可塑性水平连接在成年大鼠躯体感觉皮质的功能边界

文摘

横向连接表面的皮质层集成信息在感觉地图通过连接相关的功能列。有人猜测,这些连接通过突触可塑性调节大脑皮层重组。然而,现在还不知道如果不连续皮质区域的横向连接可以在成人接受可塑性。这里位于体内两个不连续皮质之间的边界表示和使用配对或低频刺激诱导突触可塑性水平连接周边边境体外。单个神经元披露重大和不同形式的突触可塑性水平连接在一个连续的表示和不连续表示。有趣的是,增强和抑郁症都观察到后可塑性范例。此外,可塑性不受边界限制的存在。去极化的突触也刺激了突触可塑性,但具有不同特点。这些实验表明,横向连接的可塑性可能调解功能重组。

1。介绍

在整个大脑,有functionallyorganized地区。特别感兴趣的是感官地图生产的有序表示传入的感官刺激。这类地图的一个重要特征是不连续的,分为离散功能亚区。例如,在初级躯体感觉皮层(S1)地图分为区域激活身体的特定部位的表面。Theseregions彼此分离的不同生理边界。因此,边界代表一个限制的传播通过皮质电路励磁。兴奋和抑制的平衡,以及解剖连接(轴突和树突)的传播,将决定整个励磁的传播。表面皮层内横向连接已知参与集成皮质区域的信息,主要是通过连接地区相似的响应特性(1]。

皮质电路能够经历一生中经历相关的修改。这种适应性的一个表现是皮质的重新映射地形后感觉损失。躯体感觉皮质,周围神经损伤会导致收缩在相应的剥夺皮质代表性和扩大邻皮质表征到剥夺大脑皮层区域。这重新映射函数发生立即和持续进步在随后的几周和几个月(2- - - - - -8]。虽然这些连接感知集成中扮演一个角色在正常皮层,他们可以调制为目的的地形测绘和轴突发芽和突触发生的过程7]。

电路的一个重要方面,经过大脑皮层重组在躯体感觉皮质剥夺和nondeprived皮层区域之间的边境地区。形态和功能方面的边界周围的电路由边界的存在改变了(9- - - - - -12]。神经元位于附近的边境都树突(11,13和轴突9,14对家里的中心列]偏见。此外,边界的存在限制了传播的兴奋和抑制邻表示(10,12,14]。这种现象可能部分解释为轴突投射到不连续表示[越少9]。有趣的是,原始的形态和功能的偏见边境搬迁重组边境后感觉损失(13,15- - - - - -17]。

皮层重组后感觉丧失的一个关键特性是分解和/或改变正常的边界和创建一个新的边界位于剥夺皮质表示。这一转变的发生后迅速感觉损失(3,16,18]。层II / III水平连接第一个接受重组后感觉损失(19]。提出了这一现象的机制之一是改变突触水平连接的效果。长期势差(LTP)和长期抑郁(有限公司),这两个研究形式的突触可塑性,立即很适合这个阶段的大脑皮层重组,因为他们都是快速诱导和他们的影响是持久的20.]。配对突触后去极化刺激是一个可靠的方式诱导LTP在大脑的许多电路(21- - - - - -32)和低频刺激(LFS)可靠收益有限公司(33- - - - - -40]。LTP和有限公司都进行了广泛的研究了孤立的兴奋性突触;然而对协调的变化所导致的单个神经元兴奋和抑制配对或LFS。此外,LTP和有限公司研究了主要在青少年的大脑回路,和一些电路失去塑料能力随着年龄的增长41]。

还不知道水平连接在成人层II / III躯体感觉皮质LTP和/或有限公司有能力当一个边界存在和这种可塑性的特点,特别是是否具体途径。探索表面横向连接的突触可塑性能力我们组合一个体内/体外方法来确定水平轴突遍历连续(边境缺席)或不连续边界(存在)的区域表示能够LTP和/或公司,如果他们有不同的突触可塑性等能力。突触后电位(psp)包含激发和抑制都检查,以确定可能的协调的兴奋和抑制的变化。电路中由于边界代表一个不连续,激活的模式连接跨越边境将不同于那些在一个连续的表示。因此我们假设突触反应的能力接受LTP和有限公司将在连接不同跨越边境与那些不。

2。材料和方法

所有动物程序遵循国家卫生研究院机构指导方针和加州大学河滨IACUC批准。成年女性的雄性sd大鼠中(280 - 350克;年龄3个月或以上)使用戊巴比妥麻醉(腹腔内接种,50毫克/公斤),直到areflexic和放置在一个立体定位框架。温度保持在38摄氏度加热垫和直肠温度计。利多卡因(2%)皮下注射压力点和切口的地方。所有化学品都从Sigma-Aldrich购买,除非另有说明。

2.1。体内手术。

确定下颚的位置/前爪边界,边界的地区的S1是生理上映射10]。一个小切口是中线的时候稍微偏离中心线一点,皮肤和颞肌反射回来,一个颅骨切开术对该地区的兴趣S1。池状的流失进行减少水肿的皮层同时进行录音。复合的反应被记录下来与一个定制的碳纤维电极(10μ米纤维直径)。碳纤维是由将碳纤维玻璃吸管,布朗把燃烧/拉杆(萨特仪器)所以碳纤维延伸的玻璃吸管,和玻璃吸管充满了3 M氯化钠。录音是在600年和700年之间μm皮质表面以下,以响应刺激的外围(前掌和下颌)玻璃棒。反应放大10000倍(a - m系统微电极交流放大器),然后输入一个音频监控(草AM10)。血管被用来确定在皮层和电极的位置记录在每个渗透反应(爪、下巴、或两者)。暴露皮质的图像被使用Pixera数码相机(Pixera Corp .)。反应记录图像使用画布上5.0 (Deneba系统Inc .)和存储在Macintosh G4电脑。电极穿透间隔50μ米或更少从medial-lateral维度彼此精确确定边界的位置。三到四个密集渗透系列在500年收购了μ米的间隔(在吻侧/尾维度)。映射完成后,3 - 4网站具有强烈反应前掌和下颌刺激(即。,在边境被涂层电极记录DiI溶解在乙醇(2%42]。然后,电极是先进的皮质边境站点2分钟允许DiI晶体沉积。

