所以你,Homeo(停滞)?功能多样性稳态突触可塑性

文摘

稳态塑性已成为一个基本的监管原则,力求最优范围内维持神经元活动通过改变神经元功能的不同方面。适应网络活动通常被视为一个重要的负反馈抑制,阻止失控的兴奋或抑制。然而,精确的重要性这些稳态功能往往是理论而不是经验。此外,非凡的多重性的自我平衡的适应已经观察到。澄清这些问题,它可能是有用的问:为什么自我平衡的机制存在,这些适应性反应有什么优势授给一个给定的细胞群,为什么有那么多看似不同的影响?这里,我们这些问题通过应用控制理论的原则,自我平衡的哺乳动物神经元的突触可塑性和显示各种反应观察可能代表不同的控制机制指向不同的生理功能类的目标。

1。采取武力无穷无尽的麻烦,反对结束:自我平衡自律神经

内稳态的概念已经成为一个核心原则生理学在80年正式清晰度(1]。自我平衡的监管动态保持相对固定内环境法国生理学家克劳德·伯纳德定义为“要求自由和独立的生活”(2]。然而,神经元内稳态的概念是一个相对较新的变化在这个主题。在过去的二十年中,没有观察到神经元和神经元网络自我调节其输出各种体外和体内环境。尽管(或由于)爆炸的研究近年来,自我平衡的适应的神经突触(统称为稳态突触可塑性或HSP)抵制容易包装成一个整体模型,而是似乎分裂为一系列复杂的各种因素和多个机制(3- - - - - -5]。这里,我们极度调查文献并尝试合成这些不同观测到一个更加团结的照片问什么目的自我平衡的适应。限制的绝大多数问题提出的这些问题,我们限制我们的重点时期最形式的适应、自我平衡的反应发生在哺乳动物中枢神经系统的兴奋性突触(中枢神经系统)。其他最近的评论广泛覆盖的其他方面,如固有兴奋性(4,6,7],excitation-inhibition平衡[4,5,各种分子的目录与自我平衡的适应(3,8),我们没有试图提供一个全面审查这些主题。开始,我们将运用控制理论的概念上的镜头,这可能提供了一个有用的框架在试图制定统一的组织原则。然后我们试图解释稳态响应的变异性不同的方法完成多个生物功能或目标在不同的细胞类型和电路。

2。HSP:教训工程

关键问题常常无人接听,或者至少是隐式的,是物质本身的生理重要性。网络理论模型表明,HSP是最佳的信息处理和稳定性的关键因素。一个流行的观点是,HSP是一个必要的负面反馈“阴”“阳”的积极的基于反馈的联想,或Hebbian可塑性机制,如长期势差(LTP)和长期抑郁(有限公司)3,5,7,9]。然而,我们可以设想几个场景中不同类型的自我平衡的监管可能合理的发挥生物学上重要角色,如下面讨论的。

在阐明这些功能,我们建议使用的环境控制理论(10- - - - - -12]。尽管这样的工程模型概念应用于生理系统的稳态行为(13- - - - - -15)包括神经的(16,17),在本文中,我们将系统地研究闭环控制的文献通过镜头解释现有数据的丰富的身体。在闭环控制系统中,一个传感器监控系统输出和反馈回的信息控制器调整一个或多个控制参数保持输出所需的水平。这种监管模式允许控制器补偿系统动态变化的“循环”调节控制,形成鲜明对比开环缺乏这种反馈机制的系统。闭环调节神经活动可以分解为以下部分:(1)检测特定的输出测量的活动(图1(一)),(2)比较一组点代表“最优”活动(图1(b))、(3)计算错误,或发现的区别和最优水平,和计算的一个适当的稳态响应程序根据错误(图1(c)),(4)实施补偿性稳态响应(图1(d))。稳态控制的机制可能会依赖严重,不同生理条件触发不同类型的HSP在特定情况下和背景。

2.1。活动是什么意思?

