Em formação

Definição de força sináptica


A definição canônica de potenciais de ação encontrada nos livros-texto afirma que todos os potenciais de ação têm formas semelhantes. A partir de técnicas como classificação de espículas, que são usadas para atribuir registros eletrofisiológicos a células individuais, sabemos, entretanto, que as formas e amplitudes dos potenciais de ação variam.

A força sináptica é definida como a amplitude média do potencial pós-sináptico evocado após um potencial de ação pré-sináptico.

Dado que os potenciais de ação entrantes podem diferir para diferentes sinapses (e, por exemplo, levar à liberação de mais ou menos vesículas), como podemos, portanto, ter uma definição uniforme da força sináptica?


A força sináptica é definida como a amplitude média do potencial pós-sináptico evocado após um potencial de ação pré-sináptico.

Esta é uma definição correta. A força sináptica é uma medida bastante abstrata. Pode ser influenciado tanto por efeitos pré-sinápticos (por exemplo: número de vesículas / concentração de neurotransmissor por vesícula) quanto por efeitos pós-sinápticos (por exemplo: número e composição do receptor). Então, sim, mudanças pré-sinápticas, como o caráter de um potencial de ação posso influenciam a força sináptica, mas isso não é um problema: ainda representamos isso como parte da força sináptica se afetar o potencial pós-sináptico médio.

Biologicamente, a amplitude do potencial de ação no axônio realmente não importa muito para a liberação sináptica, mas sim as condições locais no terminal pré-sináptico que influenciam o influxo de cálcio. A seção sobre inibição pré-sináptica na resposta aqui pode ajudar um pouco.


Sináptica

Talvez componha uma ficção sobre ficcionalização hard-wired, uma ficção que lembre os leitores de seus enganos sinápticos.

O que só mostra que certas palavras, muitas palavras, carregam cargas elétricas e geram respostas sinápticas imediatas.

De armas a Deus e gays em um espasmo sináptico - a trifeta da guerra cultural.

Células sinápticas somadas e integradas, canceladas e comparadas e com garantia atrevida enviaram as descobertas para o Cumulativo.

Isso explica a dificuldade que estávamos tendo nos últimos meses para obter uma depuração sináptica total!

Uma coisa permaneceu, sem ser perguntada e sem o conhecimento, marcada pela permanência sináptica em seus cérebros florescentes.

A viagem no tempo sempre aumenta o limite de atraso sináptico, mas o problema é que ele é muito variável.

O problema final é melhorar os potenciais sinápticos e o tom real do tecido no cérebro.


O que é uma junção neuromuscular?

A junção neuromuscular é composta por três partes:

  • Terminal nervoso motor pré-sináptico
  • Fenda sináptica ou fenda juncional
  • Fibra muscular pós-sináptica

Para entender melhor o que é uma junção neuromuscular, devemos primeiro olhar para a estrutura do terminal do neurônio motor (1, 3), a fenda sináptica (2) e a membrana muscular (4, 5). A junção neuromuscular marcada abaixo mostra esses componentes principais.

Neurônio motor

Existem dois locais principais para os neurônios motores - superior e inferior. Esses nervos permitem o movimento muscular voluntário e involuntário por todo o corpo. Eles também controlam as glândulas. Os neurônios motores superiores começam no córtex cerebral do cérebro e viajam para o tronco cerebral ou para a medula espinhal. Os neurônios motores inferiores começam na medula espinhal e são eles que se conectam diretamente aos músculos e glândulas. A junção neuromuscular, portanto, só é encontrada em motoneurônios inferiores. Até mesmo os nervos cranianos que inervam os músculos do crânio e da face fazem sinapses com os corpos celulares dos neurônios motores inferiores em uma área chamada núcleo motor.

A parte importante do motoneurônio em termos de NMJ é a extremidade terminal. Onde a extremidade terminal começa, a camada isolante de mielina que cobre o axônio é perdida. Nesse ponto, o nervo se ramifica em um a duzentos terminais nervosos. Os terminais nervosos também podem ser chamados de botões ou botões de terminal. Cada uma dessas terminações fica perto da membrana de um músculo. Uma pequena lacuna fica entre o botão e a membrana muscular chamada sinapse. É por isso que o terminal de um nervo é chamado de terminal pré-sináptico.

Em cada terminal, a membrana do nervo torna-se espessa. Isso permite a formação de vesículas sinápticas cheias de moléculas de neurotransmissores. Onde a membrana do botão é espessa é referido como sua zona ativa. A zona ativa contém proteínas especiais, canais de cálcio dependentes de voltagem e canais de potássio. Ele também contém uma variedade de organelas celulares, incluindo mitocôndrias e retículo endoplasmático. Muitas mitocôndrias significam que há energia suficiente para a síntese de acetilcolina.