2.2。体外制备

映射和标记边境后,动物被斩首,大脑切除。冠状切片(400μ米厚)被削减vibratome(徕卡VT1000s)和部分保持在碳酸氢盐缓冲(mM:氯化钠,119;氯化钾,2.5;1.25;1.3;2.5;26.2;葡萄糖,11;充满了95%/ 5%细胞内记录。片在第4层(500 - 700年被削弱μ从皮质表面)隔离supragranular反应。前掌/下颌边境标有DiI使用epifluorescent显微镜检测。可见当地的地标,如血管,被用来定位DiI马克。盲目的全细胞记录了大约100人μ米来自标记边界和内部层II / III。贴片电极拉在一个燃烧的/棕色拉手(萨特仪器)、齿顶圆直径的1.5 - -2.5μm和充满,在mM: KOH, 128;氯化钾,7;EGTA 0.1;消息灵通的,10;Mg-ATP 2;Na-GTP 0.2;生物胞素0.3% - -0.5%;使用D-gluconic酸性pH值7.0 - -7.4;提示抗性是3 - 8。刺激电极双相,聚对二甲苯涂钨电极尖端分离的50m。此外,一个电极的极短75年μm;因此,当活动杆被组织的刺激,另一个是略高于组织。这种配置允许精确定位的刺激。刺激电极放置300μ米来自双方的记录电极和在同一距离皮质表面(图1 (b))。因此,一个电极刺激纤维,越过边界(不连续表示通路),而其他刺激纤维内的神经元被记录的表示(连续表示通路)。这些途径也被称为跨境(CB)和noncross边境(NCB) [9- - - - - -12,15,16]。所有的细胞都被记录在电流钳模式和电流注入保持静止膜电位去极化mV,除了在配对或协议。是注意防止冲刷的细胞,利用ATP和三磷酸鸟苷的充填方案,收集只有5分钟的基线和初始塑性范式在10分钟内记录的细胞。之间的通路在0.1赫兹交替刺激两个刺激电极在整个实验。刺激强度的两个网站做了一些调整,导致突触后电位(PSP)引发所需的振幅峰值一半(10 mV)和近似等于振幅之间的两个途径。在细胞的一个子集,小psp上(3 - 5 mV)使用;因为没有明显差异的结果在两组之间,小的和大的振幅都集中在分析。五分钟的基线数据后跟LTP范式或范式。

我们相信,这种刺激范式激活离散的传入有几个原因:低强度的刺激(mA)产生了psp上3 - 5 mV的振幅。考虑到单纤维psp上在这些预测的平均振幅0.7 mV (43),只有少量的纤维会被这些小刺激激活。低刺激强度产生了相同的结果,强度越高,表明在没有区别的人群传入激活更高和更低的刺激。以前的数据单(43]和multifiber [10,12,16)反应显然表明psp上大大不同的属性之间的不连续的和连续的路径。因此,如果传入种群之间有重叠,它不足以掩盖差异途径激活。鉴于这种特异性在传入的刺激,我们指同源性突触,在本文heterosynaptic和关联效应。同源性突触是指反应的变化发生在相同的路径是配对/ LFS(即主题。,连续通路配对的连续通路改变);heterosynaptic指的变化反应发生在不受配对/ LFS的途径(即。、连续通路配对产生不连续通路变化);联想指的变化响应配对后,发生在两个通路/ LFS的途径(即。、连续通路配对产生不连续和连续通路变化)。

2.3。LTP范例。

诱导LTP,神经元去极化的电流注入水平在那里被解雇去极化的峰值在200 - 10毫秒。这个去极化是成对的30倍的PSP造成刺激和/或不连续表示连续的表达途径。第一个高峰导致50毫秒的PSP。在配对,交替刺激的位置在0.1赫兹。在一组实验中,路径都是成对的,在另一组实验中,只有一个途径是成对的。对于这些实验nonpaired途径收到基线刺激在配对。配对模式后,psp上记录至少20分钟。在另一组的细胞,只有200毫秒的去极化。当前注入神经元是调整,所以神经元解雇10个动作电位在200毫秒,在配对模式。但是,没有突触刺激(包括0.1赫兹基线刺激)给出这些神经元去极化的范例。

适当的刺激强度的途径引起振幅峰值的一半或更低强度保持不变的时间记录的每一个细胞。对所有实验(除非指出)私人参建被交替刺激诱发的水平通道在0.1赫兹。刺激强度被调整,psp上大约相同的振幅,振幅要求半引起穗表示连续和不连续表示通路。

2.4。有限公司的范例。

基线记录后,引起了低频刺激(LFS;900年1赫兹脉冲)。LFS应用于只有一个途径(连续或不连续表示表示通路)由于冲刷的风险有限,因为必要的时间LFS申请。LFS刺激并不是同时给两个途径为了避免求和的刺激两个途径。在LFS的演讲没有刺激的其他途径。LFS后,交替0.1 Hz刺激恢复post-LFS反应。一旦LFS给一块,它被丢弃后神经元的录音时间的终止。

