Spatiotemporalna dinamika dendritičnih hrbtenic v živih možganih (2014)

Dendritične bodice so vseprisotne postsinaptične lokacije večine ekscitatornih sinaps v možganih sesalcev in tako lahko služijo kot strukturni kazalci funkcionalnih sinaps. Nedavna dela so pokazala, da je lahko nevronsko kodiranje spominov povezano s hitrimi spremembami pri oblikovanju in izločanju hrbtenice. Tehnološki napredek je raziskovalcem omogočil študij dinamike hrbtenice vivo med razvojem kot tudi pod različnimi fiziološkimi in patološkimi stanji. Verjamemo, da bo boljše razumevanje prostorsko-časovnih vzorcev dinamike hrbtenice pomagalo pojasniti načela modifikacije vezij, ki so odvisna od izkušenj, in obdelave informacij v živih možganih.

UVOD

Dendritične bodice so očarale generacije nevroznanstvenikov od njihovega začetnega opisa, ki ga je Santiago Ramón y Cajal pred več kot stoletjem (Ramon y Cajal, 1888). Te občutljive izrastke izvirajo iz dendritične gredi in spominjajo na "ščetinaste bodice ali kratke bodice", kot je slikovito opisal Cajal. So postsinaptična mesta velike večine (> 90%) ekscitacijskih glutamatergičnih sinaps v možganih sesalcev in vsebujejo bistvene molekularne sestavine za postsinaptično signalizacijo in plastičnost. Zato lahko bodice in njihova strukturna dinamika služijo kot kazalci sinaptične povezljivosti in njihove spremembe (Segal, 2005; Tada in Sheng, 2006; Harms in Dunaevsky, 2007).

Večina zgodnjih študij dendritične hrbtenice je pregledala fiksno živčno tkivo s svetlobno ali elektronsko mikroskopijo (Lund et al., 1977; Woolley et al., 1990; Harris in Kater, 1994; Hering in Sheng, 2001; Lippman in Dunaevsky, 2005). Čeprav so podali temeljne informacije o morfologiji in porazdelitvi hrbtenice, so ti fiksni pregledi tkiv samo zajeli statične "posnetke" bodic. Uvedba tehnik fluorescentnega označevanja in večfotonska mikroskopija sta revolucionirala področje. V 2002, pionirsko delo dveh laboratorijev (Grutzendler et al., 2002; Trachtenberg et al., 2002) pokazala možnost sledenja iste hrbtenice v živih možganih v daljšem časovnem obdobju (tj. tednih). Načeloma dinamika hrbtenice predstavlja dinamiko sinapse. Medtem ko stabilne hrbtenice večinoma predstavljajo sinaptične kontakte, le majhen del prehodnih trnov predstavlja kratkotrajne sinaptične stike, preostali pa predstavljajo neuspešno sinaptogenezo (Trachtenberg et al., 2002; Knott et al., 2006; Cane et al., 2014). Iz takih časovno-časovnih slikarskih študij se je pojavila dinamična slika hrbtenice: hrbtenice tvorijo, povečujejo, skrčijo in se umikajo skozi celotno življenjsko dobo živali. Poleg tega se njihova morfologija in dinamika razlikujeta med nevronskimi tipi, med razvojnimi stopnjami in kot odgovor na izkušnje, kot so senzorična stimulacija in pomanjkanje, obogatitev okolja in različne paradigme učenja (Holtmaat in Svoboda, 2009; Fu in Zuo, 2011).

Ta pregled se osredotoča na rezultate iz vivo študije slikanja. Pri karakterizaciji dinamike hrbtenice so raziskovalci v glavnem obravnavali dva vidika: splošne spremembe v gostoti hrbtenice in specifično lokacijo vzdolž dendrita, kjer nastajajo in izločajo hrbtenice. Medtem ko gostota hrbtenice zagotavlja približno oceno skupnega števila ekscitatornih sinaps na postsinaptični nevron, lokacija hrbtenice vpliva na prispevek njenih sinaptično prenesenih električnih in kemičnih signalov k integriranemu odzivu na soma (Nevian et al., 2007; Spruston, 2008). Razumevanje, kako dinamika hrbtenice korelira z anatomskimi in fiziološkimi značilnostmi določenih živčnih tokokrogov v različnih vedenjskih kontekstih, je ključna za pojasnitev mehanizmov obdelave in shranjevanja informacij v možganih.

