Ma `lumot

Qanday katta kattalik, harakat potentsialining katta chastotasini bildiradi?

Qanday katta kattalik, harakat potentsialining katta chastotasini bildiradi?



We are searching data for your request:

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

Retseptor potentsialining kattaligi qanchalik katta bo'lsa, asab tolasida harakat potentsiallarini chiqarish tezligi katta bo'ladi.1

Endi rag'batlantirish (kuch) katta bo'lgan vaziyatni ko'rib chiqing, shuning uchun boshoq generatori mintaqasi yaqinida musbat zaryadlar ko'proq to'planadi, bu keyinchalik harakat potentsialini hosil qiladi, bu harakat potentsiali keyin xuddi dastlabki segmentdagi kabi har ikki yo'nalishda ham harakatlanishi kerak, bu erda SD. spike mavjud EPSPlarni tozalaydi, shuning uchun agar men bu erda bir xil mantiqni qo'llasam, antidromik harakat potentsiali bu generator potentsiallarini tozalashi kerak. Agar men haq bo'lsam, qanday qilib ko'proq stimul tez -tez harakat potentsialini keltirib chiqaradi?

Vaziyat 2: Agar biz harakat potentsialining antidromik o'tkazuvchanligi bo'lmagan ssenariyni olsak (ba'zi noma'lum sabablarga ko'ra), tobora ko'proq generator potentsiallari boshoq generatori hududiga (ranvierning 1 -tuguni) kelmoqda, bu esa qanday tez -tez harakat potentsialini keltirib chiqaradi. Agar biz shuni hisobga oladigan bo'lsak, refrakter davr barcha harakat potentsiallari uchun (ma'lum bir neyronda) doimiymi?


Sizning savolingizga javob berish uchun bir nechta muhim fikrlar bor, ularning har biri boshqasidan mustaqil. Birinchidan, keling, ushbu muammoni nuqtai nazaridan o'ylab ko'raylik akson tepaligi, bu erda harakat potentsiallari vujudga keladi deb o'ylashadi.

Harakat potentsialini o'tkazish uchun natriyli kuchlanishli kanallar kerak bo'ladi

Antidromik ta'sir potentsiali haqida gapirganda, ular aksonning "uchidan" boshlanib, hujayra tanasi tomon qaytganini nazarda tutasiz. Hujayra tanasiga va dendritlarga qayta tarqaladigan ta'sir potentsiallarini ham olishingiz mumkin, ammo ular ikkita narsa bilan buziladi: 1) kuchlanish bilan bog'langan natriy kanallarining kamroqligi, shuning uchun harakat potentsiali zaifroq yoki umuman harakat potentsiali emas va 2) impedans mos kelmaslik Akson juda tor; soma bilan taqqoslaganda juda katta (bu soma harakat potentsial boshlanish joyidan uzoqda joylashgan periferik sezgi retseptorlari kontekstida kamroq ahamiyatga ega, lekin u hali ham u erdagi nevritlar uchun to'g'ri). Akson tepaligi atrofidagi bir nechta natriy ionlari ta'sir potentsialini boshlash uchun bu membranani depolarizatsiya qilish uchun etarli, ammo bu ionlar somaning qolgan qismiga passiv ravishda tarqalib ketganda, ular qoplaydigan ko'proq membrana maydoniga ega bo'ladi. t shunchalik depolarizatsiyaga olib keladi.

Bularning barchasi shuni anglatadiki, aksiya potentsialining "kuchi" aksondagi harakat potentsialidan kam emas.

Chastotasi nisbiy

Odamlar intensivlikning chastotali kodlanishi haqida gapirganda, ular refrakter davrga darhol o'tmasdan, chastotaning asta-sekin o'sishi haqida gapiradilar. Masalan, hujayra 1 Gtsda, keyin 4 Gtsda, keyin 16 Gtsda, keyin 64 Gtsda otishi mumkin. Agar hujayraning refrakter davri 5 milodiy bo'lsa, hatto 64 Gtsda ham u nazariy maksimal otish tezligiga yaqin emas.

Shu munosabat bilan ... harakatlanuvchi ionlar vaqt talab etadi va hujayralar izopotensial emas

"Refrakter davr" tugashi bilan akson tepaligidagi chegaraga darhol erishilmaydi: bu mutlaq va nisbiy refrakter davr o'rtasidagi farq. Ion kontsentratsiyasi va ion o'tkazuvchanligi muvozanat potentsialini o'rnatadi, lekin potentsialning bu muvozanatga yetishi uchun vaqt kerak bo'ladi va hozirgi kuchlanish ham, muvozanat potentsiali ham hujayraning turli qismlarida boshqacha bo'lishi mumkin: bu oqim oqimiga olib keladi. vaqt.

Harakat potentsialidan so'ng, akson tepasi odatda biroz giperpolyarizatsiyalanadi, ba'zida esa qisqa depolarizatsiya kuzatiladi. Bu vaqt ichida, agar retseptor potentsialidan nisbatan depolarizatsiyalangan hujayraning boshqa qismlari (masalan, dendritlar) bo'lsa, ionlar o'sha joylardan akson tepalikka oqib tushadi. Bu akson tepaligini depolarizatsiya qiladi, ammo bu yana vaqt talab etadi (bularning barchasi dinamik, harakatlanuvchi jarayon, har bir qadamda ionlar harakatlanishi hissini etkazish uchun men ataylab takrorlayman). Vaqt miqdori kuchlanish farqiga bog'liq bo'ladi, shuning uchun dendritlarda katta depolarizatsiya akson tepalikni tezroq ostonaga qaytaradi.

Harakat potentsialida unchalik ko'p ionlar oqmaydi

Bu erda takrorlanadigan mavzu bo'ldi, bu javobni ko'ring: Nega ionning muvozanat potentsialini Nernst tenglamasi yordamida hujayradagi tinchlikdagi empirik o'lchovlardan hisoblash mumkin?

Membrana potentsialining o'zgarishi faqat ionlar oqimi tufayli emas, balki o'tkazuvchanlik o'zgarib, yangi muvozanat salohiyatini yaratadi. Agar sizning xayolingizda ko'p miqdordagi natriy va kaliy ionlari oqayotgan bo'lsa, ular hujayradagi ion muvozanatini butunlay buzadi va boshqa barcha elektr faolligini susaytiradi, siz xato qilgansiz.

Rag'batlantirish ko'pincha uzoq davom etadi

Ayniqsa, agar siz mexanik ogohlantiruvchi haqida gapiradigan bo'lsangiz, ularning ko'pchiligi atigi ~ 1ms uzunlikdagi individual tikanga qaraganda ancha uzoq davom etadi. Shunday bo'lsa -da, bitta vaqtinchalik stimul mumkin bir nechta harakat potentsiallarini keltirib chiqaradi, ko'pincha aslida nima sodir bo'ladi, bu retseptor potentsiallari juda uzoq davom etadi. Samarali ravishda, ular hujayraning olov chegarasidan yuqori bo'lgan hujayra uchun yangi "dam olish potentsialini" o'rnatdilar.

Qisqa bayoni; yakunida:

Retseptor potentsiallari hujayrani depolarizatsiya qilib, ularni otish chegarasiga yoki undan yuqoriga olib keladi. Harakat potentsiali akson tepaligidan boshlanadi va akson bo'ylab tarqaladi, lekin hujayraning qolgan qismiga ozgina ta'sir qiladi. Muhimi, harakat potentsiali haqiqatan ham qisqa, ko'p ionlar harakatlanmaydi va har ikki yo'nalishda oqim oqimi mavjud, shuning uchun hujayraning depolarizatsiyalangan qismlari bir pog'onadan keyin ham bir oz depolarizatsiya qilinadi. Aksonning dastlabki segmenti harakatdan keyingi potentsial giperpolyarizatsiyadan qutulib qolganda va natriy kanallari inaktiv holatidan chiqib ketganda, retseptor potentsialidan oqim kirib, hujayrani depolarizatsiya qilib, ostonaga tushadi va yana bir boshga olib keladi. Takrorlang.


BKning roliCa Sutemizuvchilarning eshitish periferiyasida elektr signallarini kodlash kanallari

Katta o'tkazuvchanlik kuchlanishli va Ca 2+ faollashtirilgan K + kanallari (BKCa) ko'plab neyronlarda tikish naqshlarini shakllantirishda ishtirok etadi. Ularning sutemizuvchilarning ichki tukli hujayralari (IHC), mexanik sezuvchan hujayralardagi juda katta BK bilan tutgan o'rni haqida kam narsa ma'lum.Ca oqimlari. Ushbu oqimlar retseptorlarning potentsialini shakllantirishda ishtirok etishi mumkin, bu afferent eshitish signallarining xususiyatlari uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega.

Biz BK funktsiyasiga murojaat qildikCa sichqonlardan qabul qilingan eshitish nervi (AN) tolalarining ovozli induktsiya qilingan javoblarini yozib, BKning gözenekli va#x003b1-bo'linmasini maqsadli o'chirib tashlash.Ca (BK α −/− ) va ularni oqim cheklangan IHClarning kuchlanishli javoblari bilan solishtirish. BKCaIHClarda oraliq oqimlar tanlab bekor qilindi BKα −/− koklear fiziologiya koklear sezuvchanlik va chastotani sozlash borasida asosan normal edi.

BK α −/− AN tolalari ohang portlashlariga javoban birinchi boshoqning kechikishining ortib borayotgan farqi sifatida o'lchanadigan boshoq vaqtini aniqligining yomonlashganini ko'rsatdi. Bu buzilish, BK yo'qligida K + o'tkazuvchanligining pasayishi natijasida, presinaptik IHCda kuchlanishning sekinlashishi bilan izohlanishi mumkin.Ca. AN tolalarining maksimal ko'tarilish tezligi deyarli ikki baravar kamaydi BK α −/− , IHC larning kuchlanish javoblari ortishi bilan farq qiladi. Oddiy depolarizatsiyaga ikkilamchi bo'lishi mumkin bo'lgan presinaptik o'zgarishlarga qo'shimcha ravishda BKα −/− IHClar, AN stavkalarining bunday pasayishi BK rolini ko'rsatadiCa postsinaptik AN neyronlarida, bu refrakter davrlarning ko'payishi bilan qo'llab-quvvatlangan.

Xulosa qilib aytganda, bizning natijalarimiz IHC BKning muhim rolini ko'rsatadiCa yuqori chastotali koklear signalizatsiya vaqtini aniq belgilash uchun kanallar, shuningdek BK funktsiyasiCa birlamchi afferent neyronda.


MATERIALLAR VA USLUBLAR

Materiallar. Fosfozitga xos antiserum doktor Y. Yamagataning sovg'asi edi (Neyrokimyo laboratoriyasi, Okazaki, Yaponiya). CaMKII antikorlari Life Technologies (Gaithersburg, MD), Santa Cruz Biotexnologiyasi (San -Diego, Kaliforniya), Transduktsiya laboratoriyalari (Lexington, KY) va Zymed (San -Fransisko, Kaliforniya) dan sotib olindi. Horseradish peroxidase-konjugatsiyalangan quyon va sichqonlarga qarshi Ig, ECL va ECL Plus substratlari Amersham Pharmacia Biotech (Piscataway, NJ) dan olingan. Anti-echki Ig Santa Cruz biotexnologiyasidan edi. Neyronlarni va fosfotsellyuloza qog'ozlarini etishtirish uchun ishlatiladigan Earl tuzlari bo'lgan maxsus minimal muhim muhit (Eagle) Life Technologies kompaniyasidan olingan. [γ- 32 ATP] (3000 Ci/mmol) DuPont-New England Nuclear (Boston, MA) dan sotib olingan. Poliviniliden diftorid (PVDF) membranasi (Immobilon-P) Millipore (Bedford, MA) dan sotib olingan. ImageQuant va Storm tasvirlarni tahlil qilish tizimi Molekulyar Dinamikadan (Sunnyvale, CA) olingan. Autocamtide-2, synthide-2, autocamtide-2 bilan bog'liq peptidlar, PKI 6� amid va PKC19� Bachem (Torrance, CA) dan sotib olingan. Proteaz inhibitori kokteyli (To'liq) Boehringer Mannheim kompaniyasidan edi va 1-AM/gripp-3 va mag-indo-1 molekulyar problardan (Eugene, OR) sotib olindi. Boshqa barcha kimyoviy moddalar analitik darajada bo'lgan va Sigma'dan (Sent-Luis, MO) sotib olingan.

Hujayra madaniyati. Ko'p bo'linmali kameralar teflondan yasalgan va ta'riflanganidek kollagen bilan qoplangan 35 mm madaniyatli idishlarga biriktirilgan (Fields va boshqalar, 1992). 13,5 d sichqoncha homilasidan ajratilgan DRG neyronlari, har bir yon bo'lakka 5% ot sarumini va 50 ng/ml nerv o'sish faktorini o'z ichiga olgan madaniyat muhitida 0,5 va 000 x 7 6 6 hujayrali zichlikda joylashtirilgan. al., 1993). Urug'likdan so'ng neyron bo'lmagan hujayralar 13 μg/ml fluoro-2-deoksyuridin 1 𠄲 qo'shib ko'payishining oldini oldi. Yon bo'linmalardagi DRG neyronlarining ko'pchiligi yon va markaziy bo'linmalar orasidagi to'siq ostidagi aksonlarni cho'zish uchun vaqt ajratish uchun, kulturadan 3 hafta o'tgach, tajribalar uchun madaniyatlar ishlatilgan.

DRG neyronlarining elektr stimulyatsiyasi. Ikki yon bo'linmani ko'p bo'linmali qo'shimchaning markaziy bo'limidan ajratib turuvchi to'siq ostidan o'tuvchi aksonlar to'siqning qarama-qarshi tomonidagi madaniyat muhiti bilan aloqada bo'lgan platina elektrodlari orqali rag'batlantirildi. Stimulyatsiya parametrlari va stimulyatsiyaga elektrofizyologik javoblar ilgari ushbu ko'p xonali kameralarda DRG neyronlari uchun bildirilgan (Fields va boshq., 1992). Ushbu preparatdagi DRG neyronlari bitta ta'sir potentsiali bilan 1 V, 200 soniyali ikki fazali impuls bilan stimulyatsiyaga javob beradi. Ular stimulyatsiyani ishonchli va cheksiz ravishda 3 Gts gacha va 30 Gts chastotada bir necha o'n soniya davomida kuzatib boradi (Fields va boshqalar, 1990, 1992).

CaMKII izozimalarining xarakteristikasi. CaMKII izozimlari DRG dan 8% SDS-PAGE va namuna buferidagi miya lizatlari (125 mm Tris-HCl, pH 6,8, 4% SDS, 10% β-merkaptoetanol, 20% glitserin va 0,04% bromp) bilan tavsiflangan. va immunobloting. PVDF membranalari 5% sutda TTBS (10 mm Tris-HCl, pH 7,5, 150 mm NaCl va 0,1% Tween 20)da 2 soat davomida bloklangan, yuvilgan va poliklonal bilan manifoldda (Deca-Probe Hoefer) inkubatsiya qilingan. CaMKII-α, -β, -γ, va -δ (Santa Kruz biotexnologiyasi), monoklonal antikorlar Cbα-2 (Life Technologies) va CBα-2 (Zymed) ga qarshi antikorlar 1:1000 da 2 soat xona haroratida. Keyin yuvilgan membranalar xona haroratida 1 soat davomida tegishli horseradish peroksidaza bilan konjugatsiyalangan ikkilamchi antikorlar bilan reaksiyaga kirishdi va ECL tomonidan aniqlandi.

CaMKII ning Thr-286 da avtofosforillanishi. Thr-286 da CaMKII avtofosforillanishi CaMKIIni faqat Thr-286 (α) yoki Thr-287 (β, γ, δ) da avtofosforillanganida tan oladigan fosfozitga xos antikor yordamida immunoblotlash orqali tahlil qilingan. (Yamagata va Obata, 1998). Neyronlar uch marta yuvildi va 50 n m erkin Ca 2+ ni o'z ichiga olgan fiziologik tuz eritmasiga almashtirildi (Scholz va Palfrey, 1998). Bu (m m da) almashtirish yo'li bilan olingan: 0,74 CaCl2, 1,13 MgCl2, va standart PBS eritmasida (PSS) 2 EGTA. 1 soat muvozanatlashgandan so'ng, kaltsiy kontsentratsiyasi 100 m m CaCl qo'shilishi bilan 5 sekund davomida 1,2 m m erkin Ca 2+ ga ko'tarildi.2 bir xil echimga. Davolangan neyronlar elektroforez va immunoblot tahlili uchun qaynab turgan namuna buferida lizing qilindi.

Thr-286 avtofosforilatsiyasining miqdorini aniqlash uchun nazorat va ishlov berilgan neyronlardan teng hajmdagi lizatlar SDS-PAGE tomonidan parallel ravishda ikki nusxadagi 10% jellarda hal qilindi va PVDF membranalariga elektroblot qilindi. Membranlar 5% sutda TTBSda xona haroratida 2 soat davomida blokirovka qilingan, yuvilgan va umumiy CaMKIIni 1: 1500 (monoklonal antikor klon 38 transduktsiya laboratoriyasi) yoki fosfozitga xos bo'lgan antikor (1: 10 000) ichida bir kechada inkubatsiya qilingan. 4 va#x000b0C. Kuluçka qilingan membranalar yuvilib, xona haroratida 1 soat davomida horseradish peroksidaza bilan konjugatsiyalangan ikkilamchi antikorda reaksiyaga kirishdi. Immunokomplekslar ECL Plus substrat yordamida tasvirlangan va ImageQuant va Storm tasvir tahlil tizimi yordamida aniqlangan. Immunoreaktivlik o'lchovining chiziqliligi kameralarda o'stirilgan DRG neyronlaridan har xil hajmdagi lizatni yuklash orqali tekshirildi. Avtofosforillangan va umumiy fermentga nisbatan nisbiy immunoreaktivlik (RFU) dinamik diapazonda edi. Bo'ron ishlab chiqaruvchisining ma'lumotlariga ko'ra (Ilova eslatmasi#60), dinamik o'lchov diapazoni 0 𠄳 × 10 7 RFU, bu ishda o'qishlar 0,2 va 1 va#x000d7 10 6 RFU orasida o'zgargan. Thr-286 da nisbiy avtofosforillanish fosforlangan ferment bilan olingan RFUni normal eksperimentlar bilan bir xil namunadagi umumiy fermentga solishtirish bilan solishtirildi.

