Дендритна пластичність - це характерний для ЦНС фундаментальний механізм , що лежить в основі синаптичної потенціації і є ключовим для формування пам'яті, навчання та когнітивних здібностей, для нормального функціонування мозку.
В основі дендритної пластичності є динамічна природа дендритів, які можуть бути модульовані через зміну їх об'єму, нахилу, втратою чи додаванням інших дендритів і дендритних шипиків, змінами довжини шиї шипиків, дією на дендритні потенціал-залежні іонні канали. Всі ці форми дендритної пластичності пов'язані із навчанням та пам'яттю і є основою унікальних біологічних, обчислювальних функцій одиничних нейронів.
Вплив дендритів на нейронну пластичність
Хоча здатність нейронних дендритів до генерації локальних потенціалів дії (дендритних спайків) відома вже кілька десятиліть, відносно мало уваги приділялось здатності дендритів стимулювати синаптичну пластичність. Втім, оскільки синапси (особливо збуджувальні) найбільше зосереджені в дендритах, то дендритні властивості повинні суттєво впливати на появу та формування різних типів синаптичної та несинаптичної (внутрішньої) пластичності.
Зміни в морфології дендритів у дорослому мозку відбуваються дуже повільно. До прикладу, тривала візуалізація дендритів в миші не показала яких-небудь додавань або видалень дендритних гілок протягом одного місяця. Тому вважається, що не так самі дендрити, як дендритні шипики є елементарними одиницями зберігання пам'яті та формування синаптичної пластичності, обумовленої змінами в синаптичній ефективності через (довготривалу потенціацію (LTP)) і довгострокове осблаблення (LTD). На відміну від дендритів, шипики неперервно і спонтанно формуються у мозку, рухаючись, виростаючи та відходячи протягом кількох хвилин, а їхній розмір корелює з їхньою функціональною синаптичною ефективністю, як in vivo, так in vitro.
Прогрес в технології in vivo нейровізуалізації дозволив виявити пластичні зміни в нейрональних властивостях, пов’язаних із навчанням та пам’яттю. Такі зміни включають перебудову в морфології вже існуючих синапсів, зокрема збільшення дендритних шипиків протягом LTP і зменшення шипиків протягом LTD Інші структурні зміни можуть включати появу нових синаптичних контактів, обумовлених появою нових дендритних шипиків внаслідок стимуляції синаптичної пластичності. Одним із доказів того, що подібні структурні зміни пов’язані з пам’яттю та навчанням є нещодавнє дослідження, яке показало ріст дендритних шипиків в нейронах , як наслідок рухового навчання.
Незалежно від механізмів стимулювання, важлива ознака наявності синаптичної пластичності це збільшення внутрішньоклітинної концентрації кальцію протягом стимулювання. Від амплітуди і тривалості постсинаптичного тимчасового збільшення кальцію протягом стимулювання залежить те, посилиться чи послабиться синаптична передача. Тривале і помірне збільшення кальцію веде до LTD, тоді як коротке і сильне збільшення — до LTP. Активація тільки одного збуджувального синапсу веде до накопичення кальцію в індивідуальних дендритних шипиках, залучаючи для цього NMDA рецептори, що завдяки сучасним досягненням у технології нейровізуалізації може бути побачено та виміряно in vivo Втім, до цього часу кількісних оцінок кальцієвих імпульсів, що лежать в основі цих механізмів, не отримано.
Хеббівська пластичність
Відкриття потенціалів дії зворотного поширення було одним із перших свідчень синаптичної пластичності в дендритах, оскільки вони уможливлюють часову координацію та виявлення збігів Результати багатьох досліджень підтверджують, що Ca2+ імпульси, пов'язані з bAP та синаптичними вхідними імпульсами, сумуються суперлінійно, коли синхронність двох подій відбувається в досить вузькому часовому інтервалі (<50 мск). Ця взаємодія між входом та виходом дозволяє спайкам, що слідують за синаптичним вхідним імпульсом протягом кількох десятків мікросекунд (мкс), згенерувати постсинаптичний кальцієвий потенціал, який є значно більшим, аніж якби спайк передував вхідному імпульсу або надто сильно відставав від нього (>50 мкс). Ця часова синхронність обумовлюються NMDA-рецептором та потенціалзалежними каналами, і є одним із механізмів пластичності, залежної від часу спайку (spike-timing dependent plasticity, STDP), яка є розширеною версією хеббівської моделі синаптичної пластичності.
(Правило навчання Хебба) вимагає виявлення збігів в пресинаптичній та постсинаптичній активності. Відповідь детектора збігів за присутності обох імпульсів має бути якісно відмінною від відповіді до кожного з цих імпульсів окремо. Як було згадано перед цим, найкраще на роль такого детектора підходить унікальний макромолекулярний комплекс — NMDA рецептор (NMDA-R), який може лежати в основі LTP. Маючи ряд незвичних біофізичних рис, NMDA-R відчиняється тільки коли обидва, пресинаптичний та постсинаптичний нейрони, є активованими. Тобто, відчинення рецептора вимагає і пресинаптичного хімічного імпульсу (вивільнення Нейромедіатори - глутамату) і постсинаптичного електричного потенціалу (локальної мембранної деполяризації). Коли ці дві умови виконуються в той самий час, відчинення NMDA-R дозволяє Ca2+ іонам увійти в постсинаптичний нейрон та активувати Ca2+-чутливі ферменти, що врешті-решт і приводять до синаптичного посилення або послаблення.
Як і інший іонотропний рецептор, AMPA-рецептор, NMDA-R активується збуджувальним нейромедіатором глутаматом, але його сприйнятливість до цього медіатора значно більша (EC50 в діапазоні 1 ), що робить цей рецептор більш сприйнятливим до його менших концентрацій. Він також має повільнішу частоту деактивації після короткотривалого застосування глутамату, що означає, що будучи один раз пресинаптично вивільнений, глутамат зв'язується з рецептором і залишається з'єднаним з ним протягом довгого часу. Через це NMDA-R діє, як довготривалий індикатор пресинаптичної активності. Саме ці властивості роблять NMDA-рецептор ідеальною основою для синаптичної пластичності (напр., STDP) та виявлення збігів.
Кластерна пластичність
Оскільки внутрішньоклітинна концентрація кальцію є необхідною умовою для виникнення синаптичної пластичності, то синаптично породжені локальні дендритні спайки можуть бути однією з причин синаптичної пластичності, і навіть самі по собі спричиняти LTP та LTD. Так, до прикладу, в одному з нещодавніх досліджень було зроблено неочікуване відкриття, що синаптично викликані дендритні спайки стимулюють LTP в CA1 нейронах гіпокампа, однак ця синаптична пластичність не потребує активного зворотного поширення натрієвих соматичних потенціалів дії, оскільки вони блокуються локальним застосуванням до найближчої частини апікального дендрита антагоніста натрієвого каналу — TTX. Скоріш за все, формування міцної LTP у віддалених дендритах потребує відносно сильної стимуляції і, як наслідок, локальних дендритних спайків, а не ослабленого потенціалу зворотного поширення.
