Введение
Повышение постсинаптического потенциала импульсами Нейронное облегчение, также известное как парное облегчение импульса (PPF), является явлением в нейробиологии, при котором постсинаптические потенциалы (PSP) (EPP, EPSP или IPSP), вызванные импульсом, увеличиваются, когда этот импульс тесно следует за предыдущим импульсом. Таким образом, PPF является формой краткосрочной синаптической пластичности. Механизмы, лежащие в основе нейронной фасилитации, являются исключительно пресинаптическими; в целом, PPF возникает из-за повышенной пресинаптической концентрации, приводящей к большему высвобождению нейротрансмиттера, содержащего синаптические везикулы. Нейронное облегчение может участвовать в нескольких нейронных задачах, включая простое обучение, обработку информации и локализацию источника звука.
Neural facilitation, also known as paired pulse facilitation (PPF), is a phenomenon in neuroscience in which postsynaptic potentials (PSPs) (EPPs, EPSPs or IPSPs) evoked by an impulse are increased when that impulse closely follows a prior impulse. PPF is thus a form of short term synaptic plasticity. The mechanisms underlying neural facilitation are exclusively pre synaptic; broadly speaking, PPF arises due to increased presynaptic concentration leading to a greater release of neurotransmitter containing synaptic vesicles. Neural facilitation may be involved in several neuronal tasks, including simple learning, information processing, and sound source localization.
Экспериментальные данные
Ранние эксперименты Дель Кастильо и Каца в 1954 году и Дуделя и Кэффлера в 1968 году показали, что облегчение возможно на нейромышечном стыке, даже если не происходит высвобождение передатчика, что указывает на то, что облегчение является исключительно пресинаптическим явлением. Кац и Миледи предложили остаточную гипотезу. Они объяснили увеличение высвобождения нейротрансмиттеров остаточным или накопленным ("активным кальцием") в мембране аксона, который остается прикрепленным к внутренней поверхности мембраны. Кац и Миледи манипулировали концентрацией внутри пресинаптической мембраны, чтобы определить, вызвало ли остаточное количество в терминале после первого импульса увеличение высвобождения нейротрансмиттеров после второго стимула. Во время первого нервного импульса концентрация была либо значительно ниже, либо близка к концентрации во время второго импульса. Когда концентрация приближалась к концентрации второго импульса, ускорение увеличивалось. В этом первом эксперименте стимулы были представлены в интервалах 100 мс между первым и вторым стимулами. Абсолютный огнеупорный период достигается, когда интервалы составляют около 10 мс. Для изучения фасилитации в течение более коротких интервалов Кац и Миледи непосредственно применили краткие деполяризующие стимулы к нервным окончаниям. При увеличении деполяризующего стимула с 1 до 2 мс высвобождение нейротрансмиттеров значительно увеличивается из-за накопления активного вещества. Поэтому степень стимуляции зависит от количества активного вещества, которое определяется сокращением проводимости с течением времени, а также количеством удаленного от аксонных окончаний после первого стимула. Упрощение наиболее велико, когда импульсы находятся ближе всего друг к другу, потому что проводимость не вернется к исходному значению до второго стимула. Поэтому как проводимость, так и накопленная будут больше для второго импульса, если он будет представлен вскоре после первого. В Calyx of Held synapse краткосрочная фасилитация (STF) была показана в результате связывания остаточного с нейронным сенсором 1 (NCS1). С другой стороны, было показано, что СТФ снижается при добавлении хелаторов в синапсы (вызывая хеляцию), которые уменьшают остаточную активность. В синапсе между клетками Пуркинье краткосрочное облегчение, как было показано, полностью опосредовывается облегчением токов через кальциевые каналы, зависящие от напряжения.
Агментация и потенцирование
Краткосрочное усиление синаптических связей часто дифференцируется на категории облегчения, усиления и усиления (также называемое посттетаническим усилением или PTP). Эти три процесса часто различаются по своим временным масштабам: облегчение обычно длится в течение десятков миллисекунд, в то время как усиление действует по временным масштабам в порядке секунд, а потенцирование имеет временной ход от десятков секунд до минут. Все три эффекта увеличивают вероятность высвобождения нейротрансмиттеров из пресинаптической мембраны, но основной механизм для каждого из них отличается. Паровая стимуляция пульса вызвана наличием остаточных, а амульгация, вероятно, возникает из-за усиленного действия пресинаптического белка Мунк 13, а посттетаническая потенция опосредована пресинаптической активацией белковых киназ. Многие синапсы обладают свойствами как облегчения, так и подавления. Однако, в целом, синапсы с низкой начальной вероятностью высвобождения везикулов более склонны к проявлению облегчения, а синапсы с высокой вероятностью начального высвобождения везикулов более склонны к проявлению депрессии. Краткосрочная пластичность, вероятно, помогает в дифференциации между этими двумя путями: краткосрочное облегчение доминирует в интенсивных путах, в то время как краткосрочная депрессия доминирует в временных путах. Эти различные типы краткосрочной пластичности позволяют различные виды фильтрации информации, тем самым способствуя разделению двух видов информации на отдельные потоки обработки. Фильтрационные возможности краткосрочной пластичности также могут помочь в кодировании информации, связанной с амплитудной модуляцией (AM). Краткосрочная депрессия может динамически регулировать усиление на высокочастотных входах и, таким образом, может позволить расширить диапазон высокочастот для AM. Сочетание облегчения и углубления также может помочь в кодировании AM, приводя к фильтрации скорости.