Informazione

Un neurone può creare una sinapsi su se stesso?


Mi chiedevo se un neurone può fare sinapsi con se stesso? Sospetto che sarebbe estremamente insolito per un neurone farlo. Comunque, qualcuno ha visto anche un solo caso di questo?

Il processo attraverso il quale un neurone "sa" di non fare sinapsi su se stesso è noto?


Una sinapsi da un neurone a sé stessa è chiamata autapsi. Non si sa molto di loro. Tamas et al. (1) fornire un riassunto:

Van der Loos e Glaser (1972) hanno proposto la parola "autapse" per descrivere un sito di rilascio del trasmettitore costituito dall'assone di un neurone e dal suo dominio somatodendritico. Oltre al loro studio originale del Golgi sulla neocorteccia di coniglio che prevedeva l'esistenza di autapsi, sono stati descritti possibili contatti autaptici nel cane (Shkol'nik-Yarros, 1971) e nel ratto (Peters e Proskauer, 1980; Preston et al., 1980) cerebrali. corteccia, neostriato di scimmia (DiFiglia et al., 1976) e midollo spinale di gatto (Scheibel e Scheibel, 1971). (…) Sebbene le autapsi formate in colture cellulari siano state ampiamente utilizzate per studiare la fisiologia dei meccanismi sinaptici (Segal, 1991; Pan et al., 1993; Shi e Rayport, 1994), sono state fatte poche proposte per il significato funzionale di inibitori innervazione autaptica in vivo (neostriatum, Park et al., 1980; gangli buccali di Aplysia, White e Gardner, 1981).


Non ci sono abbastanza ricerche là fuori per spiegare il ruolo delle autapsi, tuttavia avendo letto una selezione delle ultime ricerche posso forse spiegare alcune delle teorie proposte. Le autapsi possono autoinibirsi o autoeccitarsi. In quest'ultimo, si pensa che uno dei loro ruoli sia quello di creare un potenziale d'azione ritmico. Ciò consente al cervello di avere un potenziale d'azione che si attiva ritmicamente se necessario. Autapsi di questa natura sono state individuate negli Interneuroni a questo scopo di continua attività.

Poi ci sono aree ancora meno ricercate. Immagina di aver bisogno di un neurone per sparare due volte a determinati neuroni ma una volta ad altri o ad altri requisiti simili. Una miscela di autapsi con proprietà di autoinibizione e autostimolazione può ottenere questo elegantemente in un breve spazio.

Cose come questa, tuttavia, non sono richieste frequentemente. Di solito l'interconnessione dei neuroni è sufficiente, tuttavia forse in luoghi di alta attività ritmica o controllo fine queste autapsi possono essere utili.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982203003634


Sinapsi

Nel sistema nervoso, a sinapsi [2] è una struttura che consente a un neurone (o cellula nervosa) di trasmettere un segnale elettrico o chimico a un altro neurone o alla cellula effettrice bersaglio.

Le sinapsi sono essenziali per la trasmissione degli impulsi nervosi da un neurone all'altro. I neuroni sono specializzati per trasmettere segnali alle singole cellule bersaglio e le sinapsi sono i mezzi con cui lo fanno. In una sinapsi, la membrana plasmatica del neurone che passa il segnale (il presinaptico neurone) entra in stretta apposizione con la membrana del bersaglio (postsinaptico) cellula. Entrambi i siti presinaptici e postsinaptici contengono vasti array di macchinari molecolari che collegano le due membrane insieme e svolgono il processo di segnalazione. In molte sinapsi, la parte presinaptica si trova su un assone e la parte postsinaptica si trova su un dendrite o soma. Gli astrociti scambiano anche informazioni con i neuroni sinaptici, rispondendo all'attività sinaptica e, a loro volta, regolando la neurotrasmissione. [3] Le sinapsi (almeno le sinapsi chimiche) sono stabilizzate in posizione da molecole di adesione sinaptica (SAM) che sporgono sia dal neurone pre- che post-sinaptico e che si uniscono dove si sovrappongono ai SAM possono anche aiutare nella generazione e nel funzionamento delle sinapsi. [4]

Alcuni autori generalizzano il concetto di sinapsi per includere la comunicazione da un neurone a qualsiasi altro tipo di cellula, [5] come una cellula motoria, sebbene tali contatti non neuronali possano essere indicati come giunzioni (un termine storicamente più antico). Uno studio fondamentale di Sanford Palay ha dimostrato l'esistenza delle sinapsi. [6]


Cellule sinapsi

La cellula che fornisce il segnale alla sinapsi è la cellula presinaptica. La cellula che riceverà il segnale una volta che attraversa la sinapsi è la cellula postsinaptica. Poiché la maggior parte delle vie neurali contiene diversi neuroni, un neurone postsinaptico in una sinapsi può diventare il neurone presinaptico per un'altra cellula a valle.

Un neurone presinaptico può formare uno dei tre tipi di sinapsi con un neurone postsinaptico. Il tipo più comune di sinapsi è una sinapsi assodendritica, in cui l'assone del neurone presinaptico fa sinapsi con un dendrite del neurone postsinaptico. Se il neurone presinaptico fa sinapsi con il soma del neurone postsinaptico si parla di sinapsi assosomatica, e se fa sinapsi con l'assone della cellula postsinaptica è sinapsi assoassomatica. Sebbene la nostra illustrazione mostri una singola sinapsi, i neuroni in genere hanno molte sinapsi (anche 10.000 o più).


Introduzione

Durante lo sviluppo, la corteccia sensoriale può sperimentare periodi di maggiore sensibilità agli input sensoriali. Il ricablaggio delle reti neuronali è molto flessibile durante questi periodi, ma in caso contrario tale plasticità è minore. Avere normali esperienze sensoriali durante questi periodi è fondamentale per una sana maturazione del cervello e sono quindi chiamati periodi critici (PC).

Un esempio ben studiato è il periodo critico per la dominanza oculare (OD) nella corteccia visiva primaria (V1). Nella via visiva, gli input di entrambi gli occhi di solito convergono sullo stesso neurone per la prima volta in V1, sebbene una frazione dei neuroni talamici mostri già binocularità nei topi [1-3]. La misura in cui l'attività evocata visivamente di un neurone è dominata da uno degli occhi è chiamata dominanza oculare (OD) ed è spesso quantificata dall'indice di dominanza oculare (ODI). In ciascun emisfero dei topi V1, la risposta complessiva all'occhio controlaterale è circa il doppio di quella dell'occhio ipsilaterale, ma i singoli neuroni mostrano un'ampia gamma di valori ODI.

Durante un periodo limitato all'inizio dello sviluppo, la chiusura di un occhio per più giorni innesca uno spostamento delle risposte neuronali verso l'occhio aperto. Nei topi, questo periodo critico dura circa dieci giorni, a partire dal giorno 20 postnatale. I cambiamenti nelle risposte neuronali a seguito di questa privazione monoculare (MD) possono essere approssimativamente separati in due fasi. In una prima fase, osservata durante i primi tre giorni di privazione, le risposte all'occhio chiuso sono depresse mentre le risposte agli input ad occhio aperto rimangono simili. Questo effetto è spesso chiamato depressione da risposta. Per privazioni più lunghe, segue una seconda fase in cui vengono aumentate le risposte neuronali all'occhio aperto, chiamata potenziamento della risposta. In questa seconda fase aumenta anche l'attività neuronale causata dall'occhio chiuso, ma in misura minore [4]. Ulteriori approfondimenti sul funzionamento della plasticità della dominanza oculare vengono scoperti studiando altri paradigmi di privazione. In primo luogo, la deprivazione binoculare (BD) non porta a cambiamenti OD, suggerendo un certo livello di competizione a seconda della forza o della coerenza degli input di entrambi gli occhi. In secondo luogo, l'inattivazione monoculare (MI) abolisce la depressione della risposta rapida, suggerendo che questa depressione della risposta è attività dipendente, basandosi sull'attività spontanea e sull'attività residua causata dalla luce che viaggia attraverso la palpebra chiusa durante la MD [4].

Prima e dopo il periodo critico, gli effetti della privazione monoculare sulla plasticità della dominanza oculare sono ridotti o non osservati affatto. Nei topi pre-CP, la deprivazione monoculare porta a una diminuzione dell'attività di entrambi gli occhi, non modificando così i loro punti di forza relativi e non influenzando la dominanza oculare complessiva [5]. Nei topi adulti, non si osserva la depressione della risposta dopo una breve deprivazione monoculare. Tuttavia, una privazione più lunga porta ancora al potenziamento della risposta dell'occhio aperto, e quindi si può ancora osservare un certo cambiamento nella dominanza oculare [6].

Un attore chiave nella regolazione dell'apertura del periodo critico è la maturazione dell'inibizione. Topi GAD95-KO, che mostrano una ridotta ?-acido aminobutirrico (GABA), non sperimenta mai un periodo critico e la corteccia visiva rimane in uno stato giovanile. Un periodo critico può essere aperto in questi topi una volta nella vita dopo l'infusione di diazepam, che ripristina il rilascio di GABA. Allo stesso modo, l'infusione di diazepam prima dell'inizio della normale CP può accelerare l'inizio della CP nei topi selvatici [7]. Inoltre, un recente studio sperimentale ha studiato i cambiamenti nell'eccitazione e nell'inibizione dello strato corticale II/III negli animali giovani dopo solo 24 ore di privazione [8]. Gli autori hanno scoperto che la frequenza di scarica dei neuroni inibitori parvalbumina-positivi (PV+) è diminuita in quel momento, mentre la frequenza di scarica dei neuroni eccitatori è aumentata. Inoltre, mostrano che questa inibizione ridotta è prevalentemente mediata da una riduzione del drive eccitatorio dallo strato IV e V a questi neuroni PV+. È interessante notare che questa riduzione dell'inibizione non si osserva negli animali adulti. Gli autori hanno quindi collegato questo effetto allo spostamento dell'OD, mostrando come il potenziamento farmacologico dell'inibizione durante il periodo critico prevenga qualsiasi plasticità dell'OD, mentre la riduzione farmacologica dell'inibizione negli animali adulti determina uno spostamento dell'OD verso l'occhio aperto. È stato quindi postulato che la plasticità OD dipende dall'aumento della frequenza di scarica degli input ad occhio aperto, causato da una riduzione transitoria dell'inibizione.

I meccanismi alla base della chiusura del periodo critico restano più enigmatici. Tuttavia, diverse manipolazioni possono riaprire una finestra per la plasticità OD nei topi adulti. In primo luogo, è stato dimostrato che la riduzione dell'inibizione migliora la plasticità OD causata dalla deprivazione monoculare [8, 9]. In relazione a ciò, è stato dimostrato che i topi adulti in ambienti arricchiti hanno livelli ridotti di inibizione e plasticità OD [10]. Infine, la stimolazione ad alto contrasto durante la privazione porta anche a spostamenti OD [11], suggerendo che il miglioramento delle risposte evocate visivamente dell'occhio aperto potrebbe essere funzionalmente simile alla riduzione dell'inibizione corticale. Altri meccanismi che sono stati implicati con la fine del periodo critico sono i cambiamenti nella matrice extracellulare [12] e la potatura delle sinapsi silenti [13]. Nel loro insieme, i risultati sperimentali suggeriscono una maturazione di V1 dipendente dall'esperienza visiva, in cui sono necessari normali stimoli visivi per modellare la connettività di rete.

