Dinamica spatiotemporală a coloanei dendritice în creierul viu (2014)

Tintele dendritice sunt situsuri postsynaptice omniprezente ale celor mai multe sinapse excitatorii din creierul mamiferelor și astfel pot servi drept indicatori structurali ai sinapselor funcționale. Lucrările recente au sugerat că codificarea neuronală a amintirilor poate fi asociată cu modificări rapide ale formării și eliminării coloanei vertebrale. Avansurile tehnologice au permis cercetătorilor să studieze dinamica coloanei vertebrale in vivo în timpul dezvoltării, precum și în diferite condiții fiziologice și patologice. Credem că o mai bună înțelegere a tiparelor spatiotemporale ale dinamicii coloanei vertebrale va ajuta la elucidarea principiilor modificării circuitelor dependente de experiență și procesării informațiilor în creierul viu.

INTRODUCERE

Tintele dendritice au fascinat generațiile de neurologi de la descrierea lor inițială de către Santiago Ramón y Cajal cu mai mult de un secol în urmă (Ramon și Cajal, 1888). Aceste proeminențe delicate emană din arborele dendritic și seamănă cu „spini înțepători sau spini scurți”, așa cum este descris în mod viu de Cajal. Acestea sunt siturile postsinaptice ale marii majorități (> 90%) a sinapselor glutamatergice excitante din creierul mamiferelor și conțin componente moleculare esențiale pentru semnalizarea și plasticitatea postsinaptică. Prin urmare, coloanele vertebrale și dinamica lor structurală pot servi drept indicatori pentru conectivitatea sinaptică și modificări ale acesteia (Segal, 2005; Tada și Sheng, 2006; Harms și Dunaevsky, 2007).

Majoritatea studiilor precoce efectuate asupra coloanei dendritice au examinat țesutul neural fixat cu microscopie ușoară sau electronică (Lund și colab., 1977; Woolley și colab., 1990; Harris și Kater, 1994; Hering și Sheng, 2001; Lippman și Dunaevsky, 2005). Deși au oferit informații fundamentale despre morfologia și distribuția coloanei vertebrale, aceste examinări de țesut fix au captat doar "instantanee" statice ale spinii. Introducerea tehnicilor de marcare fluorescentă și a microscopiei multi-fotonice au revoluționat domeniul. În 2002, lucrarea de pionierat din partea a două laboratoare (Grutzendler și colab., 2002; Trachtenberg și colab., 2002) au demonstrat posibilitatea urmăririi aceleiași coloanei vertebrale în creierul viu pe o perioadă lungă (adică săptămâni) de timp. În principiu, dinamica coloanei vertebrale reprezintă dinamica sinapsei. În timp ce țepii stabili reprezintă în mare parte contacte sinaptice, doar o mică parte a coloanei tranzitorii reprezintă contacte sinaptice de scurtă durată, iar restul reprezintă sinaptogeneză eșuată (Trachtenberg și colab., 2002; Knott și colab., 2006; Cane și colab., 2014). Dintr-o astfel de studii de imagistică, a apărut o imagine dinamică a coloanei vertebrale: formați, măriți, strângeți și retrageți spinii pe tot parcursul vieții animalului. În plus, morfologia și dinamica lor variază în rândul tipurilor neuronale, în etapele de dezvoltare și ca răspuns la experiențe cum ar fi stimularea senzorială și lipsuri, îmbogățirea mediului și diverse paradigme ale învățării (Holtmaat și Svoboda, 2009; Fu și Zuo, 2011).

Această examinare se concentrează asupra rezultatelor in vivo studiile imagistice. În caracterizarea dinamicii coloanei vertebrale, cercetătorii au luat în considerare, în principal, două aspecte: modificări generale ale densității coloanei vertebrale și locația specifică de-a lungul dendritei în care apare formarea și eliminarea coloanei vertebrale. În timp ce densitatea coloanei vertebrale oferă estimarea aproximativă a numărului total de sinapse excitatorii pe neuronul postsynaptic, localizarea coloanei vertebrale influențează contribuția semnalelor sale electrice și chimice transmise sinaptic la răspunsul integrat la soma (Nevian și colab., 2007; Spruston, 2008). Înțelegerea modului în care dinamica coloanei vertebrale se corelează cu trăsăturile anatomice și fiziologice ale circuitelor neuronale specifice în diferite contexte comportamentale este crucială pentru elucidarea mecanismelor de procesare și stocare a informațiilor din creier.