DINAMIKA Hrbtenice med razvojem

Gostota hrbtenice se bistveno razlikuje med različnimi populacijami nevronov, kar verjetno odraža raznolikost nevronske morfologije in funkcije (Nimchinsky et al., 2002; Ballesteros-Yanez et al., 2006). Ravnovesje med nastankom hrbtenice in izločanjem določa spremembo v gostoti hrbtenice: presežek oblikovanja hrbtenice nad izločanjem vzdolž dendritičnega segmenta poveča gostoto hrbtenice na njem in obratno. V možganski skorji, medtem ko so dendritične veje skozi čas večinoma stabilne (Trachtenberg et al., 2002; Mizrahi in Katz, 2003; Chow et al., 2009; Mostany in Portera-Cailliau, 2011; Schubert et al., 2013), se bodisi stalno oblikujejo in odpravljajo. Stopnje nastajanja hrbtenice in izločanja se sčasoma spremenijo, kar povzroči nemonotonsko spremembo gostote hrbtenice (Slika Slika11). Na primer, bodice na apikalnih dendritih piramidnih nevronov plasti 2 / 3 v glodalski skorji kažejo postopno zmanjšanje gibljivosti (raztezek in skrajšanje bodic) in stopnjo fluktuacije (definirano kot skupni znesek dobičkov in izgub hrbtenic) med postnatalnim 7 dnevom in 24 (P7-24; Lendvai et al., 2000; Cruz-Martin et al., 2010). Kljub temu pa se v tem obdobju gostota hrbtenice nenehno povečuje (Cruz-Martin et al., 2010). Po tej začetni fazi pridobitve neto hrbtenice se izločanje hrbtenice začne izločati, kar vodi do splošnega zmanjšanja gostote hrbtenice (Holtmaat et al., 2005; Zuo et al., 2005b; Yang et al., 2009). Med P28 in P42 se 17% hrbtenic izloči vzdolž apikalnih dendritov piramidnih nevronov plasti 5 v skorji miške, medtem ko se v istem časovnem obdobju oblikuje le 5% novih bodljic (Zuo et al., 2005a, b). Pomembno je, da niso vse bodice enako dovzetne za izločanje: tiste z velikimi glavami so bolj stabilne kot tiste. Ker velikost glave hrbtenice korelira s sinaptično močjo, ta pojav kaže, da so močnejši sinapsi bolj stabilni (Holtmaat et al., 2005). Poleg tega je verjetneje, da bodo novo oblikovane bodice odpravljene kot že obstoječe hrbtenice (Xu et al., 2009), in večina stabilnih hrbtenic, nastalih pred adolescenco, ostanejo vključene v nevronski krog odraslih (Zuo et al., 2005a; Yang et al., 2009; Yu et al., 2013). Končno, pri odraslih živalih nastanejo hrbtenice in izločanje dosežejo ravnovesje; gostota hrbtenice ostane približno stalna do začetka staranja (Zuo et al., 2005a; Mostany et al., 2013).

 

SLIKA 1

Preoblikovanje hrbtenice v različnih fazah življenja živali. Hitremu spinogenezo v zgodnjem postnatalnem obdobju sledi postopno obrezovanje hrbtenice v adolescenci. V odrasli dobi nastajanje hrbtenice in izločanje dosežeta ravnovesje z majhnim deležem bodic ...

