Коллатерали Шаффера — это аксонные коллатерали, выделяемые пирамидальными клетками CA3 в гиппокампе . Эти коллатерали проецируются в область CA1 гиппокампа [1] и являются неотъемлемой частью формирования памяти и эмоциональной сети цепи Папеза , а также трисинаптической петли гиппокампа . Это один из наиболее изученных синапсов в мире, названный в честь венгерского анатома - невролога Кароя Шаффера .
Как часть структур гиппокампа, коллатерали Шаффера формируют лимбическую систему , которая играет важную роль в аспектах обучения и памяти. Сигналы информации из контралатеральной области CA3 выходят через коллатеральные пути Шаффера для пирамидальных нейронов CA1 . Зрелые синапсы содержат меньше коллатералей Шаффера, чем те синапсы, которые не полностью развиты. [2] Многие ученые пытаются использовать коллатеральный синапс Шаффера в качестве образца синапса, типичного возбуждающего глутаматергического синапса в коре , который очень хорошо изучен, чтобы попытаться определить правила как паттернов стимуляции в электрических правилах, так и химических механизмов, посредством которых синапсы становятся постоянно сильнее, а какие синапсы также постоянно слабеют, и разработать лекарства и методы лечения для лечения хронических заболеваний , таких как деменция и болезнь Альцгеймера . Более того, они полагают, что изучение коллатералей Шаффера может дать целый спектр знаний о том, как коллатерали Шаффера позволяют нам вмешиваться с помощью медикаментозного лечения и электростимуляции, чтобы можно было улучшить качество человеческого опыта.
Функциональный гиппокамп хранит долгосрочные воспоминания посредством синаптической пластичности в плане хранения информации. Гиппокамп в коммуникации с неокортексом опосредует деградацию памяти. Пластические изменения, происходящие в гиппокампе, участвуют в управлении процессом хранения памяти.
Коллатераль Шаффера участвует в пластичности, зависящей от активности , и информационных процессах, которые всегда обрабатываются через гиппокамп. Коллатераль Шаффера явно влияет на то, запускают ли клетки-мишени потенциалы действия или нет. Однако в то же время она запускает процесс, который занимает гораздо больше времени, в результате чего некоторые синапсы становятся сильнее, а некоторые слабее, и в целом паттерны синаптической силы сети со временем меняются.
Более того, коллатерали Шаффера образуют возбуждающие синапсы , которые разбросаны по дендритному разветвлению [3] пирамидальных нейронов гиппокампа CA1 . [ 4] На ранней стадии долговременной потенциации коллатерали Шаффера высвобождают глутамат , который связывается с рецепторами AMPA дендритов CA1 . Процесс развития сети возвратных возбуждающих глутаматергических синапсов CA3-CA1 изменяет частоту спонтанных потенциалов действия в коллатералях Шаффера. К взрослому возрасту активность возвратной сети CA3 снижается, частота спонтанных потенциалов действия в коллатералях Шаффера уменьшается, и коллатерали Шаффера могут образовывать один синапс локуса высвобождения с одним дендритным шипиком на данном пирамидальном нейроне CA1. [2]
Коллатерали Шаффера расположены между регионами CA3 и CA1 в гиппокампе . Коллатерали Шаффера — это аксоны пирамидальных клеток , которые соединяют два нейрона (CA3 и CA1) и передают информацию из CA3 в CA1. [5] [6] Энторинальная кора посылает основной входной сигнал в зубчатую извилину ( перфорантный путь ). От гранулярных клеток зубчатой извилины осуществляются связи с регионами CA3 гиппокампа через мшистые волокна . CA3 также посылает информационные сигналы в пирамидальные клетки CA1 через коллатерали Шаффера и комиссуральные волокна из контралатерального гиппокампа.
На протяжении всего процесса памяти в гиппокампе коллатерали Шаффера, по-видимому, не играют важной роли в формировании фактической памяти, но очевидно, что коллатерали Шаффера способствуют пластичности, зависящей от активности , и информационным процессам, которые всегда изменяются в ходе развития памяти в гиппокампе. Коллатерали Шаффера изменяют развитие лимбической системы , которая имеет решающее значение для обучения и памяти . Контралатеральная область CA3 посылает информацию через коллатерали Шаффера в пирамидальные нейроны CA1 .
Пластические изменения, происходящие в гиппокампе, участвуют в управлении процессом сохранения воспоминаний. Коллатерали Шаффера влияют на гиппокамп, развивая краткосрочную (краткосрочную пластичность) и долгосрочную синаптическую пластичность (долгосрочную пластичность) в плане сохранения информации и изменения эффективности синаптической передачи после предыдущей синаптической активности.
Долгосрочная потенциация (LTP) в гиппокампальной формации является примером модели нейронной пластичности . [7] Коллатеральные синапсы Шаффера использовались в качестве образца синапса, типичного возбуждающего глутаматергического синапса в коре , который был очень хорошо изучен, чтобы попытаться определить правила как паттернов стимуляции в электрических правилах, так и химических механизмов, посредством которых синапсы становятся постоянно сильнее, а какие синапсы также постоянно слабеют. LTP участвуют в том, как люди хранят информацию и как они извлекают ее, и включают сети воспоминаний, которые также вовлечены в факты и эмоции , поскольку гиппокамп является частью лимбической системы, связанной с миндалевидным телом .