出版物领域的自我平衡的神经元突触可塑性总是首先声明,面对长期活动的变化,改变它们的属性输出恢复正常水平。然而,目前还不清楚到底是什么意思“活动”等术语“输出”和“正常。“自我平衡的监管是基于这样的假设,生物系统各种参数的理想设置点,这些设置点动态维护,以便继续函数尽管不断波动的外部环境。这个概念似乎直观的系统,需要健壮的和相对稳定的输出,如神经肌肉接点(16,18]。然而,它是不太明显的自我平衡的可塑性可能实现复杂,高度的塑料,和信息编码环境等哺乳动物的中枢神经系统。

很明显,神经“活动”以多种方式可以定义在一个(兴奋)细胞,包括电流或突触后膜电位波动,树突,或体细胞膜;钙离子通量在树突棘、树突或躯体;动作电位代(即。,firing rate) at the axon hillock; vesicular accumulation and release at presynaptic terminals; neurotransmitter concentration within or near the synaptic cleft, just to name a few. Each of these locations may have distinct set points and sensors for determining activity status, governing independent or concerted forms of plasticity that coexist within the neuron and that may be called upon during different functional requirements.

2.2。如何检测错误?

神经元突触进行波动输入和动作电位放电规模所需的数秒到数分钟内正常神经功能。然而,什么时候有活动制度从“急性”转向“慢性”或从“正常”到“过度”?另外,有持续的HSP调整发生在活动水平比例?这种方法显然将取决于问题的细胞类型和其偏爱的燃烧率/模式,但有通用机制,检测异常的神经活动吗?

在人为的过程控制,一些自我平衡的策略被广泛应用根据特定的需求。砰砰控制(图1,右)是一个相对简单的恒温器控制策略使用自我平衡地调节温度:补偿性反应打开超过阈值时(或在一定延迟)和关闭时设置点。另一个常见的方法是比例积分控制(图1(左),启动反馈根据检测到错误的属性。比例成分反映了当前偏离理想的程度,而积分组件感觉随时间积累的错误和产生更大的反馈增加这些错误的总和。因此,补偿响应是一个函数的大小和持久性的偏离设置点。计算稳态神经活动监管的研究已经证明直接连接一个活动测量(体细胞Ca^{2 +}水平)离子通道的电导没有明确授予积分控制通道集成(19,20.]。应该强调,有无限的可能的控制方法,这些例子不一定是那些用于生物学,但可能会接近时提供有价值的概念指导不同类型的自我平衡的监管。

2.3。补偿是什么反应呢?

概述,设置点的神经“活动”可能包含多个参数包括突触电流、钙含量,动作电位放电率,突触前囊泡数,或神经递质浓度。从理论上讲,这些相同的参数可以改变自我平衡地调整神经“输出”,但这并不一定要如此。为了重新获得适当的活动状态,神经元和网络可以改变基本上所有的组件:被动和主动膜性能(6,7,21,22),密度和离子通道亚型的电导23,24),功效和抑制和兴奋性连接的位置25- - - - - -27),调节神经递质多巴胺/羟色胺/ acetylcholinergic语气,等等。的确,网络模拟表明,大量的组合可以产生相同的神经元放电模式修正参数修改(28]。这些不同的参与者自我平衡的适应无疑导致大量的机制被发现,这可能协调行动或多层备用系统的故障或过载在初级的。正如我们前面提到的,在这里我们将集中在一个小部门的参数空间,发生兴奋性突触的改变。