Fenda Juncional

Quando a acetilcolina é liberada da extremidade terminal, os receptores no tecido-alvo a aceitam e sinalizam para que o tecido reaja. Essa reação requer íons de cálcio (consulte as etapas da junção neuromuscular). Sem a acetilcolinesterase, não só a taxa de transmissão seria muito mais lenta, como a ativação continuaria enquanto a acetilcolina permanecesse dentro da fenda sináptica. Um músculo pode ficar fasciculado (espasmo) por algum tempo.

A fenda juncional entre o botão terminal e o sarcolema faz parte da calha sináptica ou sarjeta. O botão não fica ligeiramente acima da membrana muscular, como mostra a maioria das imagens, mas molda-se livremente ao redor das dobras da membrana pós-sináptica. Mesmo assim, a lacuna sináptica ainda existe. Não há contato direto entre as partes da junção neuromuscular pré-sináptica e pós-sináptica. No diagrama de junção neuromuscular do microscópio eletrônico abaixo, onde T indica o terminal do neurônio motor e M a fibra muscular, as dobras pós-sinápticas (seta) são fáceis de ver.

Membrana Pós-sináptica

A parte pós-sináptica da placa motora é posicionada na extremidade receptora da fenda sináptica. Como já mencionado, esta membrana é dobrada. Essas dobras são chamadas de fendas subneurais e são necessárias para aumentar a área de superfície da sinapse. Quanto mais oportunidade houver para a acetilcolina atravessar a fenda e se encaixar nos receptores pós-sinápticos, melhor será a qualidade da transmissão.

A energia que é causada por mudanças na voltagem da membrana pela aceitação de ACh nos receptores da placa motora pode despolarizar uma fibra muscular e fazer com que ela se contraia. São necessários entre +50 e +75 milivolts. Essa oscilação de energia é chamada de potencial da placa final (EPP). Uma única vesícula contendo ACh produz apenas um potencial de aproximadamente 0,4mV - esses são chamados de potenciais de placa terminal em miniatura (MEPPs) e estão representados na imagem acima. Apenas a liberação de grande volume de um grande número de vesículas pode produzir as mudanças de voltagem que direcionam um impulso nervoso. Quando o suficiente é liberado para produzir pelo menos +50 mV, pode ocorrer contração muscular. Este mecanismo impede que a contração ocorra quando apenas pequenas quantidades de ACh estão disponíveis.

Durante a anestesia geral em que o curare sintético é usado, essa droga substitui a acetilcolina nos receptores da placa motora. Os músculos são incapazes de se contrair. É por isso que essas drogas são às vezes chamadas de relaxantes do músculo esquelético. Eles não afetam a contração do músculo cardíaco, pois o músculo cardíaco implementa um sistema diferente.

Existem dois tipos principais de receptores ACh - nicotínicos e muscarínicos. Este último é encontrado predominantemente no sistema nervoso autônomo e ajuda as glândulas a secretar substâncias químicas. A maioria dos livros didáticos dirá que apenas os receptores nicotínicos são encontrados no NMJ, o que não é estritamente verdadeiro. Os receptores muscarínicos são encontrados na membrana pré-sináptica e ajudam a regular a liberação de acetilcolina. A membrana pós-sináptica da placa motora, entretanto, é composta de receptores nicotínicos e não muscarínicos.

Os receptores nicotínicos da junção neuromuscular são encontrados em uma área chamada zona perijuncional. Esta zona também contém muitos canais de sódio e está extremamente próxima da terminação do nervo motor. Diferentes variantes de receptores nicotínicos de acetilcolina (nAChRs) e canais de sódio são encontrados em diferentes estágios da vida e também podem ser danificados. Um exemplo de anomalia congênita da placa motora é a síndrome de Eaton Lambert, que se apresenta com sintomas como fraqueza muscular.

As fibras musculares são agrupadas dentro de uma membrana chamada sarcolema ou miolemma. O sarcolema contém todos os tipos de canais, bem como os importantes receptores nicotínicos do NMJ. Quando o nAChR está cheio de neurotransmissor, os íons de sódio correm para os canais de sódio do sarcolema. São esses íons que causam as mudanças de voltagem ao longo da membrana que definem um potencial de ação. Esse potencial de ação se move para a fibra muscular subjacente e estimula os canais de íons de cálcio no retículo sarcoplasmático. Os íons de cálcio podem então causar a contração das proteínas actina e miosina dentro da célula muscular.


Modelos biofísicos de plasticidade sináptica

Modelos biofísicos, ao contrário dos modelos fenomenológicos, concentram-se na modelagem dos processos bioquímicos e fisiológicos que levam à indução e expressão da plasticidade sináptica. No entanto, uma vez que não é possível implementar precisamente todas as partes das redes fisiológicas e bioquímicas que levam à plasticidade sináptica, mesmo os modelos biofísicos contam com muitas simplificações e abstrações.

