Autapse - Autapse
Autapse является химической или электрической синапсой от нейрона на себя. Его также можно описать как синапс, образованный аксоном нейрона на его собственных дендритах , in vivo или in vitro .
История
Термин «аутапс» впервые был введен в 1972 году Ван дер Лоосом и Глейзером, которые наблюдали их на препаратах Гольджи затылочной коры головного мозга кролика , первоначально проводя количественный анализ контуров неокортекса . Кроме того, в 1970 - е годы, autapses были описаны у собак и крыс коры головного мозга , обезьяны неостриатум и кошки спинного мозга .
В 2000 году они были впервые смоделированы как поддерживающие персистентность в повторяющихся нейронных сетях . В 2004 году они были смоделированы как демонстрирующие колебательное поведение , которое отсутствовало в том же модельном нейроне без аутапса. В частности, нейрон колебался между высокой частотой возбуждения и подавлением возбуждения, отражая поведение разрыва спайков, обычно обнаруживаемое в нейронах головного мозга. В 2009 году аутапсы впервые были связаны с устойчивой активацией. Это предложило возможную функцию возбуждающего аутапса в нервной цепи. В 2014 году было показано, что электрические аутапсы генерируют стабильную цель и спиральные волны в нейронной модельной сети . Это указывает на то, что они играют важную роль в стимулировании и регулировании коллективного поведения нейронов в сети. В 2016 году была предложена модель резонанса.
Аутапсы использовались для моделирования условий «одинаковых клеток», чтобы помочь исследователям провести количественные сравнения, например изучить, как антагонисты N- метил-D-аспартатного рецептора (NMDAR) влияют на синаптические и внесинаптические NMDAR.
Формирование
Недавно было высказано предположение, что аутапсы могут образовываться в результате блокировки передачи нейронального сигнала, например, в случаях повреждения аксонов, вызванного отравлением или нарушением ионных каналов. Дендриты сомы в дополнение к вспомогательному аксону могут развиваться, чтобы сформировать аутапс, чтобы помочь исправить передачу сигнала нейрона.
Структура и функции
Аутапсы могут быть либо глутамат-высвобождающими (возбуждающими), либо ГАМК-высвобождающими (тормозящими), как и их традиционные аналоги синапсов. Точно так же аутапсы могут быть электрическими или химическими по своей природе.
Вообще говоря, отрицательная обратная связь при аутапсе имеет тенденцию подавлять возбудимые нейроны, тогда как положительная обратная связь может стимулировать покоящиеся нейроны.
Несмотря на то, стимуляции ингибирующей autapses не вызывала гиперполяризацию ингибирующих постсинаптические потенциалов в интернейронах из слоя V из неокортекса срезов, они , как были показаны воздействие возбудимости. При использовании ГАМК-антагониста для блокирования аутапсов вероятность немедленного последующего второго этапа деполяризации увеличивалась после первого этапа деполяризации. Это говорит о том, что аутапсы действуют путем подавления второй из двух близко синхронизированных стадий деполяризации и, следовательно, они могут обеспечивать ингибирование обратной связи для этих клеток. Этот механизм также может потенциально объяснить ингибирование шунтирования .
В культуре клеток было показано, что аутапсы способствуют пролонгированной активации нейронов B31 / B32 , которые в значительной степени способствуют поведению реакции на пищу при аплизии . Это говорит о том, что аутапсы могут играть роль в обеспечении положительной обратной связи. Важно отметить, что аутапс B31 / B32 не смог сыграть роль в инициировании активности нейрона, хотя считается, что он помог поддерживать деполяризованное состояние нейрона. Степень, в которой аутапсы поддерживают деполяризацию, остается неясной, особенно потому, что другие компоненты нервной цепи (например, нейроны B63) также способны обеспечивать сильный синаптический вход на протяжении всей деполяризации. Кроме того, было высказано предположение, что аутапсы обеспечивают нейроны B31 / B32 способностью быстро реполяризоваться . Беккерс (2009) предположил, что конкретная блокировка вклада аутапсов, а затем оценка различий с блокировкой аутапсов или без таковых может лучше осветить функцию аутапсов.
Нейроны модели Хиндмарша-Роуза (HR) продемонстрировали хаотические , регулярные всплески , покоя и периодические паттерны импульсного возбуждения без аутапсов. После введения электрического аутапса периодическое состояние переключается в хаотическое состояние и демонстрирует чередующееся поведение, частота которого увеличивается с большей аутаптической интенсивностью и временной задержкой. С другой стороны, возбуждающие химические аутапсы усиливали общее хаотическое состояние. Хаотическое состояние уменьшалось и подавлялось в нейронах с помощью тормозных химических аутапсов. В нейронах модели HR без аутапсов характер возбуждения изменился с покоя на периодический, а затем на хаотический по мере увеличения постоянного тока . Как правило, нейроны модели ЧСС с аутапсами могут переключаться на любую схему возбуждения, независимо от предыдущей схемы возбуждения.
Место расположения
Было обнаружено, что нейроны из нескольких областей мозга, таких как неокортекс, черная субстанция и гиппокамп, содержат аутапсы.
Наблюдалось, что аутапсы относительно более многочисленны в ГАМКергических корзинках и клетках, нацеленных на дендриты зрительной коры головного мозга кошек, по сравнению с шиповидными звездчатыми , двойными букетами и пирамидными клетками , что позволяет предположить, что степень самоиннервации нейронов является клеточно-специфической. Кроме того, аутапсы дендритных клеток были в среднем дальше от сомы по сравнению с аутапсами корзиночных клеток.
80% пирамидных нейронов слоя V в развивающихся неокортексах крыс содержали аутаптические связи, которые располагались больше на базальных дендритах и апикальных косых дендритах , чем на главных апикальных дендритах . Дендритные положения синаптических связей одного и того же клеточного типа были подобны таковым в аутапсах, что указывает на то, что аутаптические и синаптические сети имеют общий механизм образования.
Последствия болезни
В 1990-х годах было высказано предположение, что интерктальные эпилептиформные разряды пароксизмального деполяризующего типа сдвига в первую очередь зависят от аутаптической активности одиночных возбуждающих нейронов гиппокампа крыс, выращенных в микрокультуре.
Совсем недавно в неокортикальных тканях человека пациентов с трудноизлечимой эпилепсией было показано , что ГАМКергический выходной аутапс нейронов с быстрым выбросом (FS) имеет более сильное асинхронное высвобождение (AR) по сравнению как с неэпилептической тканью, так и с другими типами синапсов, включающих FS. нейроны. Исследование показало аналогичные результаты и на модели крыс. Было высказано предположение, что увеличение остаточной концентрации Ca2 + в дополнение к амплитуде потенциала действия в нейронах FS вызывает это увеличение AR эпилептической ткани. Противоэпилептические препараты могут потенциально нацеливаться на этот AR ГАМК, который, по-видимому, быстро возникает при аутапсах нейронов FS.
Действие лекарств
Использование глии-кондиционированной среды , чтобы лечить глиальные свободной очищенной крысы ретинальных ганглиозных микрокультур было показано значительное увеличение числа autapses на один нейрон по сравнению с контролем. Это предполагает, что растворимые, чувствительные к протеиназе К факторы, происходящие из глии, вызывают образование аутапса в ганглиозных клетках сетчатки крыс.