CaMKII ni avtonom tarzda faollashtirish uchun zarur bo'lgan [Ca 2+ ] ni aniqlash uchun in vitro, Stimulyatsiya qilinmagan neyronlardan olingan DRG supernatanti Molloy va Kennedi (1991) usulining moslashuvi yordamida avtofosforillangan. Qisqacha aytganda, har xil konsentratsiyali Ca 2+ (0,1 � μ m) va 6 μ m CaM bo'lgan tahlil naychalari 1 m mgCl bilan 15 yoki 45 soniya davomida fosforlanadi.2 va ATP - 0,02 m. Avtofosforillanishdan so'ng, har bir naychaga avtokamtid-2 va EGTA (2 m m final) qo'shildi va inkubatsiya 5 minut davom etdi. Ca 2+ ga bog'liq va mustaqil faollik, shuningdek, avtofosforlanmagan supernatantlarda ham aniqlandi. in vitro.

CaMKII faolligini tahlil qilish.CaMKII ning Ca 2+ �M-ga bog'liq va mustaqil faolligi CaMKII ning avtofosforillanish joyidan olingan peptid bo'lgan avtokamtid-2 (KKALRRQETVDAL) fosforillanishi orqali neyron gomogenatlarida o'lchandi. Kinaza tahlili vaqt va tahlil uchun ishlatilgan lizat miqdori bo'yicha chiziqli edi. 1,2 m m Ca 2+ -PSSda 1 soat davomida muvozanatlangan neyronlar 0,1, 0,3, 0,5, 1 va 10 Gts chastotalarda elektr stimulyatsiyasi bilan ta'minlanib, bu chastotalarda 10 daqiqagacha 45 ta impulsni etkazib berishdi. Rag'batlantirish oxirida neyronlar 0,20 ml muzli lizis tamponida yig'ib olindi (50 mm HEPES, pH 7,5, 1 mm EDTA, 5 mm EGTA, 2 mm DTT, 0,1% TX-100, 100 mm β- glitserin fosfat, 10 mm natriy pirofosfat, 50 mm NaF, proteaz inhibitori kokteyli va 1 μ m Microcystein LR). Yig'ilgan neyronlar Bronson sonikatori (40% ish siklida ikkita impuls va 2 chiqish) bilan muz hammomida sonikatsiya qilindi va 15 000 × da santrifüj qilindi.g, 15 daqiqa davomida 4°C da. Kinaz tahlillari 1 mm Ca 2+ va 6 ½ m CaM (umumiy faollik) ishtirokida 20 ½ m avtokamtid-2 yordamida supernatantning 8,5 ½ ml alikotlarida o'tkazildi va parallel namunalarda reaksiya kuzatildi. 1 mm EGTA bilan Ca 2+ yo'qligida bajarilgan (Ca 2+ -mustaqil faoliyat). Fon faolligi substratsiz reaksiyaga kirgan supernatantdan aniqlandi. Reaktsiya naychalarida, shuningdek, 5 μ m protein kinaz A inhibitori PKI 6 � amid va 2 μ m protein kinaz C inhibitori (PKC19 �) mavjud. Yakuniy hajmdagi 50 va x003bcl ferment reaktsiyalari Mg 2+ va#x02013ATP kokteyli [5 m m magniy asetat va 0,1 m ATP (2000 � cpm/pmol)] qo'shilishi bilan boshlandi. Reaksiya 5 daqiqadan so'ng to'yingan EDTA eritmasi bilan to'xtatiladi va 40 μl fosfoselüloz qog'ozga tushadi. Fosfotsellyuloza qog'ozi bir marta suvda va uch marta 75 m m fosfor kislotasida yuvilgan. Membranalar havoda quritilib, radioaktivlikni suyuqlik sintilatsiyasini hisoblash orqali o'lchash uchun ishlatilgan. Har bir namuna uchun, reaktsiya aralashmasida 1 mm EGTA va Ca 2+ yo'qligida hujayra lizati bo'lgan tahlil naychalarining radioaktiv fosforli hisoblari, hujayralar lizatining teng miqdori reaksiyaga kirgan naychalar bilan solishtirildi. 1 mm Ca 2+ va 6 μ m CaM mavjudligi. Bu hujayra lizatlaridagi CaMKII ning avtonom faolligi kaltsiyga bog'liq bo'lmagan va kaltsiyga bog'liq bo'lgan faollik nisbati bilan aniqlangan.

Hujayra ichidagi kaltsiy o'lchovlari. DRG neyronlaridagi elektr yoki kimyoviy chaqirilgan kaltsiy o'tkazgichlari Bio-Rad (Hercules, CA) 1024 ko'rinadigan/UV konfokal mikroskopi va Nikon teskari mikroskopidagi Nikon 40 × 1.3 raqamli diafragma moyi yordamida o'lchandi. Kaltsiy miqdoriy o'lchovlari 4,5 va 405 nm yorug'lik nurlanish intensivligini nisbati bilan o'lchanadigan DRG neyronlaridan 7.5 va#x003bc m hudo-1/AM yoki mag-indo-1/AMda yuklangan va argon va#x02013ion lazer bilan qo'zg'atilgan. 350 nm (Filds va O'Donovan, 1997). O'lchovlar xona haroratida HEPES tamponlangan balansli tuz eritmasida, pH 7.2 da o'tkazildi. Fields va boshqalarda tasvirlanganidek, hujayra ichidagi kalibrlash. (1993), [Ca 2+] ni baholash uchun ishlatilgan.i floresanlik koeffitsientlari bilan bog'liq. Qisqasi,Rmin vaRmaksimal 10 va#x003bc m ionomitsin o'tkazuvchan neyronlarda, 1,8 m Ca 2+ va 0 m m Ca 2+ /10 m m EGTA o'z ichiga olgan eritmalarda, xuddi shu kuchaytirgich yutuqlari va tajriba davomida ishlatilgan teshik teshiklari sozlamalari ostida aniqlandi. [Ca 2+ ] o'lchovlarii hujayra membranasi va yadro orasidagi sitoplazma sohasida yadro markazidan o'tadigan optik tekislik ichida qilingan. O'lchov maydoni kesma tekisligidagi 𢏁/8 sitoplazma maydonidan iborat. O'lchangan javoblar hujayraning turli hududlarida ushbu tajribalarda ko'rsatilgan vaqt shkalasi bo'yicha bir xil edi.Vanna eritmasida hujayradan tashqari kaltsiy kontsentratsiyasini tez o'zgartirish uchun elektromagnit valf boshqariladigan perfuziya qurilmasi (Warner Instruments, Hamlin, CT) ishlatilgan.

Yagona chiziqli skanerlash rejimining konfokal mikroskopi [Ca 2+] o'zgarishlarini yuqori tezlikda olish uchun ishlatilgan.i 0,1 � Hz ta'sir potentsialiga javoban ratsional kaltsiy indo-1 indikatori va floresan intensivlik indikatori fluo-3 yordamida. Ma'lumotlar nisbatimetrik va noratiometrik ko'rsatkichlar uchun 2 soniya (250 chiziqli skaner) uchun 8 ms / chiziqli skanerlash tezligida olingan. Ayrim neyronlarda, yadro markazidan o'tuvchi optik kesim ichidagi neyronni ajratuvchi chiziq bo'ylab to'rtta nuqtada miqdoriy o'lchovlar o'tkazildi: (1) submembran mintaqasida, (2) membrana va yadro orasidagi sitoplazmada. , (3) yadroning markazida va (4) yadroning qarama -qarshi tomonidagi sitoplazmaning o'rta nuqtasida.


Kirish

Aksonlarda g'ayritabiiy va subnormal o'tkazuvchanlik harakat potentsialining (AP) tarqalish tezligi ilgari faol bo'lmagan membranadagi boshlang'ich APga nisbatan ko'paygan yoki kamayganida sodir bo'ladi (Bucher va Goaillard 2011). G'ayritabiiy va g'ayritabiiy o'tkazuvchanlik vaqtni o'zgartirishi mumkin, bu vaqtinchalik kodlash strategiyasiga ta'sir qilishi mumkin, bu ma'lumot bir zumda chastotalarda va kechikishlarda saqlanadi (Dayan va Abbot 2001). G'ayritabiiy o'tkazuvchanlik odatda 50 dan 150 Gts gacha bo'lgan past chastotali AP uchun sodir bo'ladi va membrananing sig'imi ion kanallari tomonidan o'zgartirilishi mumkin (Barrett va Barrett 1982 Bostock va boshq. 2003 Bucher va Goaillard 2011). Subnormal o'tkazuvchanlik odatda yuqori chastotali AP portlashlari paytida ro'y beradi, chunki oldingi APning nisbiy refrakter davri keyingi AP uchun mavjud bo'lgan faol natriy kanallari sonini kamaytiradi va yuqori chastotali otuvchi neyronlar orqali uzatishni buzishi mumkin.

Yuqori chastotali otishma neyronlari sutemizuvchilar asab tizimining ko'plab davrlarida ishtirok etadi. Kortikal tez uchuvchi interneyronlar, talamik o'rni neyronlari va sharsimon butali hujayralar & gt100 Gts chastotalarni kuzatishga qodir (Steriade va boshq. 1993 Rudy va boshq. 1999 Rhode 2008). Yuqori chastotali APlarni ishlab chiqarish mexanizmlari yaxshi o'rganilgan va ular orasida KvAPlarning tez repolarizatsiyasini ta'minlaydigan 3 kaliy oqimi (Rudy va McBain 2001) va yuqori chastotali portlash uchun uzoq muddatli depolarizatsiyani ta'minlaydigan T tipidagi kaltsiy oqimlari (Cain and Snutch 2013). Biroq, yuqori chastotali APlarning aksonlar tomonidan uzatilishi ularning kichik diametrlari tufayli ularni to'g'ridan-to'g'ri o'rganish uchun imkonsiz bo'lganligi sababli yaxshi tushunilmagan. Aksincha, umurtqasiz gigant aksonlar va hisoblash modellashtirish asosan akson dinamikasini o'rganish uchun ishlatilgan (Debanne 2004). Bundan tashqari, g'ayritabiiy yoki subnormal o'tkazuvchanlikka qarshi turuvchi yoki kuchaytiruvchi aksonal mexanizmlar haqida kam narsa ma'lum.

Chigirtkada tushayotgan qarama-qarshi harakat detektori (DCMD) neyroni yuqori chastotali uzatishni o'rganish uchun akson modelini beradi. Bu miyadagi lobula gigant harakat detektori (LGMD) neyronidan ko'krak ganglionidagi neyronlarga yuqori tezlikda vizual ma'lumotlarni uzatuvchi ulkan akson (O'Shea va boshq. 1974). Uning yaqinlashib kelayotgan vizual stimulga bo'lgan munosabati yaxshi tavsiflangan va yirtqichlardan qochish bilan bog'liq (Gabbiani va boshq. 1999, 2001, 2002 Gray va boshq. 2001 Fotowat va Gabbiani 2007 Fotowat va boshq. 2011). U ishonchli tarzda yuqori chastotali APlarni motoneyronlarga qochish xatti-harakatini qo'zg'atish uchun uzatadi (Santer va boshq. 2006 Fotowat va boshq. 2011) va normal ish haroratida & gt500 Hz chastotalarga qodir (Money va boshq. 2005).

DCMDda ko'tarilgan haroratlar maksimal olov chastotasini oshiradi va harorat va oldindan shartli issiqlik zarbasi (Money va boshq. 2005) tomonidan modulyatsiyalangan postdepolyarizatsiya potentsialini (ADP) hosil qiladi (1C-rasm). Membrananing potentsialini vaqtincha depolarizatsiya qilish orqali ADP DCMD aksonida qo'zg'aluvchanlikni yaxshilaydi (Pul va boshq. 2005) va shunga o'xshash ADPlar kalamush va qurbaqa aksonlarida mavjud bo'lib, ular g'ayritabiiy o'tkazuvchanlikka hissa qo'shadi (Bowe va boshq. 1987). Bir nechta oqimlar shunga o'xshash ADP ishlab chiqarishi mumkin, shu jumladan T tipidagi kaltsiy oqimlari, doimiy va qayta tiklanadigan natriy oqimlari va kaltsiy faollashtirilgan tanlanmagan kaltsiy oqimi (Bean 2007).

Biz DCMD aksonida yuqori chastotali o'tkazishga ruxsat beruvchi mexanizmlarni o'rganib chiqdik. Biz T tipidagi kaltsiy oqimi yuqori chastotali o'tkazuvchanlikni ta'minlash uchun aksonda hosil bo'lgan ADP ning asosini tashkil etishini taxmin qilishdan boshladik. Buni sinab ko'rish uchun biz DCMD aksonini ikki valentli kationlar, kadmiy va nikel, T tipidagi kaltsiy oqimlarining antagonistlariga ta'sir qildik. Ikki valentli kationlar, ayniqsa, DCMD aksonining yuqori chastotalarida o'tkazuvchanlik tezligini (CV) sezilarli darajada pasaytirdi va postigiperpolyarizatsiya (AHP) kattaligini oshirdi. Hujayradan tashqari kaltsiyni olib tashlash, ikki valentli kationlarning rezyumelarga ta'sirini taqlid qilmadi, bu shuni ko'rsatadiki, ikki valentli kation kanalining ta'siri T-tipli kaltsiy oqimi bilan ta'minlanmagan. Hisoblash modellari AHP kattaligi va davomiyligini qisqartiruvchi oqimlar, doimiy va qayta tiklanadigan natriy oqimlari kabi, akson tomonidan yuqori chastotali o'tkazuvchanlikni yaxshilashi mumkinligini tasdiqlaydi.


BIOB32 8-ma'ruzasi - Prof. Jeyson Braun qish 2021

Agar rag'batlantiruvchi bo'lsa, u membrana ionlarining o'tkazuvchanligi o'zgarishi mumkin bo'lgan eshikli kanalni ochadi va neyronning membrana salohiyatini o'zgartiradi. Bu APga olib keladi.

  • TURLI TURLI SHIRAKLI KANALLAR o Voltajli:  Voltaj (rag'batlantirish) eshiklarni ochadi.  Dastlab, membrananing ichki yuzasi salbiy, tashqi tomoni ijobiy bo'lgan joyda yopiladi (odatdagi dam olish holati).  MP ning o'zgarishi (eshiklarni ochadi), ichki qismning kamroq salbiy bo'lishiga va tashqarisi kamroq ijobiy bo'lishiga olib keladi.  Kanal qaysi ion o'tkazuvchanligiga qarab, ionlar hujayra membranasi bo'ylab harakatlana boshlaydi va MPni o'zgartiradi. o Ligand eshikli  Ligand kichik molekula bo'lib, kattaroq oqsil kanali bilan bog'lanadi.  Ular ligand bog'lanmagan paytda yopiladi va bog'langan paytda ochiladi.  Bu neyronlarga ta'm molekulalari, odorantlar, neyrotransmitterlar va boshqalar kabi kimyoviy ogohlantirishlarga javob berish imkoniyatini beradi.
  • masalan, neyrotransmitterlar postsinaptik neyronlarda membrana potentsial o'zgarishlarini keltirib chiqaradigan hujayradan tashqari ligandlar bo'lib xizmat qilishi mumkin.  Ikki xil: hujayralararo va hujayradan tashqari. o Mexanik eshikli  Bosim, teginish, cho'zish kabi mexanik stimullarga javoban ochiladi.

o Harorat yopiq.  Ular haroratni neyron javob beradigan stimul bo'lishiga imkon beradi.  Ular odatda meta-barqaror mintaqa deb ataladigan hududga ega bo'lib, u haroratning ozgina o'zgarishiga javoban paydo bo'lishi mumkin. Temperature Harorat o'zgarganda, bu mintaqa chiroyli tarzda o'ralganidan (kanaldagi eshiklar yopiq) tuzilishini yo'qotishiga (kanal eshiklari ochiq) o'tadi. Bunday holda, hujayralar APni keltirib, denaturatsiyadan foydalanadilar. Neyronlarda harakat potentsialini ochishning yana bir usuli - stimulyator yordamida.

Qanday qilib stimulyator harakat potentsialining paydo bo'lishiga olib keladi?

  • Stimulyator tomonidan ishlab chiqarilgan AP in vivo jonli APdan farq qiladi.
  • Bu chegaraviy depolarizatsiya stimuli deb ataladi, chunki u membrana potentsialining chegaraviy qiymatiga etadi. Shunday qilib, harakat salohiyati paydo bo'ldi va javob sifatida yuzaga keldi.
  • Hatto qo'zg'atuvchi qo'zg'atuvchi bo'lsa ham, u harakat potentsialini keltirib chiqarmasligi mumkin. Shunday qilib, u chegaraga erishish uchun etarlicha kuchli bo'lishi yoki bir nechta qo'zg'atuvchi potentsiallarning yig'indisi bo'lishi kerak.

Baholangan potentsiallar ularning kattaligida ularni qo'zg'atuvchi stimulning kuchiga mutanosibdir (ya'ni, stimulning kuchi va u ishlab chiqaradigan katta potentsialning kattaligi o'rtasidagi mukammal moslik).