2.5。分析。

记录信号被放大使用Axoclamp 2 b放大器(轴突仪器),数字化在10 kHz,保存在Macintosh G4计算机使用Igor Pro (Wavemetrics, Inc .)数据采集系统。任何细胞的输入电阻变化超过15%的实验是不包括在分析中。振幅(从基线到峰值)的psp上分析了脱机。psp上五分钟垃圾箱的平均基线和postpairing。此外,postpairing平均反应比较基线反应来确定增强配对后的大小。山坡上确定初始的PSP。这样做是通过寻找之间的斜率点的初始上升20%和80%。振幅和初始的斜坡被考虑量化平均基线数据100%。Postpairing数据比例取决于使用以下公式:平均post-PSP振幅(或斜坡)除以平均pre-PSP振幅(或斜坡)乘以100。任何偏差超过15%的基线,持续20分钟postpairing或LFS被认为是LTP,和任何偏差在15%的基线,持续超过20分钟postpairing或LFS被认为是有限公司20分钟postpairing / LFS选择采样的神经元数量最大化,很难保持细胞长时间(分钟整个实验)。细胞进行更长时间,没有显著差异在PSP振幅在20分钟,40分钟(没有显示);所以在20分钟的数据准确地代表长期影响。统计显著性是决定使用单向方差分析,其次是个人使用学生的比较以及。不到的价值。05年是重要的。数据提出了的意思平均数标准误差(SEM)。

在大多数细胞记录,允许生物胞素扩散到神经元和一般形态学后来检查(数据未显示),因为实验使用盲完整的细胞修补完成录音。记录是由神经元层II / III兴奋性神经元。典型的神经元也显示定期强化行为层II / III细胞(44),典型的形态学II / III锥体神经元兴奋性层。

3所示。结果

总共110个神经元从71年动物进行了研究;记录的最低时间是45分钟。基于发射的模式在这些细胞动作电位,100%是常规飙升锥体细胞。我们分析了静止膜电位,输入电阻,边界之间的距离和细胞记录,pia和细胞之间的距离。这些参数显著不同细胞之间(表1)。平均初始PSP振幅连续表示通路刺激途径途径,对不连续表示。记录的值是类似于[psp上报道10]。psp上由单突触的兴奋和抑制性组件和多突触的组件以及[10]。在缺乏配对,PSP的振幅和边坡稳定超过60分钟(数据未显示);因此,0.1赫兹刺激对PSP的反应没有影响。

重要的是要注意抑制不阻塞的psp上由协调EPSPs IPSPs。使用这种模式,我们能够查看突触变化更类似于那些可能发生在体内。考虑到短期的刺激(300年μ米),测量的PSP峰值振幅和上升时间将直接和间接EPSPs和IPSPs影响。确保PSP的初始大小并不影响诱导突触可塑性的能力,一些实验也在低振幅(4 - 5 mV)。的初始振幅PSP没有影响诱导LTP的能力或增强的大小。由于没有初始幅值对结果的影响,数据池。

3.1。单通路配对:人口分析。

通过使用我们的体内/体外方法我们可以直接比较潜在的可塑性水平连接穿越边境和功能水平连接(图中表示1)。我们成对的健壮的去极化刺激的两条途径试图诱导LTP(图2)。通过配对的去极化只有一个两个通路在细胞的一个子集,我们能够确定什么类型的可塑性是可能的在这些连接和可塑性的结果的差异取决于是什么途径受到配对()。配对是用于连续(图2(一个))或不连续(图2 (b))的途径。没有显著的差异意味着人口PSP振幅(Wilcoxon测试;连续;不连续配对后的途径。然而,单个神经元并接受可塑性配对(同源性突触可塑性)和未配对(heterosynaptic可塑性)通路(数字4(一)和4 (b);表2)。

3.2。双通路配对:人口分析。

为了检查可能的同源性突触(输入特定的)之间的相互作用和heterosynaptic(不输入特定)可塑性,这两个通路的配对范式提出了到一个目标神经元(图3)。没有显著差异之前和之后的平均振幅配对的途径(图4 (c);Wilcoxon测试)。然而,这两个通路在PSP振幅变化百分比明显不同(Wilcoxon测试;)。这是由于显著减少的平均百分比变化不连续的途径。单个神经元表现出一系列可塑性结果后双通路配对(图4 (c);表2)。

3.3。分类的个体变化。

图4显示了PSP振幅变化百分比的情节产生的不连续和连续通路3配对协议上面所讨论的。从这些情节,很明显,尽管没有显著变化的意思是振幅,配对的psp上产生去极化的各种增强作用的例子或抑郁路径不连续或连续表示。不同的人群similarly-responding神经元明显在这些情节。我们第一次尝试组数据基于相关分析与几个独立变量。我们没有发现关联方向的可塑性和以下参数:(1)第一inter-stimulus间隔的两个动作电位去极化引起的配对模式(连续成对;不连续配对;连续在两个配对;不连续的配对);(2)从第一个动作电位去极化的成对的PSP (连续成对;不连续配对;连续在两个配对;不连续的配对);(3)超极化后的振幅(AHP)配对后范例(连续成对;不连续配对;连续在两个配对;不连续的配对);或(4)神经元的飙升模式(如常规,快速飙升和破裂)(连续成对;不连续配对;连续在两个配对;不连续的配对)。因此,我们分组产生的细胞的功能结果配对模式。细胞功能按我们的标准分组百分比标准势差现象和抑郁。大部分的神经元表现出显著改变振幅配对(> 15%,虚线)后,所显示的数据点落在虚线外(图4)。细胞按这一标准分组的数据如表所示2。

可塑性的方向(增强、抑郁或没有变化)是明显不同的两个途径途径配对(卡方检验,)。这不是观察到当只有一个途径是配对(同源性突触输入、卡方0.63;heterosynaptic输入、卡方)。