3所示。兴奋HSP的理由和原因:功能分类

活动兴奋性突触主要包括兴奋性突触后电流(EPSCs)由AMPA快速谷氨酸受体的亚型(AMPARs),中枢神经系统主要发生在小,能动的突起称为树突棘。AMPAR-mediated微型EPSCs特点,单个突触后反应释放的谷氨酸突触前囊泡,被广泛用来推断突触信息属性。增加mEPSC振幅符合更高的密度/电导单个突触的突触后受体(23]。高架mEPSC频率通常解释为增加突触前释放概率在现有网站(泡状池中增加或水泡周转率)(29日)或功能性突触数量的网站(更多的树突棘或新的突触上已经建立了刺)(30.]。因此,减少mEPSC振幅和频率,观察在不同的过度活跃范式,在突触后解释为减少,突触前属性,分别。然而,谨慎是需要mEPSC变化归因于只前/突触后的变化。例如,mEPSC频率和振幅不独立;实际上,一旦突触变得非常小,电流振幅从他们低于阈值的检测,这导致减少测量频率。此外,unsilencing所谓的“沉默”突触之前缺乏AMPARs [30.)是一种表现为突触后效果mEPSC频率的变化。此外,有证据表明,预处理和突触后发展是协调(31日,32]。记住这些告诫,它仍然是有争议的mEPSC振幅和频率的变化是否AMPAR子单元的主要HSP反应和主要参与者主体监管(例如,23,24,33- - - - - -36];见表1)。我们应当看到,仔细考虑实验变量和生物功能可能阐明这些和其他争议。在下面几节中,我们将探讨几种可能的神经HSP语境,利用控制理论涉及的组件分离和描述不同功能类别(总结表2)。特别是,我们将检查各种活动范式对三个变量:范围、突触轨迹,学位。不活动的范围可以是全网(部分4),细胞自动(部分5),或突触特定(部分6)。在每个部分中,我们将研究突触轨迹发散结果通过分组活动范例(pre -或突触后)和学位(减少或取消活动)。关注活动制度反映了使用这些实验范式研究的优势,虽然在某些情况下,我们将深入研究过度活跃的后果。在适当的时候,我们将区分发展中国家和建立网络,因为网络的发展状态影响功能性监管。

4所示。缺乏网络范围的活动

最常用的活动模式诱发网络范围的活动状态的变化通过浴药物中的应用。在下面几节中,我们小组进行活动范式到功能类(见表2)根据轨迹(pre -或突触后)和严重性(减少或取消)的活动

4.1。减少突触前输入:缩放和突触校准

领域的观察是,简单地播种培养海马神经元在不同密度引起的相互调节突触强度、密度较高的收益率较弱的突触和低密度导致更强的突触(59]。类似的结果是发现当细胞镀上更大的表面积,即使在细胞密度保持不变:大型网络与全球更多地相互连接的神经元兴奋连接和更强的抑制弱连接;相反,小型网络突触神经支配,但比例更强的成分减少兴奋性的连接和较弱的抑制(26]。因此网络大小和程度的神经支配控制突触强度的范围,在第一时间被认为是可以接受的,大概功能作为一个警卫在开发过程中保持稳定的网络。

全球形式的突触适应也可以诱导药物,通过应用电压门控钠通道阻滞剂,河豚毒素(TTX),防止射击的动作电位(APs),从而大大减少了突触前膜泡释放的频率。很多早期的工作描述HSP的影响在年轻神经元兴奋性突触进行,健壮的突触发生期间,体内发生在产后2周(60),在体外(DIV) 10 - 14天61年]。在分离的主要文化年轻皮质(38,40,41海马[]或41,44)神经元,TTX已经观察到导致全球AMPAR-mEPSC振幅增加,但没有变化的频率,建议增加突触后强度但不是突触数量或释放动力学。这种现象导致了流行的“突触缩放”的概念38neuron-wide],乘法改变突触的突触强度。发现网络调整突触连接的强度提高的可能性,TTX封锁在开发期间,通过减少突触输入的频率,相信他们是“技巧”神经元密度较低的一部分神经元网络。突触强度的比例可以被当作突触校准装置发展的一部分。

如何神经元突触神经支配其总感觉养老?在全球内稳态的情况下,一个可能的活动传感器是突触后燃烧率,补偿neuron-wide HSP可以由本地应用程序的TTX神经元细胞体的而不是部分树突树(40]。然而,持续的突触后去极化是突触强度的差别足以引起对这些独立的动作电位放电(62年]。这一结论支持了最近的一项研究表明慢性optogenetic overactivation个人在海马CA1神经元organotypic片诱发细胞突触后强度的差别自治自我平衡的对这些63年]。这导致的问题实际上是测量和如何转化为指数,或不够活跃。体钙含量似乎在这一过程中一个重要的活动传感器(8,40,63年),l型电压门控钙^{2 +}渠道牵扯钙条目的模式(24,39,46,63年]。钙调蛋白等下游calcium-dependent第二信使[64年)或各种酶(如腺苷酸环化酶(39)可能代表这些钙瞬变的生化读数。后者是有趣的例子α- - -β-CaMKII,突出^{2 +}/ calmodulin-dependent突触后激酶相互表达下调和调节,分别在长时间不活动(51),与l型电压门控钙有关^{2 +}渠道(65年]。