In questo articolo, proponiamo un modello per la prima fase dopo la deprivazione, che coincide con la fase di risposta alla depressione sotto MD. Seguiamo l'ipotesi che una ridotta inibizione sia la chiave per consentire la plasticità. Più specificamente, modelliamo una rete neuronale e proponiamo principi di plasticità sinaptica in grado di riprodurre molti dei fenomeni discussi sopra. Nel nostro modello, la plasticità eccitatoria-inibitoria è responsabile di una rapida riduzione dell'inibizione durante la PC, che a sua volta consente uno spostamento della dominanza oculare. Il nostro modello è coerente con i risultati sperimentali osservati sotto MD degli occhi contro e ipsilaterali, sotto MI e sotto BD. Inoltre, discutiamo i possibili meccanismi alla base dell'apertura e della chiusura del periodo critico e del ripristino della plasticità. Infine, il nostro modello fornisce una possibile spiegazione del perché alcuni neuroni si spostano in modo controintuitivo verso l'occhio chiuso e perché questi neuroni tendono ad avere frequenze di scarica inferiori.


Parte 4: come i circuiti neurali imparano gli intervalli di tempo

00:00:02.16 Quindi, in questa quarta parte,
00:00:05.05 Continuerò ad illustrare la base cellulare,
00:00:10.06 basi sinaptiche dell'apprendimento e della memoria
00:00:13.18 parlando di
00:00:15.15 come un circuito neurale
00:00:18.14 potrebbe ricordare o imparare
00:00:20.19 l'intervallo di tempo degli eventi
00:00:25.07 utilizzando la plasticità dipendente dal tempo di picco.
00:00:33.02 Ora, questo studio
00:00:35.14 Voglio illustrare
00:00:38.02 è stato eseguito in un sistema di coltura cellulare.
00:00:40.20 Una cultura è costituita da connessioni casuali
00:00:44.05 neuroni dell'ippocampo,
00:00:47.14 e stimoleremo questa rete casuale
00:00:51.10 e vedere.
00:00:53.06 con uno schema di stimolazione,
00:00:55.02 e per vedere come quel modello
00:00:57.09 può essere memorizzato nella modifica sinaptica
00:01:01.08 all'interno della rete.
00:01:03.22 Ora, lo stimolo più semplice
00:01:06.24 che contiene informazioni sull'intervallo di tempo
00:01:10.07 sarebbe un treno di impulsi accoppiati
00:01:13.12 con lo stesso intervallo di tempo.
00:01:15.23 Ad esempio, abbiamo un treno di due impulsi.
00:01:20.18 un impulso accoppiato.
00:01:23.02 L'impulso accoppiato ha un intervallo tra gli impulsi specifico
00:01:28.20 impostabile.
00:01:30.13 Ora, tra questi impulsi accoppiati
00:01:32.06 abbiamo un tempo di attesa,
00:01:35.07 e questa sarebbe l'informazione
00:01:38.26 che il circuito deve ricordare è semplice.
00:01:41.16 Deve ricordare il polso accoppiato,
00:01:43.19 l'intervallo dell'impulso accoppiato.
00:01:45.26 Ora, come lo ricorderebbe il circuito?
00:01:51.03 Cominciamo di nuovo con un esperimento di Gedanken.
00:01:56.17 Diciamo che abbiamo un gruppo di celle
00:01:59.00 interconnessi a caso
00:02:01.05 nella coltura cellulare.
00:02:02.26 Possiamo monitorare la loro connettività sinaptica.
00:02:06.02 forza sinaptica tra le connessioni
00:02:09.12 tra le celle
00:02:11.16 stimolando una cellula
00:02:14.14 e misurare la risposta in un altro
00:02:16.17 per misurare le loro connessioni sinaptiche.
00:02:19.28 Ora, l'esperimento Gedanken
00:02:21.27 inizia con questo:
00:02:25.26 possiamo monitorare l'efficacia sinaptica?
00:02:33.07 all'interno di un percorso polineuronale
00:02:35.29 all'interno di una rete?
00:02:38.17 Sperimentalmente,
00:02:40.29 sappiamo che se stimoliamo una cellula
00:02:43.18 e registralo da un'altra cella
00:02:46.08 all'interno di un gruppo di cellule collegate in coltura,
00:02:51.01 ciò che possiamo rilevare è quanto segue.
00:02:55.16 Se stimoli una cellula
00:02:58.07 e registri dall'altra cella,
00:03:00.03 l'altra cella apparirà con correnti sinaptiche.
00:03:03.05 Questo è il.
00:03:04.24 in realtà la corrente interna,
00:03:06.20 corrente eccitatoria verso l'interno nella cella che stiamo registrando.
00:03:09.29 Stimolando una cellula,
00:03:11.26 stai registrando da un'altra cella.
00:03:13.08 Questa è la risposta registrata.
00:03:15.04 risposta registrata con tempo
00:03:17.21 lungo questo asse.
00:03:20.02 Vedete che la risposta registrata ha sempre tre picchi,
00:03:23.11 e si ripetono in modo abbastanza riproducibile nel tempo.
00:03:28.13 A volte ci sono dei fallimenti,
00:03:30.07 ma la maggior parte delle volte ottieni tutte e tre le risposte.
00:03:33.27 Cosa rappresenterebbero queste tre risposte?
00:03:36.13 In questo caso,
00:03:38.08 si può immaginare che
00:03:40.21 quando una cellula è stata stimolata
00:03:43.28 trasmette segnali
00:03:46.18 alle celle registrate
00:03:49.28 entro tre tempi diversi.
00:03:53.02 L'arrivo della risposta alle tre.
00:03:55.17 1, 2, 3.
00:03:56.27 tre tempi diversi.
00:03:58.19 un orario di arrivo diverso.
00:04:00.17 L'orario di arrivo può differire di decine di millisecondi.
00:04:04.04 Ciò suggerisce che la cella è in realtà
00:04:06.19 eccitando altre cellule in un percorso,
00:04:09.06 un diverso numero di cellule in un percorso.
00:04:11.29 Alla fine, si alimentano tutti nella cella
00:04:14.26 che stiamo registrando.
00:04:16.23 Quindi, monitorando la risposta polisinaptica,
00:04:21.20 le vette. 1, 2, 3 diversi picchi.
00:04:24.27 stiamo effettivamente monitorando
00:04:27.10 l'efficienza della trasmissione dei segnali
00:04:30.14 attraverso diversi percorsi
00:04:32.22 all'interno della rete culturale,
00:04:36.09 e questi percorsi normalmente sono stabili.
00:04:38.21 Affinché gli esperimenti funzionino,
00:04:41.12 abbiamo bisogno di una registrazione stabile,
00:04:43.12 una rete stabile.
00:04:45.15 Possiamo vedere la stabilità qui.
00:04:47.18 Entro un'ora di tempo,
00:04:49.24 se rappresentiamo la corrente sinaptica
00:04:52.11 per colore in questo colorgram,
00:04:54.24 i colori rossi indicano la massima ampiezza della corrente sinaptica,
00:05:00.25 vedi che ogni corrente sinaptica
00:05:05.00 è ora rappresentato in una riga qui,
00:05:08.16 e con il tempo puoi vederlo
00:05:11.14 la corrente sinaptica non cambia.
00:05:13.26 Il picco, il bianco qui è il picco più alto.
00:05:16.27 il picco 1,
00:05:19.01 e 2,
00:05:20.24 e picco 3.
00:05:22.15 tutti e tre i picchi rimangono relativamente stabili nel tempo
00:05:25.06 per 60 minuti.
00:05:27.03 Quindi, questi sono circuiti stabili.
00:05:29.13 Quindi, l'esperimento Gedanken,
00:05:31.06 l'esperimento mentale è il seguente.
00:05:32.29 Quindi ora, se diamo due impulsi a questo circuito
00:05:36.13 nella stimolazione,
00:05:38.14 se stimoliamo questa cellula con due impulsi,
00:05:41.01 un impulso accoppiato. 1, 2.
00:05:43.27 con un intervallo tra gli impulsi
00:05:46.04 di un intervallo fisso che decidiamo,
00:05:48.10 queste sono le informazioni che vogliamo dare al circuito.
00:05:52.26 Quindi, il primo impulso,
00:05:54.23 la freccia rossa qui,
00:05:56.15 il primo impulso sarebbe
00:05:59.10 uno stimolo alla cella 1,
00:06:01.26 e cosa si può registrare dopo il ritardo,
00:06:05.01 in una cella lontana,
00:06:07.11 si possono rilevare due eventi, diciamo.
00:06:10.26 Un evento è un potenziale sinaptico sottosoglia
00:06:16.02 e il secondo evento
00:06:19.08 è attraverso un percorso diverso
00:06:21.29 con un ritardo che dà l'eccitazione
00:06:25.12 di un potenziale d'azione,
00:06:28.22 un'eccitazione sopra la soglia.
00:06:32.17 Quindi, un singolo impulso nella cella 1
00:06:35.20 produce due segnali sulla cella registrata:
00:06:38.11 una depolarizzazione e un picco.
00:06:42.21 Quindi ora, se fai il secondo impulso
00:06:44.26 che arriva nella freccia blu,
00:06:47.16 con un intervallo tra i picchi come mostrato qui,
00:06:50.23 le frecce blu ora producono di nuovo
00:06:54.02 una depolarizzazione sottosoglia.
00:06:56.00 depolarizzazione blu,
00:06:58.03 potenziale d'azione blu, qui.
00:07:00.14 quindi ora vedi se l'intervallo tra i picchi
00:07:05.11 è capitato proprio che fosse l'intervallo giusto,
00:07:08.16 la depolarizzazione blu,
00:07:11.06 l'EPSP prodotto dal secondo impulso,
00:07:14.08 potrebbe cadere prima del potenziale d'azione
00:07:17.02 creato dal primo impulso.
00:07:19.25 Quindi, hai una situazione
00:07:22.07 di input presinaptico
00:07:25.16 che si verifica in una finestra temporale di 40 millisecondi
00:07:28.28 prima del picco della cellula postsinaptica.
00:07:31.19 Quindi, pre- prima post-.
00:07:34.05 questa sinapsi sarà potenziata,
00:07:36.02 ottieni LTP.
00:07:38.13 Ora, immagina se estendessimo questo intervallo tra gli impulsi
00:07:43.03 a una lunghezza diversa.
00:07:45.11 Quindi potresti avere una sovrapposizione diversa
00:07:47.17 dei primi eventi.
00:07:49.26 Ad esempio,
00:07:52.16 l'EPSP indotto da impulsi blu
00:07:55.18 potrebbe rimanere indietro rispetto al potenziale d'azione
00:07:57.27 creato dal primo impulso, l'impulso rosso.
00:08:00.22 Ora, hai un picco postsinaptico
00:08:03.19 prima dell'input presinaptico.
00:08:06.12 post- prima di pre-.
00:08:09.17 questo EPSP blu sarà depresso.
00:08:11.21 Questa è la plasticità dipendente dal tempo di picco.
00:08:13.28 Quindi, diversi intervalli tra gli impulsi
00:08:17.29 creerà, alla stessa sinapsi,
00:08:20.12 una depressione piuttosto che un potenziamento,
00:08:23.20 come in questo caso.
00:08:25.14 Quindi ora, questo è solo un esperimento concreto
00:08:27.20 potrebbe succedere.
00:08:29.06 Se questo picco di plasticità dipendente dal tempo
00:08:31.12 sta accadendo,
00:08:33.05 che mostriamo in questo sistema culturale che lo fanno.