  • Giperpolyarizator stimullar membranani giperpolyarizatsiya qiladi - kaliy va xlorli eshikli kanallarni ochadi. o Kaliy ham, xlor ham muvozanat salohiyatiga ega, bu odatda dam olishdan ko'ra salbiyroqdir. Demak, kaliy yoki xlorli kanallarni ochish membrana potentsialini harakatga keltiradi o Kaliy hujayradan chiqib, uni ichki tomondan salbiy qiladi. o Xlorid kirib keladi va uni ichki tomondan salbiyroq qiladi. o Kaliy yoki xlorli kanalli kanallarning ochilishi membrananing potentsialga yaqinlashishiga olib keladi
  • Depolarizatsiya qiluvchi stimullar uchun - natriyli kanalli kanalni ochish o Natriyning muvozanat potentsiali odatda juda ijobiy son. Shunday qilib, natriyning kirib kelishiga ruxsat berish, hujayraning membrana salohiyatiga yaqinlashishiga olib keladi

Ion in vivo vujudga kelgan stimul kaliy yoki xlorli kanalli kanalning ochilishiga olib keladi, bu bizga javob sifatida giperpolyarizatsiya va inhibitiv potentsial beradi yoki natriyli kanalli kanallarning ochilishiga olib keladi. uning o'rniga

Harakat potentsiallari hammasi yoki bitta hodisalardir.

Rasm chegaraviy stimulni qo'llash bilan boshlanadi. Eshik stimuli membrana potentsialini ostonaga olib keldi. Shunday qilib, javob sifatida harakat potentsiali paydo bo'ldi. Keyin, chegaradan yuqori stimul qo'llaniladi.

  • Ostona ostonadagi stimul ostonaga yetish uchun zarur bo'lgan stimuldan kuchliroqdir.
  • Zaif yoki kuchli bo'sag'a ustki stimuli bo'lishidan qat'i nazar, javobda hosil bo'lgan harakat potentsiali chegara qo'zg'atuvchisi bilan bir xil bo'ladi.

Bu shuni ko'rsatadiki, stimulning kuchi, agar unga javoban APni hosil qilish uchun ostonaga yetadigan darajada kuchli bo'lsa, muhim emas. Demak, bu hammasi yoki hech biri hodisasi, chunki AP yaratiladi yoki yaratilmaydi.

Harakat potentsiali darajali potentsialga o'xshamaydi.

  • Bog'langan potentsialning kattaligi uni keltirib chiqargan qo'zg'atuvchining kattaligi yoki kuchiga to'liq parallel. Biroq, stimullarning kuchidan qat'i nazar, individual harakat potentsiali uchun bunday emas (bu hamma yoki umuman bo'lmagan hodisa).

Voltajli natriy va kaliy kanallari harakat potentsiallari va ularning tarqalishining kalitidir.

  • Dam olish holatida neyronning RMP taxminan -70mV ni tashkil qiladi. Bu holatda natriy va kaliy kuchlanishli eshikli kanallar yopiq holatda bo'ladi.
  • Depolarizatsiya qiluvchi stimul qo'llanilganda, u depolarizatsiya darajali potentsialni keltirib chiqaradi va membrana potentsialini AP paydo bo'ladigan belgilangan chegara potentsialiga olib keladi. Eshik potentsialiga erishish - bu natriy va kaliy kuchlanishli kanalli kanallarning ochilishiga turtki bo'ladi.
  • Garchi kuchlanishli natriy kanallari va kuchlanishli kaliy kanallari bir xil stimul bilan ochilgan bo'lsa ham, ular bir xil tezlikda ochilmaydi.
  • Keyin kuchlanish bilan qoplangan natriy kanallari o'z-o'zidan faolsizlanib, natriy ionlarining membranadan o'tishiga to'sqinlik qiladi. Bu vaqtda kuchlanishli kaliy kanallari to'liq ochiladi. Bu APning repolarizatsiya bosqichiga olib keladi.
  • Membrananing potentsiali potentsial chegara qiymatiga qaytganidan so'ng, u signal bo'lib xizmat qiladi, bu esa natriy va kaliy kanallari kuchlanishli eshiklarning yopilishiga olib keladi.
  • Voltaj bilan qoplangan kaliy kanallari to'liq yopilganda, membrana potentsiali dam olish holatiga qaytadi.

o Bir vaqtning o'zida faollashtiruvchi eshik yopilib, bu natriy kanalli kuchlanishli kanallarning faollashuviga olib keladi, kaliyli eshikli kanallar ochilib, repolarizatsiyaga olib keladi.

Qanday qilib kuchlanishli natriy kanallari nofaol holatdan yopiq holatga o'tadi?

Bu sodir bo'lishi mumkin bo'lgan yagona yo'l kuchlanish sensori o'zining asl ichkariga qaragan holatiga qaytishidir. Bu sodir bo'lganda, u faollashtirish eshigining yopilishiga olib keladi. Faollashtirish eshigi yopilganda, u inaktivatsiya eshigini majburan ochadi.

  • Shunday qilib, faol bo'lmagan holatdan kuchlanishli natriy kanalini ochishning hech qanday usuli yo'q.
  • Inaktivatsiya eshigini ochishning yagona usuli - kuchlanish sensori qayta o'rnatilishi, faollashtirish eshigi yopilishiga olib keladi, bu esa inaktivatsiya eshigini ochishga majbur qiladi.
  • Bu bizga aytadiki, natriyli kuchlanishli kanal faol bo'lmaganidan keyin u bu holatdan ochiq holatga o'tolmaydi. Avval yopiq holatga, keyin esa ochiq holatga o'tishi kerak.

Repolyarizatsiya chegaraga qaytmaguncha kuchlanish sensori faollashtirish eshigini qayta o'rnatmaydi, bu inaktivatsiya eshigining joyidan siljishiga olib keladi.

Voltajli kanallar ham AP tarqalishining kalitidir.

  • Tarqalishi: harakat potentsialini akson tepaligidan (generatsiya joyi) akson terminallari tomon siljitish, bu oxir-oqibat neyronga neyrotransmitterlarni chiqarish va boshqa neyron, mushak yoki bez bilan aloqa qilish imkonini beradi.
  • Vaqt = 0ms o Kuchli natriy kanallari ochiq holatda bo'ladi natriy ionlari sitozolga kiradi va u kirganda, ao borligini tushunadi, shuning uchun musbat zaryadlangan natriy ionlari manfiy zaryadlangan ionlarga tortiladi. o Natijada, natriy ionlari harakat potentsiali sodir bo'lgan joydan tarqala boshlaydi, o'ziga tortiladi. o Natriy ionlari ushbu manfiy zaryadlar tomonidan jalb qilingan hududga tarqala boshlaganda, o'sha paytda, kuchlanish bilan qoplangan natriy kanallari paydo bo'ladi. keyingi quyi oqim mintaqasida ochish uchun ishga tushiriladi
  • Vaqt =3ms o Dastlabki AP sodir bo'lgan joydan quyi oqimda joylashgan AP mavjud. o Natriy ionlari ochiq kuchlanishli natriy kanallari orqali kiradi. Ular qo'shni manfiy zaryadlar tomonidan tortilgan akson bo'ylab lateral pastga tarqaladi va olib keladi
  • Vaqt = 7ms o AP natriyning manfiy zaryadlangan turlarga tortilishi tufayli yanada tarqaladi

Bir natriy ionining natriy ioni kirganda, ular qo'shni manfiy zaryadlangan dam olish hududlariga tortilgan aksonni tarqatib yuboradi va bu hududlarning membrana salohiyatini chegaraviy qiymatga keltiradi. Shunday qilib, AP yaratish. Keyin yangi natriy kiradi va jarayon bir necha marta takrorlanadi.

Natriy ionlari ikki yo'nalishda tarqaladi:

  • Ba'zilari quyi oqimga tarqalib, APlarni qo'zg'atmoqda.
  • Ba'zilar, mintaqa ilgari APni boshdan kechirgan joylarda, orqaga qarab tarqalmoqda. o Nima uchun yuqori potentsial mintaqada ham harakat potentsiali yuzaga kelmaydi?

Voltajli natriy kanallari yopiq holatdan ochilishi mumkin, lekin faol emas.

Harakat potentsiali odatda bir tomonlama targ'ib qilinadi (AP quyi oqimda sodir bo'ladi va oqimning yuqorisida emas).

  • Yuqori oqimning tarqalishi ba'zi hollarda sodir bo'ladi.
  • Bu repolarizatsiya tezligi bilan belgilanadi. Agar ostonaga qaytib qutblanish juda tez sodir bo'lsa, kuchlanish yopilgan bo'lishi mumkin. o Bu juda kam uchraydi, lekin juda tez ta'sir qiluvchi kaliy kanallari mavjud bo'lganda sodir bo'ladi.

Harakat potensiali kamaymasdan tarqaladi.

  • Rag'batlantiruvchi elektrod aksonning tepalik qismiga kiritiladi va neyronni depolarizatsiya qiluvchi stimulga ta'sir qiladi.
  • Akson bo'ylab turli nuqtalarda uchta qo'shimcha elektrodlar joylashtirildi.
  • Birinchi qayd etuvchi elektrod harakat potentsialini aniqlaydi. U, shuningdek, depolarizatsiya qiluvchi stimul natijasida yuzaga kelgan potentsialni oldi.
  • Ikkinchi yozish elektrodi pastroqda joylashgan va harakat potentsialini dastlabki qayd elektrodidan biroz uzoqroqda aniqlaydi, chunki u pastroqda joylashgan. Shunday qilib, harakat potentsiali ikkinchi elektrodga o'tishi uchun biroz ko'proq vaqt kerak bo'ladi.
  • Uchinchi ro'yxatga olish elektrodi harakat potentsialini yanada kechroq qabul qiladi, chunki harakat potentsialining ushbu yozish elektrodiga tushishi uchun vaqt kerak bo'ladi.

Akson uzunligi bo'ylab qayta tiklanadigan yangi harakat potentsiallari bir xil. Shunday qilib, akson uzunligi bo'ylab harakatlanayotganda, harakat potentsialining kattaligi buzilmaydi.

 Mutlaq refrakter davrning birinchi yarmida kuchlanish potentsialli natriy kanallari allaqachon ochilgan, harakat potentsialining depolarizatsiya fazasi mavjud. Shunday qilib, AP allaqachon yaratilmoqda.  Agar kanallar allaqachon ochilgan bo'lsa, ular yana ochilmaydi (biz allaqachon ochilgan eshikni ocholmaymiz).  Mutlaq refrakter davrning repolarizatsiya bosqichida natriy kanallari faol bo'lmagan holatda bo'ladi.  Voltajli natriy kanallari faol bo'lmagan holatdan ochilmaydi. Ular ochilishi uchun avval yopilishi kerak. The Membrananing potentsiali chegaraviy potentsialga qaytganda, natriy kanalli kuchlanishli kanallar faol bo'lmagandan yopiq holatga o'tadi.  Yopiq holatda, ular ochilishi va boshqa APni yaratishi mumkin. Bu vaqtda nisbiy refrakter davrga erishiladi.

Nisbatan o'tga chidamli davr o Bu vaqt mobaynida boshqa APni yaratish mumkin, lekin buni qilish nisbatan qiyinroq. o Voltaj bilan o'ralgan kaliy kanallari hali ham ochiq. Shunday qilib, ular giperpolyarizatsiyaning paydo bo'lishiga olib keladi. o Boshqa harakat potentsialini yaratish uchun membrana potentsialini chegara potentsialiga qaytarish kerak. Agar harakat potentsialini keltirib chiqaradigan stimulning kuchi giperpolyarizatsiyali ta'sirni (ochiq kuchlanishli kaliy kanallari tufayli) bartaraf etadigan darajada kuchli bo'lsa, boshqa AP hosil bo'lishi mumkin.

Dastlab, zaif stimul mavjud.

Bu chegara qiymati, chunki u membrana potentsialini chegaraga sotib oldi va javob sifatida AP paydo bo'ladi.

Ko'p o'tmay, neyron juda kuchli stimul bilan uriladi. Biroq, neyron hali ham mutlaq refrakter davrda va ostonadan yuqori bo'lgani uchun stimulning kuchi muhim emas. Shunday qilib, boshqa AP yaratib bo'lmaydi. Shunday qilib, boshqa APlar sodir bo'lmaydi.

Membrananing potentsiali chegaradan past bo'lgandan so'ng, neyron nisbiy refrakter davrga o'tadi.

Eshik chegarasidan past bo'lganda, kuchlanish bilan qoplangan kaliy kanallari asta-sekin yopila boshlaydi.

Membrananing potentsial qiymati giperpolyarizatsiya holatiga o'tadi. Ko'p kuchlanishli kaliy kanallari ochiq bo'lganligi sababli, membrana potentsiali kaliy uchun juda salbiy muvozanat potentsialiga qarab harakat qiladi.

Ammo membrana potentsiali grafikda (ko'k chiziq) ko'rsatilganidek, dam olish qiymatiga juda sekin orqaga siljiydi.

Neyron nisbiy refrakter davrga birinchi marta kirganda, boshqa AP hosil bo'lishi mumkin, lekin buning uchun zarur bo'lgan stimulning kuchi juda kuchli stimul bo'lishi kerak (ochiq kuchlanishli kaliy kanallari tufayli).

Vaqt o'tishi bilan, boshqa potentsial harakat potentsialini olish uchun zarur bo'lgan stimulning kuchi asta -sekin kuchlanishli kaliy kanallarining yopilishi tufayli tobora kamayib bormoqda. Shunday qilib, hiper polarizatsiya miqdori asta -sekin kamayadi.Natijada, giperpolyarizatsiyaga qarshi turish uchun kuchli stimul talab qilinmaydi.

Rag'batlantirishning kuchi (qizil chiziqlar) hali ham dastlabki qo'zg'atuvchidan (ko'k chiziq) kattaroqdir, bu nisbiy refrakter davrda boshqa APni yaratish uchun asl stimuldan kuchliroq stimul kerak degan fikrga mos keladi.

  • Natija: o Rag'batlantirishning kuchi harakat potentsiallarining paydo bo'lish chastotasiga ta'sir qiladi. o Harakat potentsiallari hammasi yoki hech biri (ya'ni, qo'zg'atuvchi qanchalik kuchli bo'lmasin, AP ning bir xil kattaligi. o Neyron APni qo'zg'atuvchi stimulning kuchi haqidagi ma'lumotlarni qanday etkazadi?

Harakat potentsialining tarqalish tezligini oshirish uchun qo'llaniladigan strategiyalardan biri bu elektr energiyasini ko'paytirishdir

Plazma membranasining qarshiligi, bu izolyatsiya qiluvchi miyelin qobig'i o'ralganida paydo bo'ladi

Aksonal membrana.

Miyelin: oligodendrositning plazma membranasining ko'p qatlamlari yoki aksonga o'ralgan Shvann hujayrasi.

Miyelin glial hujayralardan iborat:

  • Markaziy asab tizimidagi oligodendrosit
  • Periferik asab tizimidagi Schwann hujayralari

Miyelin 80% lipid va 20% proteindan iborat bo'lib, plazma membranasining odatiy tarkibiga to'liq mos keladi (membrana asosan fosfolipidlardan iborat bo'lib, unda oqsillar mavjud). Akson atrofida qatlamlar o'ralganligi sababli plazma membranasi qatlamlari orasidagi sitoplazma siqib chiqadi.

  • Tuzli o'tkazgich (miyelinli aksonlardan) o Harakat potentsiali faqat akson bo'ylab, Ranvier tugunlari bo'ylab hosil bo'ladi. o Akson rag'batlantirilganda, tez depolarizatsiya sodir bo'ladi. o Natriy ionlari akson bo'ylab harakatlana boshlaydi va dekremental o'tkazuvchanlik sodir bo'ladi. o Dekremental o'tkazuvchanlik membrana potentsialini chegaradan pastga tushirsa, yangi AP bo'lishi kerak o Demak, membrana joylashgan holatda boshqa kuchlanishli natriy kanali bo'lishi kerak o Miyelin qobig'i tufayli dekremental o'tkazuvchanlik sekinroq. Shunday qilib, kuchlanish bilan bog'langan natriy o Demak, miyelinli akson ichida tez-tez harakat potentsiallarini hosil qilishning hojati yo'q, chunki qanday qilib

Har safar yangi AP paydo bo'lganda, aksonga kiradigan natriy ionlari o'z uzunligini bosib o'tmaydi, chunki yo'qolgan ionlarni oqish orqali to'ldirish uchun vaqt kerak bo'ladi. Ionlar to'ldirilganda, signal akson bo'ylab tarqalmaydi.

  • Tarqatish jarayonida bir nechta sekin nuqtalar = butun tarqalish tezroq amalga oshiriladi.
  • Bir nechta natriy ionlari kirsa-da, faqat akson bo'ylab harakatlanadigan ionlar yangi APga va signalni tarqatishga yordam beradi.

Shunday qilib, miyelin kamroq harakat potentsialining paydo bo'lishiga imkon berish orqali harakat potentsialining tarqalishini tezlashtiradi.

Miyelin qobig'i membrananing oqishini yaxshilaydi.

  • Miyelin qobig'i plazma membranasi qatlamlaridan iborat.
  • Ionlar plazma membranalarini osonlikcha o'tkazmaydi.
  • Agar dekremental holat aksondan ionlarning hujayradan tashqari suyuqlikka qaytishi natijasida kelib chiqsa, miyelin qobig'i ionlarni akson ichida uzoqroq saqlaydi. Bu ularga kamayishsiz o'tkazuvchanliksiz ko'proq sayohat qilish imkonini beradi.

Har bir APni signalning tarqalishiga hissa qo'shmaydigan ionlar oqimi sifatida tasavvur qiling: ular tarqalishning sekin nuqtalari.


Natijalar

Unitar qo'zg'atuvchi postsinaptik potentsiallar uchta yoki to'rtta neokort neyronlari guruhlarini bir vaqtning o'zida ro'yxatga olish paytida presinaptik qatlam 2/3 piramidal neyronlarda yoki qo'shni qatlam 5 piramidal neyronlarda chaqirilgan harakat potentsialining o'q otish shakllariga javoban qalin tuftli qatlam 5 piramidal neyronlardan qayd etilgan. miya bo'laklari (4 -rasmB ).