В цьому ж самому дослідженні було показано, що LTP в близьких дендритах також може бути викликане локальними дендритними спайками за відсутності соматичних потенціалів дії. Відтак, стимуляція пластичності не обов'язково повинна бути пов'язана із аксонним зворотним потенціалом дії. А оскільки просторово разом локалізовані синаптичні вхідні імпульси мають більшу імовірність викликати локальні дендритні спайки та LTP, з цього випливає важливий висновок, що аксони пресинаптичних нейронів із корельованою активністю утворюють синаптичні кластери в дендритному дереві, до якого надсилають імпульси. Подібна синаптична кластеризація (т.зв. «гіпотеза кластерної пластичності») була теоретично передбачена ще до її відкриття, як ефективний спосіб обробки та збереження інформації нейроном.
Кластерна пластичність може зв'язувати разом функціонально поєднані вхідні імпульси, які надходять до дендритів, та збільшувати в індивідуальних нейронах здатність зберігання шляхом залучення нелінійних потенціал-залежних каналів. Більше того, кластерна пластичність може збільшувати імовірність генерації локального спайку через підсилення дендритної збудливості, що в свою чергу зміцнює поєднання між дендритною гілкою та сомою. Подібне посилення сили дендритної гілки уможливлює породження точного в часі та надійного соматичного вихідного сигналу, будучи основою достовірної передачі інформації на рівні одиничних нейронів.
Із появою технології дво-фотонного вивільнення глутамату виникла можливість точного спрямування глутамату до множини чи навіть одного шипика. Застосування цієї техніки до дендритів виявили бімодальний розподіл дендритних гілок: одна популяція гілок із слабкими відповідями на синхронні синаптичні стимуляції, а інша - із більш сильними. Тобто, інформація в нейронах може зберігатись не тільки у формі синаптичних ваг вхідних синапсів, а дендритні гілки здатні активно виявляти специфічні властивості вхідних сигналів, напр., їх синхронність.
Більше того, внутрішні властивості дендритних гілок можуть змінюватись в результаті активності та протягом накопичення досвіду. Нещодавнє унікальне дослідження, - новизна результатів якого породила цілий ряд нових гіпотез та моделей дендритної пластичності, - показало, що при одночасній стимуляції кластерів синапсів на дендритній гілці, їх повторна активація призводить до поступових змін у відповіді мембрани на стимули. Зокрема, було виявлено, що в CA1 пірамідальних нейронах гіпокампа поява холінергічного агоніста призводить до того, що “слабкі” гілки перетворюються в гілки із сильною спайковою активністю шляхом поєднання синаптичного збудження із постсинаптичним потенціалом дії. Таке перетворення слабкої дендритної гілки значно підсилює поширення локальних дендритних Na+ спайків до соми і обумовлене новою формою пластичності - “branch-strength potentiation”, (потенціація сили гілки, BSP), яка здатна значно збільшувати напругу в сомі у порівнянні із непотенційованими гілками. Збільшення напруги, яке виникає в результаті підсилення розповсюдження дендритного спайку вздовж гілки, скоріш за все є наслідком придушення активності потенціалзалежних калієвих (Kv4.2) каналів, які обмежують збудливість дендритної гілки.
Ця специфічна для дендритної гілки пластичність, яка підсилює її силу, перетворює темпорально корельовані і згруповані синаптичні вхідні сигнали в довготривалі зміни збудливості гілки, будучи імовірним механізмом збереження властивостей вхідних сигналів, основою пам’яті.
Таким чином, зв’язок між локальним дендритним спайком та сомою є пластичним і може бути змінений в специфічний для даної гілки спосіб через обумовлену NMDA рецептором регуляцію дендритних калієвих (Kv4.2) каналів. Тоді дендритна гілка постає, як єдиний інтегративний сегмент (“фундаментальною функціональною одиницю в нервовій системі” ) і вплив дендритного спайку на соматичний потенціал буде суттєво різнитись між окремими дендритними гілками.
Дані результати були підтверджені цієї самою групою дослідників, які виявили, що CA1 пірамідальні нейрони в тварин, що знаходились в збагаченому середовищі, проявляють полегшене поширення дендритних спайків в підгрупі дендритних гілок, пластично з’єднаних із сомою.
Хоча автори цих досліджень і висунули гіпотезу, що потенціація дендритної гілки може лежати в основі довготривалого зберження паттернів вхідних сигналів, механізм цієї пластичності залишався невідомим. Тільки нещодавно була запропонована детальна обчислювальна модель, яка передбачила один із таких можливих механізмів та дала більш узагальнююче пояснення ролі дендритів в нейронних обчисленнях.
Ця модель вперше показала, як нейрони, завдяки дендритним спайкам та поєднанню класичної (STDP) і некласичної (BSP) пластичності, здатні виконувати складні нелінійні обчислення шляхом самоорганізації. Обидва механізми пластичності можуть породити конкуренцію між дендритними гілками, що дозволяє одному нейрону, на клітинному рівні, виконувати такі нелінійні обчислення, які раніше вважались можливими тільки для нейронних мереж, напр. здатність зв’язувати множину вхідних ознак (т.зв “проблема зв’язування”, binding problem). Зокрема, модель на прикладі кількох десятків симуляцій демонструє, що тільки за умови нелінійності дендритних обчислень нейрон зможе виконувати розділення образів (pattern separation): подвійна пластичність, внаслідок конкуренції дендритів, дозволяє сформувати образи в кластери і потім, використовуючи прості логічні операції AND та OR, їх класифікувати і зв’язати (хоча такий нейрон і не в змозі реалізувати XOR функцію, для чого потрібні інгібуючі синапси).
Отож, дана модель підтвердила гіпотези, які виникли на основі експериментів, що сила гілки може зберігати риси багатьох паттернів вхідних сигналів, пам’ятати їх.
Окрім знайдених свідчень in vitro досліджень на користь кластерної гіпотези, є ряд досліджень, які показують формування кластерів синаптичних вхідних імпульсів in vivo, найчастіше формування сусідніх чи дочірніх шипиків у групи дендритів.
Так, цілком однозначно було показано, що активність дендритних шипиків часто синхронізується в межах групи шипиків, які знаходяться близько один до одного і об’єднані спільними синаптичними вхідними сигналами від синхронізованих пресинаптичних нейронів. Кластерна синхронізація, яка виникне в результаті цього, може слугувати основою асоціативного навчання на клітинному рівні, оскільки сусідні шипики тут кодують різну інформацію.
Одне з поширених пояснень доцільності синаптичної кластеризації в дендритах полягає в тому, що спільна активація синапсів в межах певних дендритів приведе до більшої дендритної деполяризації, яка в свою чергу запустить регенеративні події[1], тим самим забезпечуючи міцну соматичну відповідь. В такий спосіб синаптична кластеризація може служити засобом для гарантування, що імпульси, які складаються із множини одночасно активованих синапсів, надійно поширяться до соми чи збережуться в дендритах, тоді як некорельовані синапси не матимуть впливу на пластичність та потенціали дії. Хоча це є досить приваблива гіпотеза і має ряд експериментальних свідчень, існують дослідження із зовсім протилежними результатами, коли вхідні імпульси не кластеризуються, але широко розсіяні по дендритному дереву і не сходяться в єдиний дендрит, лінійно сумуючись.
