小说揭示了突触可塑性机制

Hebbian可塑性表明,如果连接神经元是活跃的同时,它们之间的突触连接的强度将会增强。这导致了格言,“那些火一起,连接在一起。”

然而,新的证据从杰夫·麦基的实验室,然后Janelia研究贝勒大学,校园,现在Tx,表明,突触可塑性在对学习和记忆很重要,和空间导航,并不严格符合赫的假设。

发表在科学今天,Bittner等人描述一种新型的持久的突触可塑性,行为时间尺度可塑性(BTSP)。

使用电生理技术来记录大脑细胞的小鼠在跑步机上跑步,然后利用计算机模型来证实他们的发现,他们表明,神经元突触的窗口可以发生在重要的空间导航跨越秒。

位联席作者凯蒂Bittner描述,“BTSP是一种可塑性突触输入活跃秒前和后约一个树突高原潜在(大树突信号)加强。”解释,“这是完全不同与传统形式的突触可塑性在输入强化,如果他们是活跃的毫秒前突触后神经元动作电位——或者说,火在一起,连接在一起。”

并补充道,“在这种情况下,输入不需要导致神经元火为了得到加强。他们只是需要与树突事件在大的时间窗口。”

凯蒂提到,这些发现与此形成鲜明对比的是,特定的毫秒脉冲目前认为有必要引起突触加强在这些细胞中存在海马的CA1区。

细胞在这个区域火灾特征复杂飙升模式动物在空间某一点时,它的位置,他们背后的GPS系统的鼠标。

研究人员表明,这些细胞的电兴奋性增加鼠标的方法其特征点在空间火灾,然后坡道从这高原,因为它移动。如果一个突触前输入是活跃在这增加可以导致峰值和突触沟通的增强作用。意义BTSP可迅速激增的商店或整合整个序列事件发生几秒钟之前和之后的复杂的飙升CA1神经元。意义的细胞火,可以连接在一起。

这种机制可能意味着海马体的位置字段可以被改编为鼠标体验新功能环境的探索,和BTSP可能促进这一点。

重要的是,这种类型的可塑性使得相关环境因素结合在一起作为鼠标探索速度。兴奋性坡道拓宽更上游的细胞和突触输入CA1细胞被激活鼠标贯穿环境包含更多的信息比以较慢的速度。传统Hebbian可塑性无法解释。

作者亚伦Milstein解释说,“在我们的研究中,我们发现树突高原导致协会的感官活动在一个固定的40秒时间窗口。老鼠跑得很快的时候,更多的距离是在固定的时间窗口,所以更多的神经元代表更多的空间位置相关。”Which means more information is integrated as the mouse navigates its environment.

凯蒂证实,“可塑性的固定的时间窗口意味着在学习,如果你运行,单个神经元的位置字段将覆盖更大的距离,如果你走在神经元的领域会更狭窄的地方。”

和亚伦进一步强调,“如果你开快车在一辆车,你可能会看到一个标志在路上几秒钟之前,它会提醒你,而如果你慢慢地走,你才会认识到将更接近决策点。

研究人员还进行了经典在CA1神经药理学实验调查渠道在细胞膜负责诱导这种类型的可塑性,他们发现,叫NMDA受体的突触受体阻断类和类型的通道,允许进细胞内钙预防BTSP的形成。他们甚至包括钙通道阻滞剂在细胞同时鼠标是在跑步机上跑步的斜坡体内。

这种新型的可塑性的相关性仍在问题,和描述的原因是茱莉亚Krupic的通知的总结在同一版的科学。细胞为什么需要这种类型的可塑性,以及为什么突触输入合并到放电模式可以来自无关的信号仍是一个谜。表明“BTSP感应机制运作作为instructive-type信号,促进学习,无论是自主还是相关。”

凯蒂解释说,“BTSP允许单一神经元存储信息序列。不直接导致突触后神经元的输入峰值仍然可以加强与树突高原取决于他们的时间相关。这种可塑性可能发生在一个试验——这可能让学习在一个单一的经验。”

亚伦补充道,“BTSP的缓慢的时间尺度(许多秒)正是大脑需要关联的感官事件序列,如预测延迟奖励的景象和声音。而且,这种形式的可塑性可以完全改变一个神经元的信息存储环境在一个点,没有重复。这个功能需要大脑储存记忆的单一事件,或学习一个例子。”

不管怎样,这项工作提供了真实的这些神经元的电活动作为空间鼠标导航,即使我们仍然不明白为什么。