3.4。配对的位置影响塑性结果:单个单元格数据。

使用的功能结果有趣的特性通过检查数据层II / III可塑性(图4、表2)。横向连接仅限于连续表示,同源性突触(25%的神经元)和heterosynaptic LTP(28.6%)都观察到。然而,当水平路径包含不连续表示,只有同源性突触LTP观察(神经元)的21.4%。此外,神经元的百分比进行配对后抑郁的通路的通路神经元(37.5%)和连续表示不连续表示神经元(21.4%)。当路径都是成对的不连续通路只接受连续通路进行了塑性时可塑性。有趣的是,变化的总体模式two-pathway搭配看起来非常类似于模式通过配对的连续表示(数字4(一)和4 (c)、表2)。这表明当通路都是成对的不连续表示没有贡献。

为所有三个配对模式,连续路径更可能经历增强作用(62.5%,57.2%,44%的病例配对的连续,不连续,通路)比不连续(37.5%,50%,12%的病例配对的连续的,不连续的,和两个途径)。以来的连续通路可塑性也不输入特定LTP是诱导时唯一的另一途径是配对(28.6%的病例)。这是从来没有观察到不连续的途径。

3.5。LTP的水平连接NMDAR依赖。

为了测试如果这里的突触可塑性诱导NMDAR依赖,我们浴应用知名NMDAR拮抗剂DL-2-amino-5-phosphonovaleric酸(APV)。一个子集的神经元细胞(7)配对进行通路APV(100的存在μ米)。APV封锁所有的可塑性(图5)。因此,增强和萧条观察通过NMDA receptor-dependent配对模式。

3.6。横向连接塑料健壮的去极化后突触后的目标。

为了检查可能的输入去极化的非特异性反应,细胞(14 9动物细胞)受到去极化范式(200 -毫秒为单位的当前收益率10动作电位,重复30次),但是输入细胞去极化(图期间没有刺激6)。这一系列的去极化后20分钟,由不连续和连续通路刺激所引起的psp上没有明显不同于基线,以平均振幅变化百分比(衡量一个示例以及;P= .09点)。虽然变化的模式个案变化(图6 (d)、表2),塑性诱导结果只要去极化明显不同于通过配对的连续路径或路径(卡方:去极化和不连续;去极化和连续;去极化和两个配对)。APV (100μM)浴用于确定此增强功能是通过NMDA受体介导的。APV没有块去极化的影响在psp上(;表2)。因此,通过去极化增强观察范例不依赖于类似的机制的配对模式。

3.7。横向连接的有限公司。

我们还研究了诱导的能力在这些水平有限公司联系。LFS,诱导的标准方式有限公司在神经回路,提出了的两条途径之一细胞的一个子集。演讲的LFS通路从未表现的时间需要交付LFS会导致细胞的冲刷和可塑性可能不会发生45]。此外,我们不想错开两条途径之间的刺激和创建一个可能的累加效应。

图7显示了LFS的结果连续通路(;图7(一))和不连续(;图7(b))。要么通路的psp上显示的平均振幅没有重大改变后(Wilcoxon-sign测试:不连续LFS LFS范式;连续LFS;图7)。作为配对了,然而,单个神经元表现出各种塑性结果回应LFS(4在图7(一)和7(b);表3(b))。这些结果明显不同,也不同于配对产生的结果(卡方检验:)。配对的结果,LFS的不连续途径的可能性更大(100%的病例)造成持久的突触效能的变化,公司或者LTP,比LFS连续(78.6%的病例;表3)。有限公司和LTP的可能性约等于LFS时。

与配对的结果不同,连续和不连续通路接受有限公司和LTP LFS(表后大约相等的概率3(b))。Heterosynaptic有限公司可以观察到在大约相同数量的情况下(14.5%为不连续通路LFS continuous-pathway LFS和16.7%;表3(b))。然而,continuous-pathway LFS诱导没有heterosynaptic LTP(0%),而discontinuous-pathway LFS展览heterosynaptic LTP (16.7%)。因此,至于pairing-induced可塑性,不连续的途径是可以影响连续低于亦然。

为了确定这些水平路径是典型的抑郁症观察NMDAR-dependent有限公司我们浴应用APV (100μM;)而提出LFS通路(表连续表示3(b))。持久的突触的变化幅度仍在83.3%的细胞:在33.3%的情况下,这两个通路沮丧,在50%的情况下,这两个途径提高。因此,LFS不是NMDA受体的突触可塑性诱发相关的。变化的模式没有显著改变的APV(卡方检验LFS APV和不连续LFS;卡方检验LFS APV和连续的LFS),尽管有一个显著的增强LTP的结果和减少pathway-specific效果。

4所示。讨论

单向回路的大脑可以接受更改是通过LTP和有限公司都与学习和记忆(46- - - - - -48),提出了基础电路变化后感觉丧失和重新映射函数的大脑(20.]。详细的实验证明水平连接在躯体感觉皮质是塑料,甚至在成年,大脑皮层的功能组织可能会影响突触可塑性的易感性的关系。