有关家庭成员CaMKIV似乎也是一个重要的潜在的传感器,其功能是为了应对optogenetic差别稳态所需对这些过度(63年),同时减少核CaMKIV激活模仿和阻塞缺乏适应神经活动40]。因为基因转录40,44)或蛋白质翻译(35,49,50,66年需要某些形式的HSP,潜在的综合机制注册和积分活动状态中的错误可能是基于活动依赖性mrna和蛋白的积累。这样一个系统可能涉及activity-inducible抑制性因素如立即早期基因弧(52,67年),inactivity-induced刺激因素,或为最佳双向性。例如,polo-like激酶Plk2转录是由神经元活动严格监管,在感应,会使兴奋性突触和树突棘68年- - - - - -72年]。因此,这些因素的数量或平衡可能建立的时间长度和/或偏离的程度所需的设置点。

4.2。减少和废除突触后活动:全球和地方等

各种活动传感器和稳态机制可以使用拮抗剂的药物分析特定的离子通道。TTX启动缓慢补偿性反应AMPAR mEPSC振幅的12-48小时在发展中海马神经元(例如,38,45];见表1)。适应的时间进程可以迅速加速到4个小时或更少的封锁glutamatergic突触传递AMPARs的拮抗剂(49)或并发应用程序的TTX NMDAR拮抗剂APV [35,49]。有趣的是,NMDAR封锁本身似乎没有引起稳态AMPAR发展中皮质神经元的长时间点(38,39,46]。

不仅timecourse但不活动之间的补偿性响应变化模式。AMPAR封锁单独诱发mEPSC频率和振幅的增加(例如,24,46,49];见表1为他人),表明共同预处理和突触后适应不活动。TTX本身通常只在mEPSC诱发增加振幅(例如,38,46,49];见表1主要为他人),表明突触后反应。此外,成熟的海马神经元和TTX一起治疗的选择性AMPAR阻滞剂NBQX被发现减去(46,49]。TTX似乎阻止NBQX-induced频率的变化(46,49),支持这一概念,突触前的协调功能与突触后地位需要持续的美联社解雇(31日,73年,74年),可能是由于突触前终端的交互依赖inactivity-released树突BDNF (49]。

使用浴应用药物的缺点是这些操作不是特别“干净”TTX和NBQX都将减少突触输入和动作电位放电直接或间接。然而,结合药理操纵表明,缺乏运动诱导的TTX不等于不运动还与glutamatergic诱导受体封锁,这表明体细胞和突触活动可能差别监管。事实上当地TTX封锁的躯体活动能够诱导neuron-wide缩放(40),而当地TTX树突活动不引起upregulation的封锁。据我们所知,在应对neuron-wide缩放,或者缺乏活动分组人口的突触(可能由于输入具体Hebbian修改)并没有被报道。

这两种机制的生理意义是什么?美联社减少发射(由于TTX治疗)能被接受神经元突触后函数的不足,从而导致缓慢upregulation AMPAR突触的内容。AMPAR传播的沉默(由于NBQX治疗)可以代表最极端的突触后赤字频谱。输入“错误”造成的大小完成AMPAR封锁将明显大于TTX封锁,导致相应的速度响应。最小的存在突触后活动阈值(如钙)可以解释为什么APV和TTX能够诱导快速响应,同时也不那么孤单。

然而,似乎两个反应TTX - NBQX-induced不活动有不同的底层补偿机制和可能实现单独的生理的目标。快速HSP glutamatergic受体引起的封锁似乎特别涉及增强GluA1合成和突触的Ca^{2 +}透水GluA2 -缺乏AMPARs [24,33,35,36),而引起的缓慢HSP TTX通常提高GluA1和GluA2子单元(23,34,35]事实上,选择性地要求GluA2 c端尾(77年]。自稳态响应不同在这两个活动范式,可能不同的机制是招募的快和慢的HSP形式。我们注意到完全停止AMPAR——或者NMDAR-mediated传播不是一个在正常情况下的生理反应。或许这种活动发生在现有突触成为受损,有缺陷,或其他非功能,快速反应,这些操作可以代表紧急突触“修复”机制。暴烈行为控制策略将是理想的实现途径。Glutamatergic受体封锁已被证明诱导树突翻译视黄酸(46,50)和多功能生成BDNF (49),这两个已被证明在HSP扮演的角色。这些树枝状的合成蛋白潜在功能继电器式控制的形式控制当地的突触强度、树突的蛋白质合成打开一次当地的Ca^{2 +}水平低于某一阈值,一旦新插入的Ca是关闭的^{2 +}透水AMPARs允许足够的Ca^{2 +}涌入。相比之下,体细胞Ca2 +水平可能会被监控,不断在低速时标不良部署PI控制机制。