Birlashgan EPSPlar oddiy pog'onali poezdlar tomonidan chaqirildi

Birinchidan, biz standart ekspluatatsiyali impulsli protokoldan foydalanib, qo'zg'atuvchi sinapsning bu sinflarining ishlatilishiga bog'liq bo'lgan xususiyatlarini o'rganib chiqdik, bu erda 25 ms oralig'ida ikkita harakat potentsiali taqdimotlar o'rtasida uzoq vaqt tinimsiz davrda (5 s 1-rasm). Ushbu oddiy rag'batlantirish protokoliga javoban, 2/3 qatlamning 5-qavat va 5-qavatdagi 5-darajali uEPSPlarning foydalanishga bog'liq xususiyatlari aniq aniqlandi. 2/3 qatlamdan 5 qatlamgacha bo'lgan ulanishlar ikkita harakat potentsialining namoyon bo'lishiga javoban o'rtacha foydalanishga bog'liq bo'lmagan ozgina modifikatsiyani ko'rsatdi (juftlashgan puls nisbati, 1,14 ± 0,03) n = 140 ta ulanish), 5 dan 5 gacha bo'lgan ulanishlar esa kuchli juftlashgan impulslarni osonlashtirishni ko'rsatdi (1,84 ± 0,11 n = 42 P. < 0.0001 1 -rasmA va B ). Oldingi kuzatishlar shuni ko'rsatdiki, qo'zg'atuvchi sinaptik kirishlarning foydalanishga bog'liq xususiyatlari 5-qavat piramidal neyronlarning dendritik daraxti ichidagi sinapslarning joylashuvi bilan belgilanadi (Williams & Stuart, 2002), biz ko'tarilish vaqti va o'rtasidagi munosabatni o'rgandik. uEPSPlarning juftlashtirilgan impuls dinamikasi. UEPSP 5 -qavat 5 -sathdan somatik ko'tarilish vaqti 2/3 qatlamli piramidal neyronlar (5 -qavat 5 -qavat, 1,8 va#x000b1 0,1 ms) ko'tarilish vaqtidan ancha tezroq edi. n = 42 qatlam 2/3 5 -qavatgacha, 2.3 ± 0.1 ms n = 140 P. < 0.0001). Bu shuni ko'rsatadiki, 5 -dan 5 -chi qatlamgacha bo'lgan sinaptik aloqalar uEPSPlar nisbatan proksimal dendritik joylarda hosil bo'ladi (Markram) va boshqalar. 1997) va proksimal dendritik lokuslardan hosil bo'lgan uEPSPlar ko'proq impulsli impulsli yengillikni ko'rsatadi (1-rasm).C ). Bu munosabatlar aniqlangan qo'zg'aluvchan yo'l bilan bog'liqmi yoki yo'qligini tekshirish uchun biz 2/3 qatlamning 5-chi qatlamli UEPSPning ko'tarilish vaqti va foydalanishga bog'liq dinamikasi o'rtasidagi munosabatni tuzdik (1-rasm).D ), 2/3 qatlamdan 5 -darajagacha sinaptik kontaktlar 5 -katta piramidal neyronlarning apikal dendritik arborida joylashgan joylarda ko'rsatildi (Uilyams va Styuart, 2002 Sjostrom va#x00026 Hausser, 2006). To'plangan ma'lumotlar shuni ko'rsatdiki, 2/3 qatlamdan 5-bosqichgacha tez ko'tarilgan juftlik impulsli qulaylik, sekin o'sib boruvchi UPSS esa juft impulsli depressiyani ko'rsatdi.r 2 = 0,23 bog'liq bo'lmagan ehtimollik, P. < 0,0001 n = 140 1-rasmD ). Demak, bu yo'lda dendritik sinaps joylashuvi va juft puls dinamikasining belgisi (osonlashtirish yoki tushkunlik) o'rtasida oddiy munosabatlar mavjud. Bundan farqli o'laroq, biz pulsatsiyalanuvchi nisbati va uEPSPning 5-qavatidan 5-qavatgacha bo'lgan vaqt oralig'ida uEPSPs o'rtasidagi bog'liqlikni topa olmadik (r 2 = 0.02 n = 42). UEPSPning dendritik saytining uEPSP ko'tarilish vaqtini belgilashini tekshirish va uEPSPlarning masofaga bog'liq dinamik xususiyatlarini shakllantirishda chiziqli bo'lmagan dendritik mexanizmlarning ishtirokini istisno qilish (Banitt va boshqalar. 2005), biz dendritik yozish va dinamik qisish texnikasidan foydalangan holda, aniqlangan somatodendrit joylarida bir xil xususiyatlarga ega bo'lgan gEPSPlarni simulyatsiya qildik. Dendritik tarzda ishlab chiqarilgan gEPSPlar somatik ko'tarilish vaqtiga ega bo'lib, uEPSPs uchun kuzatilgan diapazonni qamrab oldi (40 va#x02013680 soma soma dan#x003bcm 1 -rasm).E , kiritish). UEPSPlardan farqli o'laroq, gEPSPlarning juftlashgan impulsli nisbati apikal dendritik daraxt bo'ylab hosil bo'lgan hodisalar uchun bir xil edi (25 ms oralig'ida hosil bo'lgan ikkita gEPSC).E ). Bu ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, dendritik qo'zg'atuvchi sinapslarning dinamik xususiyatlarini somadan buzilmasdan yozib olish mumkin.

A, o'rtacha qatlam 2/3 dan 5 gacha va qatlam 5 dan 5 gacha unitar EPSPs (Vpost, yuqori izlar) bir va ikkita (bir-biridan 25 ms masofada) presinaptik ta'sir potentsialiga javoban chaqiriladi (Voldindan). Qizil izlar raqamli ayirma hisoblanadi. B, 2/3 qatlamning juftlashgan impuls nisbatlarini 5 qatlamga taqsimlash (^ n = 140) va 5-qatlamdan 5-qavatga (• n = 42) yagona EPSPs tushish chiziqlari o'rtacha qiymatlarni ko'rsatadi. C, 2/3 qatlamning somatik ko'tarilish vaqtining 5 (5) qatlamga va 5 -qavat 5 -qatlamga (•) yagona EPSP -larga taqsimlanishi tushish chiziqlari 2/3 -qatlamning 5 -qavatgacha bo'lgan UEPSP -larning o'rtacha ko'tarilish vaqtini ko'rsatadi. D, 2/3 qatlam bilan 5-darajali birlik EPSP ko'tarilish vaqti va juftlashgan puls dinamikasi o'rtasidagi munosabatlar. Chiziq chiziqli regressiyani ifodalaydi (r 2 = 0.23, n = 140), va o'sish vaqti oshgani sayin juftlashgan pulsatsiyadan ruhiy tushkunlikka o'tishni ko'rsatadi (tushish chiziqlari birlik nuqtasini ko'rsatadi 3.14 milodiy), va rangli belgilar uEPSPsning juftlashgan pulsli o'rtacha nisbatini ko'rsatadi, o'sish vaqti tezroq (qizil) yoki 3,14 milodiydan sekinroq (ko'k). E, apikal dendritik daraxt bo'ylab uchastkalarda hosil bo'lgan somatik tarzda yozilgan o'tkazuvchanlikka asoslangan simulyatsiyalangan EPSPs (gEPSPs) ning juftlangan puls nisbati bittaga yaqin. Qo'shimchalar shuni ko'rsatadiki, gEPSPning somatik, lekin mahalliy bo'lmagan o'sish vaqti tobora uzoqlashib borayotgan apikal dendritik joylardan (chiziqlar mono-eksponentli moslamalar) hosil bo'ladi. n = 21).

Keyinchalik, biz 2/3 qatlam 5 va 5 qatlam 5 sinapslar 10 dan 50 Gts gacha bo'lgan chastotalarda hosil bo'ladigan presinaptik harakatlar potentsiali poezdlariga qanchalik samarali javob berishini o'rganib chiqdik (2 -rasm). Ajablanarlisi shundaki, 2/3 dan 5 gacha bo'lgan qatlamda UEPSPlar aniq chastotaga bog'liq tushkunlikni ko'rsatdi, 5 dan 5 gacha bo'lgan qatlamda uEPSPlar depressiyani ko'rsatmadi va 50 ta harakat potentsialli poezdlarda ishonchli tarzda ishlab chiqarildi (2-rasm). 2/3 qatlamdan 5 qatlamga ulanishda uEPSP depressiyasining kattaligi eksponensial tarzda oshdi (2-rasm).A va B ) va depressiyaning vaqt kursi tezlashdi (2-rasmC ) harakat potentsialining namoyon bo'lish chastotasi ortdi. Tahlillar shuni ko'rsatdiki, 10 Gts dan yuqori presinaptik otish chastotalarida, poezdning dastlabki 10 ta harakat potentsialidan so'ng, 2/3 va 5-chi darajali UEPSPlar deyarli barqaror holatga tushib, tor dinamik diapazonni ko'rsatadi.C , kiritish). Bundan farqli o'laroq, biz 5 -qatlamdan 5 -chi darajagacha bo'lgan UEPSP -larning keng dinamik diapazonga ega ekanligini aniqladik, ular o'rtacha chastota diapazonida hosil bo'ladigan harakat potentsiali poezdlariga o'rtacha bir xil samaradorlik bilan javob berishdi (10 � Hz 2 -rasm).A va B ). Haqiqatan ham, biz kuzatuv poezdlarida uEPSP-larning doimiy o'tkazuvchanlik harakati saqlanib qolganini kuzatdik, shuning uchun oxirgi 10 ta UEPSP amplitudasi sinovdan o'tgan barcha chastotalar uchun poezdning birinchi UEPSP amplitudasiga yaqin edi. 10 dan birinchi uEPSP ga: 10 Gts, 1,02 ± 0,13 20 Gts, 1,32 ± 0,26 30 Gts, 1,36 ± 0,33 40 Gts, 1,36 İ, ူ. n = 6).

A, ko'rsatilgan chastotalarda etkazib beriladigan 50 ta harakat potentsialidan iborat poezdga javoban, o'rtacha 2/3 qatlam 5 -qavat (chapda) va 5 -qavat 5 -qatlamda (o'ngda) birlashtirilgan EPSP -lar. B, sinaptik uzatishning yo'lga xos chastotaga bog'liqligi. Yagona eksponensial va ixtiyoriy ikkinchi tartib bilan jihozlangan 2/3 qatlamning 5-qavatning kuchli chastotaga bog'liq xususiyatlariga va 5-qavatning 5-qavatning 5-darajali ulanish xususiyatlariga e'tibor bering (o'rtacha amplituda harakat potentsiali bo'ylab o'rtacha amplitudani bildiradi). navbati bilan polinom funktsiyasi. C, 2/3 qatlamning 5-qavatdagi sinaptik tushkunlikning chastotaga bog'liq kinetikasi. To'plangan ma'lumotlar 50 ta potentsial poezdda 10 va#x0201350 Gts tezlikda etkazib beriladigan birlashgan EPSP amplitudasini aks ettiradi (10 Gts ortish, o'rtacha to'qqizta ulanish). Qizil chiziqlar ma'lumotlarga ikki-eksponensial mos keladi. Qo'shimchalar depressiyaning harakat potentsiali doimiyligi (ikkinchi, uzoqroq doimiy) va otish chastotasi o'rtasidagi bog'liqlikni ko'rsatadi.

Yagona EPSPlar murakkab boshoqli poezdlar tomonidan chaqirildi

Keyinchalik, biz intrakortikal qo'zg'atuvchi sinapslarning presinaptik ta'sir potentsialini yoqishning murakkab naqshlarini qanday ishlashini ko'rib chiqdik. Oldingi kuzatishlar shuni ko'rsatdiki, turli xil sensorli kortikal sohalardagi neokortikal neyronlar past o'rtacha tezliklarga (10 Hz) ega bo'lgan harakat potentsial chiqishi bilan optimal sensorli stimullarga javob beradi, lekin tartibsiz otish shakllari va shuning uchun oraliq chastotalarning keng taqsimlanishiga ega (x0003c). 1 dan > 200 Hz gacha) (turli kortikal mintaqalardan olingan ma'lumotlarni har tomonlama tahlil qilish uchun deCharms & Zador, 2000 ga qarang). Shuning uchun biz foydalanishga bog'liq bo'lgan xususiyatlar o'zgaruvchan oraliq oralig'iga ega, lekin o'rtacha past tezlikdagi harakatlanuvchi poezdlarning sinaptik uzatilishiga qanday ta'sir qilishini o'rganib chiqdik. 50 ta harakat potentsialidan tashkil topgan poyezd poezdlari sobit chastotada (10 Gts) ishlab chiqarilgan, 2 va 250 Gts oralig'idagi o'zgarmaydigan chastotalardan tashkil topgan Poisson taqsimoti (o'rtacha, 10 Gts mediani, 16.1 Gts tezlik taqsimoti uchun Qo'shimcha rasmga qarang). 2), yoki 50 Hz (o'rtacha, 10 Gts median, 49,5 Gts) da hosil bo'ladigan 10 ta harakat potentsialining takroriy portlashi sifatida (3 -rasm). Qatlamning 2/3 qatlamidan 5-qavatgacha bo'lgan ulanishlar aniqlangan chastotali harakat potentsialiga optimal tarzda javob berdi, lekin Poisson poezdi va portlash oqimi modeliga nisbatan unchalik samarasiz edi (uEPSPning umumiy amplitudasi: sobit chastotali, 29,3 va 7,3 mV Poisson, 24,6) ± 6,1 mV, P. < 0,01 portlash, 16,1 ± 3,3 mV, P. < 0,01 n = 13 3 -rasmA va B ). Poisson pog'onasi bo'ylab 2/3 qatlamdan 5-darajali uzatishga bog'liq bo'lgan xususiyatlar uEPSPs amplitudasini qanday boshqarganligini o'rganish uchun biz bir zumda otish chastotasi va 2/3 qatlam 5-qavatning amplitudasi o'rtasidagi bog'liqlikni ko'rib chiqdik. poezdning birinchi UEPSP ga normallashtirilgan uEPSPlar (13 ta ulanish uchun yig'ilgan, 3 -rasmC ). Poisson pog'onali poezdining istalgan nuqtasida yuqori tezlikdagi presinaptik otish depressiv UEPSPsni keltirib chiqardi, past chastotali otish esa katta amplitudali javoblarni keltirib chiqardi, bu esa boshoqli poezdlarda chastotaga va foydalanishga bog'liq dinamikaning ishlashini ko'rsatadi.C ). Bundan tashqari, biz 2/3 qatlamdan 5 qatlamga uEPSPs amplitudasini bir lahzali yonish chastotasi funktsiyasi sifatida chizganimizda, uEPSP amplitudasining chastotaga bog'liq bo'lgan keskin tushkunligini topdik, bu 2/3 qatlamdan 5 qatlamgacha sinapslar past darajadagi kabi harakat qilishini ko'rsatadi. boshoqli poezdlar paytida o'tish filtri (3 -rasm)D ). Bundan farqli o'laroq, 5-qatlamdan 5-chi qatlamgacha bo'lgan ulanishlar bu poezdlar harakati davomida sinaptik depressiyani ko'rsatmadi (3-rasm).A ), ammo Puasson poezdini o'rtacha poezdga qaraganda ancha samaraliroq uzatdi (kümülatif uEPSP amplitudasi: belgilangan chastota, 16,9 ≤ 5,4 mV Puasson, 18,1 ≥ 5,6, P. < 0,001 juftlangan t sinov portlashi, 17,4 ± 5,5 mV, P. > 0.05 n = 8 -rasm 3A va B ). Biz 5-qatlamning 5-qatlam ulanishlari Puasson poezdini samarali uzatganini aniqladik, chunki sinaptik uzatish yuqori intervalgacha chastotalarda osonlashtirildi (3-rasmdagi qoplangan izlarni solishtiring.Aa va b ). Bu xatti-harakat Puasson poyezdi davomida yaqqol namoyon bo'ldi (uEPSP amplitudasi poezdning birinchi uEPSP ga normallashtirilgan, 8 ta ulanish uchun birlashtirilgan. 3-rasm).C va D ). Shuning uchun 2/3 qatlamdan 5 qavatgacha bo'lgan yo'ldan farqli o'laroq, 5 qatlamdan 5 qatlamgacha sinapslar poezdlar harakati davomida yuqori o'tkazuvchan filtr kabi harakat qiladi (3-rasm).D ).