00:08:35.13 accadono in questo sistema culturale.
00:08:39.21 quindi, prevediamo,
00:08:42.08 da queste differenze di orario,
00:08:44.15 un impulso accoppiato,
00:08:46.23 a seconda dell'intervallo di questo impulso accoppiato,
00:08:49.25 puoi creare LTP o LTD della sinapsi
00:08:54.21 su una cella bersaglio distante all'interno di un circuito.
00:08:58.13 Quindi, questa è l'idea di base.
00:09:00.13 Vediamo se riusciamo a mostrarlo,
00:09:02.22 che un circuito può effettivamente ricordarlo.
00:09:05.05 Quindi, chiamiamo questo è un rimodellamento del percorso
00:09:08.09 indotto dalla stimolazione a impulsi accoppiati.
00:09:11.02 Quindi, ecco il semplice esperimento.
00:09:14.01 Quindi stimoli una cellula presinaptica
00:09:18.23 e poi registri la risposta
00:09:23.19 in una cellula postsinaptica.
00:09:25.14 Ora, noi. in questo esperimento,
00:09:28.04 stiamo disegnando
00:09:30.10 una stimolazione cellulare presinaptica
00:09:32.27 e registrazione da una cellula postsinaptica.
00:09:35.10 In effetti, puoi avere percorsi polisinaptici
00:09:38.29 che alla fine tornano nella stessa cella
00:09:41.27 che stai stimolando.
00:09:43.28 Quindi, in effetti, per risparmiarti qualche problema,
00:09:46.10 infatti basta un elettrodo di registrazione.
00:09:48.19 Puoi usare questa cella
00:09:51.05 per stimolare questa cellula
00:09:52.25 e registra da quella stessa cella,
00:09:54.26 e questo è un esperimento ancora più semplice.
00:09:56.19 Questo è quello che è successo qui.
00:09:58.11 In questo esperimento,
00:10:00.02 stiamo effettivamente stimolando una cellula
00:10:02.09 e registrando da se stesso,
00:10:04.12 e l'abbiamo scoperto, prima del condizionamento.
00:10:10.10 uno stimolo di prova,
00:10:13.13 una stimolazione di questa cellula,
00:10:16.07 che è l'enorme artefatto dello stimolo,
00:10:18.26 ma la risposta viene visualizzata qui
00:10:21.11 è una corrente sinaptica
00:10:23.14 che è una corrente sinaptica molto consistente.
00:10:26.01 una corrente sinaptica di feedback su se stessa.
00:10:28.26 Va bene, allora c'è
00:10:32.13 un ciclo che viene monitorato qui.
00:10:35.02 Quindi, ora applichiamo uno stimolo condizionante,
00:10:37.15 una stimolazione a impulsi accoppiati.
00:10:39.15 bop-bop, bop-bop, bop-bop.
00:10:42.11 questa stimolazione accoppiata con un intervallo di 50 msec.
00:10:47.15 Ora, questa stimolazione accoppiata
00:10:49.29 è stato applicato 40 volte, 40-50 volte.
00:10:54.26 Dopodiché, testiamo di nuovo -
00:10:57.05 stimola una cellula, la stessa cellula,
00:11:00.09 e guarda questo percorso
00:11:02.19 che abbiamo trovato qui stabile da molto tempo.
00:11:05.20 Vedete, dopo un breve periodo di stimolazione di impulsi accoppiati,
00:11:09.27 improvvisamente questa stessa stimolazione
00:11:12.07 crea non solo la risposta originale.
00:11:15.08 appaiono due risposte diverse.
00:11:17.28 Cioè, nella risposta compaiono due picchi.
00:11:23.29 Cosa rappresentano i due picchi?
00:11:26.12 Bene, questo è un ritardo di decine di millisecondi.
00:11:30.21 Ciò significa che rappresentano due percorsi diversi
00:11:35.19 che si attivano dopo la stimolazione a impulsi accoppiati
00:11:39.15 che sono attivati ​​e restituiscono alla stessa cella che stai registrando.
00:11:43.29 Quindi, ora hai dei percorsi.
00:11:45.24 vengono aperti nuovi percorsi
00:11:48.24 attraverso questa stimolazione a impulsi accoppiati.
00:11:51.07 Ora, un altro esempio.
00:11:53.07 Ora, in questo esempio
00:11:55.21 in realtà stiamo usando due celle:
00:11:57.21 stimoli in una cellula e registri da un'altra.
00:11:59.26 L'altra cella che stai registrando.
00:12:02.01 stimolando una cella trovi la risposta nella seconda cella
00:12:05.20 ha tre picchi,
00:12:07.20 tre distinte correnti sinaptiche,
00:12:10.16 che rappresenta tre percorsi,
00:12:12.08 vie polisinaptiche
00:12:14.28 che stanno raggiungendo la cella registrata
00:12:17.04 stabili nel tempo.
00:12:18.26 Quindi ora, condizionamento a impulsi accoppiati
00:12:20.18 con 30 msec crea un cambiamento,
00:12:23.23 una modifica.
00:12:25.15 Il terzo picco,
00:12:28.19 questo percorso è totalmente eliminato.
00:12:31.19 il vecchio percorso è eliminato, chiuso.
00:12:34.03 mentre ci sono due percorsi qui
00:12:36.20 che rimangono ancora dopo l'impulso accoppiato,
00:12:39.28 anche se il secondo percorso sembra essere ridotto
00:12:43.21 nella sua efficacia.
00:12:45.18 C'è più fallimento qui.
00:12:47.23 Ora, di nuovo, questo è un altro esempio.
00:12:50.17 Là, il vecchio sentiero
00:12:52.29 è effettivamente facilitato:
00:12:55.18 sono più affidabili
00:12:58.03 dopo 50 msec di impulso accoppiato.
00:13:00.11 Il quarto esempio. 100 msec di impulsi accoppiati, stimolazione 50 volte.
00:13:05.15 produce vecchi percorsi che stanno riducendo la loro efficacia
00:13:10.08 e nuovi percorsi che vengono aperti.
00:13:12.24 Questo è un nuovo percorso - 3.
00:13:14.27 Quindi, quando rappresentiamo tutti questi tipi di esperimenti,
00:13:18.05 è più facile usare questo colorgram.
00:13:19.26 Questo colorgram è una semplice rappresentazione
00:13:22.00 di questa complicata corrente sinaptica.
00:13:24.22 Il colore rappresenta l'ampiezza della corrente.
00:13:27.25 Quindi, un nuovo colore che appare qui.
00:13:31.02 ciò significa che vengono aperti nuovi percorsi polisinaptici.
00:13:35.00 Quindi, hai la stimolazione.
00:13:38.10 puoi registrare da una cella diversa
00:13:40.00 oppure puoi registrare da solo.
00:13:42.10 Quindi, questa è una registrazione di stimolazione
00:13:44.13 dalla stessa cella.
00:13:46.07 Ci sono, a partire dai percorsi,
00:13:48.04 per esempio qui hai due percorsi per cominciare,
00:13:51.21 due picchi.
00:13:53.14 e poi, con una certa stimolazione,
00:13:55.12 con una stimolazione di 40 msec,
00:13:57.10 vengono aperti nuovi percorsi 3 e 4,
00:14:00.25 e quel percorso si apre
00:14:03.09 ti dà questi nuovi picchi che stanno comparendo qui, 3 e 4.
00:14:09.04 Ma, se esegui un impulso accoppiato diverso da 60 msec,
00:14:13.21 anche le stesse 50 coppie,
00:14:15.29 non produci alcun cambiamento, nessun cambiamento persistente.
00:14:18.21 Un'apertura transitoria di alcuni percorsi,
00:14:23.01 ma poi scompare.
00:14:24.19 Ritorna ancora allo stato originale.
00:14:26.17 Quindi, un interruttore nello stato di un nuovo percorso
00:14:28.24 che sono costantemente aperti,
00:14:32.14 specificamente da questo impulso accoppiato di 40 msec.
00:14:36.02 Quindi, questo indica che l'intervallo.
00:14:39.02 il circuito è adesso
00:14:41.07 memorizzazione 40 msec
00:14:43.22 cambiando la sua forza sinaptica
00:14:45.29 in questi due percorsi,
00:14:48.10 in modo che ora possano condurre segnali.
00:14:51.24 Ora, la stessa cosa qui:
00:14:53.26 100 ms non funzionano,
00:14:55.22 50 ms funziona,
00:14:58.13 e 20 msec - nessun cambiamento.
00:15:01.24 Quindi, tutti questi esperimenti.
00:15:04.04 alla fine, si possono testare quanti nuovi percorsi si possono aprire.
00:15:07.27 Quali sono le probabilità di cambiare percorso?
00:15:13.03 La probabilità di cambiare percorso, come mostrato qui in questo grafico,
00:15:16.18 è piuttosto alto per gli intervalli tra gli impulsi
00:15:21.17 diffusione da 10 di msec a 200 msec.
00:15:26.12 Puoi ancora vedere i percorsi.
00:15:29.20 può modificare il percorso
00:15:32.01 con un intervallo di tempo di 200 msec.
00:15:34.18 In altre parole,
00:15:36.12 se hai intervalli ripetitivi di 200 msec,
00:15:39.20 che le informazioni possono essere memorizzate
00:15:42.04 in questa rete connessa in modo casuale
00:15:44.03 che consiste di circa 20 neuroni dell'ippocampo
00:15:46.28 cambiando la forza sinaptica
00:15:49.26 tra questo gruppo di celle,
00:15:52.09 un po' di potenziamento, un po' di depressione.
00:15:54.19 memorizzati in posti diversi in una memoria distribuita
00:16:00.16 all'interno della rete.
00:16:02.07 Ora, questo è LTP e LTD,
00:16:04.15 e mostriamo infatti, registrando direttamente,
00:16:07.08 che ci sono cambiamenti a lungo termine nella plasticità,
00:16:10.13 cambiando la forza sinaptica.
00:16:11.26 In effetti, sono anche dipendenti da APV,
00:16:14.18 Dipendente dal recettore NMDA.
00:16:16.19 Se blocchi il recettore NMDA,
00:16:18.20 il punto rosso qui,
00:16:19.27 la probabilità di cambiare è notevolmente ridotta.
00:16:24.25 Quindi, questo è un esempio
00:16:26.24 che i circuiti possono memorizzare informazioni
00:16:29.05 fino a 200 ms.
00:16:32.03 Quindi ora, cosa sta cambiando esattamente nella cella?
00:16:36.14 È difficile.
00:16:39.06 il sistema modello culturale è un sistema modello, giusto?
00:16:41.22 Quello che ci serve davvero è un in vivo.
00:16:44.28 nel cervello, in un cervello intatto,
00:16:47.16 può un insieme, un gruppo di cellule,
00:16:50.19 cambiando la loro connettività
00:16:53.18 per memorizzare le informazioni dall'esperienza sensoriale.
00:16:57.28 Quindi, ora torniamo a, di nuovo,
00:17:00.08 il sistema retinotettale
00:17:02.20 per osservare gruppi di cellule che si attivano nel sistema retinotettale.
00:17:06.11 Ora, abbiamo usato il girino di Xenopus prima,
00:17:10.01 ma i girini di Xenopus non sono molto buoni.
00:17:12.13 va bene per registrare singole celle,
00:17:15.01 ma non va bene per guardare molte celle.
00:17:19.15 Per questo, dobbiamo immaginare
00:17:21.18 un tessuto più trasparente,
00:17:25.27 come un pesce zebra,
00:17:28.02 per monitorare le attività all'interno di una cella,
00:17:31.00 quindi utilizzando metodi ottici.
