Нейрон без пиков - Non-spiking neuron

Нейроны без пиков - это нейроны , которые расположены в центральной и периферической нервной системе и функционируют как промежуточные реле для сенсомоторных нейронов. Они не проявляют характерного пикового поведения нейронов, генерирующих потенциал действия .

Характерное пиковое поведение нейрона

Нейронные сети без пиков интегрируются с нейронными сетями с пиками, чтобы иметь синергетический эффект, позволяя стимулировать некоторые сенсорные или двигательные реакции, а также модулировать реакцию.

Нервный синапс

Открытие

Модели животных

Существует множество нейронов, которые передают сигналы через потенциалы действия, и механика этого конкретного вида передачи хорошо изучена . Пиковые нейроны проявляют потенциалы действия в результате характеристики нейрона, известной как мембранный потенциал . Изучая эти сложные сети спайков у животных, был обнаружен нейрон, который не проявлял характерного поведения спайков. Эти нейроны используют дифференцированный потенциал для передачи данных, поскольку им не хватает мембранного потенциала, которым обладают нейроны с пиками. Этот метод передачи имеет огромное влияние на точность, силу и время жизни сигнала. Нейроны без шипов были идентифицированы как особый вид интернейронов и функционируют как промежуточная точка процесса для сенсорно-моторных систем. Животные стали существенными моделями для понимания большего количества нейронных сетей без всплесков и той роли, которую они играют в способности животных обрабатывать информацию и ее общей функции. Модели на животных показывают, что интернейроны модулируют поведение, координирующее направление и позу. Ракообразные и членистоногие, такие как раки, создали много возможностей узнать о модулирующей роли, которую эти нейроны играют в дополнение к их способности модулироваться, независимо от того, что они не проявляют импульсного поведения. Большая часть известной информации о нейронах, не являющихся шипами, получена на животных моделях. Исследования сосредоточены на нервно-мышечных соединениях и модуляции моторных клеток брюшной полости. Модуляторные интернейроны - это нейроны, которые физически расположены рядом с мышечными волокнами и иннервируют нервные волокна, которые позволяют выполнять некоторые ориентировочные движения. Эти модулирующие интернейроны обычно являются нейронами, не являющимися шипами. Достижения в изучении нейронов без шипов включают определение новых границ между различными типами интернейронов. Эти открытия были связаны с использованием таких методов, как подавление белковых рецепторов. Были проведены исследования свойств нейронов без всплесков у животных в конкретных нейронных сетях без всплесков, которые имеют следствие у людей, например амакринных клеток сетчатки глаза.

Физиология

Определение

Нейрон без пиков - это нейрон, который передает сигнал через градиентный потенциал. Он подаст сигнал независимо от порога мембранного потенциала. Нейроны без пиков являются примитивными в том смысле, что у них нет переключателя включения или выключения, и они более чувствительны к сигнальному шуму, чем нейроны с пиками мембранного потенциала. Исследования показывают, что эти нейроны могут вносить вклад в обучение и модуляцию сетей двигательных нейронов.

Нейроны с импульсами и нейроны без импульсов обычно объединены в одну нейронную сеть, но они обладают определенными характеристиками. Основное различие между этими двумя типами нейронов заключается в том, как закодированная информация распространяется по длине в центральную нервную систему или в некоторый локус интернейронов, такой как нервно-мышечное соединение. Нейроны без всплесков распространяют сообщения, не вызывая потенциала действия. Скорее всего, это связано с химическим составом мембран нейронов без шипов. У них отсутствуют белковые каналы для натрия, и они более чувствительны к определенным нейротрансмиттерам. Они действуют, распространяя ступенчатые потенциалы и служат для модуляции некоторых нервно-мышечных соединений. Пиковые нейроны отмечены как традиционные нейроны, генерирующие потенциал действия.

