Eine neue Studie von MIT-Neurowissenschaftler, wie sich scheinbar gleiche neuronale Subtypen Laufwerk Fortbewegung in der Fruchtfliege zeigte einen unerwarteten Vielfalt, wie das Gehirn die Befehle wurden weitergeleitet an Muskelfasern. Eine Folge der Experimente zeigten einen deutlichen Unterschied zwischen den beiden Nervenzellen—ein neuron zu Rührei passen zu verschiedenen änderungen durch die anderen, erhielt aber keine Vergeltung in der Antwort, wenn die Umstände rückgängig gemacht wurden.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in der „Journal of Neuroscience“ zeigen, dass die Unterklassen von Neuronen, die auch reichlich in Menschen und viele andere Tiere, zeigen eine bisher unbeachtet Vielfalt in Ihrer Neigung, um auf änderungen reagieren, eine wichtige Eigenschaft, bekannt als „synaptische Plastizität.“ Die synaptische Plastizität gilt als ein wesentlicher Mechanismus, wie lernen und Gedächtnis im Gehirn auftreten, und die Abbildungsfehler in der Prozess wahrscheinlich sind zentrale Störungen wie Autismus.
„Indem Sie sehen, dass diese zwei verschiedenen Arten von motorischen Neuronen, die tatsächlich zeigen, sehr verschiedene Arten von Plastizität, das ist spannend, weil es bedeutet, dass es nicht gerade ein Ding passiert“, sagte senior-Autor Troy Littleton, Mitglied des Picower-Institut für Lernen und Gedächtnis und Menicon Professor der Neurologie in MIT den Abteilungen der Biologie und des Gehirns und Kognitionswissenschaften. „Es gibt mehrere Arten von Dingen, die geändert werden können, ändern Sie die Konnektivität innerhalb des neuromuskulären Systems.“
Tonischen und phasischen Neuronen
Sowohl der Neuronen auf die gleiche Weise funktionieren, durch den Ausstoß des neurotransmitters Glutamat an Ihren verbindungen oder Synapsen, die Muskeln. Aber diese zwei Neuronen mit verschiedenen Stilen. Die „Tonika“ neuron, die Verbindung nur zu einem einzigen Muskel, strahlt seine Glutamat auf einen Konstanten, aber niedrigen Preis, während der Muskel aktiv ist. Inzwischen hat die „phasischen“ neuron verbindet, um eine ganze Gruppe von Muskeln und springt mit einem starken schnellen Puls der Aktivität bis zum Frühjahr die Muskeln in Aktion.
Überschrift in der Studie Littleton und führen Autor Nicole Aponte-Santiago waren neugierig, zu erkunden, ob diese unterschiedlichen Neuronen konkurrieren oder zusammenarbeiten, um die Fahrt der Muskelfasern, und wenn Sie ausgestellt unterschiedlichen Plastizität, wenn Ihre Funktionen verändert wurden. Um begonnen zu erhalten, was letztendlich wurde Ihre dissertation-Forschung, Aponte-Santiago entwickelt, die bedeutet, um maßgeschneiderte genetische Veränderungen spezifisch in jeder der beiden Neuronen.
„Der Grund, warum wir waren in der Lage, diese Fragen zu beantworten, die in den ersten Platz war, weil wir produziert Werkzeuge zu starten differentiell Manipulation ein neuron im Vergleich zu den anderen ein, oder label ist im Vergleich zu den anderen ein“, sagte Aponte-Santiago, der verdiente Ihren Ph. D. in Littleton ‚ s lab bereits in diesem Frühjahr und ist jetzt ein postdoc an der University of California in San Francisco.
Mit genetischen Zugriff auf jedes neuron, Aponte-Santiago deutlich beschriftet, Sie zu beobachten, jedes wachsen in der Fliegen-Larven, wie Sie sich entwickelt haben. Sie sah, dass der tonic Neurons erreicht der Muskel und der phasischen eine mit dem Muskel später. Sie hat auch beobachtet, dass im Gegensatz zu Säugetieren, die Neuronen, die nicht im Wettbewerb um die Kontrolle der Muskeln, blieb aber nebeneinander, jeder mit seinem Beitrag in seiner charakteristischen Art und Weise, um die gesamte elektrische Aktivität notwendig, um Bewegung.
Die Untersuchung der Neuronen‘ Plastizität, Aponte-Santiago beschäftigt, zwei Griffe für jedes neuron. Entweder Sie wischte Sie Sie vollständig heraus, indem Sie express-eine tödliche protein namens „reaper“ oder Sie erheblich verstopft, Ihr Glutamat-Aktivität über die expression von tetanustoxin.
Wenn Sie löschte den phasischen Neuronen mit reaper, der tonic Neurons schnell verstärkt zu signalisieren, versuchen zu kompensieren, so viel, wie es könnte. Aber in Fliegen, wo Sie ausgelöscht die tonic Neurons, die phasischen Neuronen nicht budge an alle, fortgesetzt, als ob sich nichts geändert hätte.
Ebenso, wenn Aponte-Santiago reduziert die Aktivität der phasischen Neuronen mit dem toxin, das tonic Neurons erhöht sich die Zahl der Bouton von Nervenzellen und der aktiven zone Strukturen in Ihrer Synapsen zu reagieren, um den Verlust des Partners. Aber wenn Sie reduziert die Aktivität von Tonika neuron der phasischen Neuronen wieder erscheinen nicht zu reagieren.
In all den Experimenten, die Muskeln erhalten insgesamt weniger Fahrt von den Neuronen, als wenn alles ganz normal war. Und während die phasischen Neuronen offenbar nicht die Mühe zu machen für den Verlust auf den Teil der tonic Neurons, die tonic Neurons beschäftigt verschiedene Mittel zu kompensieren—entweder die Erhöhung seiner Signalgebung oder durch Erhöhung der Anzahl seiner Anschlüsse auf die Muskel—je nachdem, wie die phasischen Neuronen abgebaut wurde.
„Es war ziemlich faszinierend, dass Nicole gefunden, dass, wenn die phasischen Eingang war nicht da, es war eine einzigartige form der Plastizität, die die tonic-neuron zeigte,“ Littleton sagte, „aber wenn die phasischen Neuronen war da und funktionierte nicht, das tonic Neurons benahm sich auf eine ganz andere Weise.“
Ein weiterer faszinierender Aspekt der Studie ist die Rolle der Muskel selbst, die möglicherweise eine aktive Vermittlung der Plastizität, Littleton, sagte. Die Neuronen können nicht einen Sinn, wenn Sie sich gegenseitig ausgerottet wurden oder inaktiviert. Stattdessen wird der Muskel erscheint zu nennen, die für diese änderungen.
„Auch wenn ein Muskel hat zwei getrennte Eingänge, es kann eine Art eindeutig Steuern die beiden,“ Littleton sagte. „Wenn der Muskel wird immer Glutamat, weiß er, ob es kommt von der Tonika oder der phasischen Neuronen und tut es kümmern? Es scheint, dass es immer noch sorgen, dass es wirklich braucht, das tonic mehr als die phasischen. Wenn das phasic ist Weg, es verschiebt sich etwas von der Plastizität, aber wenn die Tonika Weg ist das phasic kann nicht viel über es tun.“