00:17:32.18 Ora, ecco un gruppo di cellule tettali ottiche,
00:17:35.23 centinaia di celle,
00:17:37.19 etichettato con un colorante sensibile al calcio
00:17:40.21 che può riflettere l'elevazione del calcio nella cellula
00:17:44.06 in risposta al picco
00:17:46.21 o sparo delle cellule.
00:17:49.03 Quindi, il segnale di calcio è una rappresentazione,
00:17:51.23 direttamente proporzionale,
00:17:53.21 al numero di picchi sparati in queste celle.
00:17:56.13 Quindi, guardando il segnale del calcio,
00:17:59.03 possiamo monitorare l'attività
00:18:02.02 all'interno di questo insieme di centinaia di cellule,
00:18:04.26 e vediamo se lo sono.
00:18:07.17 la nostra speranza era capire se ci sono cellule lì.
00:18:13.22 insiemi di celle che possono essere attivati
00:18:17.20 dall'idea di Hebb sull'assemblaggio delle cellule
00:18:20.12 da uno stimolo sensoriale specifico,
00:18:24.27 e tale attivazione può persistere
00:18:26.28 e la loro connettività può essere rafforzata
00:18:29.18 come un modo per memorizzare le informazioni.
00:18:32.14 E, tra le informazioni memorizzate
00:18:34.12 include la sequenza degli eventi
00:18:37.01 e l'intervallo degli eventi.
00:18:39.18 Quindi, questa è la speranza originale,
00:18:41.19 ma stiamo facendo solo piccoli passi
00:18:44.24 verso quell'obiettivo.
00:18:46.28 Ora, quaggiù l'abbiamo già
00:18:49.25 ha compiuto alcuni progressi in questa direzione.
00:18:53.26 Ad esempio, possiamo monitorare
00:19:00.04 il segnale di calcio in risposta
00:19:03.01 a spazzare una barra in movimento
00:19:05.05 come mostravo prima.
00:19:07.00 Una barra in movimento attraverso la retina
00:19:09.04 crea un segnale di calcio nelle cellule.
00:19:11.14 Ogni volta che la barra mobile attraversa,
00:19:13.15 il calcio sale,
00:19:15.19 riflettendo.
00:19:17.22 in questa particolare cella, il livello di calcio sale
00:19:19.23 in risposta alla barra mobile che attraversa la retina.
00:19:23.11 Questo rappresenta, infatti,
00:19:25.19 una raffica di potenziali d'azione nella cellula
00:19:28.23 che creano questo afflusso di calcio.
00:19:31.01 Ma alcune cellule non rispondono,
00:19:32.25 per esempio questa cella non risponde
00:19:35.00 per niente alla barra mobile.
00:19:37.03 Questa cella risponde in modo inaffidabile, occasionalmente,
00:19:39.17 a qualche stimolo commovente,
00:19:42.14 suggerendo che ci sono diverse attivazioni.
00:19:44.16 Diverse cellule gangliari della retina stanno alimentando le cellule tettali.
00:19:48.24 Alcuni sono molto efficaci nell'essere attivati,
00:19:51.28 altri no.
00:19:53.25 Quindi, in effetti, possiamo creare centinaia di celle
00:19:57.01 - qui sto mostrando 200 celle.
00:19:59.10 Rappresentiamo ora il segnale di calcio con la scala di grigi.
00:20:02.11 Il buio significa più calcio.
00:20:04.29 Quindi, ogni cella è una riga, qui.
00:20:08.08 Nella cella,
00:20:10.13 ci sono 20 stimoli, barra mobile,
00:20:14.07 attraverso la retina.
00:20:16.15 Ogni volta che la barra mobile attraversa
00:20:19.11 ricevi un segnale di calcio.
00:20:21.05 Il segnale del calcio sale, sale.
00:20:23.17 quindi 20 segnali di calcio.
00:20:28.09 Ora, quando la barra in movimento
00:20:31.18 ora si sta spostando da sinistra a destra,
00:20:34.00 una barra che si muove verso destra anziché la direzione opposta,
00:20:36.18 la barra di spostamento nella direzione opposta
00:20:39.25 fornisce molta meno attività in questa particolare cellula.
00:20:42.20 Questa cella mostra un'elevata attività,
00:20:45.15 ma le attività sono ridotte,
00:20:47.14 sono più piccoli, molto più piccoli,
00:20:49.22 per queste celle per la barra mobile opposta.
00:20:53.04 Ora, in questo bar,
00:20:56.28 per queste celle, ad esempio,
00:20:59.15 rispondono selettivamente a una barra in movimento verso destra.
00:21:03.06 Non rispondono affatto a
00:21:07.07 a una barra mobile verso sinistra.
00:21:09.09 Quindi, c'è specificità.
00:21:10.28 E c'è una riproducibilità:
00:21:12.18 la stessa cella che risponde la prima volta
00:21:14.18 a una barra a sinistra
00:21:17.22 risponde di nuovo con una barra a sinistra.
00:21:20.13 Quindi, c'è una riproducibilità
00:21:22.17 e c'è una specificità della risposta.
00:21:26.06 Ora, puoi disegnarlo in un colorgram, qui.
00:21:30.10 Il globulo rosso.
00:21:32.09 piuttosto le celle verdi, qui,
00:21:34.06 rispondono solo alla barra di sinistra,
00:21:36.09 la barra mobile verso sinistra.
00:21:38.07 I rossi rispondono solo alla barra in movimento verso destra,
00:21:41.22 e il giallo sono quelle cellule che rispondono a entrambi.
00:21:45.16 Quindi, c'è sovrapposizione di celle.
00:21:48.24 Ci sono due gruppi o due insiemi di cellule
00:21:52.17 che si sovrappongono,
00:21:54.22 ma ogni ensemble è specifico
00:21:59.21 alla barra mobile in una direzione particolare.
00:22:02.18 Quindi ora, il vero esperimento
00:22:05.18 è se questo gruppo di cellule
00:22:08.16 può memorizzare le informazioni nella barra mobile.
00:22:11.27 Quindi, cosa succede quando si condiziona la retina?
00:22:16.11 con una barra mobile specifica in una direzione,
00:22:22.10 muovendosi in una direzione particolare per 20 volte.
00:22:24.15 Cosa è successo dopo?
00:22:27.01 Tutte le attività vengono memorizzate,
00:22:29.23 o stanno avvenendo cambiamenti sinaptici in questo gruppo di cellule?
00:22:34.00 Quindi, l'abbiamo cercato,
00:22:35.25 ha cercato questi cambiamenti.
00:22:37.21 La prima cosa che abbiamo trovato è. questo è interessante.
00:22:41.02 dopo il condizionamento.
00:22:43.19 transitori di calcio che si verificano
00:22:46.06 tra il gruppo di celle,
00:22:48.19 questa è una registrazione tra 200 celle.
00:22:51.22 Quindi, durante il condizionamento,
00:22:54.12 ogni volta che diventi molto bravo
00:22:58.18 segnale di calcio correlato
00:23:01.10 in questo gruppo di celle,
00:23:04.27 un sottoinsieme di queste celle
00:23:08.03 mostra segnali di calcio
00:23:10.26 dopo lo stimolo condizionante
00:23:13.26 è stato terminato.
00:23:15.25 Quindi, dopo che non hai più barre mobili
00:23:17.24 attraverso la retina.
00:23:20.12 A un intervallo dello stesso intervallo di tempo
00:23:23.07 come stimolo condizionante,
00:23:25.12 sono riapparsi i transitori di calcio,
00:23:27.29 con un transitorio ritmico di calcio
00:23:30.01 ora si verifica per tre volte
00:23:32.05 tra un sottoinsieme di neuroni
00:23:34.18 che ha risposto alla barra in movimento.
00:23:37.26 Ora, è interessante
00:23:40.21 perché queste sono le tracce
00:23:43.17 rimasto dal condizionamento.
00:23:45.14 Questo è il ricordo. la traccia della memoria
00:23:48.22 Ora, qui viene mostrato il livello di calcio misurato.
00:23:55.08 Ora, curiosamente, questo transitorio di calcio,
00:23:57.18 cosiddetto transitorio di calcio post-condizionamento,
00:24:00.27 che rappresenta il picco dei neuroni.
00:24:02.21 ricorda che il calcio è causato dai picchi.
00:24:06.11 il picco di questi neuroni
00:24:09.02 si verifica in un intervallo di tempo
00:24:11.22 che corrisponde esattamente allo stesso intervallo
00:24:14.19 come condizionamento.
00:24:16.16 Quindi, qui abbiamo un condizionamento di quattro secondi.
00:24:20.03 Gli ultimi 4 stimoli condizionanti dopo il 20.
00:24:26.14 ultimi 4 dopo 20 stimolo condizionante
00:24:29.18 che compare qui.
00:24:31.05 ma dopo che il condizionamento è stato disattivato,
00:24:33.29 vedi ancora questi ripetuti transitori di calcio
00:24:39.00 al giusto intervallo di quattro secondi.
00:24:41.23 Ora, se condizioni con sei secondi,
00:24:44.18 il transitorio avverrà a sei secondi.
00:24:46.20 Se condizioni con un intervallo di dieci secondi,
00:24:50.06 il transitorio post-condizionamento
00:24:52.19 si verifica a intervalli di dieci secondi.
00:24:57.27 Quindi, il sistema ricorda
00:24:59.27 l'intervallo di condizionamento
00:25:02.20 ripetendo lo stesso picco
00:25:04.28 tra questo gruppo di cellule,
00:25:06.21 un sottogruppo di celle,
00:25:09.13 delle celle assemblate.
00:25:11.13 Quindi, ecco l'istogramma
00:25:14.05 che mostra chiaramente concentrato,
00:25:17.09 attività ritmica
00:25:19.15 che si adatta al.
00:25:22.17 e l'attività spontanea non lo mostra,
00:25:25.02 quando non c'è condizionamento,
00:25:27.14 l'attività spontanea non mostra attività ritmica,
00:25:31.08 ma l'attività ritmica a quattro secondi,
00:25:33.13 sei secondi,
00:25:35.19 e si verificano dieci secondi
00:25:38.08 dopo il condizionamento specifico di quel particolare intervallo.
00:25:41.26 Ora, il tempo. durata di questa ricomparsa dell'attività ritmica
00:25:50.29 è limitato.
00:25:52.25 Sono solo venti secondi o giù di lì.
00:25:54.28 Quindi, in questo caso di condizionamento di dieci secondi,
00:25:59.03 verrà ripetuto due volte.
00:26:02.15 Di tanto in tanto, una terza volta,
00:26:04.05 ma soprattutto entro i primi venti secondi.
00:26:07.15 Ma ottieni più ripetizioni
00:26:09.23 se hai un intervallo di sei secondi,
00:26:12.12 quindi hai più casi.
00:26:14.26 fino a diciotto secondi
00:26:18.06 puoi vedere il transitorio di calcio,
00:26:20.14 poi scompare.
00:26:22.11 Quindi, è una memoria a breve termine.
00:26:25.24 Quindi, queste attività d'insieme riverberanti
00:26:31.08 sono specifici per lo stimolo.
00:26:33.25 Quindi, una barra in movimento verso sinistra
00:26:36.23 creando attività ritmica tra questo gruppo di cellule,
00:26:40.10 ma la barra mobile verso destra
00:26:43.02 sta creando un'attività riverberante
00:26:45.17 su un diverso gruppo di celle.
00:26:47.10 non è lo stesso gruppo.