Dinamika hrbtenice v odzivu na občutljivo izkušnjo

Možganska skorja ima neverjetno sposobnost, da reorganizira svoje vezje kot odgovor na izkušnje. Torej, kako senzorične izkušnje (ali pomanjkanje) vplivajo na dinamiko hrbtenice, je zelo pomemben za nevroznanstvenike. Pokazalo se je, da akutne in kronične senzorične manipulacije močno vplivajo na dinamiko hrbtenice, vendar je natančen učinek odvisen od manipulacijske paradigme in trajanja ter razvojne faze živali. V zgodnjem postnatalnem obdobju senzorični vložki igrajo poučne vloge pri stabilizaciji in zorenju bodic. V mišji slikovni skorji, ki onemogoča vizualni vnos ob rojstvu, je preprečeno zmanjšanje motilnosti hrbtenice in zorenja morfologije hrbtenice (Majewska in Sur, 2003; Tropea et al., 2010). Genetska izbris receptorja PirB je posnemal učinek monokularne deprivacije na motiliteto hrbtenice (Djurisic et al., 2013). Pri miših, ki so bile prej podvržene vizualnemu pomanjkanju, se lahko zorenje hrbtenice, inducirano s svetlobo, delno oponaša s farmakološko aktivacijo GABAergičnega sistema, kar kaže na pomembno vlogo inhibitornih vezij pri zorenju ekscitatornih sinaps (Tropea et al., 2010). Kasneje pa senzorične izkušnje poganjajo obrezovanje hrbtenice (opredeljeno kot neto izguba bodic). Enostransko obrezovanje vseh laskov pri 1-mesečnih miših za 4 ali 14 dni dramatično zmanjša izločanje hrbtenice v skorji skorje, levo levo hrbtenico pa večinoma ne zmede (Zuo et al., 2005b; Yu et al., 2013). Farmakološka blokada receptorjev NMDA je posnemala učinek obrezovanja brin, kar kaže na vključenost poti NMDA receptorja pri takšni aktivnosti, odvisni od aktivnosti hrbtenice (Zuo et al., 2005b).

Medtem ko popolno obrezovanje dlak na globalni ravni odstrani senzorične vnose, obrezovanje vsakega drugega brka ("šahovsko obrezovanje") verjetno poveča vsako razliko v stopnjah aktivnosti in vzorcih sosednjih sodov, s čimer uvaja novo senzorično izkušnjo. Takšna paradigma je pokazala, da spodbuja obračanje hrbtenice in stabilizira novo oblikovane hrbtenice selektivno v podrazredu kortikalnih nevronov (Trachtenberg et al., 2002; Holtmaat et al., 2006). Na piramidne nevrone sloja 5 so bile prednostno dodane nove bodice, ne pa tiste s preprostimi šopi, ki imajo kompleksne apikalne snope (Holtmaat et al., 2006). Pri defektnih miših αCaMKII-T286A šahovnica ni povečala stabilizacije novih obstojnih hrbtenic na meji med prizadetimi in prikrajšanimi sodi (Wilbrecht et al., 2010). V zadnjem času je elegantna študija, ki združuje optogenetsko stimulacijo in vivo slikanje je pokazalo, da vzorec nevralne aktivnosti namesto magnitude določa stabilnost dendritičnih hrbtenic (Wyatt et al., 2012).

Podobno kot pri obrezovanju šahovnice kratka monokularna prikrajšanost (MD) poveča neskladje med vhodoma iz dveh oči. Tako je bilo ugotovljeno, da je MD podoben obrezovanju šahovnice, da poveča formacijo hrbtenice vzdolž apikalnih dendritičnih snopov piramidnih nevronov plasti 5 v binokularnem območju mišjega vidnega korteksa. Vendar ta učinek ni bil opažen v nevronih 2 / 3 ali v monokularnem območju (Hofer et al., 2009), znova kažejo na remodeliranje sinapse tipa celice. Zanimivo je, da drugi MD še ni povečal nadaljnje formacije hrbtenice, vendar je selektivno povečal bodice, ki so nastale med prvim MD, kar kaže na to, da so imele nove bodice, ki so nastale med prvim MD, funkcionalne sinapse, ki so se ponovno aktivirale med drugim MD (Hofer et al., 2009).