4.3。废除突触前活动?

现有的全球活动范式减少或阻断突触后活动(部分4所示。2(部分),并减少突触前活动4所示。1)。全球停止突触前输入没有被报道,但可能通过感染培养的神经元在足够高的效价表达破伤风毒素的病毒灭活所有突触前膜泡释放的文化。这个操作可能是有用的解剖突触前活动和突触前神经营养支持的效果。

5。细胞缺乏自主活动:突触与HSP的竞争

相比全球振幅影响发展中网络TTX处理,观察到一个不同的结果是观察单个神经元的兴奋性降低转染的超极化钾通道Kir2.1 [45]。的表达渠道培养海马神经元广泛的突触发生没有引起稳态upregulation之前,而不是导致功能兴奋性突触的数量减少到转染细胞和突触前剑头小,没有mEPSC振幅的变化。这种non-homeostatic效应似乎是由于发育为输入神经元之间的竞争,这种不平衡在突触形成和TTX消除如果所有细胞被抑制。有趣的是,表达Kir2.1通道后大量的突触形成突触前的稳态upregulation发起功能(增加AMPAR-mEPSC频率由于更大的泡池和突触前释放概率),没有改变突触数量和mEPSC振幅。突触前自我平衡的调整似乎完全弥补最初的突触后活动减少,燃烧率的Kir2.1-transfected细胞最终返回值来控制。在这种情况下,功能引起的赤字Kir2.1可以看作是减少突触后疗效与正常突触前的功能。那么为什么抑制神经元不启动全球突触AMPAR-mEPSC振幅缩放,与TTX观察吗?可能比TTX Kir2.1的影响不太严重,不降低体细胞钙足以引起一个比例反应。另一个可能性是严重减少突触前释放由于TTX治疗结果补偿提高运转正常的突触后端,而突触后损伤从Kir2.1超极化是打击通过补偿性upregulation镇定突触前的装置。

6。Synapse-Specific不活动

6.1。减少突触前输入:Synapse-Specific HSP

从突触扩展一个预测是,在任何给定的突触活动变化不启动全球稳态补偿,神经元是不良监测突触活动的总和,任何必要的自我平衡的协调适应所有~ 10000一个典型的神经元的突触。这种预测是由一些研究证实表明当地突触失活不会引起全球扩展(40,75年,76年]。然而,调制的单突触输入具体的影响。个人的活动可以减少由于突触前神经元突触前终端通过稀疏超极化转染与整流钾通道Kir2.1 [47,52]。在年轻的海马神经元,罕见的有选择地抑郁突触前神经元的突触后目标终端自我平衡地调节其AMPAR内容和力量,虽然邻近突触没有,过程中涉及GluA2-lacking受体和弧47,52]。

这可能是功能的重要性synapse-specific稳态控制?我们建议缩放和synapse-specific HSP双重机制,发展中神经元的同步操作来建立合适的网络和突触功能。在突触的形成,可以想象,这将是有用的突触雇佣一个程序在构建一个适当的质量控制功能树突触。扩展可能是负责在全球范围内建立和维护一个适当的设置点(或者一组范围)突触的优势,基于细胞的神经支配模式和燃烧率。同时,synapse-specific HSP可能代表的手段调整单个突触强度值建立的全球范围内最合适的基于相应的活动前/突触后终端和邻近的突触。兴奋性突触的AMPAR内容似乎是由“稳定”和“不稳定”人群(78年]。人口不稳定可能是一个更动态、异构的受体可以动员Hebbian或synapse-specific自我平衡的可塑性,而核心稳定AMPAR人口规模在开发过程中可以建立在一个相对标准化的方式在整个树突树。