Diferentes regiões corticais, como hipocampo e córtex visual, têm formas um tanto diferentes de plasticidade sináptica. Mesmo na mesma região cortical, diferentes tipos de células, ou mesmo células em diferentes camadas, ou mesmo sinapses na mesma célula que se conectam a diferentes tipos de células, podem ter formas variadas de plasticidade sináptica. Em princípio, um modelo biofísico para um determinado sistema deve levar em conta os resultados dos protocolos de indução neste sistema único e pode não ser capaz de explicar os resultados em um sistema diferente. Esperançosamente, alguns dos mecanismos fundamentais serão preservados nos diferentes sistemas. Neste artigo são discutidos os resultados obtidos a partir de vários sistemas.

Modelos dependentes de cálcio de plasticidade sináptica bidirecional

O influxo de cálcio na coluna pós-sináptica é crucial para a indução de muitas formas de plasticidade sináptica bidirecional. Muito do cálcio que entra na coluna pós-sináptica vem através dos receptores NMDA. O bloqueio dos receptores NMDA farmacologicamente pode eliminar LTP e LTD, e um bloqueio parcial dos receptores NMDA pode converter um protocolo LTP em LTD. Além disso, os resultados experimentais mostram que um forte transiente pós-sináptico de cálcio, na ausência de um estímulo pré-sináptico, pode produzir LTP, enquanto um transiente de cálcio moderado prolongado resulta em LTD (Yang et al., 1999).

A dependência de LTP no influxo de cálcio por meio de receptores NMDA foi a base para alguns modelos iniciais de plasticidade sináptica (Gamble e Koch, 1987, Zador et al., 1990, Holmes e Levy, 1990). Nestes modelos, que simulam transientes de cálcio durante um protocolo de indução de LTP, um grande transiente de cálcio é considerado o correlato de LTP. Esses modelos incorporaram uma coluna vertebral com receptores NMDA em um modelo compartimental de um dendrito e simularam como a estimulação de várias sinapses no mesmo ramo dendrítico em várias frequências afeta os transientes de cálcio resultantes em uma única coluna vertebral. Curiosamente, esses diferentes estudos chegaram a uma conclusão comum de que para gerar grandes transientes de cálcio durante a LTP, os buffers de cálcio devem estar saturados, amplificando assim o pequeno sinal observado nas correntes de cálcio. No entanto, esses estudos não levaram em consideração os potenciais de ação de propagação reversa (BPAP) ou condutâncias dendríticas ativas.

Uma hipótese influente, a hipótese do controle do cálcio, postula que um grande transiente de cálcio produz LTP, enquanto um aumento moderado no cálcio resulta em LTD (Lisman, 1989). Esta hipótese, que foi inicialmente proposta com base em considerações teóricas, recebeu posteriormente um suporte experimental significativo. Vários modelos diferentes para a indução de plasticidade sináptica são baseados, explícita ou implicitamente, nesta hipótese (Lisman, 1989, Shouval et al., 2002, Karmarkar e Buonomano, 2002).

A fim de simular a plasticidade sináptica, dados diferentes transientes de cálcio, é necessário definir regras que traduzam a dinâmica do cálcio nas espinhas pós-sinápticas em mudanças na força sináptica. Uma escolha simples (Karmarkar e Buonomano, 2002) é assumir que o pico dos transientes de cálcio determina o sinal e a magnitude da mudança de peso sináptica. Este tipo de regra, entretanto, não é um sistema dinâmico e tem algumas consequências não naturais, por exemplo, que a largura dos transientes de cálcio não tem efeito na magnitude da plasticidade. Um sistema dinâmico simples que implementa a hipótese de controle do cálcio tem a forma (Shouval et al., 2002): [ tag <3>= eta (Ca) left ( Omega (Ca) - lambda W_i right). ]

Aqui (W_i ) é a eficácia sináptica da sinapse (i , ) ( Omega ) (Fig 2a) determina a magnitude do sinal da plasticidade sináptica em função dos níveis de (Ca ), ( e ( lambda = 1 . ) Se ( lambda = 1 , ) para elevação sustentada de cálcio, a eficácia sináptica converge para o valor de ( Omega ) e a taxa de convergência depende de ( eta . )

Com base na hipótese de controle de cálcio e em modelos matemáticos de receptores NMDA, que são ambos dependentes de glutamato e voltagem, é muito fácil simular a plasticidade induzida por emparelhamento (Fig. 1d-f). Os transientes de cálcio induzidos pelo pareamento da estimulação pré-sináptica com uma despolarização pós-sináptica moderada ou grande (Fig. 3a) são significativamente diferentes devido à dependência de voltagem dos receptores NMDA. Consequentemente (Fig. 3b) a mudança nos pesos sinápticos simulados, após 100 estímulos pré-sinápticos, é uma função do nível de voltagem pós-sináptica durante a indução, em concordância qualitativa com os resultados experimentais. Nessas simulações simples, presume-se que todo o influxo de cálcio se origina de receptores NMDA. Alguns modelos que levam em consideração o influxo de cálcio através dos canais de cálcio controlados por voltagem (VGCC) também produzem resultados que são qualitativamente semelhantes para este protocolo de indução. Observe que, com este protocolo de indução, não há picos pós-sinápticos.