DYNAMICĂ DE DUSĂ ÎN TIMP DE DEZVOLTARE

Densitatea coloanei vertebrale variază semnificativ între diferitele populații de neuroni, care reflectă probabil diversitatea morfologiei și funcției neuronale (Nimchinsky și colab., 2002; Ballesteros-Yanez și colab., 2006). Echilibrul dintre formarea și eliminarea coloanei vertebrale determină modificarea densității coloanei vertebrale: un exces de formare a coloanei vertebrale în timpul eliminării de-a lungul unui segment dendritic crește densitatea coloanei vertebrale și, viceversa. În cortexul cerebral, în timp ce ramurile dendritice sunt în mare parte stabile în timp (Trachtenberg și colab., 2002; Mizrahi și Katz, 2003; Chow și colab., 2009; Mostany și Portera-Cailliau, 2011; Schubert și colab., 2013), se formează constant și se elimină spinii. Ratele de formare a coloanei vertebrale și de eliminare se schimbă în timp, ducând la alterarea nemonotonică a densității coloanei vertebrale (Figura Figure11). De exemplu, spinii pe dendritele apicale ale neuronilor piramidali ai stratului 2 / 3 din cortexul barilului de rozătoare prezintă o motilitate treptată descrescătoare (alungirea și scurtarea tibiei) și rata de mișcare (definită ca suma totală a câștigurilor și pierderilor coloanei vertebrale) între ziua postnatală 7 și 24 (P7-24; Lendvai și colab., 2000; Cruz-Martin și colab., 2010). Cu toate acestea, densitatea coloanei vertebrale crește în mod continuu în această perioadă (Cruz-Martin și colab., 2010). După această fază inițială de creștere a coloanei vertebrale, eliminarea coloanei vertebrale începe să depășească formarea, conducând la o reducere generală a densității coloanei vertebrale (Holtmaat și colab., 2005; Zuo și colab., 2005b; Yang și colab., 2009). Între P28 și P42, 17% de spini sunt eliminați de-a lungul dendritelor apice ale straturilor 5 ale neuronilor piramidali din cortexul barilului de șoarece, în timp ce doar 5% din spinurile noi se formează în aceeași perioadă de timpZuo și colab., 2005a, b). Foarte important, nu toate spinii sunt la fel de sensibili la eliminare: cei cu capete mari sunt mai stabili decât cei subțiri. Deoarece dimensiunea capului coloanei vertebrale corelează cu rezistența sinaptică, acest fenomen sugerează că sinapsele mai puternice sunt mai stabile (Holtmaat și colab., 2005). În plus, spinii nou formați sunt mult mai probabil să fie eliminați decât coloanele pre-existente (Xu și colab., 2009), iar majoritatea tibilor stabili formați înainte de adolescență rămân încorporate în circuitul neuronal adult (Zuo și colab., 2005a; Yang și colab., 2009; Yu și colab., 2013). În final, la animalele adulte, formarea și eliminarea coloanei ating echilibrul; Densitatea coloanei vertebrale rămâne aproximativ constantă până la debutul îmbătrânirii (Zuo și colab., 2005a; Mostany și colab., 2013).

 

FIGURA 1

Restructurarea coloanei în diferite stadii ale vieții unui animal. Spenogeneza rapidă la începutul perioadei postnatale este urmată de o tăiere graduală a coloanei vertebrale la adolescență. La maturitate, formarea și eliminarea coloanei vertebrale ating echilibrul, cu o mică fracțiune de spini ...