Не-Хеббівська пластичність
Подібно до того, як внутрішньо нестабільною є класична Хеббівська пластичність, так само форми LTP, які спираються на дендритні локальні спайки, також будуть дестабілізувати розподілення ваг дендритного дерева. Тому, як і у випадку з хеббівською пластичністю, стійкість дендритної інформації повинне забезпечувати довготривале послаблення. Нещодавно було знайдено свідчення того, що NMDA-подібні спайки в неокортексі також здатні викликати LTD, але до великого подиву дослідників, ця форма LTD для свого виникнення потребує лише «одного пострілу» (т.зв. однострільне LTD) і не потребує соматичного потенціалу дії, хоча, можливо, цей феномен може залежати від певного регіону мозку. Таке «однострільне» синаптичне правило навчання кардинально різниться від класичного протоколу стимуляції LTD, яке зазвичай включає сотні повторень, і повинно спиратись на зовсім інші механізми, аніж класичні та синхронізаційні форми LTD. Беручи до уваги, як швидко викликається це однострільне LTD, дослідники вважають, що воно може слугувати для інших обчислювальних цілей, аніж класичні форми LTD, наприклад, бути основою для «однострільного» швидкого навчання.
Ще більше ускладнило розуміння природи дендритного обчислення відкриття форми «однострільного» LTP, хоча вже в CA1 нейронах гіпокампа. Цей тип LTP потребує тільки однієї пачки (burst) пресинаптичної активності і залежить від локальних дендритних спайків. Відносно великі ЗПСПи, використані дослідниками для стимуляції однострільного LTP, припускають, що кілька десятків пресинаптичних CA3 пірамідальних нейронів мали б одночасно бути активовані in vivo з досить високою часовою точністю, що, втім є цілком можливим протягом гіпокампних гострих хвиль, які видно на ЕЕГ. Відтак, відкриття цього швидкого LTP, навіть якщо воно обмежується тільки певним регіоном мозку, показує швидкість та некласичність суто дендритного обчислення, яке лежить в основі збереження інформації, будучи цілком незалежне від аксонного потенціалу дії зворотного поширення.
Тож, все більше накопичується даних, що локальні дендритні спайки можуть викликати двосторонню синаптичну пластичність. На відміну від STDP, яка потребує збігу між пре- і постсинаптичними спайками, зумовлена локальними спайками пластичність включає збіг синаптичних активацій тісно згрупованих вхідних імпульсів до однієї і тієї ж частини дендриту. Це є свідченням нового, ще незнаного правила навчання, згідно з яким нейрони діляться на великі незалежні модулі інтеграції та навчання, що не залежать від звичного імпульсу зворотного зв'язку від соми (bAP).
Важлива відмінність між STDP та викликаною локальними спайками пластичністю полягає в швидкості стимуляції: тоді, як STDP потребує багато повторень збіжних пре-пост стимуляцій, то лише одного локального спайку достатньо для спричинення LTD чи LTP, але див. також. Дослідження CA1 пірамідальних нейронів виявили, що навіть одна активація єдиного синапса здатна викликати локальну деполяризацію, достатню для активації NMDA рецепторів. Подібне збільшення в швидкості стимуляції пов'язане в значній мірі із взаємною активацією сусідніх NMDA рецепторів, що знаходяться на одному дендриті. Відтак, залежна від локального спайку пластичність може бути вирішальним механізмом, що лежить в основі швидкого здобуття спогадів, робочої пам'яті.
Дендритні обчислення
Вибірковість дендритів до напрямку
Одним з найбільш яскравих та найкраще вивчених прикладів того, наскільки складними можуть бути дендритні обчислення, є вибірковість до напрямку (directional selectivity, DS). Вибіркові до напрямку нейрони здатні реагувати на рух зображень в одному напрямку (PREF), але не в іншому (NULL). Ці нейрони існують в багатьох видів, від очей мух до кори ссавців, і в більшості з них проявляється активна роль дендритних обчислень.
Одне з перших переконливих експериментальних підтверджень залучення дендритів у вибірковість напрямку було проведене на зоровій системі мухи in vivo, в якій існує популяція великих інтернейронів, т.зв. тангенціальних клітин (TC), що просторово інтегрують вихідні імпульси багатьох тисяч циліндричних клітин, кожна з яких чутлива лише до дуже малої частин зорового поля. Всі TC клітини є сприйнятливими до руху: вони збуджуються рухом в одному напрямку, та гальмуються рухом в протилежному напрямку. Поєднавши внутрішньоклітинну реєстрацію та кальцієву візуалізацію дендритів in vivo, дослідники виявили два головні кроки в обробці інформації, які виконують дендрити TC клітин. Завдяки обробці вхідних елементів протилежних клітин, що мають інші переважні напрямки, напрямкова вибірковість пресинаптичних нейронів в ТС клітинах є істотно розширеною. В цьому ж дослідженні було також показано, що дендритне фільтрування допомагає відрізнити зміну в контрасті внаслідок руху стимулу від змін, пов'язаних із суто локальними формами стимулу. Результатом такої інтеграції стимулів є градуювальна деполяризація в аксоні тангенціальних клітин, яка з високою точністю репрезентує інформацію про швидкість зображення.
Класичною моделлю вивчення механізмів дендритного обчислення напрямкової вибірковості є дослідження «вибірковості до напрямку гангліозних клітин сітківки» (Direction-Selective Retinal Ganglion Cell, DSRGC або DSGC). Серед гангліозних клітин напрямково-вибірковими є т.зв. ON/OFF гангліозні клітини. Вони діють, як локальні детектори руху, реагуючи на рухаючіся точки, решітки та лінії в широкому діапазоні швидкостей. При появі чи зникненні стимулу, ON збуджуються, коли він потрапляє на центр їхнього рецептивного поля, та інгібуються, коли на периферію; OFF клітини проявляють прямо протилежну реакцію. ON/OFF DS клітини мають двошарове дендритне дерево, із одним розгалуженням в зовнішній половині (OFF sublamina) внутрішнього сітчастого шару (IPL), а інше розгалуження — у внутрішній половині IPL (ON sublamina).
Така організація DSGC дозволяє відповідати на напрямок руху зображення темних об'єктів на світлому фоні — виконується OFF гілкою — як і на об'єкти, світліші аніж фон — здійснюється ON гілкою. Існують чотири підтипи DS клітини, кожен з яких віддає перевагу одному конкретному напрямку руху. Кожен підтип покриває сітківку таким чином, що утворюється невелике перекриття дендритів, у такий спосіб здобуваючи інформацію про напрямок для кожного з переважаючих напрямків, що доступні в будь-якому регіоні сітківки.