Os protocolos de indução dependente da taxa, embora experimentalmente fáceis de induzir, são realmente difíceis de modelar, uma vez que os detalhes e parâmetros do neurônio pós-sináptico modelado afetarão significativamente quando ocorrerem picos pós-sinápticos e, portanto, afetarão significativamente as curvas de plasticidade resultantes. No entanto, os parâmetros podem ser escolhidos para o modelo pós-sináptico para que o modelo produza curvas de plasticidade consistentes com os resultados experimentais (Shouval et al., 2002).

Modelos dependentes de cálcio que simulam STDP (Fig. 1g-i) devem levar em consideração como a voltagem na coluna pós-sináptica depende do potencial de ação gerado no neurônio pós-sináptico. As informações sobre o pico pós-sináptico normalmente são transmitidas por meio do BPAP. No entanto, um BPAP estreito é incapaz de explicar por que LTD é induzido quando ( Delta t & lt 0 . ) Para explicar tal LTD, um BPAP com um potencial de cauda ampla é explicitamente assumido ou implicitamente incluído pela escolha do parâmetro do neurônio pós-sináptico. Modelos baseados em cálcio que respondem por STDP normalmente resultam em outra forma de LTD em ( Delta t & gt 0 , ) que é uma consequência da continuidade da magnitude dos transitórios de Ca em função de ( Delta t ) (Fig. 4). Continuidade implica que se o influxo de Ca é grande com pequeno ( Delta t ) e zero com muito grande ( Delta t , ) então para influxo moderadamente grande ( Delta t Ca ) deve passar pela faixa de aumento moderado que induziria LTD. Um modelo, proposto por Rubin e co. trabalhadores (Rubin et. al., 2005) sugere que nestes valores intermediários de ( Delta t ) que naturalmente produzem LTD, outro processo bioquímico é iniciado que essencialmente evita este LTD. Outra possibilidade é que as propriedades estocásticas do influxo de cálcio podem reduzir significativamente a magnitude do LTD em ( Delta t & gt 0 ) (Shouval e Kalantzis, 2005). Além disso, modelos de duas coincidências foram propostos para eliminar LTD em ( Delta t & gt 0 ) conforme descrito abaixo. As evidências experimentais são divididas quanto à existência de LTD em ( Delta t & gt 0 ) (Bi e Poo, 1998, Wittenberg e Wang, 2006).

Uma alternativa para a hipótese de controle de cálcio (Froemke et al., 2005), que ainda não foi rigorosamente modelada, assume que a estimulação da linha de base produz transientes de cálcio com uma amplitude intermediária, o que resulta em nenhuma plasticidade (Fig. 2c), LTP é causado por uma grande elevação do cálcio, no entanto, o LTD é induzido por transientes de cálcio menores do que a linha de base. Esta alternativa pode explicar o LTD dependente do tempo com base na suposição de que durante um protocolo de indução pós-pré, o potencial de ação pós-sináptica causa uma inativação do NMDAR que resulta em um influxo de cálcio menor durante os protocolos pós-pré do que durante a estimulação pré-sináptica sozinha . Embora tal modelo possa explicar o STDP, não está claro como ele pode explicar os paradigmas nos quais um estímulo pré-sináptico é pareado com a despolarização pós-sináptica (Fig. 1d-f).

Modelagem das vias de transdução de sinal associadas à plasticidade sináptica.

O primeiro modelo influente da rede molecular que leva a LTP e LTD foi construído por Lisman (1989) para abordar a questão de como a mesma molécula, cálcio, pode desencadear LTP e LTD. O correlato da força sináptica no modelo de Lisman é o nível de ativação de CaMKII. O modelo de Lisman postula que o cálcio moderado ativa preferencialmente as fosfatases, que desfosforilam CaMKII, ao passo que altos níveis de cálcio causam uma fosforilação líquida de CaMKII, respondendo assim pela plasticidade sináptica bidirecional. Evidências experimentais recentes mostraram que um correlato da plasticidade sináptica é o estado de fosforilação dos receptores AMPA: LTP está correlacionado com fosforilação em s831 um local CaMKII e LTD está correlacionado com desfosforilação em s845, um local PKA. Modelos de Castellani et. al. (2005), simularam algumas das quinases e fosfatases envolvidas nas vias de transdução de sinal que levam de transientes de cálcio à plasticidade sináptica. Esses modelos mostram que, sob vários pressupostos, a plasticidade sináptica bidirecional poderia de fato ser explicada por essas vias. Sob certas condições, tais modelos enzimáticos podem ser aproximados pelos modelos dependentes de cálcio mais simples descritos pela equação 3.