00:26:49.20 Quindi, questo è lo stesso set di 100 celle
00:26:53.13 che in seguito monitoriamo la loro attività ritmica.
00:26:58.27 Quindi, cosa significa questo per l'animale?
00:27:05.01 A che serve ricordare l'animale?
00:27:08.03 questa attività ritmica?
00:27:10.03 Quindi, possiamo.
00:27:12.00 il pesce zebra ha questa cosa carina
00:27:13.21 che possiamo comportarci.
00:27:15.25 Se immobilizziamo il pesce zebra sul palco,
00:27:18.09 dove possiamo monitorare
00:27:21.04 utilizzando agar trasparente.
00:27:23.26 immobilizzare la testa
00:27:26.00 ma lascia che la coda si muova.
00:27:29.01 possiamo monitorare l'attività nel cervello.
00:27:31.11 Allo stesso tempo, possiamo monitorare il ribaltamento della coda,
00:27:34.05 che è un'indicazione di
00:27:38.16 l'attività motoria che guida il nuoto del.
00:27:42.28 guida il comportamento di fuga del pesce zebra.
00:27:47.04 Quindi qui, abbiamo scoperto che, in modo interessante,
00:27:49.18 puoi usare questa barra mobile, o lampi di luce,
00:27:55.03 per attivare il comportamento di fuga
00:27:57.15 del pesce,
00:27:59.25 e questo è abbastanza riproducibile.
00:28:01.13 Se condizioniamo in questo caso con i flash,
00:28:04.21 ogni volta che fai un lampo
00:28:06.26 la coda si capovolgerebbe.
00:28:09.26 Questa è una sequenza del lancio della coda,
00:28:12.17 e con questo puoi monitorare il ribaltamento della coda.
00:28:16.08 quantitativamente,
00:28:19.05 dalla curvatura della coda.
00:28:21.03 Quindi, ecco la curvatura della coda.
00:28:23.17 Ogni volta che il flash è acceso,
00:28:26.01 a intervalli di sei secondi,
00:28:28.09 hai un salto mortale
00:28:30.19 più o meno riproducibile.
00:28:32.25 Il 60% delle volte si ottiene un ribaltamento in coda in modo riproducibile.
00:28:36.09 Quindi ora accade l'esperimento interessante
00:28:39.08 quando smetti di lampeggiare in questo momento.
00:28:47.20 E, dopo che il flash è terminato,
00:28:49.23 questo è l'ultimo lampo,
00:28:51.21 trovi altri due salti di coda
00:28:54.15 che si verifica proprio agli intervalli di sei secondi,
00:28:57.15 dopo la cessazione
00:29:00.18 dello stimolo condizionante.
00:29:04.00 Quindi, il pesce ricorda il comportamento.
00:29:08.00 questo ricordo dell'intervallo di condizionamento
00:29:12.12 si riflettono in un comportamento visivo-motorio
00:29:16.03 del pesce zebra
00:29:18.23 nel loro comportamento di fuga.
00:29:21.04 Ora, in assenza.
00:29:23.03 nessuno stimolo luminoso.
00:29:25.00 se lo ricordano e girano la coda.
00:29:27.24 Quindi, ho un film per questo
00:29:30.04 che mostra gli ultimi quattro stimoli di condizionamento
00:29:35.06 che provoca il ribaltamento della coda,
00:29:37.04 e lo userò
00:29:40.28 un suono per rappresentare la tempistica del flash.
00:29:45.18 Il pesce non ha sentito il suono,
00:29:47.29 questo è quando sto facendo il film,
00:29:50.00 Metto un suono per indicare la tempistica del flash.
00:29:53.17 Quindi, vai avanti.
00:29:56.15 Vedremo gli ultimi quattro salti mortali creati da questo.
00:30:00.20 senti quel suono, quello è il flash.
00:30:03,00 Quindi la coda si è capovolta.
00:30:05.18 Altri sei secondi,
00:30:08.08 coda capovolta in risposta al flash.
00:30:11.21 Lampo.
00:30:14.11 notano che iniziano a oscillare anche prima che il flash sia acceso.
00:30:17.17 Se lo ricordano, vedi? quel lampo.
00:30:21.05 Quindi, c'è la fine dello stimolo, lo stimolo condizionante.
00:30:24.13 Ora, sei secondi dopo, eh.
00:30:26.19 capovolgi. altri sei secondi.
00:30:31.18 Quindi, in assenza di condizionamento,
00:30:35.17 il pesce in realtà ricorda l'intervallo di sei secondi
00:30:38.17 e poi capovolgi di nuovo.
00:30:41.01 Quindi, c'è una ragione per questo ricordo.
00:30:44.22 Per il loro comportamento di fuga,
00:30:46.20 potrebbe essere utile nel loro ambiente naturale.
00:30:50.01 Quindi, finalmente,
00:30:52.16 questo è il tail flip post-condizionamento.
00:30:59.20 si verificano anche allo stimolo condizionante.
00:31:01.17 A seconda dello stimolo condizionante
00:31:03.18 si capovolgono al momento giusto,
00:31:05.26 e i salti mortali sono correlati.
00:31:09.07 ha un'alta correlazione
00:31:11.16 con i segnali di calcio registrati nel tetto.
00:31:15.16 Ora, questo non suggerisce.
00:31:18.05 non prova che il segnale di calcio, o il picco,
00:31:23.06 è responsabile del ribaltamento della coda,
00:31:25.22 ma è una stretta correlazione.
00:31:28.18 Questa è la prima fase
00:31:30.16 dove vengono elaborate le informazioni sensoriali.
00:31:33.07 C'è un ricordo lì nel tetto
00:31:36.03 che è correlato
00:31:38.02 con la risposta comportamentale,
00:31:40.08 quindi è probabile che siano imparentati.
00:31:42.10 Ora, questa correlazione può essere mostrata qui,
00:31:44.20 che per quegli eventi di calcio
00:31:47.13 c'è uno sballo.
00:31:49.23 durante il condizionamento.
00:31:52.04 durante la stimolazione del condizionamento,
00:31:54.10 c'è un'alta correlazione
00:31:56.18 tra il ribaltamento di coda con l'evento di calcio,
00:31:59.24 e l'evento di calcio con lanci di coda
00:32:02.00 hanno anche un'alta correlazione,
00:32:06.11 e questa correlazione è rimasta per 30 secondi.
00:32:11.04 Dopo i primi 30 secondi,
00:32:12.25 hai ancora un'alta correlazione tra gli eventi di calcio
00:32:15.14 e la coda gira,
00:32:17.20 e l'ampiezza degli eventi di calcio
00:32:20.18 è in realtà.
00:32:25.13 per quelli con salti mortali,
00:32:28.01 gli eventi di calcio sono significativamente più alti
00:32:30.21 rispetto a quelli correlati agli eventi di calcio
00:32:33.21 senza ribaltamento della coda.
00:32:35.11 Quindi, tutto questo mostra la correlazione
00:32:37.03 dell'attività nel tectum
00:32:38.29 e il comportamento del sistema.
00:32:42.08 Quindi ora,
00:32:44.03 com'è la plasticità dipendente dal tempo del picco?
00:32:46.16 coinvolto qui?
00:32:48.11 La memoria sembra durare solo 20 secondi,
00:32:51.06 a brevissimo termine.
00:32:52.17 Non abbiamo ancora spinto quel tempo usando.
00:32:57.26 per vedere se quel tempo può essere prorogato per una durata maggiore
00:33:00.19 fornendo diversi tipi di protocolli.
00:33:04.11 È possibile che questa memoria più corta
00:33:06.14 può essere memorizzato,
00:33:08.08 consolidato in una memoria più a lungo termine,
00:33:11.02 e tale consolidamento potrebbe richiedere
00:33:15.10 cambiamenti alle sinapsi.
00:33:17.13 In questo momento,
00:33:19.11 sappiamo solo che in questi circuiti tettali
00:33:22.00 ci sono fenomeni associati
00:33:24.18 con la memoria dell'intervallo di tempo di condizionamento.
00:33:28.13 stimolo di condizionamento ritmico.
00:33:31.09 Se la plasticità sinaptica
00:33:34.00 è direttamente coinvolto
00:33:36.25 nella codifica di queste informazioni
00:33:39.19 e nel consolidare la memoria,
00:33:42.09 non siamo chiari in questo momento,
00:33:46.04 ma questo è per il lavoro futuro.
00:33:49.13 Quindi, per riassumere questa parte,
00:33:51.24 Ho mostrato ancora due esempi,
00:33:53.19 uno nel sistema del modello culturale molto semplice,
00:33:57.07 che mostra che LTP e LTD,
00:33:59.11 plasticità dipendente dal tempo di picco,
00:34:02.07 può essere utilizzato per memorizzare informazioni
00:34:06.05 dell'intervallo di tempo fino a 200 msec.
00:34:10.04 Quindi, questo è un sistema molto semplice.
00:34:13.17 La fattibilità di utilizzare i tempi di ritardo,
00:34:17.12 un cosiddetto meccanismo di ritardo,
00:34:19.18 in modo che le informazioni sull'intervallo vengano memorizzate
00:34:22.29 in modo distribuito nello spazio
00:34:25.07 in diverse sinapsi in una rete polisinaptica.
00:34:28.00 Nel secondo esempio,
00:34:29.17 Ho mostrato nel tectum del pesce zebra
00:34:31.19 che c'è un insieme di cellule
00:34:34.01 la cui attività di picco
00:34:36.00 può essere trascinato
00:34:38.15 da stimolo sensoriale ritmico,
00:34:41.10 e quel trascinamento
00:34:43.20 può durare un po' dopo lo stimolo sensoriale.
00:34:47.10 per un breve periodo, per decine di secondi.
00:34:51.11 E la cosa interessante
00:34:53.05 è quel trascinamento di intervallo,
00:34:55.08 l'intervallo di tempo lì,
00:34:57.18 è nell'ordine dei secondi.
00:34:59.14 È piuttosto lungo, vero?
00:35:01.14 Il pesce zebra ricorda sei secondi
00:35:03.10 abbastanza precisamente in questo caso particolare,
00:35:06.22 e le informazioni ritmiche, quel tempismo,
00:35:09.24 com'era quella seconda informazione?
00:35:12.19 memorizzati e codificati dalla rete di celle?
00:35:16.29 Rimane davvero una domanda misteriosa
00:35:20.24 da affrontare nei prossimi anni.
00:35:25.02 Quindi, mi fermo qui
00:35:26.25 e grazie per l'attenzione,
00:35:28.27 e voglio dare credito alle persone
00:35:32.05 che hanno contribuito alle ultime tre parti del mio intervento,
00:35:35.00 la parte sperimentale.
00:35:36.26 Questo include tutte le persone
00:35:39.17 che era nel mio laboratorio,
00:35:41.27 colleghi nel mio laboratorio alla UCSD
00:35:43.25 e Berkeley e Shanghai,
00:35:46.20 e la maggior parte di loro se ne sono andati
00:35:48.25 e ha trovato una posizione altrove,
00:35:52.03 e due studenti a Shanghai
00:35:54.12 stanno ancora lavorando in laboratorio
00:35:56.23 sulla corteccia visiva primaria.
00:35:58.21 apprendimento della sequenza.
00:36:01.02 E sono dipeso da questo lavoro
00:36:03.18 in collaborazione con i colleghi
00:36:06.05 Yang Dan,
00:36:08.01 e primi lavori sui girini di Xenopus
00:36:11.06 con Christine Holt e Bill Harris,
00:36:14.12 e più recentemente i pesci zebra lavorano con Herwig Baier.
00:36:18.25 Grazie.