A, 5-qavatdan 5-qavatga (qora) va 2/3-qatlamdan 5-qavatga (qizil) bir xil sonli poezdlarning bir xil o'rtacha tezlikda hosil bo'lgan, lekin murakkablik darajasi har xil bo'lgan bir xil sonli poezdlarga javoban qo'zg'atilgan o'rtacha uzluksiz yozuvlari. x02013 muntazam (median, 10 Gts), Puasson (median, 16 Gts) va portlash (median, 49,5 Gts) deb ataladi. E'tibor bering, Puasson poezdiga javoban 5-qatlamdan 5-qavatga uEPSPs amplitudasi birinchi uEPSP (chiziqli gorizontal chiziq) dan so'ng ortdi, holbuki 2/3 qatlamdan 5 qatlamga uEPSPs amplitudasi pasaydi, bu xatti-harakat har bir portlash javobida ham aniq bo'ladi. . Bu javoblarning bo'limlari aniqroq bo'lishi uchun tezroq ko'rsatiladi (Aa va b). Qatlamning 5 dan 5 gacha bo'lgan uEPSP qatlamlarining sezilarli osonlashishiga e'tibor bering, lekin 2/3 qatlamdan 5 qatlamgacha uEPSPs (Vpost) yuqori tezlikda otish chastotalarida hosil bo'lganda (Voldindan). Bu vakillik aloqalari har bir poezdning birinchi UEPSPi shu kabi amplitudaga ega bo'lgani uchun tanlangan. B, 2/3 qatlamdan 5 -qavatgacha ishlab chiqarilgan murakkab boshoqli poezdlarga (Poisson va portlash poezdlari) javoban uEPSPning umumiy amplitudasi pasayishini ko'rsatuvchi umumiy ma'lumotlar.n = 13), lekin 5-qavatda 5-qatlam ulanishlari ortadi (n = 8). C, 2/3 - 5 -qavat uchun Poisson boshoqli poezdi davomida normallangan uEPSP amplitudasi va bir zumda otish chastotasi (kulrang) o'rtasidagi munosabatlarning evolyutsiyasini tavsiflovchi birlashtirilgan ma'lumotlar n = 13) va 5 -qavatdan 5 -qavatgacha (qora n = 8) ulanishlar. Har bir nuqta ulanishlar bo'yicha o'rtacha hisoblangan va poezdning birinchi uEPSP ning bir qismi sifatida chizilgan uEPSP amplitudasini ifodalaydi. D, uEPSP amplitudasi va harakat potentsiali oniy chastotasi o'rtasidagi bog'liqlik. 2/3 qatlamdan 5-qavatgacha (qizil) aniq chastotaga bog'liq tushkunlikka va 5-qatlamdan 5-qavatgacha (qora) ulanishlarga e'tibor bering. Bir lahzali chastotalar > 75 Hz ko'rsatilmaydi.

Potentsial poezdlarning murakkab harakatlari paytida barqaror chiqarish

Hayvonlarni tutishda neokortikal piramidal neyronlar faol neyronlar tarmog'iga joylashtirilgan bo'lib, ular o'z-o'zidan va qo'zg'atuvchi harakat potentsialini keltirib chiqaradi (Xubel, 1959 Porter) va boshqalar. 1971 yil Krupa va boshqalar. 2004 yil Luna va boshqalar. 2005). Biz doimiy foydalanish sharoitida intrakortikal eksitatorli sinapslar transmitterlar chiqarilishini qanday saqlab turishini o'rganishga harakat qildik. Yetuk hayvonlarning oldingi kuzatuvlari shuni ko'rsatdiki, qo'zg'atuvchi qatlam 2/3 dan 5 gacha va qatlam 5 dan 5 gacha bo'lgan qo'zg'aluvchan sinapslar 10 Gts dan yuqori chastotalarda qayta-qayta faollashtirilganda doimiy ravishda ajralib chiqishga qodir emas (Galarreta & Hestrin, 1998). Shuning uchun biz sensorli kirish bo'lmaganda sensorli kortekslarda ko'rinadigan past chastotali ta'sir potentsialidan o'tishga o'xshash protokolni ishlab chiqdik (Hubel, 1959 Luna). va boshqalar. 2005 yil Crochet va#x00026 Petersen, 2006 yil de Kock va boshqalar. 2007) uyg'otilgan sezgir javobni ifodalovchi harakat potentsialining yuqori chastotali poezdiga. Biz interkortikal sinapslar uzoq vaqt davomida bo'shashib tura oladimi yoki yo'qligini sinab ko'rish uchun uyqusiz maymunning vizual kortikal sohasidagi neyrondan olingan sezgir javobni ishlatdik. biz presinaptik harakat potentsialini o'qqa tutishning murakkab namunasi –, biz bu faoliyat turini murakkab boshoqli poezd (o'rtacha chastota, 47,6 Gts o'zgaruvchanlik koeffitsienti (CV), 0,75 diapazonli chastotalar diapazoni, 11 � Hz 92) bir lahzali harakat potentsiali deb ataymiz. chastota taqsimoti Qo'shimcha 2 -rasmga va 4 -usulga qarangA va C yuqori iz).Ushbu ogohlantirish protokoli 33 dan 86 minutgacha bo'lgan doimiy foydalanish sharoitida qo'zg'atuvchi uzatilish dinamikasini o'rganish uchun doimiy ravishda takrorlandi (har bir sinov davomiyligi, 126 soniya o'rtacha 28 marta takrorlanadi, 16 va#x0201341 n = 46 birlik birliklari 4 -rasm).

Biz intrakortikal sinapslarning murakkab boshoqli poezd davomida bo'shatishni davom ettirish qobiliyati yo'lga xos ekanligini kuzatdik (4-rasm). UEPSPlar 2/3 qatlamdan 5-darajali piramidal neyronlar o'rtasida chaqirilganda, past chastotali ta'sir potentsial otish natijasida uEPSPlar harakat potentsialidan harakat potentsialigacha ishonchli bo'lib, faqat vaqti-vaqti bilan uzilishlar sodir bo'ladi (1 Gts, 5,8 foizlik uzilish tezligi). #x000b1 1,8% n = 28). Bundan farqli o'laroq, murakkab boshoqli poezdning boshlanishida, uEPSPlarning amplitudasi dastlabki bir necha harakat potentsiallari bo'yicha keskin tushkunlikka tushib, 4,4 va#x000b1 1,0% barqaror holatiga yetdi (kompleks boshoqli poezdning oxirgi 40 ta harakat potentsiali 1 ga nisbatan) Hz n = 28 -rasm 4A va C ). Vaqtning davomiyligi ham, ishlatishga bog'liq bo'lgan depressiya shakli ham har bir aloqada sinovdan tortib to sudgacha mos edi (4-rasm).C ) va unitar ulanishlar orasidagi (1 Gts, 377.3 va#x000b1 40.3 va#x003bcV) 40 ta murakkab pog'onali poezdning oxirgi 40 ta harakat potentsiali, 11.7 va#x000b1 2.4 va#x003bcV P. < 0.0001 diapazoni: 79.29 �.95% kamaytirish n = 28 -rasm 4D , qizil belgilar). Bu bizga sinaptik depressiya evolyutsiyasini atigi 3,4 ta harakat potentsialidan iborat bo'lgan cho'qqilar soni bilan o'lchanadigan tushkunlikning vaqt doimiysi bilan bitta eksponensial funktsiyaga moslashtirishga imkon berdi (4-rasm).D , qora chiziq). Murakkab boshoqli poezd tugagandan so'ng, past chastotali stimulyatsiya qayta tiklandi, bu depressiyadan qutulish vaqtini kuzatishga imkon berdi (4-rasm).A va D ). UEPSP ning amplitudasi 0,75 s vaqt konstantasi bilan tiklanib, murakkab boshoqli poezddan oldingi darajadan sezilarli darajada kattaroq darajaga yetdi (20 ta harakat potentsiali oldin, 377,3 ± 40,3 μV 20 ta harakat potentsiali, ,5b). 57.0 va#x003bcV 128.7 va#x000b1 4.5% ga oshirish P. < 0,0001 n = 28). Sinaptik kengayishning bu shakli eksponensial vaqt kursi bilan asta -sekin parchalanadi (τ = 40,4 s). 2/3 qatlamdan 5 qatlamgacha bo'lgan sinaptik ulanishlar doimiy foydalanish sharoitida hosil bo'ladigan murakkab boshoqli poezd davomida ishlashini ta'minlamaydi. Ushbu xatti-harakatlarning aspektlari murakkab boshoqli poezd davomida juda tartibsiz interspike intervallari natijasida kelib chiqqanligini o'rganish uchun, buning o'rniga biz bir xil o'rtacha otish tezligida muntazam ravishda chaqiriladigan harakat potentsiallari poezdini yaratdik (5-rasm). Murakkab pog'onali poezdda bo'lgani kabi, 2/3 - 5 -chi qavatdagi UEPSPlar 47,6 Gts chastotali, 5 va 000 x 1 0,05% (oxirgi 40 ta harakat salohiyati 1 Hz ga nisbatan boshoqli poezd n = 5 5-rasmA ), undan keyin 1 Gts chastotada kengaytirilgan uzatish davri (162,1 ± 2,6% ga oshirish) kuzatildi. n = 5). Shunisi qiziqki, depressiya o'rtacha boshoqli poezdda 9,9 ta harakat potentsialiga ega bo'lgan, bu murakkab boshoqli poezdga qaraganda sekinroq bo'lgan. Bu shuni ko'rsatadiki, murakkab boshoqli poezdning boshlanishi paytida yuqori lahzali chastotada harakatlanish potentsiali 2/3 qatlamdan 5 qatlamgacha bo'lgan sinapslarning chastotaga bog'liq depressiyasini tez o'z ichiga oladi, bu poezd davomida saqlanib qolgan. Biz sinaptik tushkunlikning bu xossalari murakkab pog'onali poezdlar paytida potentsial o'q otish harakatlari bilan bog'liq bo'lishi mumkinligini istisno qildik. Qisqa oqim impulsi bilan har bir pog'onani uyg'otish o'rniga, biz 2/3 qatlam yoki 5 piramidal qatlam somasiga ideal oqim manbai sifatida etkazilgan simulyatsiya qilingan EPSC to'plamidan tashkil topgan qo'zg'atuvchi sinaptik kirishga javoban ta'sir potentsialini ishga tushirish poezdlarini yaratdik. Sinovdan sudgacha takroriy o'q otishga olib kelgan neyronlar (Mainen va Sejnowski, 1995 Harsch & Robinson, 2000 Williams, 2005) (EPSC chastotasi, 500 Gts birlikli EPSC amplitudasi, 200 yoki 300 pA τko'tarilish= 0,2 ms τparchalanish= 2 ms 31 ± 5 ta takroriylik, bir zumda chastota taqsimoti uchun Qo'shimcha 2 -rasmga qarang. n = 5 -rasm 6B , pastki izlar). Harakat potentsialining bu shakliga e'tiroz bildirganda, qatlam 2/3 dan 5 gacha bo'lgan uEPSPs tez va kuchli sinaptik depressiyani ko'rsatdi (o'rtacha otishni o'rganish chastotasi, depressiyaning ta'sir potentsiali 57 ± 5 Gts doimiysi, 3,4 dan barqaror holatgacha bosilgan). 5,0 ± 1,3% boshlang'ich amplituda n = 5 -rasm 6C ). Bundan farqli o'laroq, 5-qatlamdan 5-darajagacha bo'lgan sinaptik ulanishlar yuqori chastotali sintetik poezdli poezdlarni ishonchli uzatadi (o'rtacha o'q otish chastotasi, 49 ± 2 Gts) n = 5 6-rasmC ).

A, 2/3-5-qatlamli sinapslar past chastotada (1 Gts ^) optimal ishlaydi, lekin yuqori chastotali oddiy pog'onali poezd (47,6 Hz 92 ta harakat potentsialining qizil belgisi) yetib borishi bilan unitar EPSPlarning amplitudasi sezilarli darajada kamayadi. barqaror holat qiymati 5 ± 0,05% (poezdning oxirgi 40 ta javobi n = 5). Yagona EPSP amplitudasi har bir ulanishda 1 Gts chastotada paydo bo'lgan birinchi 10 ta javobgacha normallashtirilgan. B, nazorat ostida hujayradan tashqari ionli sharoitda (2 mm Ca 2+ /1 mm Mg 2+) qatlam 5 dan 5 qatlamga uEPSPs amplitudasi bir xil yuqori chastotali pog'onali poezd (qizil belgilar) boshlanishida osonlashadi va osonlashtirilgan rejimda saqlanadi. poezd bo'ylab daraja (171.4 ± 2.1%, poezdning oxirgi 40 ta javobi) n = 7). Hujayradan tashqari kaltsiy darajasining oshishi (yuqori Ca 2+ 4 m m Ca 2+ /1 m m Mg 2+ n = 3) yuqori chastotali pog'onali poezdda sinaptik depressiya paydo bo'lishiga olib keldi (uzluksiz qora chiziq, manfiy xato chiziqlari). Insets A va B nazorat ionli sharoitda ushbu yo'llarda yuqori chastotali poezd tomonidan chaqirilgan uEPSPlarning vakillik namunalarini ko'rsating.

A, 2/3 qatlamdan 2/3 qatlamgacha sinaptik uzatish xususiyatlari. Past chastotali (1 Gts, ochiq belgilar) ta'sir potentsialining murakkab naqshiga (qizil belgilar) o'tishdan keyin aniq sinaptik tushkunlikka e'tibor bering, chiziq τ= 3,3 ta'sir potentsialiga ega bo'lgan mono-eksponensial funktsiyadir (n = 7 ta ulanish). Qo'shimchada murakkab poezdda qo'zg'atilgan birlashtirilgan unitar EPSP ko'rsatilgan. Btasodifiy harakatlar potentsial o'qlari (Voldindan, beshta ustma -ust yozilgan yozuvlar) 2/3 qatlamining 5 -darajali sinaptik uzatilishiga tez va kuchli tushkunlikni keltirib chiqaradi (Vpost qora izlar, ketma-ket sinovlar qizil iz, o'rtacha 40 ta takrorlash). C, 2/3-qatlamdan 5-qatlamga harakat potentsialini yoqishning tasodifiy naqshlarini hosil qilish natijasida paydo bo'lgan uzatish yo'liga xos dinamikasi (^, n = 5) va qatlam 5 dan 5 gacha (•, n = 5) ulanishlar (poezdning birinchi unitar EPSP ga har bir ulanishda ma'lumotlar normallashtirilgan). E'tibor bering, 2/3-5-darajali sinaptik depressiya, uning evolyutsiyasi mono-eksponensial funktsiya bilan yaxshi taxmin qilingan (qizil chiziq va#x003c4 = 3.4 harakat potentsiali).

5 -sathdan 5 -darajagacha bo'lgan sinaptik ulanishlar murakkab boshoqli poezd davomida kuchli uzatgichni chiqarishga qodir edi (4 -rasm).A va C ). 2/3-qatlamdan 5-qavatdagi ulanishlardan farqli o'laroq, 5-qavat piramidal neyronlari o'rtasida 1 Gts chastotada chaqirilgan uEPSPlar yuqori ishlamay qolish darajasini ko'rsatdi (33,5 ± 4,2%) n = 18), 5-qatlam yo'li past chastotali tezliklarni ishonchsiz ravishda uzatadi. Biroq, murakkab pog'onali poezdga o'tishda, uEPSPlarning amplitudasi poezdning dastlabki harakat potentsiali bo'yicha 215,7 va 1 xzda 19,0% ga oshdi (diapazon, 109,0 va#x02013402,9% amplitudasi 1 da). Hz, 258,0 ± 37,7 μV osonlashtirish, 496,7 ± 60,9 μV n = 18 -rasm.4C va E qizil belgilar). Shunisi e'tiborga loyiqki, murakkab boshoqli poezd rivojlanib borgan sari uEPSPlarning amplitudasi tushkunlikka tushmadi (murakkab poezdda o'rtacha 261.8 va#x000b1 43.5 va#x003bcV birinchi 20 ta harakat potentsiali, 302.5 va 44000 x 443 va oxirgi xatti -harakatlari: oxirgi 20 ta harakat potentsiali. , 244,5 va#x000b1 41,8 va#x003bcV n = 18 -rasm.4E ). Yagona ulanishlarda, 5 -qatlamdan 5 -chi qatlamgacha uEPSP -ni soddalashtirish sxemasi sinovdan tortib to sinovgacha barqaror edi va o'lchovli uEPSP -lar murakkab boshoqli poezdda yaratildi (4 -rasm bilan solishtiring).C chap va o'ng panellar). Xuddi shunday, murakkab boshoqli poezdning (47,6 gigagertsli poezd) o'rtacha chastotasida muntazam ravishda ishlab chiqariladigan uzun pog'onali poezdlar davomida, poezdning 5 -qavatidan 5 -qavatigacha bo'lgan EPSP -larning qulayligi saqlanib qoldi (92 ta harakat potentsiali birinchi 20 ta harakat potentsiali). 1 Hz bilan solishtirganda, 187,5 ± 5,5% oxirgi 20 ta harakat potentsiali, 167,2 ± 2,8% amplitudasi 1 Gts, 214,2 ± 5,1 μV & birinchi 20 ta harakat potentsiali0. #x003bcV n = 7 5-rasmB ). Bundan tashqari, murakkab poezd ketma-ket ikki marta (20 ms kechikish) takrorlanganda, murakkab poezdning birinchi va ikkinchi takrorlanishi paytida paydo bo'lgan 5-qatlamdan 5-qavatga uEPSPs amplitudasi uEPSP-larga nisbatan pasaymasligini aniqladik. 1 Gts chastotada hosil qilingan (1 Gts: diapazon, 32 � μV o'rtacha, 90,8 μV birinchi murakkab boshoqli poezd (92 ta harakat potentsiali): diapazon, 66 � μV median, 19V sekundlik kompleks μv. (92 ta harakat potentsiali): diapazon, 49.3 va#x02013404 va#x003bcV mediani, 167.4 va#x003bcV Kruskal va#x02013 Vallis testi, P. > 0.71 n = 7 Mann –Witney U birinchi va ikkinchi poezd o'rtasida sinov, P. > 0.38). Garchi bu ma'lumotlar 5 -qatlamdan 5 -qavatgacha bo'lgan uzluksiz uzatish chegaralariga taalluqli bo'lmasa -da, ular shuni ko'rsatadiki, bu sinapsesa yuqori harakat potentsialli otish chastotalarida (o'rtacha 47,6 Hz) neyrotransmitterning chiqishini kamida 184 ta harakat potentsiali uchun saqlab turishi mumkin.