Вілфрід Ролл в 1969 році запропонував першу просту модель того, як дендрити можуть втілювати подібну DS. Наразі ж точаться дебати щодо визначення первинного рівня нейронів, що виявляє таку вибірковість. Одні дослідники вважають, що нелінійний взаємозв'язок між збудженням та інгібуванням є імовірним механізмом для пояснення DS в гангліозних клітинах. Інші дослідники, на основі теоретичної моделі, вважають, що вхідний імпульс до DSRGC вже є вибірковим до напрямку, а первинно ця вибірковість може бути обчислювана в індивідуальних дендритних гілках зореподібних амакринових нейронів (starburst amacrine cells, SAC), які є пресинаптичними до гангліозних клітин сітківки
Якщо більшість класичних теорій «напрямкової вибірковості» розглядали її постання, як результат взаємодії між нейронами, будуючи моделі нейронних мереж, то з поглибленням вивчення дендритів все частіш виникають моделі, котрі пропонують розглядати напрямкову вибірковість на клітинному рівні, як результат внутрішніх властивостей нейронів. Одним із таких нейронів, де первинно здійснюється вибірковість, і вважаються зірчасті амакринові клітини.
Амакринові клітини найкраще підходять для подібних обчислень руху. Складаючись із 40 морфологічно відмінних типів, ці клітини є найбільшим класом інтернейронів сітківки. Багато з них не мають аксонів, а їх дендрити слугують як для отримання вхідних синаптичних імпульсів, так і передачі вихідних сигналів, — тож вони не є дендритами в класичному розумінні.
Найбільш характерну морфологію серед амакринових клітин мають SAC. Дендрити SAC'ів розташовані пучком разом із DSGC дендритами і саме тому розглядаються як найбільш імовірні кандидати на роль первинних детекторів руху. На відміну від інших нейронів, SAC'и характеризуються величезним перекриттям дендритів і тому здатні забезпечити різні підтипи DSGC належними нейронними схемами обчислень. Якщо, до прикладу, SAC вилучити із нейронної мережі (напр., шляхом видалення клітини), то напрямково-вибіркові відповіді в DSGC'х зникають
Завдяки майже електрично ізольованим гілкам їх дендритного дерева, SAC дендрити реагують незалежно на світлову стимуляцію. Відтак, інколи їх навіть пропонують розглядати як «автономні» обчислювальні одиниці.: на відміну від цілої клітини, дендрити є високо поляризованими структурами; синаптичні вхідні та вихідні сигнали по-різному розподілені вздовж дендритів — вхідні синапси локалізовані вздовж всієї довжини, тоді як вихідні синапси, пов'язані з виступами на віддаленій третині гілок. Кожна головна гілка відповідає найбільш сильно до відцентрового (в напрямку дендритних закінчень) аніж до доцентрового (в напрямку соми) руху, тим самим проявляючи дендритну напрямкову вибірковість З використанням двофотонної оптичної візуалізації концентрації кальцію в дендритах SAC, було виявлено, що концентрація кальцію на кінчиках дендритів SAC дійсно є вибірковою до напрямку
Вивчення дендритної напрямкової вибірковості дозволило оцінити, наскільки в дійсності складними та нелінійними можуть бути обчислення, які виконують дендрити. Нове світло на дендритну обробку інформації пролило проведене Вільямом Граймсом (Grimes) et al. новаторське дослідження т.зв. A17 амакринових клітин в сітківці щура, в яких були виявлені складні форми паралельних обчислень.
Маючи діаметр дендритного поля ~400 мкм в сітківці щура, A17 інтернейрони належать до підкласу амакринових клітин. Їх морфологія майже однакова для виду ссавців: вони простягають десятки тонких довгих (аж до 1 мм) дендритів із малими варикозами, що утворюють реципрокні ГАМКергічні синаптичні зворотні зв'язки на аксонних закінченнях паличкових біполярних клітин. Одна А17 амакринова клітина отримує синаптичні вхідні (scotopic) імпульси від ~1000 паличкових біполярних клітин. Вони не формують синапси з іншими амакринними чи гангліозними клітинами. Відтак, А17, — на відміну сусідніх All-амакринових клітин з вузьким рецептивним полем, — мають зовсім іншу, ширшу площу рецептивного поля, з якої вони отримують сигнали з паличок.
Граймс з колегами, поєднавши дво-фотонну візуалізацію кальцію та обчислювальне моделювання (див. зображення), неочікувано відкрили, що навіть одна A17 амакринова клітина забезпечує сітківку приблизно 150 локальними одиницями (мікросхемами) зворотних зв'язків, які здатні діяти цілком незалежно одна від одної, постаючи як окремі дендритні компартменти. Зокрема, в поєднанні із попередніми даними, було виявлено, що надходження кальцію до глутаматних рецепторів, активованих біполярними клітинами, підсилюється вивільненням кальцію з внутрішніх запасників клітини. Цього кальцію цілком достатньо для того, щоб спричинити реципрокне вивільнення ГАМК в аксонні закінчення біполярних клітин без необхідності приведення в дію потенціал-залежних кальцієвих каналів. Так уникається значна зміна мембранної напруги, що могла б поширитись на сусідні варикози та перешкодити ізоляції.
Тобто, замість того, аби інтегрувати ширші просторові сигнали, — як діють дендрити в багатьох інших нейронах, — великі А17 амакринові клітини ізолюють реципрокні синапси зворотного зв'язку і дендритні сегменти тоді діють, як паралельні, незалежні субодиниці, кожна з яких обчислює локально.
На основі отриманих даних дослідники побудували модель, відповідно до якої дендритна гілка А17 може ізолювати синаптичні процеси в різних варикозах для потоку фотонів, характерного для низько-освітлених (scotopic) умов. Із збільшенням інтенсивності світла (та потоку фотонів), імовірність синхронних вхідних сигналів до сусідніх варикозів вздовж дендрита зростає, що веде до взаємодій, які підсилюють синаптичний вхідний імпульс.
Подібна дендритна складність та широке рецептивне поле А17 клітин може бути пояснене в контексті т.зв. теорії «оптимізації нейронних зв'язків» тим, що нейронна архітектура еволюціонувала для забезпечення потреби у функціональних нейронних мережах, разом з тим мінімізуючи «вартість» зв'язків (генетичні, метаболічні та просторові ресурси, потрібні для нейронних систем). Великі нейрони (наприклад в корі) можуть розподіляти ресурси вздовж більшої кількості синаптичних зв'язків, але вони потребують більше енергії для транспортування білків і мають набагато більше електротонічне загасання імпульсу. Але це не стосується А17 клітин, які використовують скоріш розподілене, паралельне обчислення, аніж інтегративне, як пірамідальні нейрони. Такі унікальні властивості дендритів А17 клітин, зберігаючи просторову гостроту та динамічний діапазон, найкраще підходять саме для сітківки, оскільки вона для належного виконання своїх функцій повинна бути достатньо тонкою і оптично прозорою.
Дендритні обчислення в слуховій системі
Інший яскравий приклад впливу дендритів на нейронні обчислення був виявлений при вивченні слухової системи, зокрема її здатності локалізувати звук.
