Forscher am Max Planck Florida Institute for Neuroscience entwickelte eine neue Kombination von Technologien, die es Ihnen erlaubt zu erkennen, die funktionellen Eigenschaften der einzelnen Synapsen, die Verbindung der beiden Hemisphären und bestimmen, wie Sie angeordnet sind, innerhalb einer Nervenzelle die dendritischen Feld.
Jedes der 20 Milliarden Neuronen in der Großhirnrinde erhält Tausende von synaptischen verbindungen von anderen Neuronen bilden komplexe neuronale Netzwerke, die das machen, Empfindung, Wahrnehmung, Bewegung und höheren kognitiven Funktionen möglich. Letztlich die Funktion dieser Netzwerke hängt davon ab, Ereignisse innerhalb eines Neurons – Dendriten — Erweiterungen aus dem neuron – Zelle, Körper, die Aussehen wie Zweige von einem Baum und erhalten, die synaptischen verbindungen von den Axonen anderer Neuronen, Ein wichtiger Teil des Puzzles der kortikalen Netzwerke, die weiterhin die Herausforderung Neurowissenschaftler ist das Verständnis der funktionellen Organisation von Synapsen innerhalb eines Neurons der dendritischen Feld. Dies erfordert die Bestimmung der funktionellen Eigenschaften der synaptischen Eingänge ein neuron empfängt (was Sie kommunizieren), die Quelle der Eingänge (wo Sie herkommt), und wie Sie angeordnet sind, innerhalb der Dendriten. In einem neuen Artikel im Neuron, MPFI Forscher detailliert, wie Sie kürzlich entwickelte neue Methoden, um diese Fragen zu beantworten, die eine funktionale Ordnung, die Anordnung für entfernte und lokale synaptische Eingänge innerhalb eines Neurons der dendritischen Feld, das möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Koordination der Aktivitäten im Netzwerk.
Graduate student Kuo-Sheng Lee, zusammen mit anderen Mitgliedern des Fitzpatrick-Labor, untersucht diese Frage in der mouse visual cortex durch die Abbildung der synaptischen Eingänge, die Verbindung der beiden kortikalen Hemisphären über ein Faserbündel heißt corpus callosum. Dieser Weg ist gedacht, um eine kritische Rolle in der Koordinierung der Aktivitäten der beiden Gehirnhälften, und für das visuelle system, die Vereinheitlichung unseres binokularen Sicht auf die Welt. Sie entwickelten einen Ansatz, der erlauben würde, Sie zu visualisieren, die einzelnen dendritischen Dornen von Neuronen (kleine Dendritische Spezialisierungen, die erregende synaptische Eingänge), Charakterisierung Ihrer funktionellen Eigenschaften ist, und bestimmen, ob Sie erhalten callosal-Eingänge.
Zur Visualisierung der Aktivität des einzelnen dendritischen Dornen, Lee et al., eine fortschrittliche imaging-Technik, die sich auf die Kalzium-Signale, die erkannt werden als Veränderungen in der Fluoreszenz. Durch die Beobachtung der dendritischen Dornen „light up“ mit Aktivität im lebenden Gehirn, Sie könnten, präsentieren verschiedene visuelle Reize für die Tier-und ermitteln, was am effektivsten. Die dendritischen Dornen, wie die meisten der Zellen in der Sehrinde reagieren selektiv auf die Orientierung der Kanten in der visuellen Szene, also war dies die funktionale Eigenschaft, die Sie gewählt haben, definieren Sie für jede Wirbelsäule. Dann, um zu bestimmen, ob eine Wirbelsäule erhalten synaptischen input von den Balken, Lee et al. verwendet direkte stimulation der anderen Hemisphäre und sah um zu sehen, welche von den dendritischen Dornen würde Leuchten. Nachdem festgestellt, dass ein kleiner Prozentsatz der Stacheln waren zuverlässig und konsequent aktiviert durch anregende callosal-Eingänge, dann waren Sie bereit, um, wie sind Sie angeordnet waren innerhalb des dendritischen Feldes.
Eine interessante Möglichkeit war, dass der callosal-Eingänge mit ähnlicher Ausrichtung Präferenz gebündelt werden könnten, zusammen, die innerhalb des dendritischen Feldes. Die bisherigen Ergebnisse zur Verfügung gestellt hatte, Beweise für das clustering der synaptischen Eingänge von funktionalen Eigenschaften und schlug vor, dass coactivation der gruppierte Eingänge können verstärken Ihre Wirkung auf das neuron die Antwort. Aber, wenn Sie durchgeführt die Analyse fanden Sie heraus, dass enge Paare von Stacheln empfangen callosal Eingang waren nicht mehr wahrscheinlich ähnliche Ausrichtung Präferenz als eine zufällige Verteilung der Stacheln innerhalb des dendritischen Feldes. Dann sehen Sie das als eine weitere Möglichkeit. Vielleicht ist der callosal Stacheln wurden gruppiert, die mit nicht-callosal Stacheln mit der gleichen Ausrichtung, Vorliebe, bringen mit Stacheln entfernte und lokale Eingänge, an die ähnliche Ausrichtung Präferenz in unmittelbarer Nähe auf den Dendriten. Wenn Sie Paare von nah Stacheln, eine callosal Empfänger und die andere nicht-callosal Empfänger, und untersucht die Ausrichtung Präferenz der Paare, waren Sie begeistert feststellen, dass Sie mehr einander ähnlich, als würde erwartet zufällig.
Lee et al. erkannt, dass Ihre Schlussfolgerungen würde gestärkt werden, wenn könnten Sie bestätigen den funktionellen Nachweis für eine geordnete lokale und callosal-Konnektivität mit einem anderen experimentellen Ansatz: die Festlegung der synaptischen verbindungen anatomisch. Um dies zu erreichen, verwendeten Sie eine neuartige Technik namens expansion Mikroskopie anatomisch Visualisierung der nanoskaligen synaptische Kontakte mit konventionellen Lichtmikroskopie. Die Ergebnisse waren konsistent mit der funktionellen stimulation Ergebnisse, die belegen, dass callosal-Eingänge und lokale Eingänge (abgeleitet aus der region direkt um die gezielte neuron) , zeigen ein ähnliches or¬ientation Präferenz Cluster innerhalb des dendritischen Feldes.
Diese überlegungen stellen das Konzept der funktionellen clustering in einen ganz neuen Kontext: ‚birds of a feather flock together‘ und ‚Gegensätze ziehen sich an‘. Funktionelle clustering stellt eine feine Skala räumliche Muster der Spezifität bei verbindungen innerhalb der dendritischen Feld, das zusammen bringen kann-Eingänge, die ähnliche Eigenschaften haben und sind abgeleitet von den verschiedenen Netzwerken. Kombiniert mit dem Nachweis, dass die funktionalen Clustern von Stacheln in der dendritischen Feld verstärken können deren Auswirkung auf die neuronale Antwort, die Neuronen im visuellen Kortex kann mit dieser Strategie zu generieren, robuste Antworten zu Ausrichtung-abgestimmt Eingänge aus den beiden Hemisphären, was zu einer nahtlosen Wahrnehmung der visuellen Welt. Eine ähnliche Struktur kann beantragen, callosal-verbindungen, die link anderen Bereichen des cortex, ein fine-scale Organisation von Synapsen in die Dendriten der einzelnen Neuronen, hat Konsequenzen für groß angelegte Netzwerk-Funktion.