  • Parte 1: La base cellulare dell'apprendimento e della memoria

Un neurone può creare una sinapsi su se stesso? - Biologia

Le informazioni da un neurone fluiscono verso un altro neurone attraverso a sinapsi. La sinapsi è un piccolo spazio che separa i neuroni. La sinapsi è composta da:

Un potenziale d'azione non può attraversare la fessura sinaptica tra i neuroni. Invece l'impulso nervoso è trasportato da sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori. Queste sostanze chimiche sono prodotte dalla cellula che invia l'impulso (il neurone presinaptico) e memorizzato in vescicole sinaptiche alla fine dell'assone. La cellula che riceve l'impulso nervoso (la neurone post-sinaptico) ha canali ionici a controllo chimico nella sua membrana, chiamati neurorecettori. Questi hanno siti di legame specifici per i neurotrasmettitori.

1. Alla fine del neurone presinaptico ci sono canali del calcio voltaggio-dipendenti. Quando un potenziale d'azione raggiunge la sinapsi, questi canali si aprono, provocando il flusso di ioni calcio nella cellula.

2. Questi ioni calcio fanno fondere le vescicole sinaptiche con la membrana cellulare, rilasciando il loro contenuto (i neurotrasmettitori chimici) per esocitosi.

3. I neurotrasmettitori si diffondono attraverso la fessura sinaptica.

4. Il neurotrasmettitore si lega ai neurorecettori nella membrana postsinaptica, provocando l'apertura dei canali. Nell'esempio mostrato questi sono canali del sodio, quindi gli ioni sodio fluiscono.

5. Ciò provoca una depolarizzazione della membrana cellulare post-sinaptica, che può avviare un potenziale d'azione, se viene raggiunta la soglia.

6. Il neurotrasmettitore viene scomposto da un enzima specifico nella fessura sinaptica, ad esempio l'enzima acetilcolinesterasi rompe il neurotrasmettitore acetilcolina. I prodotti di degradazione vengono assorbiti dal neurone presinaptico per endocitosi e utilizzati per risintetizzare più neurotrasmettitori, utilizzando l'energia dei mitocondri. Ciò interrompe l'attivazione permanente della sinapsi.

il potenziale d'azione raggiunge il presinaptico terminale

canali Ca 2+ voltaggio-dipendenti aperti

le vescicole sinaptiche si fondono con la membrana (esocitosi)

i neurotrasmettitori vengono rilasciati nella fessura sinaptica e diffusi al terminale postsinaptico

il neurotrasmettitore si lega al neurorecettore sulla membrana postsinaptica

fa aprire i canali del Na+ e il Na+ scorre nella membrana postsinaptica

se viene raggiunta la soglia, viene avviato il potenziale d'azione

Diversi tipi di sinapsi [torna in cima]

Il sistema nervoso umano utilizza diversi neurotrasmettitori e neurorecettori e non funzionano tutti allo stesso modo. Possiamo raggruppare le sinapsi in 5 tipi:

1. Sinapsi del canale ionico eccitatorio.

Queste sinapsi hanno neurorecettori che sono canali del sodio. Quando i canali si aprono, gli ioni positivi entrano, causando una depolarizzazione locale e rendendo più probabile un potenziale d'azione.Questo era il tipo di sinapsi descritto sopra. I neurotrasmettitori tipici sono acetilcolina, glutammato o aspartato.

2. Sinapsi inibitorie del canale ionico.

Queste sinapsi hanno neurorecettori che sono canali del cloro. Quando i canali si aprono, gli ioni negativi fluiscono causando un'iperpolarizzazione locale e rendendo meno probabile un potenziale d'azione. Quindi con queste sinapsi un impulso in un neurone può inibire un impulso nel prossimo. I neurotrasmettitori tipici sono la glicina o il GABA.

3. Sinapsi non di canale.

Queste sinapsi hanno neurorecettori che non sono affatto canali, ma sono invece enzimi legati alla membrana. Quando attivati ​​dal neurotrasmettitore, catalizzano la produzione di un "messaggero chimico" all'interno della cellula, che a sua volta può influenzare molti aspetti del metabolismo cellulare. In particolare possono alterare il numero e la sensibilità dei recettori dei canali ionici nella stessa cellula. Queste sinapsi sono coinvolte in risposte lente e durature come l'apprendimento e la memoria. I neurotrasmettitori tipici sono l'adrenalina, la noradrenalina (NB l'adrenalina è chiamata epinefrina in America), la dopamina, la serotonina, l'endorfina, l'angiotensina e l'acetilcolina.

4. Giunti neuromuscolari.

Queste sono le sinapsi che si formano tra i motoneuroni e le cellule muscolari. Usano sempre il neurotrasmettitore acetilcolina e sono sempre eccitatori. Li esamineremo quando faremo i muscoli. I motoneuroni formano anche sinapsi specializzate con cellule secretorie.

5. Sinapsi elettriche.

In queste sinapsi le membrane delle due cellule si toccano e condividono le proteine. Ciò consente al potenziale d'azione di passare direttamente da una membrana all'altra. Sono molto veloci, ma sono piuttosto rari, si trovano solo nel cuore e nell'occhio.

canali ionici inibitori - i neurorecettori sono canali Cl. Quando i canali Cl si aprono, si verifica l'iperpolarizzazione, rendendo meno probabile il potenziale d'azione

Sinapsi non di canale - i neurorecettori sono enzimi legati alla membrana. Quando attivati, catalizzano la "sostanza messaggera", che a sua volta può influenzare la sensibilità dei recettori dei canali ionici nella cellula

giunzioni neuromuscolari - sinapsi formate tra motoneuroni e cellule muscolari. Usa sempre il neurotrasmettitore acetilchilina e sono sempre eccitatori

Somma [torna in cima]

Quando un neurone postsinaptico è eccitato/inibito da più di un neurone presinaptico. Così diversi neuroni convergono e rilasciano i loro neurotrasmettitori verso un neurone.

Un neurone può avere migliaia di sinapsi sul corpo e sui dendroni. Quindi ha molti input, ma solo un output. L'uscita attraverso l'assone è chiamata Grande potenziale postsinaptico (GPP) ed è la somma di tutti i potenziali eccitatori e inibitori di tutte le sinapsi di quella cellula. Se ci sono più potenziali eccitatori che inibitori, allora ci sarà un GPP e il neurone "si accenderà", ma se ci sono più potenziali inibitori che eccitatori allora non ci sarà un GPP e il neurone non si attiverà.

Questa somma è la base della potenza di elaborazione nel sistema nervoso. I neuroni (specialmente gli interneuroni) sono un po' come le porte logiche in un computer, dove l'output dipende dallo stato di uno o più input. Collegando abbastanza porte logiche insieme puoi creare un computer e collegando abbastanza neuroni insieme per creare un sistema nervoso, incluso un cervello umano.

Allora perché preoccuparsi? Perché avere lacune nei nervi? [torna in cima]

Hai solo bisogno di conoscere due principali neurotrasmettitori:

Ampiamente usato nelle sinapsi del sistema nervoso periferico. Rilasciato ai terminal di:

L'acetilcolina viene rimossa dalla sinapsi mediante scomposizione enzimatica in frammenti inattivi. L'enzima utilizzato è l'acetilcolinesterasi.

I gas nervini utilizzati in guerra (ad esempio il sarin) e gli insetticidi organofosfati (ad esempio il parathion) ottengono i loro effetti inibendo l'acetilcolinesterasi, consentendo così all'ACh di rimanere attivo. In presenza di tali inibitori l'ACh continua a stimolare le membrane postsinaptiche e il sistema nervoso si scatena presto, provocando la contrazione dei muscoli in spasmi incontrollabili e infine la morte. L'atropina è usata come antidoto perché blocca i recettori dell'ACh.

Questa è un'altra sostanza trasmittente che può trovarsi in alcune sinapsi invece dell'acetilcolina, ad es. alcune sinapsi del cervello umano e sistema nervoso simpatico sinapsi.

Le sinapsi comportano un apprezzabile ritardo, fino a un millisecondo. Quindi rallenta la trasmissione nel sistema nervoso.

Le sinapsi sono altamente suscettibili ai farmaci e alla fatica, ad es.

mescalina e LSD producono il loro effetto allucinatorio interferendo con la noradrenalina.


Droghe e sistema nervoso
[torna in cima]
(ulteriori informazioni, comunque, utili alla tua comprensione)

Quasi tutti i farmaci assunti dall'uomo (medicinali e ricreativi) influenzano il sistema nervoso. Dalla nostra comprensione del sistema nervoso umano possiamo capire quanti farmaci comuni funzionano. I farmaci possono influenzare il sistema nervoso in vari modi, mostrati in questa tabella:

Stimolare il rilascio di un neurotrasmettitore

Aprire un canale neurorecettore

Blocca un canale neurorecettore

Inibire l'enzima di degradazione

Inibire la pompa Na + K + ATPasi

Si chiamano farmaci che stimolano un sistema nervoso agonisti, e quelli che inibiscono un sistema sono chiamati antagonisti. Progettando farmaci per influenzare specifici neurotrasmettitori o neurorecettori, i farmaci possono essere mirati a diverse parti del sistema nervoso. Il paragrafo seguente descrive l'azione di alcuni farmaci comuni. Non è necessario che tu sappia nulla di tutto ciò, ma dovresti essere in grado di capire come funzionano. . Progettando farmaci per influenzare specifici neurotrasmettitori o neurorecettori, i farmaci possono essere mirati a diverse parti del sistema nervoso. Il paragrafo seguente descrive l'azione di alcuni farmaci comuni. Non è necessario che tu sappia nulla di tutto ciò, ma dovresti essere in grado di capire come funzionano.

1. Farmaci che agiscono sul sistema nervoso centrale

Nel sistema di attivazione reticolare (RAS) nel tronco cerebrale i recettori della noradrenalina sono eccitatori e causano veglia, mentre i recettori GABA sono inibitori e causano sonnolenza. Caffeina (nel caffè, cacao e cola), teofillina (nel tè), anfetamine, ecstasy (MDMA) e cocaina promuovono il rilascio di noradrenalina in RAS, così come gli stimolanti. I farmaci antidepressivi, come i triciclici, inibiscono la degradazione e l'assorbimento della noradrenalina, estendendone così l'effetto. L'alcol, le benzodiazepine (ad esempio mogadon, valium, librium), i barbiturici e la marijuana attivano tutti i recettori GABA, causando una maggiore inibizione del RAS, così come tranquillanti, sedativi e depressivi. I narcotici o il gruppo di farmaci oppioidi, che includono morfina, codeina, oppio, metadone e diamorfina (eroina), bloccano tutti i recettori degli oppiacei, bloccando la trasmissione dei segnali di dolore nel cervello e nel midollo spinale. Le endorfine naturali del cervello sembrano avere un'azione simile.

Il neurotrasmettitore cerebrale dopamina ha un certo numero di ruoli, tra cui il controllo muscolare, l'inibizione del dolore e la stimolazione generale. Alcuni disturbi psicotici come la schizofrenia e la depressione maniacale sono causati da un eccesso di dopamina e i farmaci antipsicotici vengono utilizzati per bloccare i recettori della dopamina e quindi ridurne gli effetti. La malattia di Parkinson (scuotimento della testa e degli arti) è causata da una quantità insufficiente di dopamina rispetto alla produzione di acetilcolina nel mesencefalo. L'equilibrio può essere ripristinato con la levodopa, che mima la dopamina, o con farmaci anticolinergici (come la prociclidina), che bloccano i recettori muscarinici dell'acetilcolina.

La tetrodotossina (dal pesce palla giapponese) blocca i canali del sodio voltaggio-dipendenti, mentre il tetraetilammonio blocca il canale del potassio voltaggio-dipendente. Entrambi sono potenti veleni nervosi. Gli anestetici generali inibiscono temporaneamente i canali del sodio. La stricnina blocca i recettori della glicina nel cervello, causando convulsioni muscolari e morte.

2. Farmaci che agiscono sul sistema nervoso somatico

Il curaro e una bungarotossina (entrambi veleni di serpente) bloccano i recettori nicotinici dell'acetilcolina nel sistema nervoso somatico, rilassando così il muscolo scheletrico. Miastenia grave (un indebolimento dei muscoli del viso e della gola causato da recettori nicotinici inattivi dell'acetilcolina) viene trattato con il farmaco neostigmina, che inibisce l'acetilcolinesterasi, aumentando così la quantità di acetilcolina alla giunzione neuromuscolare. I gas nervini e gli insetticidi organofosfati (DDT) inibiscono l'acetilcolinesterasi, quindi i recettori nicotinici dell'acetilcolina sono sempre attivi, causando spasmi muscolari e morte. I tessuti danneggiati rilasciano prostaglandine, che stimolano i neuroni del dolore (tra le altre cose). Gli analgesici non narcotici come l'aspirina, il paracetamolo e l'ibuprofene bloccano la produzione di prostaglandine alla fonte del dolore, mentre il paracetamolo ha un effetto simile nel cervello. Gli anestetici locali come la procaina bloccano tutte le sinapsi sensoriali e motorie nel sito di applicazione.