DINAMIKA ČRPALKE MED UČENJEM

Visoko dinamična narava dendritičnih brazgotin vzbuja prevladujočo idejo, da so bodice lahko strukturni substrat za učenje in spomin. Predlagali smo, da so na novo nastale bodice (običajno z majhnimi glavami) osnova za pridobivanje pomnilnika, medtem ko stabilne bodice (običajno z velikimi glavami) služijo kot mesta shranjevanja pomnilnika (Bourne in Harris, 2007). Prav zares, vivo Slikovne študije so pokazale, da v možganski skorji dinamika hrbtenice neposredno korelira z učenjem. V mišji skorji se začne takoj po nastanku hrbtenice, ko se žival nauči nove naloge. Po tej hitri spinogenezi se gostota hrbtenice z zvišano izločitvijo hrbtenice vrne na osnovno raven (Xu et al., 2009; Yu in Zuo, 2011). V pticah s pesmimi je bilo ugotovljeno, da je višja stopnja fluktuacije hrbtenice pred učenjem pesmi povezana z večjo zmogljivostjo za kasnejše posnemanje pesmi (Roberts et al., 2010). Pri miših je količina bodic, pridobljenih med začetnim učenjem, tesno povezana z motorično učinkovitostjo učenja (Xu et al., 2009); preživetje novih hrbtenic korelira z ohranjanjem motoričnih sposobnosti (Yang et al., 2009). Različne motorične sposobnosti so verjetno kodirane z različnimi subpopulacijami sinaps v motorni skorji, saj učenje nove motorične naloge v predhodno treniranih miših še naprej povzroča robusten promet v odrasli motorični skorji (Xu et al., 2009). V zadnjem času je bilo tudi ugotovljeno, da raven glukokortikoidov vpliva na dinamiko hrbtenice, ki jo povzroča motorično učenje. Usposabljanje miši na vrhovih glukokortikoidov je imelo za posledico večjo stopnjo tvorbe hrbtenice, medtem ko so bila glukokortikoidna korita po treningu potrebna za stabilizacijo hrbtenic, ki so nastali med treningom in dolgoročno zadrževanje spomina (Liston et al., 2013). Zasvojenost, ki je bila obravnavana kot patološko učenje (Hyman, 2005), izzove podobne časovne spremembe v dinamiki hrbtenice kot motorično učenje. Nedavna študija slikanja je s pomočjo paradigme kokainsko pogojene lokacije pokazala, da je začetna izpostavljenost kokainu spodbujala tvorbo hrbtenice v čelni skorji in da je količina novih obstojnih hrbtenic v korelaciji s preferenco v kontekstu seznanjenosti s kokainom (Munoz-Cuevas et al., 2013). Še bolj zanimivo je, da se dinamika hrbtenice v različnih kortikalnih regijah lahko spreminja med isto nalogo. Na primer, paradigma za kondicijo strahu, ki združuje slušne signale s šoki stopal, je pokazala nasprotne učinke v slušni in prednji skorji. V slušni skorji je bilo ugotovljeno, da je povečana tvorba hrbtenice korelirala s parovano kondicijo strahu, medtem ko je bila neparna kondicija povezana s povečano izločitvijo hrbtenic (Moczulska et al., 2013). V korteksu frontalne asociacije je bilo ugotovljeno, da je povečano izločanje hrbtenice povezano z učenjem, medtem ko je bilo oblikovanje hrbtenice povezano z izumrtjem strahu, obnova izločenih hrbtenic, ki so nastale med izumrtjemLai et al., 2012). Te študije skupaj razkrivajo raznolikost časovnih pravil, na katerih temelji učna dinamika hrbtenice. Ali se bodočnost oblikuje ali odstrani med učenjem, je odvisno od vedenjske paradigme kot tudi specifičnega nevronskega vezja in tipov celic, ki sodelujejo v učnem procesu.