Ambos os modelos de Lisman (1989) e modelos subsequentes de Castellani representam apenas uma porção limitada da extensa via de transdução de sinal ou vias relacionadas à plasticidade sináptica. Vários artigos de Bhalla e colaboradores (Ajay e Bhalla, 2004) modelaram mais componentes desta via de transdução de sinal. Outros modelos das vias de transdução de sinal assumem uma abordagem mais simples e fenomenológica. Por exemplo, Abarbanel et. al. (2003) postulam uma variável dinâmica que induz a depressão (D), que pode ser tomada como um análogo para as fosfatases e uma variável indutora de potenciação (P), análoga a uma quinase. Ambas as variáveis ​​são consideradas diretamente dependentes de cálcio de forma semelhante a Lisman 1989. Essas quinases e fosfatases são a base de uma equação dinâmica que determina a mudança no peso sináptico, por meio da seguinte equação:


onde (g_0 ) é uma constante de escala e o parâmetro ( gamma , ) que é definido no intervalo de (2-4 , ) impõe a competição entre as variáveis ​​P e D. Nesta equação de plasticidade, fosfatases e quinases estão em competição entre si, a fim de determinar se LTP ou LTD serão induzidos. Esta equação é definida de uma maneira puramente fenomenológica, e nenhuma tentativa é feita para justificar sua forma com base na biofísica subjacente, ou para usar coeficientes cinéticos obtidos experimentalmente. Este modelo, com parâmetros apropriados, pode ser responsável por muitos protocolos de indução, incluindo indução por transientes pós-sinápticos de cálcio sozinho (Yang et al., 1999) e STDP, e como os modelos baseados em cálcio da seção anterior, produz uma forma pré-pós de LTD.

A metodologia usada por todos esses modelos é baseada em equações diferenciais ordinárias determinísticas. Tal abordagem assume implicitamente compartimentos grandes e bem misturados, suposições que podem não ser válidas para espinhas individuais. Além disso, as vias moleculares detalhadas das vias de transdução de sinal que levam à plasticidade sináptica (Ajay e Bhalla, 2004, Castellani et al., 2005) assumem que conhecemos as moléculas-chave e os coeficientes cinéticos de suas interações, suposições que podem não ser válidas atualmente (Castellani et al., 2005). Além disso, as sinapses são pequenas e estruturadas, o que implica que a abordagem de ação em massa que fundamenta os modelos ODE de compartimento único pode não ser apropriada.

Dois modelos de coincidência e outras vias de indução

A maioria dos modelos biofísicos baseados em cálcio descritos acima prevêem uma curva STDP na qual há uma forma pré-pós de LTD, além da forma pós-pré padrão de LTD (mas veja Kalantzisn e Shouval, 2005, Rubin et al., 2005) . Existem indicações de que o LTD pré-pós existe em fatias do hipocampo (Wittenberg e Wang, 2006), mas não em fatias neocorticais (Sjostrom et al., 2001). Uma alternativa aos modelos de coincidência simples descritos acima são os modelos de duas coincidências, que postulam que LTP é desencadeado pelo influxo de cálcio através de receptores NMDA, enquanto LTD por um segundo detector de coincidência que é sensível a pós antes da pré-ativação. Uma alternativa é que o segundo detector de coincidência seja implementado pelo influxo de cálcio através do VGCC concomitante com a atividade dos receptores metabotrópicos do glutamato (mGluR) (Karmarkar e Buonomano, 2002). O trabalho experimental mostrou de fato que os receptores pós-sinápticos NMDA podem não ser necessários para o LTD dependente do tempo de pico (Sjostrom et al., 2003, Bender et al., 2006), e que mGluR (Bender et al., 2006) e VGCC (Bi e Poo, 1998, Bender et al., 2006) são necessários para LTD dependente do tempo de pico. Alguns experimentos também descobriram que a ativação de receptores canabinóides é necessária para este LTD (Sjostrom et al., 2003, Bender et al., 2006). Embora elementos dos dois modelos de coincidência tenham recebido apoio, os detalhes biofísicos desse segundo detector de coincidência ainda não foram elucidados.

Um modelo computacional inicial que pode ser interpretado como um modelo de duas coincidências foi proposto por Senn et. al. (2001). Nesse modelo, os NMDARs podem estar em três estados, inativos, um estado que resulta em LTP desencadeado por estímulos pré-pós e um estado que leva a LTD desencadeado por estímulos pós-pré. A equação que rege a dinâmica desse receptor NMDA é bem diferente do que conhecemos da biofísica dos receptores NMDA, portanto, esse receptor NMDA é melhor interpretado como uma construção fenomenológica.


Qual é a função da plasticidade sináptica?

A plasticidade sináptica controla a eficácia com que dois neurônios se comunicam entre si. A força da comunicação entre duas sinapses pode ser comparada ao volume de uma conversa. Quando os neurônios falam, eles o fazem em volumes diferentes - alguns neurônios sussurram entre si, enquanto outros gritam. A configuração de volume da sinapse, ou o força sináptica, não é estático, mas pode mudar a curto e longo prazo. A plasticidade sináptica se refere a essas mudanças na força sináptica.