На відміну від інших сенсорних систем, сенсорний епітелій внутрішнього вуха не має чіткої репрезентації простору, оскільки волоскові клітини внутрішнього вуха кодують частоту звуку, а не звуковий простір. Відтак, звукова система повинна обчислювати локалізацію джерела звуку в просторі, для чого вона використовує два бінауральні сигнали, які дозволяють локалізувати звуки в горизонтальній площині: інтерауральну часову різницю (interaural time difference, ITD - різниця в часі надходження звуку до двох вух) та інтерауральну рівневу різницю (interaural level difference, ILD). ITD’и використовуються для низько-частотної (<2 кГц) локалізації, а IDL’и для високо-частотної.
Якщо звук надходить фронтально до голови, тоді ITD = 0 мск. Оскільки звуки з периферії (віддалені від серединно-сагітальної площини) надходять до вух із більшою часовою затримкою, то вони породжують різниці у часі надходження стимулу до двох вух (початок ITD) і протягом тривалості стимулу (триваюча ITD). Навіть в найбільш виражено горизонтальному положенні звуку, ITD’и є надто малими: 700 мск в людини, 400 мкс в котів та 135 мск в піщанки. Людина може розрізнити ITD’и із 10-20 мск для низькочастотних звуків, та IDL’и ~1-2 дБ.
Подібна точність у кодуванні джерела звуку і розрізненні ITD пов’язана з існуванням біполярних нейронів в (medial superior olive, MSO) слухової частини стовбуру мозку у ссавців та ламінарному ядрі (nucleus laminaris, NL) у птахів. MSO клітини мають біполярну морфологію і розташовані в єдиній парасагітальній площині із двома головними дендритами, що виходять від соми на 180° один від одного та простягаються ортогонально до дорсовентральної осі ядра.
Нейрони MSO, - в деяких з яких аксони навіть постають з дендритів, а не соми, - отримують білатеральні збуджувальні вхідні імпульси від кущистих (bushy) клітин в (cochlear nucleus) і мають чи не одну з найбільш унікальних організацій дендритів у всій ЦНС. Вхідні сигнали від двох вух надходять до однієї MSO клітини через два різні дендрити: вхідні сигнали надходять до латеральних дендритів, а контрлатеральні сигнали до медіальних дендритів. Така неймовірна організація уможливлює розподіл вхідних сигналів, що призводить до їх електротонічної ізоляції, дозволяє покращити сумацію сигналів із двох різних джерел і уникнути домінування сигналу із більш сильного дендрита.
Внаслідок швидких вхідних синаптичних сигналів, ці вхідні імпульси фазово синхронізовані із формою хвилі стимулу з точністю, більшою аніж слухові нервові волокна. MSO нейрони також синхронізовані по фазі як із монауральними (від одного вуха), так і з бінауральними (від двох вух) стимулами, але проявляють максимальну реакцію тоді, коли фазово синхронізовані потенціали дії з двох сторін надходять одночасно, тобто, коли різниця в запізненнях провідності компенсує ITD
Визначальна роль дендритних обчислень в слуховому виявленні збігів була спочатку передбачена теоретично, на основі компартментного моделювання та кабельних властивостей дендритів, які розширили традиційні точкові моделі нейронів, додавши до них дендритні сегменти. Ця модель не тільки пояснила, як дендрити підсилюють виявлення ITD, але й також те, чому існує дендритний градієнт.
Існування дендритів в MSO (чи NL) клітинах веде до появи двох біофізичних механізмів, які сприяють виявленню збігів. Перший механізм - це просторова ізоляція вхідних сигналів, що уможливлює нелінійну інтеграцію вхідних імпульсів з двох вух. Другий - це те, що дендритний пучок діє як стік струму для вхідних синаптичних сигналів. Максимальна відповідь MSO нейронів можлива лише тоді, коли (після компенсації ITD з допомогою запізнень) вхідні сигнали, які вони отримують з двох вух, збігаються у часі. Тому MSO менш реагують на імпульси, що надходять лише з одного вуха, навіть якщо ті подвоїлись. Якби MSO була лінійною системою, таке розрізнення було б неможливе, оскільки потрібен деякий нелінійний механізм, що демпферує слуховий сигнал, якщо той надходить тільки від одного вуха, але не тоді, коли від двох вух одночасно.
Підвищення виявлення збігів (а отже і локалізації звуку) MSO клітинами здійснюється завдяки нелінійній сумації (т.зв. «насичення нелінійності») вхідних збуджувальних синаптичних сигналів та збільшенні нелінійної втрати, коли сигнали скупчуються на одному дендриті, а не розподіляються між кількома. Коли синаптичні вхідні сигнали активуються на тому самому дендриті, то виникає більша локальна зміна напруги, яка знижує рушійну силу для синаптичного струму в цьому дендриті, аніж якби синапси формували контакти на різних дендритах. В останньому випадку синапс генерує більш деполяризуючий струм і тому виникає більша ймовірність породження потенціалу дії в аксоні, який в результаті сигналізує, що звук прийшов з даного місця.
Модель детектора збігів з дендритами також передбачила оптимальну довжину дендритів для різних частот звуків. Якщо частоти збільшуються, то довжина дендритів повинна зменшуватись, оскільки при високих звукових частотах фазова синхронізація стає слабшою і в спайках виникають фазові тремтіння (), які перешкоджають виявленню збігів та локалізації джерела звуку.
В такий спосіб MSO нейрони проявляють мікросекундну вибірковість до ITD. Коли обидва збуджувальні шляхи до дендритів активуються в межах вузького часового інтервалу, MSO нейрони виявляють збіг синаптичних вхідних імпульсів і генерують потенціал дії. Коли ж ці шляхи активуються асинхронно, то MSO нейрони не генерують ПД. Тому функція відклику ITD репрезентує варіацію частоти розрядів MSO клітин із відносним запізненням двох вхідних сигналів, а отже і позицію звуку вздовж горизонтальної площини.
Хоча дана модель була побудована для пасивних дендритів, нещодавні експериментальні дослідження показали, що вона також добре підходить для пояснення активної ролі дендритів для бінаурального виявлення звукових збігів
В одному з нещодавніх досліджень шляхом одночасної сома-дендритної реєстрації MSO нейронів піщанки in vitro та компартментного моделювання, дослідники виявили потенціалзалежне загострення ЗПСП'ів ближче до соми, яке протидіє дендритному фільтруванню, що знижує часову точність імпульсів. Ці дослідження вперше продемонстрували неоднорідний розподіл низько-порогових калієвих (KLVA) каналів в сомі та дендритах, їх вплив на синаптичну часову синхронізацію в слуховій системі.
Хоча Kv1 канали присутні як в сомі, так і дендритах, їх щільність більш зміщена в бік соми. Коли ЗПСП’и розповсюджуються вздовж віддалених дендритів MSO нейронів, пасивне кабельне фільтрування, притаманне цим дендритам, затримує час наростання ЗПСП’ів та збільшує їх тривалість. Обумовлене Kv1 каналами загострення ЗПСП’ів не має на ці дендрити відчутного впливу навіть під час сильної деполяризації. Однак коли ці імпульси проникають до ближчих дендритів та соми, вони диференційно активують значно більші низько-порогові калієві струми (IKLVA) біля соми. Ця активація IKLVA є досить тривалою протягом бінауральної стимуляції
Таким чином, соматично зміщений розподіл IKLVA компенсує дендритне кабельне фільтрування та зберігає мікросекундну часову точність синаптичних потенціалів, що виникають у відокремлених регіонах дендритів, загострюючи ЗПСП’и і в такий спосіб покращуючи часову точність бінауральних детекторів збігів.