Treba je omeniti, da se vsi zgoraj omenjeni primeri nanašajo na nedeklarativni spomin, ki ne vključuje zavestnega spomina na določen čas, lokacijo in epizodne izkušnje (tj. Deklarativni spomin). Raziskovanje vivo dinamika hrbtenice, povezana z deklarativnim spominom, se izkaže za veliko bolj zahtevnega. Na eni strani je hipokampus, struktura, ki je ključna za nastanek deklarativnega spomina, zakopana pod skorjo in izven dosega standardne dvokanonske mikroskopije. Po drugi strani pa se domneva, da je deklarativni pomnilnik difuzno shranjen v velikih neokortikalnih mrežah, zaradi česar je težko za ciljno upodabljanje. Zato je napredovanje tehnik slikanja globokih možganov (npr. Mikroendoskopija, adaptivna optika) skupaj z boljšim razumevanjem porazdelitve pomnilnika v skorji ključ do prihodnje raziskave dinamike hrbtenice, ki je podlaga za deklarativni spomin.

DINAMIKA DRUŽINSKE BOLEZNI

Pri različnih nevroloških in nevropsihiatričnih boleznih so opazili spremembe dendritičnih gostot hrbtenice. Vsaka motnja ima svoje lastne abnormalnosti v dinamiki hrbtenice, kar dodatno potrjuje idejo, da so bodice strukturne podlage za pravilno kognitivno delovanje. Vse več je soglasja, da je abnormalnost hrbtenice povezana s pomanjkanjem vedenjskih vzorcev in zmanjšanjem kognitivnih funkcij (za podrobnosti glej Fiala et al., 2002; Penzes et al., 2011).

Pri modelih možganske kapi je pokazano, da huda ishemija vodi do hitre izgube hrbtenice, ki je po reperfuziji reverzibilna, če je reševanje izvedeno v kratkem času (20 – 60 min; Zhang et al., 2005). Po možganski kapi se poveča nastanek hrbtenice in posledično izločanje v perifarktnem območju, vendar ne v kortikalnih območjih, ki so oddaljena od infarkta ali kontralateralnega polobla (Brown et al., 2009; Johnston et al., 2013). Plastičnost, ki jo povzroča poškodba, doseže svoj vrh v tednu po štetju 1 po možganski kapi; od takrat naprej se stopnja oblikovanja hrbtenice in izločanja vztrajno zmanjšuje. Ta pojav nakazuje obstoj kritičnega obdobja, v katerem so preživela perifarktna kortikalna tkiva najbolj primerna za terapevtske posege (Brown et al., 2007, 2009). Pri mišjih modelih za kronične bolečine, delno vezanje živčevja poveča nastanek in izločanje hrbtenice. Podobno kot pri modelu možganske kapi je višina hitrosti tvorbe hrbtenice pred odstranitvijo, kar vodi do začetnega povečanja gostote hrbtenice, ki ji sledi njegovo zmanjšanje. Takšne učinke je mogoče odpraviti z blokado tetrodotoksina, kar kaže, da je preoblikovanje hrbtenice po poškodbi odvisno od dejavnosti (Kim in Nabekura, 2011).

V živalskih modelih degenerativnih bolezni so poročali tudi o spremenjeni dinamiki hrbtenice. Na primer, izguba hrbtenice se pospešuje v bližini β-amiloidnih plakov v možganski skorji (Tsai et al., 2004; Spires et al., 2005). V živalskem modelu Huntingtonove bolezni se hitrost tvorbe hrbtenice poveča, toda na novo oblikovane hrbtenice ne ostanejo vključene v lokalno vezje, kar povzroči neto zmanjšanje gostote hrbtenice (Murmu et al., 2013). Medtem ko so nevrodegenerativne bolezni običajno povezane z neto izgubo hrbtenice, nevrološke razvojne motnje kažejo različne fenotipe hrbtenice. V mišjem modelu Fragile X sindroma so bodice številnejše, večji odstotek pa je nezrelih ob pregledu odraslih tkiv (Comery et al., 1997; Irwin et al., 2000). In vivo Študije so nadalje pokazale, da se je v teh živalih povečal promet hrbtenice na različnih \ tCruz-Martin et al., 2010; Pan et al., 2010; Padmashri et al., 2013), pri čemer niti obrezovanje niti niti motorično učenje ne morejo spremeniti dinamike hrbtenice (Pan et al., 2010; Padmashri et al., 2013). Pri miših, ki prekomerno izražajo MECP2, gen, povezan s Rettovim sindromom, je bilo ugotovljeno, da sta tako dobički kot izgube hrbtenice povišani. Vendar pa so nove bodice bolj dovzetne za izločanje kot pri divjih miših, kar povzroči neto izgubo bodic (Jiang et al., 2013).