Os neurocientistas também falam sobre plasticidade de curto e longo prazo. Plasticidade sináptica de curto prazo refere-se a mudanças na força sináptica que ocorrem em uma escala de tempo inferior a um segundo: um ajuste rápido para cima ou para baixo do controle de volume que ajuda a determinar o quão importante essa conexão é para a conversa em andamento, mas que volta ao "normal" logo depois. Plasticidade sináptica de longo prazo dura em qualquer lugar de minutos a horas, dias ou anos. A plasticidade de longo prazo é o modelo dominante de como o cérebro armazena informações - em outras palavras, de como criamos e lembramos de novas memórias.


Definição de força sináptica - Biologia

Murdoch University, Perth, Austrália

MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, Reino Unido

Australian National University, Canberra, Austrália

MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, Reino Unido

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Resumo

Os neurônios no cérebro recebem milhares de entradas sinápticas de outros neurônios. Integração sináptica é o termo usado para descrever como os neurônios "somam" essas entradas antes da geração de um impulso nervoso ou potencial de ação. A capacidade das entradas sinápticas de efetuar a saída neuronal é determinada por uma série de fatores, incluindo o tamanho, a forma e o tempo relativo dos potenciais elétricos gerados por entradas sinápticas, a estrutura geométrica do neurônio alvo, a localização física das entradas sinápticas dentro dessa estrutura , bem como a expressão de canais dependentes de voltagem em diferentes regiões da membrana neuronal. O processo de integração sináptica é, portanto, modulado em vários níveis, contribuindo para os diversos e complexos poderes computacionais do cérebro em funcionamento.

Conceitos chave:

Os neurônios em uma rede neural recebem e enviam informações de muitas outras células, em junções especializadas chamadas sinapses.

A integração sináptica é o processo computacional pelo qual um neurônio individual processa suas entradas sinápticas e as converte em um sinal de saída.

Os neurônios são especializados em sinalização elétrica, com o principal sinal de entrada neuronal (potenciais sinápticos) e o principal sinal de saída neuronal (potenciais de ação), ambos envolvendo mudanças transitórias no tamanho do potencial elétrico através da membrana neuronal.

Os potenciais sinápticos ocorrem quando o neurotransmissor se liga e abre canais operados por ligante na membrana dendrítica, permitindo que os íons entrem ou saiam da célula de acordo com seu gradiente eletroquímico.

Os potenciais sinápticos podem ser excitatórios (aumentando a probabilidade de disparo do potencial de ação) ou inibitórios (reduzindo a probabilidade de disparo do potencial de ação) dependendo da direção e carga do movimento do íon.

Os potenciais de ação ocorrem se as entradas sinápticas somadas para um neurônio alcançam um nível de limiar de despolarização e disparam a abertura regenerativa de canais iônicos dependentes de voltagem.

Os potenciais sinápticos são frequentemente breves e de pequena amplitude, portanto, a soma das entradas no tempo (soma temporal) ou de múltiplas entradas sinápticas (soma espacial) geralmente é necessária para atingir o limiar de disparo do potencial de ação.

A soma não linear dos potenciais sinápticos ocorre quando um potencial sináptico altera a força motriz do movimento iônico e, portanto, a amplitude dos potenciais sinápticos subsequentes.

O impacto de uma entrada sináptica na saída neuronal depende de sua localização na árvore dendrítica, porque os potenciais sinápticos são atenuados à medida que se espalham passivamente pelos processos neuronais.

Os canais de íons acionados por voltagem dendríticos podem abrir ou fechar em resposta à mudança do potencial de membrana durante um potencial sináptico, alterando assim (amplificando ou atenuando) a amplitude do potencial ou curso de tempo.


Sinapse | Definição, tipos e funções # 038

O que é uma sinapse: É uma pequena lacuna no final dos neurônios do sistema nervoso central. A sinapse permite que um sinal passe de um neurônio para o próximo. A sinapse é uma região onde duas células nervosas se conectam e trocam seus sinais. Eles são a organização complexa de múltiplas entradas, o que resulta em vários neurotransmissores distintos liberados de neurônios e glia.

Qual é o tamanho de uma sinapse?

As sinapses são minúsculas - você não pode vê-las com os olhos. Uma vez medidos usando ferramentas sofisticadas, os cientistas verão que os pequenos intervalos entre as células têm apenas cerca de 20-40 nanômetros de largura. Se você acha que a espessura de uma folha de papel tem cerca de 100.000 nanômetros de largura, você será capaz de começar a entender o quão pequenos são esses pontos de contato úteis entre os neurônios. Mais de 3.000 sinapses caberiam apenas naquele espaço!

Tipos de sinapses:

O sistema nervoso humano possui vários neurotransmissores e neurorreceptores diferentes. De acordo com isso, existem cinco tipos de sinapses.

