINE DYNAMIKA A ZÁRÁSOKBAN

A dendritikus gerincsűrűség változásait megfigyelték különböző neurológiai és neuropszichiátriai betegségekben. Mindegyik rendellenesség a gerincdinamikában saját jellegzetes rendellenességekkel rendelkezik, ami tovább erősíti azt a gondolatot, hogy a gerincek strukturális alapjai a megfelelő kognitív működésnek. Egyre nagyobb egyetértés van abban, hogy a gerinc abnormalitása a viselkedéshiányhoz és a kognitív funkciók csökkenéséhez kapcsolódik (a részleteket lásd Fiala és munkatársai, 2002; Penzes és munkatársai, 2011).

A stroke modellekben kimutatták, hogy a súlyos ischaemia gyors gerincveszteséghez vezet, ami a reperfúzió után reverzibilis, ha a mentést rövid időn belül hajtják végre (20 – 60 min; Zhang és munkatársai, 2005). A stroke, a gerincképződés és az ezt követő eliminációs növekedés a peri-infarct régióban, de nem az infarktustól vagy az ellentétes féltekén lévő kortikális területeken (Brown és munkatársai, 2009; Johnston és munkatársai, 2013). Ez a sérülés által okozott plaszticitás a stroke utáni 1 héten eléri a csúcsát; ettől kezdve a gerincképződés sebessége és az elimináció folyamatosan csökken. Ez a jelenség arra a kritikus időszakra utal, amely alatt a túlélő peri-infarktusos kérgi szövetek a leginkább alkalmasak a terápiás beavatkozásokra (Brown és munkatársai, 2007, 2009). A krónikus fájdalom egérmodelljében a részleges ülőideg-ligálás növeli a gerincképződést és az eliminációt. A stroke-modellhez hasonlóan a gerincképződés mértékének emelkedése megelőzi az eliminációt, ami a gerincsűrűség kezdeti növekedéséhez vezet, majd csökken. Az ilyen hatások tetrodotoxin blokkolással megszüntethetők, ami azt jelzi, hogy a sérülés utáni gerinc remodeláció aktivitásfüggő (Kim és Nabekura, 2011).

A megváltozott gerincdinamikát degeneratív betegségek állati modelljeiben is jelentették. Például a gerincveszteség felgyorsul az agykéregben levő β-amiloid plakkok közelében.Tsai és munkatársai, 2004; Spiers és munkatársai, 2005). A Huntington-betegség állatmodelljében a gerincképződés sebessége nő, de az újonnan kialakult tüskék nem maradnak be a helyi áramkörbe, ami a gerincsűrűség nettó csökkenését eredményezi.Murmu és munkatársai, 2013). Míg a neurodegeneratív betegségek általában nettó gerincvesztéssel járnak, az idegrendszeri rendellenességek különböző gerinc fenotípusokat mutatnak. A Fragile X-szindróma egérmodelljében a gerincek számtalanak, és nagyobb százalékuk éretlen a felnőtt fixált szövetek vizsgálatakor (Comery és munkatársai, 1997; Irwin és munkatársai, 2000). In vivo tanulmányok azt mutatták, hogy az ilyen állatokban a gerinc forgalma a különböző kérgi területeken nőtt (Cruz-Martin és munkatársai, 2010; Pan és munkatársai, 2010; Padmashri és munkatársai, 2013), és sem a szálcsiszolás, sem a motoros tanulás nem változtathatja meg a gerincdinamikát (Pan és munkatársai, 2010; Padmashri és munkatársai, 2013). A MECP2-et, egy Rett-szindrómához kapcsolódó gént túltermelő egerekben azt tapasztaltuk, hogy mind a gerinc nyeresége, mind a vesztesége emelkedett. Az új tüskék azonban jobban ki vannak téve az eliminációnak, mint a vad típusú egereknél, ami a gerincek nettó veszteségét eredményezi (Jiang és munkatársai, 2013).

A SPINE DYNAAMIKÁRA VONATKOZÓ KÖZLEKEDÉS

Az idegrendszer két sejtcsoportot tartalmaz: neuronok és glia. A glialsejtek legérdekesebb szerepe a szinaptikus működésben és dinamikában való részvétel. A közelmúltban néhány izgalmas tanulmány feltárta a glia jelzés szerepét a gerinc érlelésében és a plaszticitásban. Például kimutatták, hogy az asztrocitás glutamát felvétel blokádja felgyorsítja a tapasztalatfüggő gerinc eliminációt a serdülők fejlődésében (Yu és munkatársai, 2013). A gliasejtek másik típusa, a mikroglia, szintén szoros kapcsolatban áll a dendritikus tüskékkel. A mikrogliális folyamatok és a gerinc kontaktusok mozgékonyságát az érzékszervi tapasztalatok aktívan szabályozzák, és részt vesznek a gerinc eliminációjában (Tremblay és munkatársai, 2010). Emellett a mikroglia kimerülése a motoros tanulás által okozott gerincképződés szignifikáns csökkenését eredményezte, és az agyból származó neurotróf faktor (BDNF) szelektív eltávolítása a mikrogliában rekonstruálta a mikroglia kimerülését (Parkhurst és munkatársai, 2013).