Зовсім по-іншому, хоча і для тієї самої цілі (виявлення збігів), використовуються дендрити клітинами-восьминогами (octopus cells), що знаходяться в “задньому завитковому вентральному ядрі” (PCVN). Вони виявляють збіги активації групи слухових нервових волокон (>60 у миші) широкосмуговими короткотривалими звуками. Останні породжують біжучі хвилі у завитці, які викликають збудження слухових нервових волокон налаштованих на високі частоти на кілька мілісекунд раніше, аніж волокон, налаштованих на низькі частоти. На відміну від MSO клітин, клітини-восьминоги для компенсації подібного кохлеарного запізнення біжучої хвилі використовують дендритне пасивне фільтрування, породжуючи великі, швидко зростаючі інтегровані ЗПСП’и біля соми.
Якщо ще відносно недавно при моделюванні і вивченні нейронних обчислень в слуховій системі дендрити не брались до уваги, то з появою лінійної та нелінійної кабельних теорій було передбачено, а наступні дослідження це експериментально підтвердили, що без включення дендритів в нейронні моделі ряд унікальних рис слухової системи не можуть бути пояснені. Однак ще більший прогрес у дослідженні складних дендритних обчислень був зроблений з відкриттям їх активних властивостей, здатності модулювати та змінювати вхідні сигнали.
Для випадку слухової системи таке відкриття активної ролі дендритів було нещодавно зроблене в новаторському дослідженні in vivo кальцієвої активності в пірамідальних нейронів шару 2/3 слухової кори миші на рівні індивідуальних шипиків. Подібно до дендритів зорової системи, було виявлено, що сенсорна (звукова) стимуляція може активувати навіть один шипик і що різні шипики на тому самому дендриті віддають перевагу тонам різних частот, та навіть здатні відповідати на широкосмуговий шум. Це дослідження вперше показало, що сенсорна активність стимулює не дендритний стовбур, а шипик, який відтак постає як окремий частотно-вибірковий (frequency selective) сегмент дендритного дерева. Разом з тим, на відміну від більшості досліджень, які свідчать про кластеризацію синаптичних вхідних сигналів, тут було виявлено, що шипики є надто неоднорідно розподілені на дендриті, де навіть два сусідні шипики віддають перевагу різним частотам тонів.
Втім, така сама частотна селективність окремих сегментів дендритів нещодавно була передбачена теоретично на основі STDP пластичності. Але, на відміну від згаданого експериментального дослідження, ця теорія моделює дендрити, як пасивні кабелі, не беручи до уваги потенціалзалежні канали та кальцієву активність. При таких різних посилках, теорія і експеримент приходять майже до однакових висновків, що синапси в різних регіонах дендритного дерева налаштовані на різні частоти. За винятком того, що математична модель передбачає кластеризацію синапспів, а експеримент показує їх неоднорідне розподілення по всьому дендритному дереві.
Джерела
- Trachtenberg J.T., Chen B.E., Knott G.W., Feng G., Sanes J.R., Welker E., Svoboda K. (2002). Long-term in vivo imaging of experience-dependent synaptic plasticity in adult cortex. Nature. 420 (6917): 788—794. doi:10.1038/nature01273. ISSN 0028-0836.
- Holtmaat Anthony and Svoboda Karel (2009). Experience-dependent structural synaptic plasticity in the mammalian brain. Nature Reviews Neuroscience. 10 (9): 647—658. doi:10.1038/nrn2699. ISSN 1471-003X.
- Matsuzaki M, Ellis-Davies G, Nemoto T, Miyashita Y, Iino M, and Kasai H. (2001). Dendritic spine geometry is critical for AMPA receptor expression in hippocampal CA1 pyramidal neurons. Nature Neuroscience. 4 (11): 1086—1092. doi:10.1038/nn736. ISSN 1097-6256.
- Dent Erik W, Merriam Elliott B, and Hu Xindao (2011). The dynamic cytoskeleton: backbone of dendritic spine plasticity. Current Opinion in Neurobiology. 21 (1): 175—181. doi:10.1016/j.conb.2010.08.013. ISSN 0959-4388.
- Noguchi J, Nagaoka A, Watanabe S, Ellis-Davies G.C.R., Kitamura K, Kano M, Matsuzaki Masanori, and Kasai H. (2011). In vivo two-photon uncaging of glutamate revealing the structure-function relationships of dendritic spines in the neocortex of adult mice. The Journal of Physiology. 589 (10): 2447—2457. doi:10.1113/jphysiol.2011.207100. ISSN 0022-3751.
- Hübener Mark and Bonhoeffer Tobias (2010). Searching for Engrams. Neuron. 67 (3): 363—371. doi:10.1016/j.neuron.2010.06.033. ISSN 0896-6273.
- Kasai Haruo, Fukuda Masahiro, Watanabe Satoshi, Hayashi-Takag Akiko, and Noguchi Jun (2010). Structural dynamics of dendritic spines in memory and cognition. Trends in Neurosciences. 33 (3): 121—129. doi:10.1016/j.tins.2010.01.001. ISSN 0166-2236.
- Xu Tonghui, Yu Xinzhu, Perlik Andrew J., Tobin Willie F., Zweig Jonathan A., Tennant Kelly, Jones Theresa, and Zuo Yi (2009). Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories. Nature. 462 (7275): 915—919. doi:10.1038/nature08389. ISSN 0028-0836.
- Kampa B. M., Letzkus J. J., and Stuart G. J. (2006). Requirement of dendritic calcium spikes for induction of spike-timing-dependent synaptic plasticity. The Journal of Physiology. 574 (1): 283—290. doi:10.1113/jphysiol.2006.111062. ISSN 0022-3751.
- Malenka Robert C. (1991). Postsynaptic factors control the duration of synaptic enhancement in area CA1 of the hippocampus. Neuron. 6 (1): 53—60. doi:10.1016/0896-6273(91)90121-F. ISSN 0896-6273.
- Golding Nace L., Staff Nathan P. and Spruston Nelson (2002). Dendritic spikes as a mechanism for cooperative long-term potentiation. Nature. 418 (6895): 326—331. doi:10.1038/nature00854. ISSN 0028-0836.
- Sjöström P. and Nelson S. (2002). Spike timing, calcium signals and synaptic plasticity. Current Opinion in Neurobiology. 12 (3): 305—314. doi:10.1016/S0959-4388(02)00325-2. ISSN 0959-4388.
- Svoboda Karel, Mainen Zachary F. and Malinow Roberto (1999). Synaptic calcium transients in single spines indicate that NMDA receptors are not saturated. Nature. 399 (6732): 151—155. doi:10.1038/20187. ISSN 0028-0836.