GLIAL PRISPEVEK ZA DINAMIKO NA Hrbtenico

Živčni sistem obsega dva razreda celic: nevroni in glijo. Najbolj zanimiva vloga glialnih celic je njihova udeležba pri sinaptičnem delovanju in dinamiki. V zadnjem času je nekaj zanimivih študij raziskalo vlogo glialnega signaliziranja pri zorenju hrbtenice in plastičnosti. Pokazalo se je, da blokada privzema astrocitnega glutamata pospešuje izločanje hrbtenice, odvisno od izkušenj, med razvojem mladostnikov (Yu et al., 2013). Ugotovljeno je bilo tudi, da je druga vrsta glialnih celic, mikroglija, v tesnem stiku z dendritičnimi bodicami. Motilnost mikroglijalnih procesov in stika s hrbtenico se aktivno regulira s senzoričnimi izkušnjami in sodeluje pri izločanju hrbtenice (Tremblay et al., 2010). Poleg tega je izčrpanje mikroglije povzročilo znatno zmanjšanje tvorbe hrbtenice, ki jo je povzročilo motorično učenje, in selektivno odstranjevanje nevrotrofičnega faktorja iz možganov (BDNF) v mikrogliji, ki je povzel učinke zmanjšanja mikroglije (Parkhurst et al., 2013).

PROSTORSKE MANIFESTACIJE DINAMIKE SPINE

Strukturno upodabljanje bodic je pokazalo, da pojav in izginotje hrbtenic nista niti enaka niti naključna po dendritih, temveč se pojavljata na prostorsko selektivnih "vročih točkah". običajno združujejo. Poleg tega je dodajanje druge nove hrbtenice v gručo pogosto povezano s povečanjem prve nove hrbtenice. V nasprotju s tem se hrbtenice, ki nastanejo med tandemskim izvajanjem različnih motornih nalog ali med obogatitvijo motorja, ne kopičijo (Fu et al., 2012). Te ugotovitve kažejo na to, da je za ponovno pojavljanje nove hrbtenice potrebno večkratno ponovno aktiviranje prve hrbtenice. Podobna prostorska selektivnost dinamike hrbtenice je bila opažena v paradigmi pripravljenosti na strahu: hrbtenica, ki se izloča med kondicijo strahu, se običajno nadomesti s hrbtenico v njeni bližini (znotraj 2 μm) med izumrtjem strahu (Lai et al., 2012). Zanimivo je, da na dinamiko hrbtenice vpliva tudi dinamika zaviralnih sinaps. Monokularna deprivacija bistveno poveča koordinirano dinamiko hrbtenic in zaviralne sinapse v bližini piramidnih nevronov 2 / 3 (Chen et al., 2012). Te ugotovitve podpirajo model plastičnosti z gručami, ki predpostavlja, da so gnezdene sinapse bolj verjetno sodelovale pri kodiranju iste informacije kot sinapse, razpršene po dendritičnem vrtišču (Govindarajan et al., 2006).