A SPINE DYNAMICS SPATIAL MANIFESTÁCIÓJA

A gerincek szerkezeti képalkotása azt sugallta, hogy a tüskék kialakulása és eltűnése nem egyenletes vagy véletlen a dendritek mentén, hanem inkább a térben szelektív „forró pontokon” fordul elő. hajlamosak klaszterizálni. Továbbá, a második új gerinc hozzáadása a klaszterben gyakran kapcsolódik az első új gerinc bővítéséhez. Ezzel ellentétben a különböző motoros feladatok tandem végrehajtása során keletkezett tüskék vagy a motoros dúsítás során nem keletkeznek (Fu és munkatársai, 2012). Összességében ezek a megfigyelések arra utalnak, hogy az első új gerinc ismételt újbóli aktiválása szükséges a második új gerinc klaszteres megjelenéséhez. A gerincdinamika hasonló térbeli szelektivitását figyelték meg a félelem kondicionáló paradigmájában: a félelem kondicionálásakor megszűnt gerincet általában a szomszédságában lévő gerinc helyettesíti (a 2 μm-en belül) a félelem kihalásakor (Lai és munkatársai, 2012). Érdekes módon a gerincdinamikát befolyásolja a gátló szinapszisok dinamikája is. A monokuláris depriváció jelentősen növeli a spinok és a gátló szinapszisok összehangolt dinamikáját az 2 / 3 réteg piramissejtjeiben (Chen és munkatársai, 2012). Ezek az eredmények alátámasztják a klaszteres plaszticitási modellt, amely szerint a klaszteres szinapszisok nagyobb valószínűséggel vesznek részt ugyanazon információ kódolásában, mint a dendritikus lapkában szétszórt szinapszisok (Govindarajan és munkatársai, 2006).

ötvözi in vivo teljes sejtes patch-felvétel és egyetlen gerinc kalcium-képalkotás, egy újabb munka kimutatta, hogy a különböző csúcsfrekvenciákra hangolt tüskék az egér hallókéregben a piramis neuronok dendritjei mentén vannak egymás között (Chen és munkatársai, 2011). Ez a megállapítás érdekes kérdést vet fel: a fürtözött új tüskék megfelelnek-e a hasonló vagy különböző jellemzőkkel rendelkező bemeneteknek (pl. Aktivitási minták, hangolási tulajdonságok)? Ennek a kérdésnek a kezelése érdekében a dendritikus lapok széles területein kell vizsgálni a gerinceket, azonosítani kell a gerinc remodelingének „hotspotjait”, és kombinálni kell a gerincek strukturális képalkotását a valós idejű funkcionális képalkotással. Az ilyen kísérletek nemcsak az aktivitásfüggő gerinctranszformáció sejtmechanizmusainak tisztázását segítik elő, hanem az információ reprezentációjára és a neuronok tárolására is utalnak.

JÖVŐBELI IRÁNYOK

Ebben a cikkben áttekintettük az élő agyban a dendritikus gerincek dinamikájával kapcsolatos legújabb vizsgálatokat. Jóllehet ezek a tanulmányok jelentősen előrehaladták a gerinc dinamikájának időbeli és térbeli változását, sok kérdés különböző fronton marad. Például vannak-e olyan molekuláris markerek, amelyek megkülönböztetik a stabil gerinceket az újonnan kialakított tüskéktől és a kiküszöbölendő tüskéktől? A háztartások összmennyiségét egy homeosztatikus mechanizmuson keresztül tartják fenn, így a dendrite megtarthatja a szinaptikus átvitel metabolikus igényét? Az új tüskék csoportosítása tükrözi-e a meglévő kapcsolatok erősségének változását ugyanazon axonnal (ugyanakkor a hálózati topológia fenntartása mellett), vagy jelzi, hogy további kapcsolatok létesülnek-e a közeli nem kapcsolódó axonokkal? Érdemes megjegyezni, hogy a fentiekben tárgyalt valamennyi mű a posztszinaptikus oldalra összpontosított, ami a történetnek csak a fele. A gerinc eloszlásának és dinamikájának másik meghatározó tényezője a preszinaptikus oldal: a preszinaptikus axonok identitása és geometriája, valamint az axonális boutonok elérhetősége. Az ilyen preszinaptikus információk ismerete döntő fontosságú a gerincdinamika megfigyeléséből adódó számos kérdés megoldása szempontjából. Ugyanakkor a képzeletbeli dendritikus gerinc preszinaptikus partnereinek azonosítása technikai kihívást jelent, mivel a presinaptikus axon számos forrásból származhat, és általában összekeveredik számos más axonális folyamatkal. Ezen túlmenően még sok mindent meg kell tanulni az axonális boton és a gerinc közötti érintkezési helyen lévő strukturális átalakítások sorrendjéről, és arról, hogy az ilyen szekvencia hogyan kapcsolódik a szinapszisok kialakulásához és eliminálásához. Az axonális boutonok és partnerkapcsolataik egyidejű képalkotása a viselkedési manipuláció összefüggésében bőséges információt nyújt a kérdés megoldására. Retrospektív ultrastrukturális vizsgálatok, például elektronmikroszkópia (Knott és munkatársai, 2009) és Array Tomography (Micheva és Smith, 2007; Micheva és munkatársai, 2010) is kiegészítheti in vivo képalkotás a szinapszisok jelenlétének igazolására és a képalkotott struktúrák molekuláris ujjlenyomatainak feltárására.

Az idegtudomány egyik alapvető kérdése az idegrendszeri kapcsolatok időbeli szekvenciája és térbeli szelektív átrendeződése, valamint az, hogy ezek a változások együttesen hozzájárulnak a viselkedés megváltozásához. A képalkotó technikák fejlesztése, valamint az elektrofiziológia, a molekuláris genetika és az optogenetika fejlesztése segít feltárni a mikroszkopikus neuronális áramkör tervét, valamint az információs kódolás, az integráció és az agy tárolásának mechanizmusait.

AUTORI KÖTELEZETTSÉGEK

Chia-Chien Chen elkészítette az ábrát. Chia-Chien Chen, Ju Lu és Yi Zuo írták a kéziratot.

Érdekütközési nyilatkozat

A szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában hajtották végre, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.

Köszönetnyilvánítás

REFERENCIÁK