3. Farmaci che agiscono sul sistema nervoso autonomo

Agonisti simpatici come il salbutamolo e l'isoprenalina, attivano i recettori adrenergici nel sistema simpatico, favorendo il rilassamento della muscolatura liscia, e sono usati come broncodilatatori nel trattamento dell'asma. Antagonisti simpatici come i beta-bloccanti bloccano i recettori della noradrenalina nel sistema nervoso simpatico. Provocano la dilatazione dei vasi sanguigni nel trattamento dell'ipertensione e dell'emicrania e riducono la frequenza del battito cardiaco nel trattamento dell'angina e dei ritmi cardiaci anormali. Antagonisti parasimpatici come l'atropina (dalla mortale belladonna belladonna) inibiscono i recettori muscarinici dell'acetilcolina nel sistema parasimpatico e vengono utilizzati come colliri per rilassare i muscoli ciliari dell'occhio.


In che modo un neurone con più sinapsi decide quale sinapsi attivare? (Altre domande nel post)

La neurologia non è esattamente la mia materia migliore in biologia e ho bisogno di aiuto. Come vengono creati i messaggi nella rete neurale? Quando si tratta di pensare, come facciamo noi umani a trovare nuove idee in senso neurale?

In tutti i casi che conosco, un neurone non attiva selettivamente alcune delle sue sinapsi e non altre. Secondo il principio di Dale, tutte le sinapsi provenienti da un singolo neurone sono dello stesso tipo. Quando il neurone attiva un potenziale d'azione, ogni sinapsi viene attivata con approssimativamente la stessa probabilità. Se viene attivata una sinapsi e non un'altra, è dovuto alla variabilità sinaptica derivante da cose come il rumore molecolare e la depressione sinaptica a breve termine. In altre parole, nasce dal puro caso. Il neurone non sceglie di attivare una sinapsi rispetto all'altra.

Detto questo, quasi ogni affermazione in neuroscienza ha le sue eccezioni. Ci sono tipi di neuroni che non obbediscono al principio di Dale e potrebbero esserci neuroni che possono influenzare la probabilità di attivare diverse sinapsi in base a fattori come la durata o l'ampiezza del picco. Tali neuroni sarebbero tutt'altro che tipici.

Quindi, stai dicendo che il neurone emette segnali verso tutti i percorsi sinapsi collegati per impostazione predefinita e che i casi in cui solo determinati percorsi non vengono attivati ​​sono casuali? Ho studiato biologia a livello universitario tra la fine degli anni '80 e l'inizio degli anni '90 e sono davvero affascinato dalla domanda di Op. Soprattutto per quanto riguarda le applicazioni pratiche nell'architettura dei moderni sistemi di intelligenza artificiale. Come ingegnere del software negli ultimi 23 anni, vedo molti paralleli tra biologia e informatica.

I neuroni hanno un singolo assone che trasmette il messaggio. L'assone può ramificarsi per segnalare molti altri neuroni, ma il segnale viaggia in una sola direzione e il segnale è tutto o niente. Tutte le altre sinapsi (i dendriti) servono esclusivamente a ricevere informazioni. Se ricevono una stimolazione sufficiente, il neurone si attiva. Altrimenti, il neurone non si attiva. Da un punto di vista neurologico, le persone non creano realmente nuove idee, ma semplicemente ricombinano le loro esperienze passate.

Guarda questa immagine qui. Questo è un neurone multipolare, di cui è composto il cervello.

Per elaborare, i neuroni sono in grado di differenziare tra i diversi tipi di input che ricevono, ma l'output (assone) è tutto o niente. Ad esempio, nella retina, alcune cellule possono fornire input inibitorio ad altre cellule, che in realtà impediranno loro di attivarsi a meno che non venga raggiunta una soglia maggiore sugli altri input. Siamo appena sul punto di capire il percorso che un segnale neurale prende attraverso il cervello a livello cellulare, ma è significativamente più complicato di "se la somma degli input è maggiore di x, fuoco!"

ma il segnale viaggia in una sola direzione

Contestato. In contesti sperimentali questo non è certamente il caso.

Finché lo stimolo iniziale è al di sopra della soglia di -55 mV, allora il neurone aprirà i suoi canali ligando che innescano un potenziale d'azione (AP) autopropagante. L'AP consiste in depolarizzazione, ripolarizzazione e iperpolarizzazione. Questo è fondamentalmente il cambiamento delle cariche lungo la membrana dell'assone che fa sì che l'AP viaggi verso il terminale. Durante la ripolarizzazione è in uno stadio refrattario assoluto, il che significa che nessun altro AP può essere creato. Dopodiché e quando il potenziale di membrana (si pensi alla carica di una membrana cellulare) è al di sopra della sua carica di riposo (-70 mV) a un livello come -80 mV, allora è anche in un periodo refrattario limitato. Quell'AP ha un intervallo di tempo di circa 4-5 ms, più forse un po' più di tempo refrattario, che poi viaggia lungo il neurone.

Quindi, finché la membrana dell'assone non è in periodo refrattario e lo stimolo è al di sopra della soglia, il neurone non "sceglie" quali segnali inviare, ma piuttosto invia nuovi AP o segnali il più velocemente possibile mentre obbedisce a quelle regole refrattarie. AFAIK non c'è priorità perché sono tutti i segnali regolati da ioni Na+, CL- e K+ che si scambiano posti lungo le cellule e creano cariche o segnali che viaggiano molto velocemente.

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Un neurone può avere più input, ma solo un output. Se è sufficientemente stimolato, invierà un segnale in uscita. Ogni neurone che avrà il proprio input collegato all'output di quel primo neurone riceverà il segnale. Il fatto che si attivino o meno dipende dal fatto che quel segnale di per sé sia ​​uno stimolo sufficiente o se sia richiesto un altro input simultaneo. Come il modo in cui nei circuiti del computer avrai porte logiche con uno o due ingressi che portano a un'uscita. Una porta OR verrà emessa se viene segnalato uno degli ingressi (o entrambi). Una porta AND verrà emessa se entrambi gli ingressi sono segnalati, ma non se è solo uno o nessuno dei due. Una porta NOT ha solo un input e output se non c'è input e non se c'è. Tranne che con i neuroni, potrebbero essere 5 ingressi e viene emesso se 3 vengono stimolati, ad esempio. E poiché alcuni neuroni possono emettere inibitori, può comportarsi in modo simile a una porta NOT nei computer. E attraverso un modo simile a quello in cui il tuo computer trasforma i segnali binari dalle sue periferiche di input in segnali di output che vengono convertiti in immagini e suoni, l'input dai tuoi sensi viene elaborato in output appropriati per i tuoi muscoli. A differenza dei computer, tuttavia, il tuo cervello creerà e distruggerà le connessioni nel tempo, migliorando se stesso nell'elaborazione e nella reazione agli input.

non dimenticare che mentre OP parla di una singola sinapsi, questi ɼircuiti neurali' si 'infiammano' regolarmente spesso lungo lo 'stesso' o 'percorso' molto simile, e ' le x27preferenze' tendono a verificarsi con il 'percorso di minor resistenza' quello che verrà intrapreso a meno che non venga applicato uno 'sforzo cosciente'

un esempio di 'stabilimento' di un percorso neurale è quando impari a suonare uno strumento musicale, specialmente la chitarra, e tu dovere impara nuove configurazioni per le tue dita, e diventa più facile con la ripetizione perché il percorso neurale che governa quel comportamento sta diventando 'preferito' e poi 'incorporato' mentre quel percorso si stabilisce come memoria

Il 'perché' e alcuni dei ɼome' che stai chiedendo sono domande piuttosto grandi. "Come si generano le idee?", ad esempio, non può essere spiegato completamente semplicemente citando che i neuroni si attivano. Ma mi impegnerò a rispondere alla tua domanda in modo più diretto.

In sostanza, un neurone creerà un potenziale d'azione (AP) se riceve abbastanza stimoli per farlo. Lo stimolo può provenire da un'ampia varietà di cose come la vista, il tatto, l'olfatto, l'udito, ecc. Quindi, per esempio, se qualcuno ti colpisce nelle costole, quell'energia meccanica farà effettivamente in modo che le cellule dei meccanocettori sensoriali emettano AP (attraverso una serie di canali e porte che manipolano un gradiente chimico carico di ioni). Questo fuoco AP risalirà la colonna sensoriale dorsale e alla fine proietterà sul talamo. Il talamo, è la "stazione di trasmissione" del cervello. Tutte le informazioni sensoriali vengono prima elaborate qui (eccetto l'olfatto). Il tuo talamo dirige le informazioni sensoriali alle strutture appropriate nel cervello. (Ancora una volta, molto sostanzialmente) Quindi, se vieni colpito nelle costole, il talamo invierà una serie dei suoi lanci assonali alla corteccia somatosensoriale che ha una mappa del tuo corpo. Questo ti dirà ɽove' sei stato colpito. Proietterà anche alla tua corteccia motoria in modo che tu possa quindi fare qualsiasi movimento appropriato per fare qualcosa per essere colpito nelle costole. Il talamo si proietterà anche su una varietà di altre cortecce, queste proietteranno su aree associative e aree multimodali come appropriato. Quindi questo è uno schema generale e incredibilmente basilare di uno stimolo che crea una risposta.

Ma torniamo alla tua domanda iniziale. Per quanto ne so, non esiste una risposta concreta a ciò che accade a livello cellulare quando abbiamo una "nuova" idea. Come in, ciò che ci permette di avere un'idea che non abbiamo mai avuto prima. Quindi la risposta di base è che accendiamo i neuroni. La risposta lunga, beh, riscuoti il ​​tuo premio Nobel se riesci a capirlo.


Sinapsi elettriche

Una sinapsi elettrica trasmette informazioni attraverso correnti locali. Questo tipo di sinapsi non ha nemmeno un ritardo sinaptico (quanto tempo impiega una connessione sinaptica a formarsi).

Questo tipo di sinapsi è abbastanza opposto a una sinapsi chimica. Ciò significa che le sinapsi elettriche sono simmetriche, bidirezionali e di bassa plasticità. Quest'ultima caratteristica significa che inviano sempre le informazioni nello stesso identico modo. Quindi, quando un potenziale d'azione si attiva in un neurone, si replica nel neurone successivo.


Comprendere l'architettura verde del neurone

Essere green è uno stile di vita. Si scopre che ognuno dei tuoi neuroni è profondamente impegnato in quello stile di vita verde - e tu non lo sapevi nemmeno. In appena un millesimo di secondo, un neurone può scaricare fino a 5.000 molecole del suo messaggero chimico - un neurotrasmettitore - nella sinapsi, dove attiverà un impulso in una cellula nervosa vicina.

Il neurone è un riciclatore per eccellenza quando si tratta di questi neurotrasmettitori. I neuroni non devono solo preparare i recettori dei neurotrasmettitori a ricevere i segnali che arrivano in fretta e furia, ma devono anche riciclare i recettori che sono stati utilizzati.E pensavi di avere problemi di riciclaggio?

I ricercatori hanno ora determinato l'identità di una delle caratteristiche più significative dell'architettura verde di un neurone. Hanno identificato un'ancora cellulare che mantiene il meccanismo di riciclaggio in posizione nella membrana cellulare in modo che possa riciclare i recettori dei neurotrasmettitori esauriti. L'ancora è fondamentale senza di essa, i neuroni non sarebbero in grado di rimuovere i recettori usati e installarne di nuovi nella membrana cellulare. E oltre ad essere una semplice ancora, la proteina fa parte di un insieme più ampio di proteine ​​che aiutano i neuroni a regolare e mantenere la forza delle loro connessioni di segnalazione.