DYNAMICUL DE DUSĂ ÎN RESPONSABILITATE LA EXPERIENȚA SENZORĂ

Cortexul cerebral are capacitatea uimitoare de a-și reorganiza circuitele ca răspuns la experiențe. Prin urmare, modul în care experiențele senzoriale (sau lipsa acestora) afectează dinamica coloanei vertebrale este de mare interes pentru neurologii. Atât manipularea senzorială acută cât și cea cronică au demonstrat o profundă influență a dinamicii coloanei vertebrale, însă efectul exact depinde de paradigma și durata manipulării, precum și de stadiul de dezvoltare al animalului. În timpul perioadei postnatale timpurii, intrările senzoriale joacă roluri instructive în stabilizarea și maturarea tibiei. În cortexul vizual al mouse-ului, privarea vizuală de la naștere a împiedicat scăderea motilității coloanei vertebrale și maturarea morfologiei coloanei vertebrale (Majewska și Sur, 2003; Tropea și colab., 2010). Ștergerea genetică a receptorului PirB a imitat efectul deprivării monoculare asupra motilității coloanei vertebrale (Djurisic și colab., 2013). La șoarecii care anterior au fost supuși deprivării vizuale, maturarea coloanei induse de lumină ar putea fi parțial imită de activarea farmacologică a sistemului GABAergic, sugerând un rol important al circuitelor inhibitoare în maturarea sinapselor excitatorii (Tropea și colab., 2010). Mai târziu, experiența senzorială conduce la tăierea coloanei vertebrale (definită ca pierderea netă a coloanei vertebrale). Tunderea unilaterală a tuturor mușchilor la șoarecii 1 de o lună pentru zilele 4 sau 14 a redus în mod dramatic eliminarea coloanei vertebrale în cortexul butoiului, însă formarea coloanei vertebrale a rămas în mare parte neperturbată (Zuo și colab., 2005b; Yu și colab., 2013). Blocarea farmacologică a receptorilor NMDA a simulat efectul tunderii cu whisker, indicând implicarea căii receptorului NMDA în această eliminare a coloanei vertebrale dependentă de activitate (Zuo și colab., 2005b).

În timp ce tunderea completă a mustului îndepărtează intrarea senzorială la nivel global, tunderea fiecărui alt whisker ("tunderea șahului") probabil amplifică orice diferență în nivelurile de activitate și în modelele de butoaie învecinate, introducând astfel o experiență senzorială nouă. O astfel de paradigmă a demonstrat că promovează rotația coloanei vertebrale și stabilizează selectiv tendoanele nou formate într-o subclasă de neuroni corticaliTrachtenberg și colab., 2002; Holtmaat și colab., 2006). Spinii noi s-au adăugat preferențial pe neuronii piramidali ai stratului 5 cu smocuri apice complexe, mai degrabă decât cele cu smocuri simple (Holtmaat și colab., 2006). La șoarecii defectați αCaMKII-T286A, tăierea tabloului de șah nu a reușit să sporească stabilizarea unor noi tijă persistente la granița dintre butoaiele coborâte și cele defecte (Wilbrecht și colab., 2010). Recent, un studiu elegant, combinând stimularea optogenetică și in vivo imagistica a arătat că modelul activității neurale, mai degrabă decât magnitudinea, determină stabilitatea coloanei dendritice (Wyatt și colab., 2012).

Similar cu aranjarea pe șah, scurta deprivare monoculară (MD) mărește disparitatea dintre intrările de la doi ochi. Așadar, similar cu tunderea în șah, MD a fost găsită pentru a crește formarea coloanei vertebrale de-a lungul unor smocuri apendice dendritice ale straturilor neuronilor piramidali 5 din zona binoculară a cortexului vizual al mouse-ului. Totuși, acest efect nu a fost observat la nivelul neuronilor 2 / 3 sau în zona monoculară (Hofer și colab., 2009), indicând din nou o remodelare a sinapselor specifice tipului celular. Interesant, un al doilea MD nu a reușit să mărească formarea coloanei vertebrale, dar a lărgit selectiv spinii formați în timpul MD inițial, sugerând că noile toroane formate în timpul MD inițial aveau sinapse funcționale care au fost reactivate în timpul celei de-a doua MDHofer și colab., 2009).