Идентификация

« Интернейроны » - это название, используемое для обозначения нейронов, которые не являются ни сенсорными нейронами, ни двигательными по своей природе, но функционируют как промежуточное состояние обработки и передачи сигналов, которые были получены через клетки ганглиев задних корешков . Большое количество этих интернейронов, по-видимому, не имеет пикового свойства. Чтобы лучше определить передачу нейронного сигнала без пиков и трансдукцию сигнала , было проведено множество экспериментов для оценки и количественной оценки точности, скорости и механики передачи сигнала в нейронах без пиков. Существуют классификации, основанные на более крупной группе «интернейронов», где домоторные нейроны, не вызывающие спайков, называются постлатеральными (PL) или переднебоковыми (AL) интернейронами, а интернейроны AL разделены на три типа интернейронов на основе окрашивания. Первоначальное различие между интернейронами PL и AL заключается в их ответах на ГАМК , нейромедиатор мышечного тонуса. У них также разные реакции на окрашивание, что позволяет быстро и квалифицированно классифицировать.

Амакриновая клетка сетчатки

Типы клеток

Многие из нейронов, не вызывающих шипов, находятся рядом с нервно-мышечными соединениями и представляют собой длинные волокна, которые помогают иннервировать определенные двигательные нервы, такие как рецепторный орган грудно-тазовых мышц (TCMRO) краба. Они действуют в модулирующей роли, помогая установить позу и направленное поведение. Это было интенсивно смоделировано на ракообразных и насекомых, показывающих, как придатки ориентированы через эти нервные пути, не вызывающие шипов. Амакриновые клетки являются еще одним основным типом нейронов без импульсов, и их время жизни включает преобразование в нейрон без импульсов из нейрона с импульсами, когда сетчатка достигает зрелости. Они являются одними из первых клеток, дифференцирующихся во время пренатального развития . При открытии глаз эти клетки начинают избавляться от своих натриевых ионных каналов и становятся нейронами без шипов. Была выдвинута гипотеза, что причиной его становления в качестве импульсного нейрона было содействие созреванию сетчатки за счет использования самих потенциалов действия, а не обязательно информации, которую несет потенциал действия. Это подтверждалось наличием синхронного возбуждения амакриновых клеток со вспышкой звездообразования на начальных стадиях развития. В этом исследовании использовалась модель кролика.

Физиологические характеристики

Некоторые исследования показали, что даже при непостоянстве передачи сигнала этими конкретными нейронами они по-прежнему очень хорошо поддерживают уровень сигнала. Исследования показывают, что отношение сигнал / шум в экспериментальных условиях для некоторых сигналов составляет от 1000 до 10000 на 5-7 мм длины распространения по нервам .

Влияние шума на передачу нейронов без всплесков

Эти интернейроны связаны друг с другом через синапсы, и меньшая часть, примерно 15% нейронов, обладают двунаправленной способностью и возбуждающими. Около 77% этих нейронов указали на односторонний режим передачи сигналов, который был тормозным по своей природе. Эти числа были смоделированы с членистоногих как предмоторные элементы в системе управления моторами. Они располагались в брюшной полости. Синапсы известны как промежутки между нейронами, которые способствуют распространению сообщения через нейротрансмиттеры, которые могут возбуждать или угнетать последующий нейрон посредством сложного каскада электрохимических событий. Интернейроны, демонстрирующие одностороннюю передачу сигналов, экспериментально получат возбуждающий стимул, а постсинаптической клетке будет дан тормозной сигнал. Взаимодействие между двумя клетками было модуляторным, при котором пресинаптическая клетка с начальным возбуждающим сигналом будет опосредовать постсинаптическую клетку даже после того, как будет подавлена. Амплитуда сигнала использовалась для определения влияния модуляции на передачу сигнала.

Скорость передачи сигнала при 200 Гц, наиболее сохраненная полоса пропускания передачи сигнала для нейронов без пиков, составляла приблизительно 2500 бит / сек, при этом скорость передачи сигнала по аксону уменьшалась на 10-15%. Пиковый нейрон сравнивается со скоростью 200 бит / сек, но реконструкция больше, и влияние шума меньше. Есть и другие нейроны без пиков, которые демонстрируют консервативную передачу сигнала в других диапазонах.