- Jia Hongbo, Rochefort Nathalie L., Chen Xiaowei, and Konnerth Arthur (2010). Dendritic organization of sensory input to cortical neurons in vivo. Nature. 464 (7293): 1307—1312. doi:10.1038/nature08947. ISSN 0028-0836.
- Chen Xiaowei, Leischner Ulrich, Rochefort Nathalie L., Nelken Israel, and Konnerth Arthur (2011). Functional mapping of single spines in cortical neurons in vivo. Nature. 475 (7357): 501—505. doi:10.1038/nature10193. ISSN 0028-0836.
- Feldman Daniel E. (2012). The Spike-Timing Dependence of Plasticity. Neuron. 75 (4): 556—571. doi:10.1016/j.neuron.2012.08.001. ISSN 0896-6273.
- Bi Guo-qiang Bi and Poo Mu-ming (15 грудня 1998). . The Journal of Neuroscience. 24: 10464—72. Архів оригіналу за 17 квітня 2015. Процитовано 4 листопада 2013.
- Gerstner Wulfram and Kistler Werner M. (2002). Spiking Neuron Models: Single Neurons, Populations, Plasticity. Cambridge University Press. с. 480. ISBN .
- Magee J. C. and Johnston D. (1997). A Synaptically Controlled, Associative Signal for Hebbian Plasticity in Hippocampal Neurons. Science. 275 (5297): 209—213. doi:10.1126/science.275.5297.209. ISSN 0036-8075.
- Johnston D., Christie B. R., Frick A., Gray R., Hoffman D. A., Schexnayder L. K., Watanabe S., and Yuan L.-L. (2003). Active dendrites, potassium channels and synaptic plasticity. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 358 (1432): 667—674. doi:10.1098/rstb.2002.1248. ISSN 0962-8436.
- Nevian T. and Sakmann B. (2004). Single Spine Ca2+ Signals Evoked by Coincident EPSPs and Backpropagating Action Potentials in Spiny Stellate Cells of Layer 4 in the Juvenile Rat Somatosensory Barrel Cortex. Journal of Neuroscience. 24 (7): 1689—1699. doi:10.1523/JNEUROSCI.3332-03.2004. ISSN 0270-6474.
- Abbott L. F., Song Sen and Miller Kenneth D. (2000). Competitive Hebbian learning through spike-timing-dependent synaptic plasticity. Nature Neuroscience. 3 (9): 919—926. doi:10.1038/78829. ISSN 1097-6256.
- Stuart Greg J. and Häusser Michael (2001). Dendritic coincidence detection of EPSPs and action potentials. Nature Neuroscience. 4 (1): 63—71. doi:10.1038/82910.
- Kairiss Edward W., Mainen Zachary F., Claiborne Brenda J. and Brown Thomas H. (1992). Dendritic Control of Hebbian Computations: 69—83. doi:10.1007/978-1-4615-4010-6_7.
- Hunt David L and Castillo Pablo E (2012). Synaptic plasticity of NMDA receptors: mechanisms and functional implications. Current Opinion in Neurobiology. 22 (3): 496—508. doi:10.1016/j.conb.2012.01.007. ISSN 0959-4388.
- Rikhye Rajeev V., Tan Xulin , and Dongen Antonius MJ Van (2013). . BMC Neuroscience. 14: 399. Архів оригіналу за 10 червня 2015. Процитовано 4 листопада 2013.
- Lisman John and Spruston Nelson (2005). Postsynaptic depolarization requirements for LTP and LTD: a critique of spike timing-dependent plasticity. Nature Neuroscience. 8 (7): 839—841. doi:10.1038/nn0705-839. ISSN 1097-6256.
- Mel, BW. (1992). The clusteron: toward a simple abstraction for a complex neuron.. У Moody J. , Hanson S. , & R. Lippmann (ред.). Advances in neural information processing systems. Morgan Kaufmann Publishers. с. 35-42. ISBN .
- Poirazi Panayiota and Mel Bartlett W. (2001). Impact of Active Dendrites and Structural Plasticity on the Memory Capacity of Neural Tissue. Neuron. 29 (3): 779—796. doi:10.1016/S0896-6273(01)00252-5. ISSN 0896-6273.
- Häusser Michael and Mel Bartlett (2003). Dendrites: bug or feature?. Current Opinion in Neurobiology. 13 (3): 372—383. doi:10.1016/S0959-4388(03)00075-8. ISSN 0959-4388.
- Poirazi Panayiota, Brannon Terrence and Mel Bartlett W. (2003). Pyramidal Neuron as Two-Layer Neural Network. Neuron. 37 (6): 989—999. doi:10.1016/S0896-6273(03)00149-1. ISSN 0896-6273.
- Frick Andreas, Magee Jeffrey, & Johnston Daniel (2004). LTP is accompanied by an enhanced local excitability of pyramidal neuron dendrites. Nature Neuroscience. 7 (2): 126—135. doi:10.1038/nn1178. ISSN 1097-6256.
- Losonczy Attila, Makara Judit K., and Magee Jeffrey C. (2008). Compartmentalized dendritic plasticity and input feature storage in neurons. Nature. 452 (7186): 436—441. doi:10.1038/nature06725. ISSN 0028-0836.
- Koch Christof and Segev Idan (2000). The role of single neurons in information processing. Nature Neuroscience. 3 (Supp): 1171—1177. doi:10.1038/81444. ISSN 1097-6256.
{{}}
: Cite має пустий невідомий параметр:|1=
() - Branco Tiago and Häusser Michael (2010). The single dendritic branch as a fundamental functional unit in the nervous system. Current Opinion in Neurobiology. 20 (4): 494—502. doi:10.1016/j.conb.2010.07.009. ISSN 0959-4388.
- Losonczy Attila and Magee Jeffrey C. (2006). Integrative Properties of Radial Oblique Dendrites in Hippocampal CA1 Pyramidal Neurons. Neuron. 50 (2): 291—307. doi:10.1016/j.neuron.2006.03.016. ISSN 0896-6273.
- Makara Judit K., Losonczy Attila, Wen Quan, and Magee Jeffrey C. (2009). Experience-dependent compartmentalized dendritic plasticity in rat hippocampal CA1 pyramidal neurons. Nature Neuroscience. 12 (12): 1485—1487. doi:10.1038/nn.2428. ISSN 1097-6256.
- Legenstein R. and Maass W. (2011). Branch-Specific Plasticity Enables Self-Organization of Nonlinear Computation in Single Neurons. Journal of Neuroscience. 31 (30): 10787—10802. doi:10.1523/JNEUROSCI.5684-10.2011. ISSN 0270-6474.
- Lebedeva S.A., Stepanyuk A. R., and Belan P. V. (2013). Local Signalization in Dendrites and Mechanisms of Short-Term Memory. Neurophysiology. 45 (4): 359—367. doi:10.1007/s11062-013-9381-6. ISSN 0090-2977.
- Kleindienst T., Winnubst J., Roth-Alpermann C., Bonhoeffer T., Lohmann C. (2011). Activity-Dependent Clustering of Functional Synaptic Inputs on Developing Hippocampal Dendrites. Neuron. 72 (6): 1012—1024. doi:10.1016/j.neuron.2011.10.015. ISSN 0896-6273.