DYNAMICUL DE SPINĂ ÎN TIMPUL ÎNVĂȚĂMÂNTULUI

Natura extrem de dinamică a coloanei dendritice provoacă ideea răspândită că spinii pot servi drept substrat structural pentru învățare și memorie. S-a sugerat că spinurile nou apărute (de obicei cu capete mici) stau la baza achiziției de memorie, în timp ce spinii stabili (de obicei cu capete mari) servesc drept locuri de stocare a memorieiBourne și Harris, 2007). Intr-adevar, in vivo studiile imagistice au arătat că în cortexul cerebral, dinamica coloanei vertebrale corelează direct cu învățarea. În cortexul motor al șoarecelui, formarea coloanei vertebrale începe imediat după ce animalul învață o nouă sarcină. După această spinogeneză rapidă, densitatea coloanei vertebrale revine la nivelul de bază prin eliminarea coloanei vertebrale ridicate (Xu și colab., 2009; Yu și Zuo, 2011). La păsările cântece, rata de rotație a coloanei vertebrale mai ridicate înainte de învățarea melodiilor a fost găsită să se coreleze cu o capacitate mai mare de imitare a pieselor (Roberts și colab., 2010). La șoareci, cantitatea de spini câștigată în timpul învățării inițiale se corelează strâns cu performanța motorie a achiziției de învățare (Xu și colab., 2009); și supraviețuirea noilor spini se corelează cu reținerea abilităților motorii (Yang și colab., 2009). În plus, abilitățile motorii diferite sunt probabil codificate de diferite subpopulații ale sinapselor din cortexul motor, deoarece învățarea unei sarcini motor noi la șoareci pre-instruiți continuă să inducă o cifră de afaceri robustă în cortexul motor adult (Xu și colab., 2009). Recent, sa constatat, de asemenea, că nivelul glucocorticoidului influențează dinamica coloanei induse de învățarea motorii. Șoarecii de instruire la vârfurile de glucocorticoizi au avut ca rezultat o rată mai mare de formare a coloanei vertebrale, în timp ce grupele de glucocorticoizi după formare au fost necesare pentru stabilizarea spinii formați în timpul antrenamentului și retenția memoriei pe termen lung (Liston și colab., 2013). Dependența, care a fost considerată ca o învățare patologică (Hyman, 2005), provoacă schimbări temporale similare în dinamica coloanei vertebrale, așa cum face învățarea motorie. Folosind o paradigmă de preferință a locului condiționată de cocaină, un studiu recent privind imagistica a arătat că expunerea inițială a cocainei a promovat formarea coloanei vertebrale în cortexul frontal și că cantitatea de noi tijă persistente se corelează cu preferința pentru contextul asociat cu cocainăMunoz-Cuevas și colab., 2013). Mai interesant este faptul că dinamica coloanei vertebrale în diferite regiuni corticale poate varia în timpul aceleiași sarcini. De exemplu, o paradigmă de îngrijorare a fricii că perechile de indicii auditive cu șocurile piciorului au demonstrat efecte opuse în cortexul auditiv și frontal. În cortexul auditiv, sa constatat că formarea sporită a coloanei vertebrale a fost corelată cu condiționarea asociată a fricii, în timp ce condiționarea nepereche a fost asociată cu eliminarea crescută a tibieiMoczulska și colab., 2013). În cortexul de asociere frontală, s-a constatat că eliminarea sporită a coloanei vertebrale a fost asociată cu învățarea, în timp ce formarea coloanei vertebrale a fost asociată cu dispariția fricii, iar recondiționarea a eliminat spinii formați în timpul extincției (Lai și colab., 2012). Luate împreună, aceste studii dezvăluie diversitatea regulilor temporale care stau la baza dinamicii coloanei induse de învățare. Indiferent dacă spinii sunt formați sau eliminați în timpul învățării depinde de paradigma comportamentală, precum și de circuitul neuronal specific și de tipurile celulare care participă la procesul de învățare.