4.1。Pairing-Induced突触可塑性。

我们位于下颌前掌/边界体内,然后探测周围的电路这边境体外。水平刺激引发的psp上是类似先前记录的(10,16]。先前的控制从我们实验室的研究表明,电路不改变由于体内映射或边界的标记(10,12]。配对模式用于这些实验是不一样的搭配模式中使用高峰时间依赖自细胞去极化的可塑性,这大火7 - 10动作电位持续时间200毫秒去极化。配对模式已被广泛研究和通常在少年皮质和海马体(收益率势差现象14,21,25,32]。当检查人口,几乎没有明显的长期突触改变这种模式引起的。然而,检验个体神经元的揭示了重要的和多样化的形式的突触可塑性连续和不连续通路(表2)。我们报告的配对模式取得了所有三种形式的突触可塑性配对时提出了路径不连续表示:联想(这两个通路搭配,既提高),同源性突触(不连续配对并提高)和heterosynaptic(不连续配对,不断提高)。然而,当连续表现途径与可塑性范例,提出了只有同源性突触可塑性(连续成对和增强)和关联塑性(连续成对和增强)观察(数字2(一个)和4)。一般连接跨越不连续映射不太可能接受可塑性当相邻水平连接收到活动(表的变化2)。此外,当不连续途径做了加强,它是同源性突触可塑性的结果(即。,当配对提供不连续通路);相比之下,配对的连续通路也heterosynaptic效应(即展出。不连续的途径,增强;表2)。显然,连续通路刺激能够参与pairing-induced突触可塑性在更大程度上比不连续。两个途径,增强作用观察依赖于NMDAR激活,据报道之前(49]。

这种模式的可塑性是符合我们之前的数据不连续途径能够激发其目标低于连续(10),因为它提供了更少的轴突其目标(9),其个人比连续兴奋性突触较弱(43]。在Hebbian系统中,较弱的通路上目标不能够诱导同源性突触可塑性,但可以会使协会与并发可塑性强的输入(50]。

4.2。LFS-Induced突触可塑性。

两条途径的LFS刺激的结果显示从配对的结果重要的相似点和不同点。LFS刺激,不连续通路LFS更能够在两个方向诱导突触可塑性比连续通路LFS(表3(b))。然而,LFS连续路径更有可能影响不连续途径(即。,比亦然(表heterosynaptic可塑性)3(b)),类似于配对的结果。诱导的突触可塑性LFS并不依赖NMDAR激活,这是不同的皮质(比之前报道的49]。然而,阻止NMDAR并改变引起的突触可塑性LFS的特点;尤其是它增加了LFS范式的可能性会导致增强的反应途径(表3(b))。一个可能的解释可能是诱导这里是依赖于神经信号已报道在年轻的老鼠51]。此外,同源性突触NMDAR-independent有限公司之前也被观察到在大脑皮层52]。

4.3。LTP和公司之间的相互作用。

我们还发现意想不到的可塑性的结果在这些途径;配对的范例,通常产生LTP在其他系统中,诱导细胞的一个子集的抑郁症在这项研究中,虽然LFS范式在某些细胞诱导增强作用。意想不到的可塑性结果观察突触(表连续和不连续的途径2和图2 (b))。类似的结果曾被观察到在皮层在几个场合。如上所述,LTP归纳在一组输入会导致endocannabinoid-dependent有限公司在其他途径(51]。此外,在年轻的老鼠,配对范式提出了对连接层II / III锥体神经元可以得到增强,抑郁,或没有EPSP振幅的变化,根据突触释放的概率,它在目标位置。此外,连接释放概率和较低的到更多的远端树突更有可能提高(53]。因此,很明显,结对协议可以产生两个同源性突触和heterosynaptic抑郁症在年轻的老鼠。另一个因素控制突触可塑性的方向是在目标细胞钙信号的大小。在皮层,小从细胞内升起与公司相关的感应,而较大的上涨产生LTP (54]。尽管在海马没有发现这样的关系(55]。我们的数据表明类似的过程也可能发生在成年大鼠皮层,虽然他们的确切机制仍有待确定。

意想不到的可塑性的结果也可能是一个复杂的结果水平皮质电路在表面的皮层。绝大多数的我们知道LTP和有限公司是来自研究海马LTP (24,25,56]。在海马切片中,增强的私人参建单突触的(57]。此外,在许多研究抑制被阻塞。相比之下,psp上检查下面是更复杂的和来自单突触的多突触的活动,以及在兴奋和抑制性组件(10]。重要的是要注意,抑制性突触没有封锁期间的任何记录。因此,任何改进或抑郁中看到这些实验是在完整的兴奋和抑制的存在。这种方式塑性诱导条件与体内相似条件。已经证明,抑制性突触易受LTP和有限公司基于各种感应协议,包括LFS,破伤风和配对。我们的结果是一致的与其他实验室使用配对范式在成人大脑皮层抑制不阻塞(58,59]。因此,一些可塑性的多样性的结果,我们观察到可能解释为单层的不同连接模式II / III神经元,兴奋和抑制的平衡,和振幅和时间的钙瞬变期间存在于神经元不同突触可塑性感应协议。

4.4。NonHebbian突触可塑性。

在这些连接NonHebbian观察突触可塑性。我们观察到增强健壮的去极化后没有任何与突触刺激(图6;表2)。此增强功能不是NMDA受体依赖的,因此通过不同的机制比LTP配对后观察。其他研究表明,类似的现象长久的增强或长去极化引起的LTP步骤没有突触前刺激在大脑皮层(60和海马61年]。有证据表明,这种类型的depolarization-induced增强是由于钙流入从去极化62年通过压敏电阻器],这是最有可能介导钙通道(VDCCs) [63年]。数据使用光解的笼子里在海马神经元直接表明这个过程依赖于细胞内,它可以诱发LTP或有限公司目标神经元突触上的55]。