Долговременная потенциация в гиппокампе является важной моделью нейронной пластичности , которая способствует обучению и памяти. [7] Коллатерали Шаффера — это аксоны нейронов в областях CA3 гиппокампа, которые образуют синапсы в областях CA1.
Гиппокамп является частью процесса обратной связи , который посылает сигналы для остановки выработки кортизола . Таким образом, поврежденный гиппокамп может вызвать потерю памяти и неспособность когнитивной функции . Кроме того, поскольку гиппокамп является областью, контролирующей процессы обучения и памяти, исследование коллатералей Шаффера может помочь найти методы лечения заболеваний, связанных с гиппокампом или его нейронными путями обработки, такими как болезнь Альцгеймера , нейродегенеративное расстройство .
Долгосрочное потенцирование (LTP) синаптической силы в коллатеральных синапсах Шаффера в значительной степени объясняется изменениями в количестве и биофизических свойствах рецепторов AMPA (AMPAR). [8] Нейропсин оказывает регуляторное действие на коллатеральную LTP Шаффера в гиппокампе крысы. [7]
Функциональный гиппокамп должен хранить долгосрочные воспоминания. После того, как воспоминания сохранены, они сохраняются в течение длительного времени. Долгосрочные изменения синаптической эффективности в гиппокампе могут быть вызваны различными моделями стимуляции, генерирующими пресинаптическую и постсинаптическую деполяризацию [9] Стимуляция коллатералей Шаффера тета-вспышкой может быть достаточной для индукции LTP, способствуя образованию нитевидного актина в дендритах CA1 . [10] В мозге млекопитающих некоторые модели синаптической активности вызывают долгосрочную потенциацию (LTP), которая представляет собой долгосрочное увеличение синаптической силы , и долгосрочную депрессию (LTD), которая представляет собой долгосрочное снижение синаптической силы.
Долгосрочная пластичность в синапсах гиппокампа может быть вызвана различными моделями стимуляции, генерирующими пре- и постсинаптическую деполяризацию . Эти синаптические изменения могут явно приводить к модификации функции цепи и к поведенческой пластичности. Некоторые модели синаптической активности вызывают значительное увеличение синаптической силы, также известное как долгосрочное потенцирование (LTP). В гиппокампе LTP в коллатерали Шаффера-CA1 модулирует биофизические свойства рецепторов AMPA. Более того, SK2 , малопроводящий Ca2+-активируемый K+ канал , изменяет форму возбуждающих постсинаптических потенциалов (EPSP) путем соединения с рецепторами N-метил D-аспартата ( рецепторами NMDA ). Исследование Lin MT и др. было разработано для изучения того, участвуют ли каналы SK2 в синаптических изменениях, когда зависимое от активности уменьшение способствует LTP. [8]
Каналы SK2 — это ионные каналы , которые активируются при увеличении концентрации внутриклеточного кальция и в результате пропускания катиона K+ через клеточную мембрану. Двойная иммунозолотая маркировка выявила, что каналы SK2 и NMDA сосуществуют в постсинаптической плотности (PSD) областей CA1 гиппокампа . Авторы использовали спаривание тета-всплесков (TBP) для создания быстрого потенцирования синаптической силы и для вызова LTP, которая индуцируется одновременно, но уровни экспрессии которых изменяются обратно пропорционально с течением времени, а результат индукции TBP сравнивали с контрольной группой. Результат показал, что индукция TBP LTP значительно увеличивала уровень EPSP . Когда сила стимула снижалась ниже порога потенциала действия , для оценки вклада активности SK2 в EPSP добавляли апамин , нейротоксин . Это приводило к увеличению уровня EPSP с блокировкой каналов SK2. Индукция TBP LTP отменяет вклад канала SK2 в EPSP. При применении индукции химического LTP иммуночастицы для SK2 не были обнаружены в пределах PSD асимметричных синапсов. Однако иммуночастицы SK2 наблюдались во внутриклеточных мембранах . Активация протеинкиназы A (PKA) снижает поверхностную экспрессию SK2, поскольку PKA регулирует поверхностную экспрессию рецепторов AMPA , ионотропного трансмембранного рецептора не-NMDA-типа , в гиппокампе. Следовательно, PKA снижает активность LTP-зависимых каналов SK2. См. Schaffer collateral#Long-term plasticity.
Краткосрочная синаптическая пластичность претерпевает важные возрастные изменения, которые имеют решающее значение в процессе развития нервной системы . [2]
Трансмиттеры высвобождаются из пресинаптических окончаний посредством слияния везикул с мембраной, которые заполнены нейротрансмиттерами , такими как глутамат . Везикулы подвергаются экзоцитозу, при этом нейротрансмиттеры повторно поступают в пресинаптическое окончание для повторного использования. Затем эти слитые везикулы повторно поступают преимущественно обратно в быстро рециркулирующий пул для повторного использования. Дополнительные везикулы в резервном пуле пресинаптического окончания высвобождаются в соответствии с более сильными амплитудными деполяризациями пресинаптического аксона из-за большей пространственной или временной суммации потенциалов действия, соответствующей большей поляризации притока кальция . Скорость эндоцитоза зависит от скорости, с которой везикулы рециркулируются в рециркулирующий пул. [11]
Мультивезикулярное высвобождение (МВВ) происходит в синапсах коллатералей Шаффера-CA1, когда P повышается за счет облегчения , и это МВВ может быть явлением, общим для многих синапсов по всей центральной нервной системе . [12]