Sinapses de canais de íons excitatórios:

Essas sinapses consistem em neurorreceptores que são canais de sódio. Íons positivos fluem quando esses canais se abrem.

Sinapses de canais de íons inibitórios:

Essas sinapses consistem em neurorreceptores que são canais de cloreto. Íons negativos fluem quando esses canais se abrem.

Sinapses fora do canal:

Essas sinapses consistem em neurorreceptores que não são canais, mas, em vez disso, são enzimas ligadas à membrana.

Junção neuromuscular:

Essas sinapses estão entre os neurônios motores e as células musculares. Eles usam o neurotransmissor acetilcolina, e sempre excitatório.

Sinapses elétricas:

As duas células da membrana realmente tocam e compartilham proteínas nessas sinapses. Isso permite que o potencial de ação passe de uma membrana para a seguinte diretamente.

Quantas sinapses existem no cérebro humano?

A resposta curta é que os neurocientistas não têm certeza específica sobre isso. É terrivelmente árduo de medir em indivíduos vivos. No entanto, os estudos post-mortem atuais, nos quais os cientistas examinam os cérebros de pessoas falecidas, recomendam que o cérebro humano masculino típico contém aproximadamente 86 bilhões de neurônios. Se cada célula nervosa abriga centenas ou talvez milhares de sinapses, o alcance estimado desses pontos de comunicação deve estar na casa dos trilhões. As estimativas atuais estão listadas em algo em torno de zero,15 quatrilhões de sinapses - ou 150.000.000.000.000 de sinapses.

O que é a transmissão sináptica?

De modo geral, é simplesmente difícil explicar a neurotransmissão. No entanto, especifica que a comunicação que ocorre entre as células cerebrais está acontecendo na sinapse, em oposição a outro ponto de comunicação. Uma célula nervosa geralmente observada como a célula pré-sináptica, pode liberar neurotransmissores ou diferentes substâncias neuroquímicas de bolsas especiais ou aglomerados próximos à membrana plasmática, conhecidos como vesículas sinápticas, para o espaço entre as células.

Essas moléculas serão então captadas por receptores de membrana na célula pós-sináptica ou vizinha. Depois que essa mensagem é passada entre as duas células na junção, ela tem a capacidade de alterar o comportamento de cada célula. Produtos químicos da célula nervosa pré-sináptica podem excitar a célula pós-sináptica, dizendo-lhe para liberar seus próprios produtos neuroquímicos. Deve dizer à célula pós-sináptica para desacelerar a sinalização ou interrompê-la completamente.

Ou ele deve simplesmente dizer a ele para alterar a mensagem em uma pequena quantidade. No entanto, as sinapses fornecem a chance de comunicação bidirecional. As such, post-synaptic cells will send back their own messages to pre-synaptic cells telling them to alter how much or how typically a neurotransmitter is discharged.

Diffusion of Neurotransmitters cross the Synaptic Cleft:

The molecules of the neurotransmitter diffuse across the synaptic cleft where molecules can bind with the sites of receptors on the postsynaptic ending to influence the electrical response in the postsynaptic neuron.


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Synapse

And the toxin, which sits in the synapse s between neurons, can take weeks to wash out.

That three-pound lump of gray matter contains 100 billion neurons and 100 trillion synapse s, or connections.

It was over now, but his synapse s were still crackling with the memories of those burning lashes of energy.

They are supposed to be due to a change at the synapse s connecting neurone with neurone in the grey matter.

Synapse s shorted with soundless cold fire, and waited in timeless stasis for rechannelling.

Gral would not have called it laziness his crude synapse s could not have contained the thought, much less given it relevance.

But inevitably his synapse s took hold, the neuronic links grooved, and to Gral one thought emerged: the vines would never do.


William Green, PhD

My research is focused on ionotropic neurotransmitter receptors, the receptors responsible for the rapid postsynaptic response in nerve and muscle. These receptors are large oligomeric membrane proteins with subunits surrounding an ion channel that opens when neurotransmitters bind to the receptor. There are two different families of ionotropic neurotransmitter receptors. One family includes nicotinic acetylcholine receptors (AChRs), GABA and glycine receptors, and the other family are glutamate receptors, both NMDA- and AMPA-type glutamate receptors. The overall goal of my research is to understand how nerve and muscle build these receptors and traffic them specifically to and from synapses. These events regulate the number, density and function of the receptors at synapses, which helps define synaptic strength. The same events underlie learning and memory formation, and when they fail, can contribute to a number of diseases including Alzheimer’s disease, Huntington’s Disease, Myasthenia Gravis and Myasthenic Syndromes.