4.5。雌激素和可塑性。

一个潜在来源为单个细胞可塑性变化的结果是使用只有雌性老鼠的未知发情状态在这些研究中。已经证明,雌性老鼠改变对LTP和有限公司在发情周期。proestrous期间特别是,当雌激素水平很高时,诱导LTP的能力增强和诱导的能力有限公司在海马体(抑郁64年,65年]。被假定对突触可塑性的影响是由于调制NMDA GABA受体或通过增加树突棘密度引起的雌激素(64年]。因为老鼠在我们的研究来自随机点在发情周期,一些会高雌激素状态。然而,老鼠发情前期短,持续不到18个小时,大约15%的整个周期(66年]。因此,只有大约15%的我们的老鼠表现出这种效果,这是不足以解释观察到的差异。这对LTP的影响和公司没有明确表明在大脑皮层,尽管脊椎密度的增加在proestrous观察海马和皮层(67年]。此外,雌激素调节突触可塑性的机制也是一个重要的问题。例如,如果雌激素调节LTP和有限公司通过NMDA或GABA受体,影响不会观察到我们的体外系统因为任何急性雌激素效应会被淘汰;如果调制取决于增加的刺,这仍然是在片使用。总的来说,考虑到短时间内的动物发情前期,和使用皮质切片在这项研究中,我们不相信在突触可塑性的差异可以通过使用雌性老鼠。

总之,目前的研究表明突触内连接点的S1能接受突触可塑性。此外,具象的存在边界影响的能力,这些突触进行可塑性。一般来说,来自相邻的连接表示自己不太能够接受可塑性。非联合型突触可塑性也观察到强劲的第二/第三层神经元的去极化。这些结果表明,突触源自不同的表征有不同的特点,例如,不同地点突触的突触后的目标。此外,结果还表明,有多种形式和位点(即。,excitatory and inhibitory synapses) of synaptic plasticity that affect the expression of plasticity in a complex circuit, such as supragranular S1. While the plasticity that was seen here was diffuse and not all neurons responded to the plasticity paradigms uniformly, large-scale alterations of activity due to deafferentation would still have the capacity to alter the circuit. The net result would depend on the specific interaction of these varied plasticity mechanisms in layer II/III with processes occurring in other layers and the extent of the change in activity. The data here indicate that LTP and/or LTD have the potential to play roles in cortical reorganization following sensory loss.

确认

盖世谢谢C.D.吉尔伯特,d . Buonomano说,p . Steen a . Jebelli和a·诺兰有用的评论版本的手稿。这项工作是由加州大学河滨分校的启动和学术参议院基金&研究所授予NS 42241 - 01。