Este demn de remarcat faptul că toate exemplele discutate mai sus se referă la memoria non-declarativă, care nu implică amintirea conștientă a timpului specific, a locației și a experienței episodice (adică a memoriei declarative). Explorarea in vivo Dinamica coloanei vertebrale asociată cu memoria declarativă se dovedește a fi mult mai dificilă. Pe de o parte, hipocampul, structura crucială pentru formarea memoriei declarative, este îngropat sub cortex și dincolo de dimensiunile microscopiei standard cu două fotoni. Pe de altă parte, se crede că memoria declarativă este stocată difuz în rețelele neocortice mari, ceea ce face dificilă imagistica vizată. Prin urmare, avansarea tehnicilor de imagistică profundă a creierului (de exemplu, microendoscopia, optica adaptivă), împreună cu o mai bună înțelegere a alocării memoriei în cortex, deține cheia cercetării viitoare a dinamicii coloanei vertebrale care stă la baza memoriei declarative.

DYNAMICUL DE DISTANȚĂ ÎN BOLI

Modificările densităților dendritice ale coloanei vertebrale au fost observate în diferite boli neurologice și neuropsihiatrice. Fiecare tulburare prezintă cu propriile sale anomalii distinctive în dinamica coloanei vertebrale, ceea ce confirmă în continuare ideea că spinii sunt fundații structurale pentru buna funcționare cognitivă. Există un consens crescând că anomaliile coloanei vertebrale sunt asociate cu deficit de comportament și declin în funcțiile cognitive (pentru detalii vezi Fiala și colab., 2002; Penzes și colab., 2011).

În cazul modelelor cu accident vascular cerebral, se demonstrează că ischemia severă duce la pierderea rapidă a coloanei vertebrale, care este reversibilă după reperfuzie, în cazul în care salvarea este efectuată într-o perioadă scurtă de timp (20-60 min; Zhang și colab., 2005). După accident vascular cerebral, formarea coloanei vertebrale și creșterea eliminării ulterioare în regiunea peri-infarct, dar nu în teritoriile corticale îndepărtate de infarct sau în emisfera contralaterală (Brown și colab., 2009; Johnston și colab., 2013). Această plasticitate indusă de leziuni atinge vârful la săptămâna 1 post-accident vascular cerebral; de atunci pe rata de formare a coloanei vertebrale și de eliminare în mod constant declin. Acest fenomen sugerează existența unei perioade critice în care țesuturile coriene peri-infarct supraviețuitoare sunt cele mai potrivite intervențiilor terapeutice (Brown și colab., 2007, 2009). La un model de șoarece pentru durere cronică, ligatura parțială a nervului sciatic crește formarea și eliminarea coloanei vertebrale. Similar modelului de accident vascular cerebral, creșterea nivelului de formare a coloanei vertebrale precede eliminarea, conducând la o creștere inițială a densității coloanei vertebrale urmată de reducerea acesteia. Astfel de efecte ar putea fi eliminate prin blocarea tetrodotoxinei, indicând faptul că remodelarea coloanei vertebrale post-leziune este dependentă de activitate (Kim și Nabekura, 2011).