There are several projects ongoing in my lab characterizing the basic cell biology of these receptors, which include receptor assembly, trafficking and clustering. Assembly refers to the processes that transform newly synthesized subunits into functional receptors usually in the endoplasmic reticulum. Trafficking refers to the processes that transport the receptors to and from different location in cells and targets them to these locations. Clustering is the process that packs and maintains the receptors in regions of high density such as synapses. Recently, we have developed new techniques for assaying the protein post-translation modification known as palmitoylation. This work has led to several collaborations in which we are helping to characterize the palmitoylation of a number of different proteins. I also am collaborating with Dr. Paul Selvin (University of Illinois) developing fluorescent single-molecule methods to characterize neurotransmitter receptor subunit composition, stoichiometry and the diffusion/trafficking of these receptors.

Yale University
New Haven, CT
Postdoctoral Fellow - Physiology & Neuroscience
1992

Cornell University Graduate School of Medical Sciences
Nova York, NY
Ph.D. - Physiology & Biophysics
1986

University College, University of Toronto
Toronto Canadá
B.Sc. - Physics & Zoology
1978

ESCargo: a regulatable fluorescent secretory cargo for diverse model organisms.
Casler JC, Zajac AL, Valbuena FM, Sparvoli D, Jeyifous O, Turkewitz AP, Horne-Badovinac S, Green WN, Glick BS. ESCargo: a regulatable fluorescent secretory cargo for diverse model organisms. Mol Biol Cell. 2020 12 15 31(26):2892-2903.
PMID: 33112725

Editorial: Role of Protein Palmitoylation in Synaptic Plasticity and Neuronal Differentiation.
Yoshii A, Green WN. Editorial: Role of Protein Palmitoylation in Synaptic Plasticity and Neuronal Differentiation. Front Synaptic Neurosci. 2020 12:27.
PMID: 32754027

Development of fluorescence imaging probes for nicotinic acetylcholine a4ß2* receptors.
Samra GK, Intskirveli I, Govind AP, Liang C, Lazar R, Green WN, Metherate R, Mukherjee J. Development of fluorescence imaging probes for nicotinic acetylcholine a4ß2* receptors. Bioorg Med Chem Lett. 2018 02 01 28(3):371-377.
PMID: 29277457

Correction: Super-resolution imaging of synaptic and Extra-synaptic AMPA receptors with different-sized fluorescent probes.
Lee SH, Jin C, Cai E, Ge P, Ishitsuka Y, Teng KW, de Thomaz AA, Nall D, Baday M, Jeyifous O, Demonte D, Dundas CM, Park S, Delgado JY, Green WN, Selvin PR. Correction: Super-resolution imaging of synaptic and Extra-synaptic AMPA receptors with different-sized fluorescent probes. Elife. 2017 11 08 6.
PMID: 29116041

Super-resolution imaging of synaptic and Extra-synaptic AMPA receptors with different-sized fluorescent probes.
Lee SH, Jin C, Cai E, Ge P, Ishitsuka Y, Teng KW, de Thomaz AA, Nall D, Baday M, Jeyifous O, Demonte D, Dundas CM, Park S, Delgado JY, Green WN, Selvin PR. Super-resolution imaging of synaptic and Extra-synaptic AMPA receptors with different-sized fluorescent probes. Elife. 2017 07 27 6.
PMID: 28749340

Selective and regulated trapping of nicotinic receptor weak base ligands and relevance to smoking cessation.
Govind AP, Vallejo YF, Stolz JR, Yan JZ, Swanson GT, Green WN. Selective and regulated trapping of nicotinic receptor weak base ligands and relevance to smoking cessation. Elife. 2017 07 18 6.
PMID: 28718768

S-acylation of SOD1, CCS, and a stable SOD1-CCS heterodimer in human spinal cords from ALS and non-ALS subjects.
Antinone SE, Ghadge GD, Ostrow LW, Roos RP, Green WN. S-acylation of SOD1, CCS, and a stable SOD1-CCS heterodimer in human spinal cords from ALS and non-ALS subjects. Sci Rep. 2017 01 25 7:41141.
PMID: 28120938

Palmitoylation regulates glutamate receptor distributions in postsynaptic densities through control of PSD95 conformation and orientation.
Jeyifous O, Lin EI, Chen X, Antinone SE, Mastro R, Drisdel R, Reese TS, Green WN. Palmitoylation regulates glutamate receptor distributions in postsynaptic densities through control of PSD95 conformation and orientation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 12 27 113(52):E8482-E8491.
PMID: 27956638

Synaptic activity regulates AMPA receptor trafficking through different recycling pathways.
Zheng N, Jeyifous O, Munro C, Montgomery JM, Green WN. Synaptic activity regulates AMPA receptor trafficking through different recycling pathways. Elife. 2015 May 13 4.
PMID: 25970033

Small quantum dots conjugated to nanobodies as immunofluorescence probes for nanometric microscopy.
Wang Y, Cai E, Rosenkranz T, Ge P, Teng KW, Lim SJ, Smith AM, Chung HJ, Sachs F, Green WN, Gottlieb P, Selvin PR. Small quantum dots conjugated to nanobodies as immunofluorescence probes for nanometric microscopy. Bioconjug Chem. 2014 Dec 17 25(12):2205-11.
PMID: 25397889


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