Il ricercatore dell'Howard Hughes Medical Institute, Michael Ehlers, e i suoi colleghi hanno pubblicato la loro scoperta nel numero del 20 settembre 2007, della rivista Neuron. Ehlers e il suo team di ricerca presso il Duke University Medical Center hanno collaborato allo studio con scienziati dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill.

Nei loro esperimenti, i ricercatori stavano cercando una molecola che mantenga le zone endocitiche ancorate alla membrana neuronale. Queste zone endocitiche ospitano i macchinari per il riciclaggio dei recettori dei neurotrasmettitori. I neuroni usano i neurotrasmettitori per comunicare tra loro attraverso le sinapsi, le giunzioni tra di loro. Rilasciano neurotrasmettitori in una sinapsi per innescare o inibire un impulso nervoso in un neurone vicino.

Ehlers ha affermato che i neuroscienziati stanno cercando una migliore comprensione di come le aree di riciclaggio (zone endocitiche) sono collegate a una regione della membrana chiamata densità postsinaptica, dove i recettori si raggruppano per ricevere segnali di neurotrasmettitori.

In studi precedenti, Ehlers ei suoi colleghi hanno stabilito che le zone endocitiche sono i siti in cui vengono riciclati i recettori dei neurotrasmettitori. "Abbiamo trovato questi punti caldi di endocitosi proprio accanto a ciascuna densità postsinaptica, ma ci siamo chiesti quale meccanismo molecolare potesse accoppiare questi due domini di membrana", ha affermato Ehlers. &ldquoComprendere questo meccanismo di accoppiamento è cruciale per iniziare a capire come i neuroni risolvono il problema di modificare la forza di una singola sinapsi.&rdquo

Il meccanismo di accoppiamento è anche fondamentale per consentire ai neuroni di regolare il numero di recettori sulla loro superficie e quindi preservare tale modifica per un lungo periodo di tempo. "La sfida per il neurone", ha detto Ehlers, "è quella di regolare con precisione il numero di recettori, anche se sfuggono costantemente alla densità postsinaptica. Doveva esserci un meccanismo per catturare i recettori sfuggiti per il riciclaggio.&rdquo

Nella ricerca della molecola di ancoraggio per le zone endocitiche, i ricercatori si sono concentrati su una proteina chiamata dynamin-3. Hanno scelto la dynamin-3 perché, sebbene la sua funzione fosse sconosciuta, è ben concentrata nel cervello ed è un membro di una famiglia di proteine ​​che si concatenano per formare cappi molecolari che staccano le vescicole nel processo di riciclaggio del recettore.

I ricercatori hanno impiegato studi di imaging fluorescente che hanno rivelato che la dinamina-3 si concentra nella zona endocitica e si accoppia a un'altra proteina, chiamata Homer. Si sapeva che Omero si legava alla densità postsinaptica. Studi molecolari hanno rivelato che la dynamin-3 può attaccarsi a Homer formando catene di proteine ​​dynamin che colmano la distanza tra la zona endocitica e la densità postsinaptica.

Ehlers ha notato che uno degli esperimenti chiave del suo gruppo ha mostrato che il meccanismo endocitico si è disaccoppiato dalla densità postsinaptica quando la dinamina-3 è stata eliminata nei neuroni. "Anche se la nostra analisi molecolare ha mostrato abbastanza chiaramente che la dynamin-3 funziona come un connettore, è stato davvero sorprendente che l'interruzione della dynamin-3 abbia causato questo disaccoppiamento in modo così completo", ha affermato Ehlers. &ldquoQuesto fornisce uno strumento per fare esperimenti che nessuno ha mai fatto prima&mdashesplorando cosa succede quando non hai più il riciclaggio in corso proprio accanto alla densità postsinaptica.&rdquo

"Ci sono ancora molti dettagli molecolari del meccanismo della dynamin-3 che non capiamo", ha detto Ehlers. &ldquoMa ora abbiamo gli strumenti per interromperlo in modo selettivo, per esplorare ulteriormente la sua funzione. Inoltre, ora possiamo manipolare i pool di recettori e porre domande interessanti su come la disponibilità di recettori influenzi la capacità della sinapsi di subire un cambiamento plastico critico nella sua forza", ha affermato. &ldquoQuesto processo è fondamentale per il normale sviluppo del cervello e probabilmente va storto nei disturbi della cognizione e della memoria.&rdquo


3. La sinapsi chimica e i neurotrasmettitori

I neuroni non sono in diretto contatto fisico l'uno con l'altro, ma vengono invece molto vicini a una struttura chiamata sinapsi. Il neurone invio un segnale al prossimo si chiama presinaptico neurone e il neurone ricevere un segnale è chiamato postsinaptico neurone, mostrato qui:

La trasmissione chimica comporta il rilascio di messaggeri chimici noti come neurotrasmettitori. I neurotrasmettitori trasportano informazioni dal neurone pre-sinaptico (trasmittente) alla cellula post-sinaptica (ricevente). Credito immagine: Khan Academy https://www.khanacademy.org/science/biology/ap-biology/human-biology/neuron-nervous-system/a/the-synapsi

C'è un piccolo spazio tra i due neuroni chiamato fessura sinaptica, dove neurotrasmettitori vengono rilasciati dal neurone presinaptico per trasmettere il segnale al neurone postsinaptico, mostrato qui:

All'interno del terminale assonale di una cellula trasmittente ci sono molte vescicole sinaptiche. Queste sono sfere legate alla membrana piene di molecole di neurotrasmettitori. C'è un piccolo spazio tra il terminale dell'assone del neurone presinaptico e la membrana della cellula postsinaptica, e questo spazio è chiamato fessura sinaptica. Credito immagine: Khan Academy https://www.khanacademy.org/science/biology/ap-biology/human-biology/neuron-nervous-system/a/the-synapsi

Come funziona la trasmissione sinaptica? Una volta che il potenziale d'azione raggiunge la fine dell'assone, si propaga nel terminale presinaptico dove si verificano in sequenza i seguenti eventi:

  1. Il potenziale d'azione depolarizza la membrana e apre i canali del Na + voltaggio-dipendenti. Gli ioni Na + entrano nella cellula, depolarizzando ulteriormente la membrana presinaptica.
  2. Questa depolarizzazione fa sì che i canali del Ca 2+ (calcio) voltaggio-dipendenti si aprano nel neurone presinaptico, consentendo agli ioni calcio di entrare nel neurone presinaptico a livello della sipasi.
  3. Gli ioni calcio che entrano nella cellula neuronale presinaptica avviano una cascata di segnali che causa piccole vescicole legate alla membrana, chiamate vescicole sinaptiche, per fondersi con la membrana presinaptica. Le vescicole sinaptiche contengono molecole di neurotrasmettitori.
  4. La fusione di una vescicola con la membrana presinaptica provoca il rilascio del neurotrasmettitore nella fessura sinaptica, lo spazio extracellulare tra le membrane presinaptica e postsinaptica. Il neurotrasmettitore si diffonde attraverso la fessura sinaptica e si lega alle proteine ​​del recettore sulla membrana postsinaptica.

Questo processo è illustrato di seguito:

La comunicazione a sinapsi chimiche richiede il rilascio di neurotrasmettitori. Quando la membrana presinaptica è depolarizzata, i canali del Ca2+ voltaggio-dipendenti si aprono e consentono al Ca2+ di entrare nella cellula. L'ingresso di calcio provoca la fusione delle vescicole sinaptiche con la membrana e il rilascio di molecole di neurotrasmettitore nella fessura sinaptica. Il neurotrasmettitore si diffonde attraverso la fessura sinaptica e si lega ai canali ionici ligando-dipendenti nella membrana postsinaptica, determinando una depolarizzazione o iperpolarizzazione localizzata del neurone postsinaptico. Credito immagine: Khan Academy https://www.khanacademy.org/science/biology/ap-biology/human-biology/neuron-nervous-system/a/the-synapsi

  • Potenziali postsinaptici eccitatori (EPSP) fare un neurone postsinaptico Di più probabile che scateni un potenziale d'azione. Ad esempio, quando l'acetilcolina viene rilasciata nella sinapsi tra un nervo e un muscolo (chiamata giunzione neuromuscolare) da un neurone presinaptico, provoca l'apertura dei canali postsinaptici del Na+. Na + entra nella cellula postsinaptica e provoca la depolarizzazione della membrana postsinaptica.
  • Potenziali postsinaptici inibitori (IPSP) fare un neurone postsinaptico meno probabile che scateni un potenziale d'azione. Ad esempio, quando il neurotrasmettitore GABA (acido gamma-aminobutirrico) viene rilasciato da un neurone presinaptico, si lega e apre i canali Cl –. Gli ioni Cl – entrano nella cellula e iperpolarizzano la membrana.

Una volta avvenuta la neurotrasmissione, il neurotrasmettitore deve essere rimosso dalla fessura sinaptica in modo che la membrana postsinaptica possa "ripristinarsi" ed essere pronta a ricevere un altro segnale. Questo può essere realizzato in tre modi:

  • il neurotrasmettitore può diffondere lontano dalla fessura sinaptica
  • il neurotrasmettitore può essere degradato dagli enzimi nella fessura sinaptica
  • il neurotrasmettitore può essere riciclato (a volte chiamato reuptake) dal neurone presinaptico.

Questo video illustra il processo di comunicazione del segnale attraverso una sinapsi chimica:

Mentre i potenziali d'azione sono “tutto o niente,” come notato sopra, gli EPSP e gli IPSP sono graduato variano in grandezza di depolarizzazione o iperpolarizzazione, come illustrato di seguito:

I potenziali graduati sono cambiamenti temporanei nella tensione di membrana, le cui caratteristiche dipendono dalla dimensione dello stimolo. Alcuni tipi di stimoli causano la depolarizzazione della membrana, mentre altri causano l'iperpolarizzazione. Dipende dai canali ionici specifici che vengono attivati ​​nella membrana cellulare. Credito immagine: OpenStax Anatomy & Physiology

Spesso un singolo EPSP non è abbastanza forte da indurre da solo un potenziale d'azione nel neurone postsinaptico e più input presinaptici devono creare EPSP nello stesso tempo affinché il neurone postsinaptico sia sufficientemente depolarizzato per attivare un potenziale d'azione. Questo processo si chiama somma e si verifica al assone collinetta, come illustrato di seguito. Inoltre, ogni neurone ha spesso input da molti neuroni presinaptici – alcuni eccitatori e alcuni inibitori– in modo che gli IPSP possano annullare gli EPSP e viceversa. È la variazione netta nel voltaggio della membrana postsinaptica che determina se la cellula postsinaptica ha raggiunto la soglia di eccitazione necessaria per attivare un potenziale d'azione. Insieme, la sommatoria sinaptica e la soglia di eccitazione agiscono come un filtro in modo che il “rumore” casuale nel sistema non venga trasmesso come informazione importante.

Un singolo neurone può ricevere input sia eccitatori che inibitori da più neuroni, con conseguente depolarizzazione della membrana locale (input EPSP) e iperpolarizzazione (input IPSP). Tutti questi input vengono aggiunti insieme alla collinetta dell'assone. Se gli EPSP sono abbastanza forti da superare gli IPSP e raggiungere la soglia di eccitazione, il neurone si attiverà. Credito immagine: OpenStax Biology

Questo video, aggiunto dopo l'apertura dell'IKE, fornisce una panoramica della sommatoria nel tempo e nello spazio:

Ecco due video finali per aiutarti a mettere insieme tutto questo (in un modo più coinvolgente rispetto a qualsiasi video sopra). Tieni presente che questi video non forniscono alcuna nuova informazione, ma possono aiutarti a integrare meglio tutte le informazioni discusse in precedenza:


Guarda il video: What Happens To Your BRAIN If You NEVER Exercise? (Dicembre 2021).