引用

1. d·d·斯戴德勒Das, j·班尼特和c d·吉尔伯特”横向连通性和上下文交互在猕猴初级视觉皮层,“神经元,36卷,不。4、739 - 750年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. m . m .梅泽尼奇j . h .成熟,j .墙”地形重组躯体感觉皮质3 b和1在成年猴子限制传入神经阻滞后,“神经科学,8卷,不。1,33-55,1983页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. m . m .梅泽尼奇j . h .成熟,j . t .墙”发展变化的后正中神经部分地区的皮质表示手里3 b和1在成人猫头鹰和松鼠猴,”神经科学,10卷,不。3、639 - 665年,1983页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. m . m .梅泽尼奇、r . j . Nelson和m . p . Stryker“躯体感觉皮质地图变化在成年猴子数字截肢之后,“比较神经病学杂志》,卷224,不。4、591 - 605年,1984页。视图:谷歌学术搜索
5. c·d·吉尔伯特”水平集成和皮质动力学,神经元,9卷,不。1,1-13,1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. a Das和c·d·吉尔伯特在成人接受域扩张视觉皮层与皮层连接强度动态变化,“神经生理学杂志,卷74,不。2、779 - 792年,1995页。视图:谷歌学术搜索
7. c . Darian-Smith和c·d·吉尔伯特,“轴突发芽伴随着功能性重组在成年猫纹状皮层,“自然,卷368,不。6473年,第740 - 737页,1994年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. d·罗伯逊和d·r·f·欧文在听觉皮层可塑性的频率组织与部分单侧耳聋豚鼠,”比较神经病学杂志》,卷282,不。3、456 - 471年,1989页。视图:谷歌学术搜索
9. p·a·斯蒂恩·m·梅森l . Pham y Lefebvre, p . w . Hickmott,“轴突的偏见在成年大鼠躯体感觉皮质表征边界(S1),“比较神经病学杂志》,卷500,不。4、634 - 645年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. p . w . Hickmott和m . m .梅泽尼奇“单细胞鼠躯体感觉皮质表征边界的相关”神经科学杂志》上,18卷,不。11日,第4416 - 4403页,1998年。视图:谷歌学术搜索
11. p . w . Hickmott和m . m .梅泽尼奇,”鼠躯体感觉皮质神经元的树突偏见与功能边界,”比较神经病学杂志》,卷409,不。3、385 - 399年,1999页。视图:谷歌学术搜索
12. s . a .烧伤和p . w . Hickmott”效应的表征边界在鼠躯体感觉皮质supragranular神经元的反应,”大脑研究,卷985,不。1,第111 - 108页,2003。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. c . Tailby l·l·赖特,a . b . Metha和m . b . Calford”依赖性活动维护和树突生长在成人皮层,“美国国家科学院院刊》上的美利坚合众国,卷102,不。12日,第4636 - 4631页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. c·c·h·彼得森和b . Sakmann,”老鼠的兴奋性神经元网络层4桶皮层,“神经科学杂志》上,20卷,不。20日,第7586 - 7579页,2000年。视图:谷歌学术搜索
15. p . w . Hickmott和p . a . Steen”大规模变化在树突结构重组成人躯体感觉皮质,”自然神经科学,8卷,不。2、140 - 142年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. p . w . Hickmott和m . m .梅泽尼奇“本地电路属性潜在的大脑皮层重组,”神经生理学杂志,卷88,不。3、1288 - 1301年,2002页。视图:谷歌学术搜索
17. l·s·e·罗伯茨的g·t·芬那提,b·w·康纳斯“感官体验修改的短期动态皮层突触,”自然,卷400,不。6742年,第371 - 367页,1999年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. j . h .成熟”的哺乳动物在感觉和运动定位的可塑性,”年度回顾神经科学,14卷,第167 - 137页,1991年。视图:谷歌学术搜索
19. m . e .钻石、w·黄和f . f . it“层流躯体感觉皮层可塑性,比较”科学,卷265,不。5180年,第1888 - 1885页,1994年。视图:谷歌学术搜索
20. d . v . Buonomano说和m . m .梅泽尼奇”,皮层可塑性:从突触地图。”年度回顾神经科学21卷,第186 - 149页,1998年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. k·哈萨尼和m·j·弗里德兰德“瞬态视觉皮层突触。二世。发育调控。”神经生理学杂志,卷77,不。3、1284 - 1293年,1997页。视图:谷歌学术搜索
22. H.-X。陈:Otmakhov, j·赫伯”要求LTP感应配对在海马CA1锥体细胞,”神经生理学杂志,卷82,不。2、526 - 532年,1999页。视图:谷歌学术搜索
23. s . r .凯尔索和t·h·布朗,”联想微分调节突触增强海马脑片,”科学,卷232,不。4746年,第87 - 85页,1986年。视图:谷歌学术搜索
24. r . c . Malenka和r . a . Nicoll“长期potentiation-a十年的进展?”科学,卷285,不。5435年,第1874 - 1870页,1999年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. b . Gustafsson h . Wigstrom w·c·亚伯拉罕,和y y。黄”,长期势差在海马用去极化电流脉冲作为单一凌空突触电位条件刺激,”神经科学杂志》上,7卷,不。3、774 - 780年,1987页。视图:谷歌学术搜索
26. c·p·马德尔d . v . Buonomano说,“时间和平衡抑制增强长期势差对细胞的影响,“神经科学杂志》上,24卷,不。40岁,8873 - 8884年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. a·科塞尔·t·布霍费尔,j . Bolz Non-Hebbian突触在大鼠视觉皮层,“NeuroReport,1卷,不。2、115 - 118年,1990页。视图:谷歌学术搜索
28. n . Hardingham s Glazewski p Pakhotin et al .,“皮层长期势差和双向突触可塑性要求$\mathrm{一个}$- / calmodulin-dependent蛋白激酶II自身磷酸化,”神经科学杂志》上,23卷,不。11日,第4436 - 4428页,2003年。视图:谷歌学术搜索
29. a . Artola和w .歌手”,长期势差和门冬氨酸受体在大鼠视觉皮层,“自然,卷330,不。6149年,第652 - 649页,1987年。视图:谷歌学术搜索
30. 木村,a . Nishigori t Shirokawa, t . Tsumoto”长期势差和n -甲基- d受体在视觉皮层的年轻老鼠,”生理学杂志卷,414年,第144 - 125页,1989年。视图:谷歌学术搜索
31. a·柯克伍德·m·f·贝尔,“Hebbian突触在视觉皮层,”神经科学杂志》上,14卷,不。3,第2部分,1634 - 1645年,1994页。视图:谷歌学术搜索
32. y Yoshimura和t . Tsumoto依赖LTP诱导的突触后去极化:穿孔膜片钳研究在视觉皮质片年轻的老鼠,”神经生理学杂志,卷71,不。5,1638 - 1645年,1994页。视图:谷歌学术搜索
33. a·柯克伍德,s·m·杜德克j·t·金,c . d .艾珍曼博士和m . f .熊,“常见形式的突触可塑性在海马和皮层体外,”科学,卷260,不。5113年,第1521 - 1518页,1993年。视图:谷歌学术搜索
34. e .对于x谢,m . f . Yeckel g·巴里和t·w·伯杰”NMDA receptor-dependent有限公司在海马体内和体外的不同分支学科,“海马体》第六卷,没有。1,43-51,1996页。视图:谷歌学术搜索
35. n·坎普,j·麦昆,美国里,z巴希尔,“不同形式的公司在海马的CA1区:角色年龄和刺激的协议,”欧洲神经科学杂志》上,12卷,不。1,第366 - 360页,2000。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. s·m·杜德克和m·f·贝尔”同源性突触长期抑郁在海马CA1区和n -甲基- d受体封锁的影响,“美国国家科学院院刊》上的美利坚合众国,卷89,不。10日,4363 - 4367年,1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