2/3 qatlamli piramidal neyronlarning boshqa sinaptik maqsadlari chastotaga bog'liq bo'lgan sinaptik depressiyani ko'rsatadimi yoki yo'qligini o'rganish uchun biz 2/3 qatlamli piramidal neyronlar juftlari o'rtasida uEPSPsni qayd etdik. 2/3 qatlamdan 5 -qavatgacha bo'lgan ulanishlarda, 2/3 qatlamdan 2/3 gacha bo'lgan EPSP -larda past chastotadan murakkab harakat potentsialiga o'tishda tez va kuchli tushkunlik kuzatildi (harakat potentsiali doimiy, 3.3 1 Gts, 387.5 va boshqalar). #x000b1 3.6 va#x003bcV murakkab poezdning oxirgi 40 ta harakat potentsiali, 13.1 va#x000b1 2.0 va#x003bcV n = 7), lekin past chastotali faollik (tiklanish, τ = 1.29 s 1 Hz oldin, 387.5 ± 3.6 μV 1 Gts 20 ta harakat potentsiali, 524.9 va undan keyin) paydo bo'lganidan keyin tezlik bilan tiklandi. x000b1 11.2 va#x003bcV P. < 0,0001 n = 7 -rasm 6A ). Bu ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, sinaptik uzatish 2/3 qatlamli piramidal neyronlarning yuqori va infra-granulyar sinaptik nishonlarida uzoq cho'zilgan poezdlar bilan qiyinlashganda kuchli tushkunlikka tushadi.

Depressiyaning ushbu shakliga asoslangan mexanizmlarni o'rganish uchun biz birinchi navbatda depressiya transmitterning chiqarilishining buzilishi yoki postsinaptik AMPA retseptorlarining desensibilizatsiyasi va / yoki to'yinganligi tufayli kelib chiqqanmi yoki yo'qligini tekshirdik (Trussell). va boshqalar. 1993 yil kumush va boshqalar. 2003). Sinaptik depressiya 2/3 qatlamdan 5 -darajagacha sinaptik ulanishlar AMPA retseptorlarining siklotiyazid bilan desensitizatsiyasini blokirovkalashga sezgir emas edi (CTZ 100 va x003bc m) yoki kinurenik kislotali (1 mm) AMPA retseptorlarining qisman antagonizmiga (CTZ bilan depressiya: Harakat potentsiali doimiy, 1 Gtsda 2,8 amplitudali, 643,2 va#x000b1 3,6 va#x003bcV murakkab poezdning oxirgi 40 ta harakat potentsiali, 36,6 va x000b1 6,9 va xin3 kislotali depressiya: kinurenik kislota bilan: harakat potentsiali doimiy, 2,3 amplitudasi 1 Gts, 187,1 ± 4,7 μV murakkab poezdning so'nggi 40 ta harakat potentsiali, d -2-(–)-amino-5-fosfonopentanoik kislota (103b) doimiy ishtirokida 14,3 ± 2,7 μV ) Qo'shimcha 3-rasm. Birgalikda olingan bu ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, intrakortikal eksitatorli uzatilishning yo'lga xos, foydalanishga bog'liq xususiyatlari presinaptik lokusga ega.

Modulyatsiya qo'zg'atuvchi intrakortikal sinapslar orasidagi mexanik farqlarni ochib beradi

Intrakortikal qo'zg'atuvchi sinapslar o'rtasidagi muhim farq ularning past chastotali faollikni uzatish qobiliyatidir (1-rasm – 6). Biz taxmin qildikki, 2/3 qatlamdan 2/3 qavatgacha 5-qavatdagi past chastotali ishonchli uzatish bu taqsimlangan sinapsda (Pr) nisbatan yuqori chiqish ehtimoli (Ebbott) bilan bog'liq edi. va boshqalar. 1997 yil Tsodyks & Markram, 1997 yil kumush va boshqalar. 2003 yil Abbott & Regehr, 2004 yil). Pr modulyatsiyasi 2/3 qatlamning 5-sinapsgacha bo'lgan foydalanishga bog'liq xususiyatlariga ta'sir qilgan-qilmaganligini tekshirish uchun uEPSPlarni standart ion sharoitida (2 mm Ca 2+ /1 mm Mg 2+) va past [ Ca 2+]o (1 m m Ca 2+ /2 m m Mg 2+). Ionik almashtirish doimiy foydalanish paytida paydo bo'lgan sinaptik faollik dinamikasini o'zgartirib, 2/3 qatlamining amplitudasini 5 darajagacha pasaytirdi.n = 6 7-rasmA ) va murakkab boshoqli poezdda sinaptik tushkunlik modelini vaqt yo'nalishini sekinlashtirish va tushkunlik kattaligini kamaytirish orqali o'zgartirish (nazorat qilish: harakat potentsiali doimiy, 1 Gtsda 2,7 amplituda, 847,3 va#x000b1 4.1 va#x003bcV oxirgi 40 ta harakat potentsiali murakkab poyezd, 57,0 ± 6,7 μV 1 mm Ca 2+ /2 mm Mg 2+: harakat potentsialining doimiyligi, 1 Gts chastotada 142,7 amplituda, 313,4 ± 3,3 μV kompleksning oxirgi 40 ta harakat potentsiali. , 153.5 va#x000b1 11.2 va#x003bcV n = 6 -rasm.7A va B ). Bu ma'lumotlar 2/3 qatlamli piramidal neyronlarning aksonlari yuqori chastotalarda harakat potentsialini uzatishga qodirligini ko'rsatadi (4 -rasm) va transmitterning ajralib chiqish ehtimoli modulyatsiyasi qatlamning 2/3 qobiliyatini o'zgartirishi mumkinligini ko'rsatadi. Uzoq pog'onali poezdlar orqali transmitterning chiqishini ta'minlash uchun 5 sinaps. Ajablanarlisi shundaki, sinaptik tushkunlikning pasayishi murakkab boshoqli poezdlarning to'xtashi bilan sinaptik kuchayishining keskin oshishi bilan kechdi (nazorat, 1.54 ± 0.11 1 m m Ca 2+ /2 m m Mg 2+, 2.34 va#x000b1 0.37 P. < 0.02 nazorat: parchalanish, τ = 33.0 s 1 m m Ca 2+ /2 m m Mg 2: parchalanish, τ = 20.0 s n = 6 -rasm.7B ). [Ca 2+ /Mg 2+] ning konservativ o'zgarishio 1,5/1,5 m m gacha, statistik jihatdan ahamiyatli bo'lsa -da, 2/3 - 5 -qavatning 5 -darajali UEPSP dinamikasiga ta'sirini kamroq aniqladi.n = 5 7-rasmD va E ). Bundan farqli o'laroq, biz [Ca 2+ /Mg 2+] ning o'zgarishi natijasida hosil bo'lgan 5-qatlamdan 5-sinapsgacha bo'shatish ehtimoli oshishini aniqladik.o 4 mm Ca 2+ /1 mm Mg 2+ ga, bu sinapslarning uzoq poezdlar orqali ajralib chiqish qobiliyatini o'zgartirdi, bu sinaptik depressiya mavjudligini aniqladi (1 Gts ga nisbatan oxirgi 40 ta harakat potentsiali: nazorat, 171,4 & #x000b1 2.1% n = 7 4 m m Ca 2+ /1 m m Mg 2+, 49,3 ± 0,1% n = 3 P. < 0,001 5-rasmB ). Ammo shuni ta'kidlash kerakki, Pr ning ortishi sharoitida aniqlangan 5-qatlam sinapslarida ko'rinadigan sinaptik tushkunlik darajasi nazorat ion sharoitida sinapslarning 2/3 qatlamidan 5-sinapsgacha bo'lgan tushkunlik kattaligiga nisbatan oddiy edi ( 5-rasmni solishtiringA va B ).

A, unitar EPSPlarning uzluksiz kuchlanish yozuvlari (Vpost) nazoratda (2 m m Ca 2+ /1 m m Mg 2+) va hujayra tashqarisida 1 m m Ca 2+ /2 m m Mg 2+ da chaqiriladi. Pastki izlar ko'rsatilgan sharoitlarda murakkab boshoqli poezd tomonidan chaqirilgan ketma-ket yagona va o'rtacha javoblarni ko'rsatadi. B, sinaptik tushkunlikning kattaligi va vaqt yo'nalishi nazoratdagi murakkab boshoqli poezdda (ko'k chiziq) va 1 m m Ca 2+ /2 m m Mg 2+ (1 Gts, ochiq belgilar majmuasi, qizil belgilar). Har bir ulanish ma'lumotlari ko'rsatilgan sharoitda 1 Gts chastotada ishlab chiqarilgan birinchi 10 ta UEPSP ga normallashtirilgan. Qora chiziqlar depressiya evolyutsiyasiga mono-eksponensial mos keladi. C, baklofen nazoratga (ko'k chiziq) nisbatan sinaptik tushkunlikni (ochiq va qizil belgilar) zaif darajada kamaytiradi. Qora chiziqlar murakkab boshoqli poezd orqali depressiya evolyutsiyasiga mono-eksponensial mos keladi. D, sinaptik depressiya modulyatsiyasini tavsiflovchi umumiy ma'lumotlar. Qiymatlar nazoratdagi sinaptik tushkunlik darajasining nisbatini ko'rsatadi va test holatining ko'rsatilgan qiymatlari > 1 depressiyaning pasayishini ifodalaydi. Ulanishlar soni va statistik ahamiyati (*, P. < 0.05 juftlik talabalar uchun t sinov). E, Yagona EPSP amplitudasining past chastotada pasayishi (nazorat/holatning 1 Gts nisbati, qiymatlar > 1 kamayishni bildiradi) sinaptik kattalashish kattaligi bilan bog'liq (holat/nazorat nisbati, qiymatlar > 1 o'sishni ko'rsatadi) . Kulrang soyali maydon har ikkala parametr uchun statik ahamiyatga ega bo'lgan shartlarni belgilaydi kinurenik kislota (1 m, qizil), EPSP unitar amplitudasini sezilarli darajada kamaytirdi, lekin sinaptik kuchayishni o'zgartirmadi.

Keyingi qadamda biz neyrotransmitter tizimlarini faollashtirish orqali Pr modulyatsiyasi 2/3 qatlamdan 5 -sinapsgacha bo'lgan dinamik xatti -harakatni boshqaradimi -yo'qligini tekshirdik. GABA ning hammom ilovasiB Baklofen retseptorlari agonisti (1 μ m) (Vigot va boshqalar. 2006) 2/3 qatlamining amplitudasini past chastotada chaqirilgan 5 -qavatgacha pasaytirdi [Ca 2+]o (nazorat %, 39,1 ± 6,9 P. < 0,03 n = 9). Bundan farqli o'laroq, baklofen murakkab poezdlarning uzatilishini zaif modulyatsiya qildi, vaqtni biroz sekinlashtirdi va sinaptik tushkunlik hajmini pasaytirdi (nazorat: harakat potentsiali doimiy, 3,1 depressiya, 11,2 ± 1 Gts ga nisbatan 2,6% baklofen: harakat potentsiali doimiy, 11,4 depressiya, 23,1 va#x000b1 5,8% P. < 0,01 n = 9 7 -rasmC ). Murakkab boshoqli poezddan keyingi ko'payish kuchli tarzda osonlashtirildi (nazorat qilish, 1,41 ± 0,08 baklofen, 2,17 ± 0,31 P. < 0.02 nazorat: parchalanish, τ = 74.0 s baclofen: parchalanish, τ = 26.0 s n = 9 7-rasmC ). Xulosa qilib aytganda, biz 2/3 qatlamdan 5 qatlamgacha bo'lgan sinapslarning past chastotali faollikni ishonchli o'tkazish qobiliyati va sinaptik kuchayish darajasi o'rtasida qattiq bog'liqlikni topdik (r 2 = 0,98 bog'liq bo'lmagan ehtimollik, P. < 0.0002 6 -rasmE ).Past chastotali uzatishni modulyatsiyasi yuqori faollik chastotalarida sinaptik tushkunlik darajasini bashorat qilmadi.

Presinaptik neyrotransmitter tizimlarining faollashuvidan farqli o'laroq, biz metabotropik glutamatning keng spektrli antagonisti ekanligini aniqladik (1 yoki 10 m (2)S)-2-amino-2-[(1S,2S)-2-karboksisikloprop-1-il](ksant-9-il) propanoik kislota (<"turi":"entrez-nukleotid","attrs":<"matn":"LY341495","term_id":"1257705759 ","term_text":"LY341495">> LY341495) (n = 7) yoki 1 -turdagi kannabinoid retseptorlari (10 μ m N-(piperidin-1-il)-5-(4-iyodofenil)-1-(2,4,diklorofenil)-4-metil-1H-pirazol-3-karboksamid (AM 251) (n = 3) sinaptik uzatish dinamikasiga hech qanday ta'sir ko'rsatmadi, bu bizning eksperimental sharoitimizda glutamatning tarqalishi ham, endokannabinoidga bog'liq bo'lgan retrograd signalning shakllanishi ham presinaptik joylarga ta'sir qilmaydi (7-rasm).D va E ). Bundan tashqari, somatik membrana potentsialining manipulyatsiyasi 2/3 qatlamda sinaptik uzatishni 5 qatlamga o'tkazmadi (dam olish, 79,9 ½ 2,2 mV depolarizatsiya, 53,3 ½ 2,5 mV) n = 5 7-rasmD va E ) (Alle & Geiger, 2006 Shu va boshqalar. 2006). Xuddi shunday, presinaptik ta'sir potentsiallarining amplitudasi va shaklining o'zgarishi, kaliy kanallarining blokatori 4-aminopiridinni (4-AP 2 m ) intrapipet eritmasiga (Debanne) kiritish orqali. va boshqalar. 1997), sinaptik uzatish dinamikasini o'zgartira olmadi (n = 7 Qo'shimcha 5-rasm).

Keyinchalik, 2/3 qatlamdan 5-sinapsgacha bo'lgan qo'zg'aluvchan uzatish dinamikasiga sinaptik samaradorlikning uzoq muddatli o'zgarishlari induksiyasi ta'sir qilishi mumkinligini tekshirdik. Sinaptik samaradorlikning uzoq muddatli o'zgarishlari intrakortikal qo'zg'atuvchi sinapslarda spike vaqtga bog'liq protokollar yordamida paydo bo'lishi mumkin, bu belgi (potentsiya yoki tushkunlik) sinapsdan oldingi va postsinaptik otishning vaqtinchalik tartibiga bog'liq (Markram & Tsodyks, 19m) va boshqalar. 2001, 2003). Uzoq muddatli depressiya (LTD) asosan neokorteksdagi (Sjostrom) presinaptik mexanizmlar vositasida ekanligi aniqlangan. va boshqalar. 2003), biz LTD ning induksiyasi 2/3 qatlamdan 5-sinaptik uzatishning dinamik xususiyatlarini modulyatsiya qila oladimi yoki yo'qligini tekshirdik (8-rasm). Oldingi kuzatuvlarni qo'llab-quvvatlash uchun biz past chastotada (0,2 Gts) qo'zg'atilganda uEPSP amplitudasining 2/3 qatlamining 5 qatlamiga uzoq muddatli o'zgarishi belgisi sinapsdan oldingi va postsinaptik ta'sir potentsialining yonish vaqtiga sezgir ekanligini kuzatdik. induksiya davri (1 Gts chastotada 260 ta harakat potentsiali, postsinaptik ta'sir potentsialini yoqish bilan bog'lanmagan presinaptik: induksiya protokolidan keyin 0,94 ½ 0,06 asosiy uEPSP amplitudasi 34 ½01338 minut. n = 5 ta uzoq muddatli potentsial, presinaptik postinaptikdan oldingi 10 ms: 1.53 va#x000b1 0.22 28 � indüksiyadan keyin P < 0,05 n = 5 LTD, postsinaptik 10 ms dan oldin presinaptik: 0,78 ± 0,07, induksiyadan keyin 34� minut. P < 0.05 n = 9 8-rasmA ). 2/3 va 5 -chi qatlamlarda barqaror LTD ko'rsatiladigan ulanishlarda biz sinaptik depressiya uzoq davom etadigan murakkab pog'onali poezdlar o'zgarganligini tekshirdik. Biz LTD tashkil etilgan neyronlarda shunga o'xshash vaqt davomida qayd etilgan va bir-biriga bog'liq bo'lgan ulanishlarga nisbatan, sinaptik depressiyaning kattaligi sezilarli darajada kamayganini va murakkab boshoqli poezddan keyin sinaptik kuchayishning ko'payishini aniqladik. postsinaptik otish bilan bog'lanmagan bir xil presinaptik induksiya protokoli (poezd paytida tushkunlik, 1 Gts faollik ulushi: nazorat qilish, 4,4 ± 0,4% LTD, 24,5 ± 13,2% P < 0.005, Mann –Witney U testni kuchaytirish: nazorat: 1,18 ± 0,11 LTD: 1,62 ± 0,10 P & # x0003c 0,03, Mann & # x02013Whitney U sinov nazorati: n = 5 LTD: n = 6 8-rasmB va C ). Shuning uchun LTD 2/3-qatlamning 5-sinaptik uzatish dinamikasini o'zgartirib, past chastotada uzatishni susaytirishi mumkin (8-rasm).A ), lekin yuqori chastotali faollashuv davrida sinaptik tushkunlik darajasining pasayishi (8-rasm).B va C ).

A, qatlamning 2/3 qatlamining 5 unitar EPSP amplitudasining uzoq muddatli potentsiallashuvi va depressiyasi (LTD). Nolga teng bo'lgan vaqtda, post-va postsinaptik harakatlar potentsialini birlashtirish protokoli qo'llanildi (vaqt farqi 10 ms 260 ta harakat potentsialini boshqaradi, faqat presinaptik otishni qabul qiladi). EPSP ning amplitudasi har bir ulanishda induksiyadan oldingi qiymatlarga normallashtirildi. B, LTD (qizil) induktsiyasi davomida sinaptik tushkunlik darajasini pasaytirdi va nazorat ulanishlar nisbatan (qora) murakkab boshoq poezd (92 harakat potentsial chastota, 47,6 Hz anglatadi) taqdimoti quyidagi oshirish kattaligi oshdi. Moviy chiziqlar depressiya davriga eksponensial mos keladi. C, da ko'rsatilgan birlashtirilgan ma'lumotlarning jamlangan taqsimotlari B LTD ning sinaptik depressiyaga ta'sirini va murakkab boshoqli poezddan keyin kuchayishini ko'rsating.