6.2。废除突触前输入

有趣的是,完全废除突触前囊的释放不仅夸大的反应与减少突触前释放。相反,看起来相反的作用观察突触前膜泡释放是否废除(使用破伤风毒素)而不是减少(使用突触前Kir2.1)。如果类似的突触前操作在执行部分6.1,而是使用破伤风毒素完全灭活突触前终端,没有观察到AMPAR-mediated洋流的变化(79年),只有一个特定的减少GluA1(而不是GluA2/3) AMPAR子单元(76年),可能涉及增加扩散交换这AMPAR亚基75年]。在突触后场景中讨论部分5、输入封锁可能不代表的仅仅是一个更极端的部分信号频谱。没有任何活动来自突触前终端可能比一个简单定性不同活动信号减少突触前释放。事实上,废除(而不是减少)突触前活动可能表明一个非功能性突触前终端,在这种情况下,突触后稳态补偿将是徒劳的。GluA1在这种背景下出现的损失将因此不能代表一个稳态响应,但缺乏活动依赖性GluA1捕获(75年]。可想而知,在这种情况下机制开始上调或“修复”突触前活动却被系统的能力来克服破伤风毒素的抑制。

6.3。减少突触后反应

尽管当地树突TTX单独的应用没有造成稳态响应(40],树突应用TTX NMDAR拮抗剂APV诱导健壮upregulation表面AMPAR水平在贫困地区35]。总的来说,这些发现表明,谷氨酸受体活动作为当地信号调节以自主方式单个突触的强度。

类似于体细胞钙在全球反应的作用,钙进入刺也可能扮演重要的角色在当地synapse-specific监管。事实上,应对AMPA受体封锁经常被发现的选择性插入GluR2-lacking AMPA受体Ca^{2 +}渗透(24,33,35,36]。这些发现表明,当地synapse-specific反应可能是一个试图恢复当地的Ca^{2 +}的水平。当地监管的突触活动干系树突蛋白质合成(35,80年]。事实上,微型突触电流负约束树突蛋白质合成,使神经元的默认状态是为突触整合生产蛋白质。突触后活动(在存在功能突触前终端)可能会因此消极限制默认项目当地的自我平衡的“upregulation。”

6.4。其他活动模式

尽管全球多动模式已被证明导致mEPSC全球减少振幅和/或频率(23,38,51,70年),到目前为止,没有实验检查的影响synapse-specific overactivation。长期增加突触前可以完成单个突触活动持续optogenetic channelrhodopsin-expressing突触前神经元的激活。自我平衡的适应活动增加一个突触后的网站还没有报道,但可能与慢性glutamatergic受体激动剂的释放。

7所示。非均匀HSP成熟的神经元

全球乘法突触扩展的一个有吸引力的理论方面的保护模式的相对差异突触权重建立Hebbian形式的突触可塑性是假定编码信息(9]。然而,尽管统一突触比例一直在反复观察年轻神经元在适当的条件下,年长的神经元(这里定义为那些超出批量突触发生的时期,例如,> DIV21或在成年动物)从各种准备工作不显示比例,即使全球经济活动操作(27,53,56,57]。乘法的发生比例只有突触发生高峰期间(而不是在旧神经元)表明,这种机制可能会更相关的突触的形成,而不是信息处理本身。

相反,TTX应用于老年神经元抒发nonmultiplicative mEPSC振幅的增加(56),以及提升mEPSC频率(例如,41,44,45,53,56];见表1为他人)。然后就出现了一个令人困惑的问题是如果突触强度不均匀的影响,如何自我平衡的调整与Hebbian共存信息编码?一个提议允许Hebbian和体内平衡机制的共存是如果前者是由动态实现移动设置点的(8,17),几乎以相同的方式,一个恒温器可以向上或向下,但仍然在反馈控制。然而,这种机制不能解释nonmultiplicative HSP在年长的神经元。HSP在成熟神经元的基础仍然是未知的,但通过定义一个nonmultiplicative过程意味着某些突触的影响不同,而在成熟神经元HSP确实已经被证明能够影响较大的比例(24]。这些研究结果的含义是,在年长的神经元,一些突触保留更高的能力产生强烈的自我平衡的反应,而有些则会变得相对不敏感的慢性活动的变化。我们注意,后者的人口将是持久的和持久的理想人选信息编码。我们推测,这个假设的可塑性的劳动分工将很好地允许自我平衡的调整没有干扰Hebbian可塑性,但这样的机制还有待识别和描述。