В то время как некоторые нейроны, не вызывающие импульсов, специфически участвуют в нервно-мышечной модуляции, изучение амакринных клеток создало возможности для обсуждения роли нейронов без импульсов в нейропластичности . Поскольку амакриновые клетки, которые представляют собой тип нейронов без пиков, претерпевают трансформацию от пиков к клеткам без пиков, было проведено множество исследований, в которых пытались определить функциональные причины такой трансформации. Амакриновые клетки звездообразования используют потенциалы действия во время развития сетчатки, и, когда сетчатка созревает, эти клетки трансформируются в нейроны без шипов. Переход от клетки, которая может генерировать потенциалы действия, к функционированию исключительно за счет градуированного потенциала является радикальным и может дать понимание того, почему существуют два типа нейронных сетей. Клетки теряют натриевые каналы. Потеря натриевых каналов вызвана открытием глаза, что связано с возможностью того, что окружающая среда играет решающую роль в определении типов нервных клеток. Модель кролика на животных была использована для разработки этого конкретного исследования. Этот переход не совсем понят, но в значительной степени делает вывод о том, что статусы пиков и без пиков, занятые амакриновыми клетками со вспышкой звездообразования, жизненно важны для созревания глаз.

Функции

Модуляция

Используя известные нейротрансмиттеры, которые воздействуют на нейроны, не вызывающие импульсов, моделируемые нейронные сети могут быть модифицированы, чтобы либо ослабить нервно-мышечную гиперактивность, либо сами клетки могут быть преобразованы, чтобы иметь возможность передавать более сильные сигналы. Исследование транспортера кальция показывает влияние, которое белковые каналы оказывают на общую точность воспроизведения и импульсную способность нейронов без шипов. Поскольку большинство распространяемых сообщений основано на константе пропорциональности, то есть пресинаптической активации не имеет временного или пространственного значения, эти сигналы буквально «повторяют то, что им было сказано». Когда дело доходит до химических систем в организме, нейронная сеть без всплесков, безусловно, является областью исследований. Исследование амакриновых клеток представляет новые интересные компоненты для изучения изменения химических и механических свойств нейронных сетей без всплесков.

Память и обучение

О применении этих сетей к памяти и обучению известно очень мало. Есть признаки того, что сети с импульсами и без них играют жизненно важную роль в памяти и обучении. Исследования проводились с использованием алгоритмов обучения, массивов микроэлектродов и гибротов . Изучая, как нейроны передают информацию, становится больше возможностей улучшить эти модельные нейронные сети и лучше определить, какие четкие информационные потоки могут быть представлены. Возможно, объединив это исследование с множеством присутствующих нейротрофических факторов , нейронными сетями можно было бы управлять для оптимальной маршрутизации и, следовательно, оптимального обучения.

Производство устройств

Изучая нейрон, не вызывающий импульсов, область нейробиологии извлекла выгоду из наличия работоспособных моделей, показывающих, как информация распространяется через нейронную сеть . Это позволяет обсудить факторы, влияющие на работу сетей и способы манипулирования ими. Нейроны без всплесков кажутся более чувствительными к помехам, учитывая, что они демонстрируют ступенчатые потенциалы. Таким образом, для нейронов без пиков любой стимул вызовет ответ, тогда как нейроны с пиками проявляют потенциалы действия, которые функционируют как объект «все или ничего».

В биомедицинской инженерии первоочередной задачей является понимание биологического вклада в систему в целом, чтобы понять, как системы могут быть оптимизированы. Пол Бах-и-Рита был известным сторонником нейропластичности и интегрировал принципы конструкции устройства, чтобы смоделировать, что нейроны на самом деле делают в мозгу, и создать устройство, имитирующее функции, уже предписанные самой биологической системой. Некоторые особые достижения в области медицины, основанные на структурированных моделях биологических систем, включают кохлеарный имплант , методы, рекомендованные доктором В.С. Рамачандраном для фантомных конечностей и других оптических приложений, а также другие устройства, имитирующие электрические импульсы для передачи сенсорных сигналов. Продолжая создавать работоспособную модель нейронной сети без пиков, ее приложения станут очевидными.

Смотрите также

• Трансдукция (биофизика)
• ВПСП (возбуждающий постсинаптический потенциал)
• IPSP (тормозной постсинаптический потенциал).

Рекомендации

внешние ссылки