Dinamica coloanei vertebrale a fost raportată, de asemenea, la modelele animale cu boli degenerative. De exemplu, pierderea coloanei vertebrale este accelerată în apropierea plachetelor β-amiloid în cortexul cerebral (Tsai și colab., 2004; Spiers și colab., 2005). Într-un model animal al bolii Huntington rata de formare a coloanei vertebrale crește, dar coloane nou formate nu persistă să fie încorporate în circuitul local, ceea ce duce la o scădere netă a densității coloanei vertebraleMurmu și colab., 2013). Deși bolile neurodegenerative sunt de obicei asociate cu pierderea netă a coloanei vertebrale, tulburările neurodezvoltării prezintă fenotipuri de coloană vertebrală. La un model de șoarece de sindrom Fragile X, spinii sunt mai numeroși și un procent mai mare dintre ei apar imaturi la examinarea țesuturilor fixe adulte (Comery și colab., 1997; Irwin și colab., 2000). In vivo studii au arătat că în astfel de animale, cifra de rulare a coloanei vertebrale a crescut în diferite zone corticale (Cruz-Martin și colab., 2010; Pan și colab., 2010; Padmashri și colab., 2013), și nici tunderea cu mustat, nici învățarea cu motor nu ar putea altera dinamica coloanei vertebrale (Pan și colab., 2010; Padmashri și colab., 2013). La șoareci care supraexprimă MECP2, o genă asociată sindromului Rett, sa constatat că atât creșterea, cât și pierderea coloanei vertebrale sunt ridicate. Cu toate acestea, spinele noi sunt mai vulnerabile la eliminare decât la șoareci de tip sălbatic, ducând la o pierdere netă de spini (Jiang și colab., 2013).

CONTRIBUȚIA GLIALĂ LA DYNAMICUL SPIN

Sistemul nervos cuprinde două clase de celule: neuroni și glia. Cel mai interesant rol al celulelor gliale este participarea lor la funcționarea și dinamica sinaptică. Recent, câteva studii interesante au explorat rolul semnalizării gliale în maturizarea coloanei vertebrale și plasticitate. De exemplu, sa demonstrat că blocarea absorbției glutationului astroctic accelerează eliminarea coloanei vertebrale dependente de experiență în timpul dezvoltării adolescentului (Yu și colab., 2013). Un alt tip de celule gliale, microglia, au fost, de asemenea, găsite a fi în contact strâns cu coloanele dendritice. Motilitatea proceselor microgliale și a contactului coloanei vertebrale sunt reglementate în mod activ de experiența senzorială și sunt implicate în eliminarea coloanei vertebrale (Tremblay și colab., 2010). În plus, epuizarea microgliilor a dus la reducerea semnificativă a formării coloanei vertebrale induse de învățarea motorie și la eliminarea selectivă a factorului neurotrofic derivat din creier (BDNF) în microglia a recapitalizat efectele depleției microgliale (Parkhurst și colab., 2013).

MANIFESTAREA SPAȚIALĂ A DINAMICII DE SPINE

Imagistica structurală a tibiei a sugerat că apariția și dispariția coloanei nu sunt nici uniforme, nici aleatoare de-a lungul dendritelor, ci apar mai degrabă la "puncte fierbinți" selective din punct de vedere spațial. În cortexul motorului mouse-ului, toroane noi care se formează în timpul instruirii repetate cu aceeași sarcină motorie tind să se aglomereze. Mai mult, adăugarea celui de-al doilea nou coloanei vertebrale în grup este adesea asociată cu extinderea primei noi coloane. Spre deosebire de acestea, spinii formați în timpul executării în tandem a diferitelor sarcini ale motorului sau în timpul îmbogățirii motorului nuFu și colab., 2012). Luate împreună, aceste observații sugerează că repetarea repetată a primei noi coloane este necesară pentru apariția în grup a celei de-a doua noi coloane. Se observă o selectivitate spațială similară a dinamicii coloanei vertebrale în paradigma de frică: o coloană eliminată în timpul fricii este, de obicei, înlocuită cu o coloană vertebrală în vecinătatea ei (în interiorul 2 μm) în timpul dispariției fricii (Lai și colab., 2012). Interesant, dinamica coloanei vertebrale este, de asemenea, influențată de dinamica sinapselor inhibitoare. Deprivarea monoculară crește în mod semnificativ dinamica coordonată a coloanei vertebrale și sinapsele inhibitoare în apropiere în straturile neuronilor piramidali 2 / 3 (Chen și colab., 2012). Aceste constatări susțin modelul de plasticitate cluster, care presupune că sinapsele clusteri sunt mai predispuse să participe la codarea acelorași informații decât sinapsele dispersate în arborele dendritic (Govindarajan și colab., 2006).