2/3 qatlamdan 5 qatlamgacha sinaptik kuchayishning xususiyatlari

Qatlamning 2/3 dan 5 gacha bo'lgan sinaptik uzatish dinamikasining o'ziga xos xususiyati murakkab yuqori chastotali otishma naqshlarini tugatishdan so'ng uEPSP ni ko'paytirishning uzoq davom etgan davri edi (4-rasm – 7). Sinaptik kuchayishning xususiyatlari oldingi boshoqli poezdning (9-rasm) sabablari bilan bog'liq edi. Agar murakkab boshoqli poezd tinchlanish davriga almashtirilsa, ko'payish yo'q edi (n = 6 -rasm 9A va B yashil) va vaqt kursi, lekin sinaptik kuchayishning kattaligi emas, boshoq poezdidagi harakat potentsiallari soniga bog'liq edi (n = 9 9-rasmA va B ). Kengaytirishga oldingi yoki postsinaptik mexanizm vositachilik qilganligini tekshirish uchun biz har bir ulanishda ko'plab sinovlar bo'yicha murakkab pog'onali poezddan oldin va keyin 1 Gts chastotada chaqirilgan 20 uEPSP ning amplituda taqsimotini tahlil qildik (tarqatishdagi uEPSPlarning o'rtacha soni, 443 ’). x000b1 38 n = 28 birlik birliklari). Kengaytirish amplituda taqsimotlarining standart og'ishining ortishi bilan birga bo'lmagan uEPSP o'rtacha amplitudasining sezilarli o'sishi bilan bog'liq edi (dan oldingi/keyin nisbat amplitudasi, 1,35 ± 0,04). P < 0,0001 nisbati standart og'ish oldin/keyin, 1,08 ± 0,03 P > 0,05). Shunday qilib, biz murakkab boshoqli poezddan oldin va keyin yozilgan o'rtacha UEPSP amplitudasining o'zgaruvchanlik koeffitsientining kvadratiga (CV 2) nisbati bo'yicha reja tuzganimizda, biz sinaptik kengayishning presinaptik lokusiga mos keladigan natijalarga erishdik (Faber & Korn , 1991) (r 2 = 0,45 bog'liq bo'lmagan ehtimollik, P < 0,0001 9-rasmC ).

A, Harakat potentsialini otishning murakkab poezdlari past chastotali qatlamning 2/3 qatlamining 5-sinaptik faolligini uzoq davom etadigan kuchayishini hosil qiladi. Murakkab pog'onali poezdlarda ko'payish vaqti va harakat potentsiallari soni o'rtasida to'yingan bog'liqlik mavjud (har bir ulanish uchun 1 Gts chastotada chaqirilgan dastlabki 10 unitar EPSP uchun normallashtirilgan amplituda uzluksiz chiziqlar o'rtacha qiymatlarni ko'rsatadi va vertikal chiziqlar s.e.m.ni ko'rsatadi. n = 9 ta ulanishda ko'rsatilgan harakat potentsiallari soni B murakkab boshoqli poezdning harakat potentsiallari soniga ishora qiladi). Murakkab boshoqli poezd tinchlanish davriga almashtirilsa (yashil) kuchayish kuzatilmaydi. n = 6 ulanish). B, ko'paytirishning parchalanish kinetikasi harakat potentsiali soni bilan belgilanadi. 25 ta harakat potentsialiga (qora) javob sifatida ko'payishning tez, bi-eksponensial parchalanishiga e'tibor bering. C, kattalashtirish presinaptik (Pre) mexanizm yordamida amalga oshiriladi. Murakkab boshoqli poezddan oldin va keyin qayd etilgan uEPSPlarning o'rtacha amplitudasi va o'zgarish koeffitsienti (CV 2) nisbatlarining grafigi (n = 28 ulanish). Chiziq chiziqli regressiyani ifodalaydi (r 2 = 0,45 bog'liq bo'lmagan ehtimollik, P < 0,0001).

Oldingi kuzatuvlar shuni ko'rsatdiki, presinaptik harakatlar davomiyligi sinaptik uzatishni kuchayishiga olib kelishi mumkin (Swandulla). va boshqalar. 1991 Delaney & Tank, 1994 Kamiya & Zucker, 1994 Atluri & Regehr, 1996 Habets & Borst, 2005). Ushbu markaziy va periferik sinapslarda augmentatsiya yuqori terminal [Ca 2+] bilan birga bo'lishi aniqlangan.i va kaltsiy xelatorlariga sezgir bo'lishi mumkin (Swandulla va boshqalar. 1991 Kamiya & Zuker, 1994 Atluri & Regehr, 1996, lekin qarang Wojtowicz & Atwood, 1988 Tanabe & Kijima, 1989, 1992). Shuning uchun biz [Ca 2+] terminalining xelatlanishini o'rganib chiqdik.i presinaptik yozish pipetidan kaltsiy xelatatorlarining erkin tarqalishi 2/3 qatlamning 5 -darajali sinaptik uzatilishiga ta'sir qiladi. Ajablanarlisi shundaki, biz kaltsiy xelatatorlari BAPTA (1 m m) ning kiritilishini aniqladik. n = 5) yoki EGTA (1, 5 yoki 10 m m n = 5, 14 va 6 mos ravishda) bloklamadi, lekin boshqaruv ulanishlari (ANOVA) bilan solishtirganda murakkab poezdlardan keyin ko'payish hajmini sezilarli darajada oshirdi. P < 0,01 har bir guruh, Dunnett ning post hoc sinov 10-rasm). Xelatatorlarning kuchayish kattaligi bo'yicha harakatlari murakkab poezdda sinaptik depressiyaning konsentratsiyaga bog'liq pasayishi bilan birga keldi, bu kaltsiy xelatatorlari presinaptik terminallarga etib borishini va transmitterning chiqarilishini nazorat qilishda ta'sir ko'rsatishini ko'rsatdi (Rozov). va boshqalar. 2001), lekin oshirish emas (10-rasmB va C ).

A, uzluksiz kuchlanish yozuvlari 2/3 qatlamning 5 -darajali unitar EPSP -larning ko'payishini ko'rsatadi (Vpost) murakkab boshoqli poezd hosil bo'lgandan keyin 1 Gts da uyg'otdi. Presinaptik qatlam 2/3 piramidal neyron (Voldindan) EGTA (10 m m) bo'lgan pipetka bilan yozilgan. B, to'plangan ma'lumotlar 2/3 qatlamdan 5 -qavatgacha bo'lgan ulanishning kattaligi va vaqtini ko'rsatib turibdi, bu ko'rsatilmagan presinaptik intrapipet tarkibi (nazorat, n = 12 BAPTA 1 m m, n = 5 EGTA 10 m m, n = 6). E'tibor bering, kaltsiy xelatatorlari murakkab boshoqli poezd davomida sinaptik uzatish dinamikasini keskin o'zgartirdi. C, to'plangan ma'lumotlarning umumiy taqsimoti ko'rsatilgan B EGTA va BAPTA kaltsiy xelatatorlarining murakkab boshoqli poezddan keyin depressiya va kuchayishiga ta'sirini ko'rsating.


Yadro tibbiyoti va molekulyar tasvirlash

1.01.12.9.1 Chap qorincha funktsiyasining radionuklid tasviri

Chap qorinchaning qisqarish funktsiyasi odatda mushaklarning qisqarishi natijasida chiqarilgan qon hajmining ulushi bilan o'lchanadi. Yurak ustidan Geiger -Myuller naychali detektorlari yordamida tomir ichiga yuborilganidan keyin kamida bir necha daqiqa davomida qon havzasida qoladigan aylanma radiotraserlar yordamida sistoldan diastolagacha bo'lgan sonlar sonining o'zgarishini qayd etish mumkin edi. Diastolda aniqlangan emissiyalarning sistoladagilarga nisbati yurak funktsiyasining o'lchovi sifatida diagnostik ahamiyatga ega bo'lgan ejeksiyon fraktsiyasini berdi. Shundan so'ng, 1970-yillarning boshlarida Anger kamerasi va qon hovuzida qolgan 99m Tc etiketli inson albumini yordamida klinik ahamiyatga ega bo'lgan chap qorincha funktsiyasini o'rganish usullari ishlab chiqilgan (masalan, Strauss va boshq., 1971). Qizil qon hujayralarini etiketlash (Eckelman va boshq., 1971) ishonchli tijorat to'plamlari orqali mavjud bo'lganda, ejeksiyon fraktsiyasini o'lchash usullari keng tarqaldi va ko'p eshikli sotib olish yurak faoliyatining klinik tadqiqotlaridagi navbatdagi yangilik edi (Alpert va boshq., 1974). G'azab kamerasi tasviri ma'lumotlari bemorning EKGsining R-to'lqini tomonidan qo'zg'atilgan bir nechta intervallarga biriktirilgan. Ushbu strategiya yordamida yurak urishining video displeyi g'ayritabiiy devor harakati tashxisini qo'yish imkonini berdi. Yurak siklini bir ko'rinishda tasvirlashdan bir nechta ko'rinishga, ixtisoslashgan kollimatorlarga va nihoyat SPECT (1.03-bob) va PETga o'tish keyingi bir necha yil ichida hozirgi yadro kardiologiyasi deb nomlanuvchi narsaga o'tdi. Hozirgi vaqtda qorincha qon hovuzini tekshirish miokard mushaklari perfuziyasini o'rganishdan keyin ikkinchi darajali bo'lib, chap qorincha hajmi qorincha ichki devorining konturidan aniqlanadi.


6. Yakunlovchi fikrlar

Vaqt bilan bog'liq parametrlarning tonotopik taqsimlanishi va qo'zg'aluvchanlikning spiral ganglion ichida monotonik bo'lmagan taqsimlanishi periferik eshitish tizimining ma'lum funktsional tashkiloti bilan yaxshi mos keladi. Ushbu parametrlar ko'p turdagi ion kanallari tomonidan nazorat qilinganligi sababli, ularning hujayraga xos ifodasini tartibga solish uchun murakkab tartibga solish mexanizmlari mavjud bo'lishi kerak. BDNF va NT-3 ning bu boradagi qarama-qarshi harakatlari juda ko'p ma'lumot berdi, ammo hali ko'p narsa qilish kerak, xususan, ikkita neyrotrofinning gradientlarini tinch membrana potentsialini aniqlaydigan ion kanallarining taqsimlanishi bilan moslashtirish. va harakat potentsialini yoqish uchun chegara kuchlanishi.

Shu bilan birga, ushbu sharhning boshida berilgan savolga funktsional jihatdan mos javob borligi aniq - spiral ganglionning neyronlari eshitish ma'lumotlarini kodlashga yordam beradigan elektrofiziologik ixtisoslikka ega. in vivo. Kinetik xususiyatlarning tonotopik o'q bo'ylab muntazam ravishda o'zgarishini ishonchli tarzda ko'rsatish uchun bir nechta yondashuvlar qo'llanilgan, neyronlarning qo'zg'aluvchanligi esa eng sezgir neyronlar eng yuqori sezuvchanlik bilan bog'liq bo'lgan o'rta koxlear mintaqada joylashganki tarzda taqsimlanadi. Spiral ganglion neyronlarining endogen vaqti va sezuvchanligining dualligi va ularning tonotopik kontur bo'ylab noyob taqsimoti 8-rasmda umumlashtirilgan. β-tubulin bilan bo'yalgan spiral ganglion neyronlari (kulrang profillar) klasteri ustiga o'rnatilgan bo'lib, o'rta apikal chastota mintaqasidagi heterojen va kuchaytirilgan sezuvchanlik, shkala chiziqlarining pastroq intensivlik darajasiga cho'zilishi va ko'proq sozlash bilan tasvirlangan. chiziqlar. Bir vaqtning o'zida past chastotali mintaqadan (chapda) yuqori chastotali mintaqaga (o'ngda) sozlashning uchlarini belgilovchi nota belgilari bilan ko'rsatilgan "sekin" dan "tezkor" yonish xususiyatlariga silliq o'tish mavjud. chiziqlar. Spiral ganglion neyronlarining murakkab fenotipik sozlashi, shubhasiz, eshitish signallarini kodlashda funktsional rol o'ynaydi va yangi klinik yondashuvlarni ishlab chiqishda diqqat bilan ko'rib chiqilishi kerak.

Tonotopik xarita bo'ylab o'zgarib turadigan spiral ganglion neyron fenotipik ixtisoslashuvining ikkita parametri mavjud. Neyronlarni sozlash egri chizig'ining uchlaridagi musiqiy notalarning vaqti bilan ifodalanadigan birinchi narsa chiziqli gradientda o'zgarib turadigan chegaralardagi neyronlarning kinetik xususiyatlari. Orqa fonda ko'rsatilgan neyron klasterining shakli bilan ifodalangan ikkinchisi (kulrang, anti-β-tubulin antikori bilan bo'yalgan) va U-shaklidagi shkala chizig'i monoton bo'lmagan neyronal sezgirlikdir. Eng sezgir neyronlar (o'rta apikal mintaqada qizil rang) yuqori darajadagi dam olish membrana potentsialiga ega va chegara kuchlanishining pasayishi tufayli qo'zg'aluvchanlikni oshiradi.


Materiallar va uslublar

Bo'lak tayyorlash

Miya bo'laklari 35-50 yoshli erkak Sprague -Dawley kalamushlaridan tayyorlangan. Sichqonlarga izofloran bilan behushlik berildi va boshi kesildi, miyani darhol olib tashladilar va 95% O bilan ko'piklangan, muzdek sun'iy miya orqa miya suyuqligiga (ACSF) joylashtirdilar.2 va 5% CO2. Gippokampni ajratib olib, CA1 qatlami kesish pichog'iga taxminan parallel yo'naltirilgan, qo'lda mikrometr va tortishish kuchi bilan boshqariladigan vertikal kesish mexanizmidan iborat bo'lakchali apparatga joylashtirildi. Dilimlar (qalinligi 500 mikron) tayyorlanadi va keyin 95% O atmosfera bilan namlangan kamerada saqlanadi.2/5% CO2, ACSF idishiga joylashtirilgan filtr qog'ozining kvadratiga tayanib. Dilimlar tilim tayyorlashdan keyin 1-6 soat ichida ishlatilgan. Hayvonlar Stenford universiteti hayvonlarni parvarish qilish va ulardan foydalanish bo'yicha qo'mitasi tomonidan tasdiqlangan protokollarga muvofiq ishlangan.

Ultratovush

43 MGts va 50 Vt/sm 2 chastotada uzluksiz to‘lqinli ultratovush tekshiruvi miya bo‘laklariga, biz ilgari o‘stirilgan hujayralar ustida o‘tkazgan tajribalarimizda (Prieto va boshq., 2018) qo‘llaganimizga o‘xshash o‘rnatish yordamida qo‘llanildi, bundan tashqari, to‘qima ko‘z bilan ko‘rsatildi. mikroskopni past kattalashtirishda. Eksperimental kameraning pastki qismida Harrick plazma tozalagichi (Harrick Plazma) bilan plazma bilan ishlov berilgan 25 mikronli polistirol plyonkasi edi. Ultratovush pastdan (polistirolli plyonka orqali) kameraning pastki qismiga perpendikulyar bo'lgan nurli nur bilan uzatildi. 43 MGts chastotali transduser ENI 403LA (37 dB) kuchaytirgich (ENI) yordamida hayajonlangan, avval aytib o'tilganidek (Prieto va boshq., 2013) sozlangan, moslashtirilgan qurilma edi. Transduserning fokus hajmi taxminan 90 mikron diametri va uzunligi 500 mikron bo'lgan silindrni tashkil qiladi va fokus masofasi ~ 4,2 mm. O'rnatish Zeiss Axioskop-2 mikroskopining (Zeiss mikroskoplari) bosqichiga asoslangan bo'lib, pastki bosqichli kondensator uchun korpus transduserni joylashtirish uchun o'zgartirilgan, shuning uchun transduserning joylashuvi moslashtirish moslamalari yordamida o'zgartirilishi mumkin. kondensator va to'qima namunasining transduserga nisbatan o'rni mikroskop bosqichi bilan sozlanishi mumkin. Transduser eksperimental kameraning pastki qismidagi polistirol plyonkaga silikon moy bilan o'tkazgichning uchiga biriktirilgan rezina O-halqa bilan ushlab turilgan kichik hajmdagi distillangan suv yordamida ulangan. Transduserning fokus hajmi impuls-echo protokoli yordamida z o'qi bo'ylab tekislangan, bo'sh kameraning pastki qismidan aks-sado signalini maksimal darajada oshirish uchun transduser balandligini moslashtirgan. Fokus x-y tekisligida kameraga kichik hajmdagi ACSF qo'shilishi bilan moslashtirildi, bu kameraning pastki qismini qoplash uchun zo'rg'a etarli bo'lib, kameraning pastki qismiga nozik bir eritma qatlami yoyilgan edi. Keyin uzunligi 1 s bo'lgan ultratovush impulslari qo'llanilib, transduserning fokusida suyuqlik to'plamini ko'tardi (akustik to'lqinning eritma va uning ustidagi havo o'rtasidagi interfeysda aks etishi natijasida hosil bo'lgan radiatsiya kuchi tufayli Duck, 1998). ). Keyin suyuqlik to'plami xy tekisligida parchalanuvchi mikroskopning bir okulyaridagi to'rning o'rtasiga to'g'rilandi va kameraga qo'shimcha ACSF va to'qima namunasi qo'shilgandan so'ng, to'rning markazi to'rning o'rtasiga to'g'ri keldi. yamoq-qisqich yozish uchun mo'ljallangan to'qima. Ultratovush intensivligi (50 Vt / sm 2) bo'sh maydon uchun fazoviy tepalik, pulsning o'rtacha intensivligi. Ultratovushlar orasidagi interval kamida 12 s.