Združevanje vivo Celotno celično zaznavanje obližev in slikanje kalcija v eni hrbtenici, nedavno delo je pokazalo, da so hrbtenice, nastavljene za različne frekvence vrhov, razporejene po dendritih piramidnih nevronov v mišji slušni skorji (Chen et al., 2011). Ta ugotovitev vzbuja zanimivo vprašanje: ali združene nove hrbtenice ustrezajo vhodom s podobnimi ali različnimi značilnostmi (npr. Vzorci aktivnosti, tuning lastnosti)? Da bi se lotili tega vprašanja, bo treba vzorčiti bodice na širokem območju dendritične vrtače, identificirati "vroče točke" preoblikovanja hrbtenice in združiti strukturno upodabljanje bodic s funkcijskim slikanjem v realnem času. Takšni poskusi ne bodo samo pomagali pojasniti celičnih mehanizmov preoblikovanja hrbtenice, ki je odvisna od dejavnosti, temveč tudi zagotovili informacije za predstavitev informacij in shranjevanje v nevronih.

PRIHODNJE USMERITVE

V tem članku smo pregledali nedavne raziskave dinamike dendritičnih hrbtenic v živih možganih. Čeprav so te študije bistveno izboljšale naše razumevanje, kako se dinamika hrbtenice spreminja časovno in prostorsko, veliko vprašanj ostaja na različnih frontah. Na primer, ali obstajajo molekularni označevalci, ki ločujejo stabilne bodice od novo oblikovanih hrbtenic in bodic, ki jih je treba odstraniti? Je skupno število hrbtenic vzdrževano prek homeostatskega mehanizma, tako da lahko dendrit vzdržuje presnovno povpraševanje po sinaptičnem prenosu? Ali združevanje novih hrbtenic odraža spremembe v moči obstoječih povezav z istim aksonom (ob ohranjanju enake topologije omrežja) ali pa kaže na vzpostavitev dodatnih povezav s predhodno nepovezanimi aksoni v bližini? Omeniti je treba, da so vsa zgoraj obravnavana dela osredotočena na postsinaptično stran, kar je le polovica zgodbe. Druga pomembna determinanta porazdelitve in dinamike hrbtenice je presinaptična stran: identiteta in geometrija presinaptičnih aksonov in razpoložljivost aksonskih boutonov. Poznavanje takšnih presinaptičnih informacij je ključno pri reševanju mnogih vprašanj, ki izhajajo iz opazovanj dinamike hrbtenice. Vendar pa identifikacija presinaptičnega partnerja slikovne dendritične hrbtenice ostaja tehnični izziv, saj lahko presinaptični akson izvira iz množice virov in je običajno prepleten z mnogimi drugimi aksonskimi procesi. Poleg tega je treba še veliko naučiti o zaporedju strukturnega preoblikovanja, ki se pojavi na kontaktnem mestu med aksonalnim boutonom in hrbtenico, in kako se to zaporedje povezuje z nastajanjem in izločanjem sinaps. Sočasno prikazovanje aksonskih boutonov in njihovih partnerskih bodic v okviru vedenjske manipulacije bo zagotovilo obilne informacije za obravnavo tega vprašanja. Retrospektivne ultrastrukturne preiskave, kot je elektronska mikroskopija (Knott et al., 2009) in matrična tomografija (Micheva in Smith, 2007; Micheva et al., 2010) se lahko dopolni vivo za potrditev prisotnosti sinaps in za odkrivanje molekularnih prstnih odtisov slikanih struktur.

Časovna sekvenca in prostorsko selektivna preureditev nevronskih povezav in kako te spremembe skupaj prispevajo k spremembam vedenja kot rezultat izkušenj, je eno od temeljnih vprašanj v nevroznanosti. Napredek v slikovnih tehnikah, skupaj z razvojem elektrofiziologije, molekularne genetike in optogenetike, bo pomagal razkriti načrt nevronskih vezij na mikroskopski ravni, kot tudi mehanizme kodiranja informacij, integracije in shranjevanja v možganih.

PRISPEVKI AVTORJA

Chia-Chien Chen je naredil sliko. Chia-Chien Chen, Ju Lu in Yi Zuo sta napisala rokopis.

Izjava o konfliktu interesov

Avtorji izjavljajo, da je bila raziskava izvedena v odsotnosti komercialnih ali finančnih odnosov, ki bi se lahko razumeli kot potencialno navzkrižje interesov.

Priznanja

VIRI