37. r . Wohrl d·冯·Haebler和美国Heinemann,“低频刺激直接皮质区域CA1诱导同源性突触输入有限公司和heterosynaptic LTP的老鼠hippocampal-entorhinal皮质切片准备,”欧洲神经科学杂志》上,25卷,不。1,第258 - 251页,2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
38. g·赫斯和j·p·多诺霍,”长期势差和长期的抑郁水平连接在大鼠运动皮层,“Acta Neurobiologiae Experimentalis卷,56号1,第405 - 397页,1996。视图:谷歌学术搜索
39. g·赫斯和j·p·多诺霍,”长期抑郁水平连接在大鼠运动皮层,“欧洲神经科学杂志》上,8卷,不。4、658 - 665年,1996页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
40. d . Tropea大肠Sermasi l .多梅尼西,“在大鼠视觉皮层突触可塑性的反馈连接,”大脑发育的研究,卷118,不。1 - 2、61 - 67年,1999页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
41. a·柯克伍德a·席尔瓦和m·f·贝尔”年龄相关性降低大脑皮层的突触可塑性$\alpha$CaMKII突变老鼠。”美国国家科学院院刊》上的美利坚合众国,卷94,不。7,3380 - 3383年,1997页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
42. j·j·迪卡洛,j·w·莱恩,和k·o·约翰逊,我萧”与荧光染料标记微电极穿透,”神经科学杂志》上的方法,卷64,不。1,第81 - 75页,1996。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
43. p . w . Hickmott”,在成年鼠躯体感觉皮质突触水平连接有不同的性质取决于其轴突的来源,”大脑皮层,20卷,不。3、591 - 601年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
44. d·a·麦考密克b·w·康纳斯j . w . Lighthall和d . a .王子”比较电生理学锥体和稀疏带刺的星状神经元的大脑皮层,“神经生理学杂志,54卷,不。4、782 - 806年,1985页。视图:谷歌学术搜索
45. r . Malinow和r·w·钱”突触前增强显示的全细胞记录长期势差在海马切片,“自然,卷346,不。6280年,第180 - 177页,1990年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
46. j·r·怀特洛克a . j . Heynen m·g·舒勒·m·f·贝尔,“海马的学习导致长期势差”,科学,卷313,不。5790年,第1097 - 1093页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
47. e . Pastalkova p Serrano d . Pinkhasova e·华莱士,a . a . Fenton和t . c . Sacktor“存储空间信息的LTP的维护机制,“科学,卷313,不。5790年,第1444 - 1141页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
48. 美国j·马丁、p·d·Grimwood和r·g·m·莫里斯“突触可塑性和记忆:一个评估的假设,”年度回顾神经科学,23卷,第711 - 649页,2000年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
49. m·埃德尔w . Zieglgansberger, H.-U。Dodt“皮层长期势差和长期抑郁:表达网站调查infrared-guided激光刺激,”神经科学杂志》上,22卷,不。17日,第7568 - 7558页,2002年。视图:谷歌学术搜索
50. t·h·布朗、e·w·Kairiss和c·l·基南“Hebbian突触:生物物理机制和算法,”年度回顾神经科学13卷,第511 - 475页,1990年。视图:谷歌学术搜索
51. 黄y . h . Yasuda、a . Sarihi和t . Tsumoto”角色的内源性大麻素heterosynaptic长期抑郁视觉皮层兴奋性突触传递的年轻的老鼠,”神经科学杂志》上,28卷,不。28日,第7083 - 7074页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
52. b . Birtoli d·乌尔里希,“发射mode-dependent鼠皮层锥体神经元突触可塑性,”神经科学杂志》上,24卷,不。21日,第4940 - 4935页,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
53. n . r . Hardingham g . e . Hardingham k·d·福克斯和j·j·b·杰克,“突触前有效性指导标准化层突触强度的2/3后大鼠皮层配对活动,“神经生理学杂志,卷97,不。4、2965 - 2975年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
54. 和t·h·Yasuda Tsumoto”,长期抑郁大鼠视觉皮层与突触后的钙低于长期势差,”神经科学研究,24卷,不。3、265 - 274年,1996页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
55. d内沃和r·s·朱克”长期势差现象和抑郁没有突触前活动,“神经生理学杂志,卷75,不。5,2157 - 2160年,1996页。视图:谷歌学术搜索
56. t . v . p .幸福和t . Lomo、“突触的长期电位化的齿状区域麻醉兔穿甲弹路径的刺激后,“生理学杂志,卷232,不。2、331 - 356年,1973页。视图:谷歌学术搜索
57. j . m . Sarvey e . c . Burgard g·德克尔,“长期势差:海马切片的研究”,神经科学杂志》上的方法,28卷,不。1 - 2、109 - 124年,1989页。视图:谷歌学术搜索
58. Ismailov, d . Kalikulov t .井上,m·j·弗里德兰德”动能的胞内钙预测长期势差和长期抑郁,“神经科学杂志》上,24卷,不。44岁,9847 - 9861年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
59. j·a·赫希和c·d·吉尔伯特,“长期突触强度的变化以及具体的内在途径在猫视觉皮层,“生理学杂志卷,461年,第262 - 247页,1993年。视图:谷歌学术搜索
60. m . Volgushev l·l·沃罗宁m . Chistiakova和w .歌手,“感应LTP和有限的视觉皮层神经元胞内tetanization,”NeuroReport,5卷,不。16,2069 - 2072年,1994页。视图:谷歌学术搜索
61. a .阿隆索·m·德·柯蒂斯,r . Llinas“突触的突触后Hebbian和non-Hebbian长期电位化功效在片内嗅皮层和孤立的成年豚鼠大脑,”美国国家科学院院刊》上的美利坚合众国,卷87,不。23日,第9284 - 9280页,1990年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
62. p . Balaban m . Chistiakova a .马里森和m . Volgushev“依赖钙离子的流入在颞皮层细胞去极化结构,数量的峰值,和门冬氨酸受体的封锁,“神经科学研究杂志,卷76,不。4、481 - 487年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
63. y y。黄和r . c . Malenka”检查TEA-induced突触增强海马的CA1区:压敏的作用${\text{Ca}}^{2+}$渠道在LTP的感应。”神经科学杂志》上,13卷,不。2、568 - 576年,1993页。视图:谷歌学术搜索
64. m .好,m .天,j·l·穆尔”的周期性变化内源性雌激素水平调节的感应和海马CA1区LTP,”欧洲神经科学杂志》上,11卷,不。12日,第4480 - 4476页,1999年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
65. s g·沃伦·a·g·汉弗莱斯j . m . Juraska和w·t·格里诺”LTP变化在发情周期:增强突触可塑性在发情前期大鼠,”大脑研究,卷703,不。1 - 2,页26 - 30日,1995年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
66. a . m . Mandl“发情周期的各个阶段在成年人的白老鼠,”实验生物学杂志》上28卷,第584 - 576页,1951年。视图:谷歌学术搜索
67. J.-R。陈,Y.-T。燕,T.-J。王,L.-J。陈,Y.-J。王,G.-F。曾先生,”促性腺激素调节初级皮层锥体神经元的树突棘密度在成年雌性老鼠,”大脑皮层,19卷,不。11日,第2727 - 2719页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2009 a . Marik和彼得·w·Hickmott莎莉。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。