Elektrofiziologiya

Joriy qisqich yozuvlari "Ko'prik" rejimida ishlaydigan Axon Instruments Axoclamp-2B kuchaytirgichi va pClamp dasturiga ega Digidata 1330A raqamlashtiruvchisi (molekulyar qurilmalar) yordamida amalga oshirildi, S1-rasmdagi dastlabki tajribalar bundan mustasno, Axon Instruments Axopatch bilan o'tkazilgan 200B kuchaytirgich (molekulyar qurilmalar). Yamoq-qisqichni yozish "ko'r-ko'rona" usuli yordamida amalga oshirildi (Blanton va boshqalar, 1989 Malinow va Tsien, 1990 Castañeda-Castellanos va boshqalar, 2006), bunda yozish pipetkasi gippokampning CA1 qatlami ustida joylashgan. , past kattalashtirishda vizual tarzda aniqlangan va keyin pipetkaga musbat bosim o'tkazilganda va kuchlanish-qisish rejimida pipetka uchi qarshiligini kuzatish paytida asta-sekin to'qimaga tushiriladi. Ko'r-ko'rona yondashuvda, odatdagi vizual belgilar bo'lmaganda, pipetka uchining neyron bilan mumkin bo'lgan aloqasini ko'rsatish uchun uchi qarshiligining kichik pasayishi ishlatiladi. Odatda, kesish jarayonida shikastlangan bo'lishi mumkin bo'lgan to'qimalar yuzasida hujayralarga yamoq qo'ymaslik uchun mumkin bo'lgan hujayra aloqasining dastlabki ikkita holati ishlatilmadi. Gigaseals va undan keyingi butun hujayrali ro'yxatga olish konfiguratsiyasi joriy qisqich rejimiga o'tishdan oldin kuchlanish-qisqich rejimida standart protsedura bo'yicha olingan. Aksariyat tajribalarda bo'laklar Warner Instruments RC-22 tilim langari (Garvard Bioscience) bilan joyida ushlab turilgan, S1-rasmdagi tajribalar va E-rasmdagi ba'zi tajribalar tilim langarisiz bajarilgan. Kesilgan langarning ultratovush javobiga aniq ta'siri qayd etilmagan. Yozuv davomida kuzatilgan va kompensatsiyalangan seriyali qarshilik 30 dan 100 MŌ gacha edi. Eksperimentlar uchun ishlatiladigan barcha neyronlarni ikki soniyalik joriy bosqichlarga javoban o'ziga xos moslashuvchan otish naqshlari bilan piramidal hujayralar sifatida aniqlash mumkin edi. Joriy yozuvlar 10 kHz chastotada past chastotali filtrlangan va 100 kHz da namuna olingan. Miya bo'laklari doimiy ravishda ACSF bilan to'ldirilgan (mm: 119 NaCl, 2,5 KCl, 1,3 MgSO)4, 2,5 CaCl2, 1 NaH2PO4, 26,2 NaHCO3, va 11 glyukoza), 95% O bilan pufaklangan2/5% CO2, ~100–250 ml/soat. Ichki eritma (mM da) 126 K-glyukonat, 4 KCl, 10 HEPES, 4 Mg-ATP, 0,3 Na edi.2-guanozin trifosfat, 10 Na-fosfokreatin, 10 saxaroza va 50 U/ml kreatin fosfokinaz (cho'chqa), pH 7,2 (KOH). Ushbu ichki eritma ATPni qayta tiklovchi tizimni (fosfokreatin va kreatin fosfokinaz) o'z ichiga oladi, chunki biz ultratovushga javobning kuchi beqaror ekanligini aniqladik, agar ATPni qayta tiklash tizimi kiritilmagan bo'lsa, ro'yxatga olish jarayonida asta-sekin kamayib boradi (S2-rasm). . Na-fosfokreatin Abcamdan, kreatin fosfokinaz esa EMD Milliporedan olingan. Boshqa barcha tuzlar va kimyoviy moddalar Sigma-Aldrich yoki Thermo Fisher Scientific dan olingan (1-rasmda ko'rsatilgan ba'zi dastlabki yozuvlar uchun E, kreatin fosfokinazi ichki eritmadan yoki boshqa ichki eritmada [mM) o'z ichiga olgan. ] 120 K-glyukonat, 40 HEPES, 5 MgCl2, 0,3 Na2-guanozin trifosfat va 2 Na2ATP, pH 7,2 [KOH] ishlatilgan. S4-rasmdagi tajribalar uchun kreatin fosfokinaz ham kiritilmagan. Vaqt o'tishi bilan kreatin fosfokinaz yo'qligida ultratovush reaktsiyasining pasayishidan tashqari, turli xil ichki eritmalar bilan yozuvlarda aniq farqlar qayd etilmagan). Kreatin fosfokinaz eritmaning viskozitesini oshirib, gigaseallarni olishni qiyinlashtirganligi sababli, pipetkaning uchiga ozroq hajmdagi fermentsiz ichki eritma qo'shilgan (uchning taxminan dastlabki 3 mm qismini to'ldirish uchun etarli). pipetkani ferment o'z ichiga olgan eritma bilan to'ldirish. Pipetalar qalin devorli shishadan olingan va qarshiliklari 5 dan 10 MΩ gacha bo'lgan. Yozuvlar xona haroratida (21-23 ° C) amalga oshirildi, S4-rasmdagi tajribalar bundan mustasno, ular yaqin fiziologik haroratda (30 ° C) o'tkazildi. Ushbu tajribalar uchun tashqi eritmaning harorati SC-20 in-line isitgich/sovutgich va termistor (Warner Instruments) bilan jihozlangan Warner Instruments CL-100 bipolyar harorat sozlagichi bilan tartibga solingan va nazorat qilingan. Tashqi eritma 95% O bilan pufaklangan holda 35-37 ° C gacha qizdirildi2/5% CO2 va keyin isitgich/sovutgichdan o'tib, vanna eritmasida 30 ° C maqsadli haroratga erishish uchun sovutiladi (Tashqi eritma kislorod tarangligini yo'qotmaslik va kislorod bilan to'yingan isitish natijasida gaz pufakchalari paydo bo'lishining oldini olish uchun qizdirilgandan ko'ra sovutilgan. yechim).

Ma'lumotlarni tahlil qilish

Joriy yozuvlar Igor Pro (Wavemetrics) da foydalanuvchi tomonidan yozilgan protseduralar bilan tahlil qilindi. Harakat potentsialining chegarasi kuchlanishning birinchi hosilasi harakat potentsialining ko'tarilish bosqichida eng yuqori qiymatining 4% ga yetgan nuqta sifatida aniqlandi. Ushbu miqdoriy mezon ilgari vizual tarzda aniqlangan harakat potentsialining chegaralariga mos kelishi aniqlangan (Xaliq va Bean, 2010 Yamada-Hanff va Bean, 2015) va biz bu chegarani vizual ravishda tasdiqlash uchun fazali chizmalardan foydalangan holda bizning ma'lumotlarimiz bilan ham yaxshi ishlashini aniqladik. qiymat. Harakat potentsialining balandligi harakat potentsialining cho'qqisi va harakat potentsialining chegara kuchlanishi o'rtasidagi farq sifatida aniqlandi. Harakat potentsialining kengligi shu tarzda belgilangan harakat potentsiali balandligining 50% da o'lchandi. Harakat potentsialini yoqish uchun chegara oqim darajalari 10-pA bosqichlarida bir qator joriy qadamlar asosida baholandi. Chastotani kiritish (f-i) uchastkalari va harakat potentsial parametrlari (balandlik, kenglik, kechikish va oraliq oraliqlari) nazorat va ultratovush sharoitlari uchun kamida uchta sinovning o'rtacha qiymatlaridan aniqlandi. F-i sinovlari nazorat va ultratovush sharoitlari uchun navbatma-navbat amalga oshirildi, birinchi holat hujayradan hujayra asosida tasodifiy ravishda o'zgardi.

Ultratovushning membrananing dam olish potentsialiga va membrana sig'imiga ta'sirini tahlil qilish uchun o'rtacha izlar kamida uchta kuchlanish izidan olingan. Statistik ahamiyat juftlik yoki juftlanmagan ikki dumli talabalar yordamida baholandi t testlar, P < 0,05 muhim deb belgilangan. Statistik tahlil Microsoft Excel dasturida amalga oshirildi.

Cheklangan elementlar simulyatsiyasi

Sonli elementlar simulyatsiyalari COMSOL (COMSOL Inc.) da amalga oshirildi. Simulyatsiya maydoni radial nosimmetrik geometriyaga ega edi va eksenel yo'nalishda 6 mm edi. Simulyatsiya maydoni turli xil materiallarning to'rtta qatlamini o'z ichiga olgan: suvning pastki qatlami (eksen yo'nalishi bo'yicha 4,2 mm qalinlikdagi), undan keyin polistirol qatlami (qalinligi 25 mikron), keyin miya to'qimalarining qatlami (qalinligi 500 mikron), keyin suvning yuqori qatlami (qalinligi 1,275 mm). Simulyatsiya domenining eksenel yo'nalishdagi kengligi eksenel yo'nalishda 1 mm (akustik bosim va isitish simulyatsiyasi uchun) yoki 5 mm (mexanik deformatsiyani simulyatsiya qilish uchun) edi. Simulyatsiya domenining pastki eksenel chegarasida 940 mikron diametrli 100 mikron balandlikdagi yoy transduserning kvarts linzalarini ifodaladi.

Radiatsiya kuchiga javoban akustik bosim, isitish va statik joy almashish simulyatsiyalari ilgari tasvirlanganidek amalga oshirildi (Prieto va boshq., 2018). Radiatsiya kuchiga javoban to'qimalarning dinamik siljishini simulyatsiya qilish uchun miya bo'lagi suyuqlik qatlami tomonidan yuklangan Young moduli, Puasson nisbati va kesish yopishqoqligi bilan tavsiflangan siqilmaydigan, chiziqli viskoelastik material sifatida modellashtirildi (Calhoun va boshq., 2019). uning ustida. Polistirol chiziqli elastik material sifatida modellashtirilgan, chunki biz bir qator simulyatsiyalarda polistirolning yopishqoqligi to'qimalarning siljishiga ta'sir qilmasligini aniqladik. Dinamik to'qimalarning siljishini simulyatsiya qilish uchun 0,1 ms vaqt qadami ishlatilgan. Simulyatsiyada ishlatiladigan suv, polistirol va miya to'qimalari uchun ishlatiladigan moddiy xususiyatlar va mana shu qiymatlar manbalari 1 -jadvalda keltirilgan. Mesh kattaligi, chegara shartlari va erituvchi konfiguratsiyalari haqida qo'shimcha ma'lumot Prieto va boshq. (2018).

Onlayn qo'shimcha material

S1 -rasmda har xil intensivlikdagi ultratovush ta'sir potentsial otish chastotasiga ta'siri ko'rsatilgan. S2-rasmda ichki eritmadagi ATP-regeneratsiya tizimi tomonidan ultratovushga javobning barqarorlashuvi ko'rsatilgan. S3-rasmda ultratovushning harakat potentsialining balandligiga ta'siri tasvirlangan. S4-rasmda ultratovushning harakat potentsialining yonishi va to'lqin shakliga yaqin fiziologik haroratda (30 ° C) ta'siri ko'rsatilgan.


Kirish

Kichkina sinaptik vazikullardan kimyoviy neyrotransmitterlarning tez ekzositozi neyronlar o'rtasidagi aloqa uchun asosiy asosdir. Ma'lumki, harakat potentsialining depolarizatsiyasi nerv terminalining ixtisoslashgan "faol zonasi" (AZ) hududlarida kuchlanish bilan bog'langan Ca 2+ kanallarini (VGCC) faollashtiradi va Ca 2+ ionlarining kirib kelishi sinaptik vesikulalarning sintezi uchun mahalliy tetiklikni ta'minlaydi. plazma membranasi bilan (Llinas va boshq., 1995). Ko'pgina sinapslarda va qurbaqa nerv-mushak birikmasi ichidagi alohida faol zonalarda transmitterning chiqishi past ehtimollikdagi stokastik hodisadir (Katz, 1969). Chiqarish jarayonining bu o'ziga xos xususiyati miyaning normal ishlashi uchun zarurdir (Goda va Sudhof, 1997).

Ko'pgina nerv terminallarida faol zonalar diametri 0,5 mkm bo'lgan kichik disk shaklidagi tuzilmalarga bo'lingan (Edvards, 1995). Bu kichik o'lcham, harakat potentsiali nerv terminaliga kirib kelganidan keyin 1 ms sekund ichida sodir bo'ladigan Ca 2+ oqimi bilan birga Ca 2+ kirishining fazoviy tarqalishini batafsil o'rganishni qiyinlashtiradi. Shu sabablarga ko'ra, bitta harakat potentsiallari paytida Ca 2+ oqimini ko'rib chiqadigan ko'plab tajribalar butun presinaptik terminallar bo'ylab birlashtirilgan Ca 2+ ning vaqt va hajm bo'yicha o'rtacha ko'tarilishlarini o'lchadi. Yagona ta'sir potentsialiga javoban hujayra ichidagi Ca 2+ ning nisbatan doimiy o'sishi kalamush kortikal neyron madaniyatidagi sinaptik joylarda (MakKenzie va boshq., 1996) va kalamush serebellar bo'laklaridagi presinaptik terminallarda (Forti va boshq., 2000). Sichqonlarning yuqori kolikulyar neyronlarida transmitterning chiqarilishi hatto Ca 2+ oqimining umumiy miqdori bo'yicha sinovlar o'tkazilganda ham keng o'zgarib turishi aniqlandi, bu transmitterning chiqarilishidagi o'zgaruvchanlikning muhim manbai Ca 2+ kirishining quyi oqimida mavjudligini ko'rsatadi (Kirischuk et. al., 1999). Yagona ta'sir potentsialini uyg'otadigan Ca 2+ o'tkinchi moddalarining fazoviy darajasi kalamar gigant sinapsida (Llinas va boshq., 1992 Smit va boshq., 1993), kaltakesak motor nerv terminallarida (David va boshq., 1997) o'rganish uchun diqqat markazida bo'ldi. ), va embrion qurbaqa nerv-mushak birikmalari in vitro (DiGregorio va Vergara, 1997 DiGregorio va boshq., 1999). Ushbu tadqiqotlar Ca 2+ oqimidagi fazoviy gradientlarni aniqladi, ammo buni subaktiv zona o'lchamlari bilan Ca 2+ oqimining heterojenligini aniqlash qiyin bo'lgan preparatlarda amalga oshirildi. Buning aksini tasdiqlovchi ba'zi dalillarga qaramay (Llinas va boshqalar, 1994 Freguelli va Malinow, 1996), ko'pchilik harakat potentsiali odatda faol zonalarni Ca 2+ bilan bir xilda suv bosishiga olib keladi, deb hisoblashadi (Sudhof va Scheller, 2001) Saytlar Ca 2+ domenlarining bir -birining ustiga chiqishi bilan ishga tushadi, chunki mavjud Ca 2+ kanallarining 70-90% ochiladi (Borst va Sakmann, 1998 Bischofberger va boshqalar, 2002).

Yuqorida tavsiflangan tadqiqotlar uchun ishlatiladigan sinapslardan farqli o'laroq, kattalar qurbaqasining motor nerv terminali chiziqli massivlar shaklida joylashgan katta faol zonalarning uzoq seriyasiga ega (Heuser va boshq., 1974 Pumplin va boshq., 1981 Pawson va boshq., 1998). . Har bir faol zonaning uzunligi ~1 mkm bo'lib, faol zonalar nerv terminali uzunligi bo'ylab muntazam 1 mkm oraliqda temir yo'l rishtalari kabi joylashadi. Har bir chiziqli faol zonada ikkita parallel qatorli membrana ichidagi zarrachalar bilan chambarchas bog'liq bo'lgan ~30 sinaptik pufakchalar mavjud, ular kuchlanish bilan o'ralgan Ca 2+ kanallarini o'z ichiga oladi (Pumplin va boshq., 1981 Robitaille va boshq., 1993). Tadqiqotda, biz bir vaqtning o'zida faol zonada Ca 2+ oqimi joylarining fazoviy taqsimlanishini o'rganish uchun, kattalar qurbaqasining nerv-mushak birikmasidagi faol zonalarning o'lchamlari va tuzilish tartibidan foydalanib, yuqori tezlikdagi lyuminestsentli tasvirlar bilan birlashdik. potentsiallar.


Minnatdorchilik

Olaf S. Andersen muharrir bo'lib ishlagan.

Biz asosiy tadqiqotchilar va Bakkus, Butts-Pauli va Gyugenard laboratoriyalari a'zolariga foydali muhokamalar uchun minnatdorchilik bildiramiz. Qo'lyozmani tanqidiy o'qiganlari uchun Mayk Menz va Stiven Bakkusga minnatdorchilik bildiramiz. Marianna Kirali, Dong Li va Jeyson Klarkga gipokampal bo'laklarni tayyorlash va yozib olishda yordam bergani uchun minnatdorchilik bildiramiz. Plazma tozalash vositasini baham ko'rgan Stiven Bokser laboratoriyasiga (Stenford universiteti, Kimyo bo'limi, Stenford, Kaliforniya) minnatdorchilik bildiramiz.

Bu ish Milliy Sog'liqni saqlash institutlari granti R01 EB019005 (M. Maduke va B. Xuri-Yakubga) va Milliy sog'liqni saqlash institutlari tomonidan innovatsion neyrotexnologiyalarni rivojlantirish (BRAIN) tashabbusi R01 NS11215 (M. Maduke va B. Xuri) tomonidan qo'llab-quvvatlandi. -Yakub) va Mathers Foundation (M. Maduke uchun) va grant MH111768 (D. Madison).


Videoni tomosha qiling: Togri chiziqli tekis (Avgust 2022).