一致认为年长的神经元突触的数量,可能会对自我平衡的调整,阻断突触前神经递质释放单突触的破伤风毒素转染在成熟的海马神经元没有造成AMPAR-mediated洋流的变化联系突触后地点但却导致一个有趣的NMDAR亚基组成的变化形式的metaplasticity或“可塑性”的可塑性79年]。在年长的神经元,metaplasticity可能提供一个有吸引力的替代(或更多)的策略限制Hebbian可塑性突触权重没有干扰的能力(7]。另外,改变突触前释放概率可能允许自我平衡的调整不改变突触后信息编码。事实上,在完整的成人海马CA1神经突触没有显示mEPSC振幅的变化响应TTX但只有频率增加(56]。

体内、网络稳定性也可能出现由于连接的具体安排,而不仅仅是单个突触的优势。例如,慢性静止在成熟organotypic海马片诱导的突触效能的方式upregulation反映底层网络的计算。海马三突触内的电路、CA3“吞吐”突触调节响应不活跃,在复发性突触表达下调(54]。因此可能在功能电路,特定的突触界面指定的稳态轨迹。类似synapse-specific适应视觉系统已发现,有趣的是稳态的轨迹适应变化与发展。视觉剥夺诱导选择性自我平衡的适应层II / III成人视觉皮层神经元,而诱导选择性第四层适应发展中神经元(57]。这些结果表明不仅体内多个HSP机制存在的(27]而且特定的细胞类型可能不同调解HSP的计算网络在不同轨迹的发育时间点可以改变自我平衡的适应。

8。文化冲突:实验准备工作

与LTP海马CA1神经突触的可塑性的最佳形式,不存在标准制剂等的研究,导致实验变化如前所述[5]。问题尤为突出培养皮层和海马神经元,流行但众所周知变量系统HSP的体外研究。技术方面的文化过程(媒体准备,生长基质,文化,年龄,使用的动物文化密度或大小,等等)都可以影响基底文化属性包括突触连接和强度(26]。相同的治疗或治疗的组合可以产生不同的影响在不同的实验室甚至在什么似乎是相同的(表做准备1)。

因此应该指出的文化不是同质的互换池神经元,而是高度异质种群组成的多个神经元类型(锥体神经元亚型中间神经元,颗粒细胞等)根据比例不等的准备。很少研究试图区分细胞类型进行了分析。甚至神经胶质细胞与神经元的平衡会影响突触的属性和HSP反应(40),因为星形胶质细胞——和glial-derived因素调节突触活动的比例(81年,82年]。所以我们强调的重要性这样的变量,这些差异并不只是技术不便但实际上是有意义的,可以告知我们的想法被提供在特定情况下的功能。

9。结论和观点

已经取得了很大的进展在确定HSP机制和分子参与。然而,一个更仔细考虑网络实验变量的大小、年龄和细胞类型有必要清楚地解析了丰富而迷人的稳态神经适应的多样性。在发展中神经元,主要目标可能与忠诚和稳定,产生突触和网络涉及neuron-wide调节突触强度和数量。在成熟的神经元,HSP可能局限于特定子集的突触或细胞,以更有效地尊重信息编码在突触权重。因此,框架HSP在生物功能将有助于理解目标是寻求并因此需要招募潜在机制。而不是指HSP作为一个单一的实体,几个独立的子类可能需要认识到,以不同的方式运作。但是HSP,任何其他的名字,会令人兴奋和有趣的持续研究的途径。

确认

作者感谢吴Jian-Young,亚伦Rozeboom Pak实验室成员的批评和讨论。这项工作是由美国国立卫生研究院/研究所资助NS048085 NS041218-10 (b . n . Q)和NS075278 (d·t·s·P)。

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