Combinând in vivo înregistrările cu patch-uri întregi și imagistica de calciu unică a coloanei vertebrale, o lucrare recentă a arătat că spinii tunați pentru frecvențe de vârf diferite sunt intercalate de-a lungul dendritelor neuronilor piramidali din cortexul auditiv (Chen și colab., 2011). Această constatare ridică o întrebare interesantă: nu există grupări noi care corespund intrărilor cu caracteristici similare sau diferite (de exemplu, modele de activitate, proprietăți de reglaj)? Pentru a răspunde la această întrebare, va fi necesar să se eșanțeze spinii pe o arie largă a arborelui dendritic, să se identifice "hotspoturi" de remodelare a coloanei vertebrale și să se combine imagistica structurală a coloanei vertebrale cu imagistică funcțională în timp real. Astfel de experimente nu numai că vor ajuta la elucidarea mecanismelor celulare ale remodelării coloanei de șold dependente de activitate, ci vor oferi și indicii de reprezentare și stocare a informațiilor în neuroni.

DIRECTII VIITOARE

În acest articol, am analizat cercetările recente privind dinamica coloanei dendritice din creierul viu. Deși aceste studii au avansat semnificativ înțelegerea modului în care dinamica coloanei vertebrale se modifică temporal și spațial, multe întrebări rămân pe mai multe fronturi. De exemplu, există markeri moleculari care disting spinii stabili de spinii și spinii nou formați pentru a fi eliminați? Este numărul total de spini menținuți printr-un mecanism homeostatic, astfel încât dendritul să poată susține cererea metabolică a transmisiei sinaptice? Clusteringul spintecilor noi reflectă modificări ale forței conexiunilor existente cu același axon (păstrând în același timp aceeași topologie a rețelei) sau indică stabilirea conexiunilor suplimentare cu axonii care nu au fost legați în prealabil? Este demn de remarcat faptul că toate lucrările discutate mai sus s-au axat pe partea postsynaptică, care este doar jumătate din poveste. Celălalt determinant major al distribuției și dinamicii coloanei constă în partea presinaptică: identitatea și geometria axonilor presinaptici și disponibilitatea buteliilor axonale. Cunoașterea unor astfel de informații presinaptice este crucială pentru rezolvarea multora dintre întrebările care decurg din observațiile dinamicii coloanei vertebrale. Cu toate acestea, identificarea partenerului presinaptic al coloanei dendritice imaginate rămâne o provocare tehnică, deoarece axonul presinaptic poate proveni dintr-o mulțime de surse și, de obicei, este amestecat cu multe alte procese axonale. În plus, rămân multe de învățat despre secvența de remodelare structurală care apare la locul de contact dintre butelia axonală și coloana vertebrală și modul în care această secvență se asociază cu formarea și eliminarea sinapselor. Imagistica simultană a buteliilor axonale și a tibiilor lor de parteneriat în contextul manipulării comportamentale va oferi informații abundente pentru a aborda această întrebare. Examinări ultrastructurale retrospective, cum ar fi microscopia electronică (Knott și colab., 2009) și tomografie cu array (Micheva și Smith, 2007; Micheva și colab., 2010) se pot completa, de asemenea in vivo imagistica pentru a valida prezența sinapselor și pentru a dezvălui amprentele moleculare ale structurilor imaginare.

Secvența temporală și rearanjările selective din punct de vedere spațial ale conexiunilor neuronale și modul în care aceste schimbări contribuie colectiv la modificările comportamentului ca rezultat al experiențelor reprezintă una din întrebările fundamentale din neuroștiință. Progresul în tehnicile de imagistică, împreună cu dezvoltarea în electrofiziologie, genetică moleculară și optogenetică, vor ajuta la dezvăluirea planului circuitelor neuronale la nivel microscopic, precum și a mecanismelor de codificare, integrare și stocare a informațiilor în creier.

CONTRIBUȚII AUTOR

Chia-Chien Chen a făcut cifra. Chia-Chien Chen, Ju Lu și Yi Zuo au scris manuscrisul.

Declarația privind conflictul de interese

Autorii declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.

recunoasteri

REFERINȚE