- Makino Hiroshi and Malinow Roberto (2011). Compartmentalized versus Global Synaptic Plasticity on Dendrites Controlled by Experience. Neuron. 72 (6): 1001—1011. doi:10.1016/j.neuron.2011.09.036. ISSN 0896-6273.
- Yadav A., Gao Yuan Z., Rodriguez A., Dickstein D.L., Wearne S.L., Luebke J.I., Hof P.R., Weaver C.M. (2012). Morphologic evidence for spatially clustered spines in apical dendrites of monkey neocortical pyramidal cells. The Journal of Comparative Neurology. 520 (13): 2888—2902. doi:10.1002/cne.23070. ISSN 0021-9967.
- Fu Min, Yu Xinzhu, Lu Ju and Zuo Yi (2012). Repetitive motor learning induces coordinated formation of clustered dendritic spines in vivo. Nature. 483 (7387): 92—95. doi:10.1038/nature10844. ISSN 0028-0836.
- Chen T.W., Wardill T.J., Sun Y., Pulver S.R., Renninger S.L., Baohan A., Schreiter E.R., Kerr R.A., Orger M.B., Jayaraman V., Looger L.L., Svoboda K., and Kim D.S. (2013). Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity. Nature. 499 (7458): 295—300. doi:10.1038/nature12354. ISSN 0028-0836.
- Takahashi N., Kitamura K., Matsuo N., Mayford M., Kano M., Matsuki N., Ikegaya Y. (2012). Locally Synchronized Synaptic Inputs. Science. 335 (6066): 353—356. doi:10.1126/science.1210362. ISSN 0036-8075.
- Varga Z., Jia H., Sakmann B., and Konnerth A. (2011). Dendritic coding of multiple sensory inputs in single cortical neurons in vivo. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108 (37): 15420—15425. doi:10.1073/pnas.1112355108. ISSN 0027-8424.
- Larkum Matthew E and Nevian Thomas (2008). Synaptic clustering by dendritic signalling mechanisms. Current Opinion in Neurobiology. 18 (3): 321—331. doi:10.1016/j.conb.2008.08.013. ISSN 0959-4388.
- DeRoo Mathias, Klauser Paul and Muller Dominique (2008). LTP Promotes a Selective Long-Term Stabilization and Clustering of Dendritic Spines. PLoS Biology. 6 (9): e219. doi:10.1371/journal.pbio.0060219. ISSN 1544-9173.
{{}}
: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом () - Goldberg Jesse, Holthoff Knut, adn Yuste Rafael (2002). A problem with Hebb and local spikes. Trends in Neurosciences. 25 (9): 433—435. doi:10.1016/S0166-2236(02)02200-2. ISSN 0166-2236.
- Holthoff K., Kovalchuk Y., Yuste R., and Konnerth A. (2004). Single-shock LTD by local dendritic spikes in pyramidal neurons of mouse visual cortex. The Journal of Physiology. 560 (1): 27—36. doi:10.1113/jphysiol.2004.072678. ISSN 0022-3751.
- Sjostrom P. J., Rancz E. A., Roth A., Hausser M. (2008). Dendritic Excitability and Synaptic Plasticity. Physiological Reviews. 88 (2): 769—840. doi:10.1152/physrev.00016.2007. ISSN 0031-9333.
- Kamondi Anita, Acsády László, and Buzsáki György (15 травня 1998). The Journal of Neuroscience,: 3919—3928 http://www.jneurosci.org/content/18/10/3919.long.
{{}}
: Пропущений або порожній|title=
(); Проігноровано невідомий параметр|Volume=
(можливо,|volume=
?) () - Abraham Wickliffe C. and Bear Mark F. (1996). Metaplasticity: the plasticity of synaptic plasticity. Trends in Neurosciences. 19 (4): 126—130. doi:10.1016/S0166-2236(96)80018-X. ISSN 0166-2236.
- Noguchi Jun, Matsuzaki Masanori, Ellis-Davies Graham C.R., and Kasai Haruo (2005). Spine-Neck Geometry Determines NMDA Receptor-Dependent Ca2+ Signaling in Dendrites. Neuron. 46 (4): 609—622. doi:10.1016/j.neuron.2005.03.015. ISSN 0896-6273.
- Rusakov D.A. and Fine A. (2003). Extracellular Ca2+ Depletion Contributes to Fast Activity-Dependent Modulation of Synaptic Transmission in the Brain. Neuron. 37 (2): 287—297. doi:10.1016/S0896-6273(03)00025-4. ISSN 0896-6273.
- Holthoff Knut, Kovalchuk Y., and Konnerth A. (2006). Dendritic spikes and activity-dependent synaptic plasticity. Cell and Tissue Research. 326 (2): 369—377. doi:10.1007/s00441-006-0263-8. ISSN 0302-766X.
- Chavis Pascale, Sun Le, Han Xu, and He Shigang (2011). Direction-Selective Circuitry in Rat Retina Develops Independently of GABAergic, Cholinergic and Action Potential Activity. PLoS ONE. 6 (5): e19477. doi:10.1371/journal.pone.0019477. ISSN 1932-6203.
{{}}
: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом () - Vaney David I., Sivyer Benjamin and Taylor W. Rowland (2012). Direction selectivity in the retina: symmetry and asymmetry in structure and function. Nature Reviews Neuroscience. doi:10.1038/nrn3165. ISSN 1471-003X.
- Single S. and Borst A. (1998). Dendritic Integration and Its Role in Computing Image Velocity. Science. 281 (5384): 1848—1850. doi:10.1126/science.281.5384.1848.
- Barlow HB and Levick WR (1 червня 1965). The mechanism of directionally selective units in rabbit's retina. The Journal of physiology: 477—504.
{{}}
: Проігноровано невідомий параметр|Volume=
(можливо,|volume=
?) ()[недоступне посилання з серпня 2019] - Kong Jee-Hyun, Fish Daniel R., Rockhill Rebecca L., and Masland Richard H. (2005). Diversity of ganglion cells in the mouse retina: Unsupervised morphological classification and its limits. The Journal of Comparative Neurology. 489 (3): 293—310. doi:10.1002/cne.20631. ISSN 0021-9967.
- Masland R (2001). Neuronal diversity in the retina. Current Opinion in Neurobiology. 11 (4): 431—436. doi:10.1016/S0959-4388(00)00230-0. ISSN 0959-4388.
- Rall Wilfrid (December 1969,). . Biophysical Journal : 1483—1508. doi:10.1016/S0006-3495(69)86467-2. Архів оригіналу за 24 вересня 2015. Процитовано 4 листопада 2013.
{{}}
: Проігноровано невідомий параметр|Volume=
(можливо,|volume=
?) () - Koch C., Poggio T. and Torres V. (1982). Retinal Ganglion Cells: A Functional Interpretation of Dendritic Morphology. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 298 (1090): 227—263. doi:10.1098/rstb.1982.0084. ISSN 0962-8436.
- Taylor Rowland W. and Vaney David I. (1 вересня 2002). . The Journal of Neuroscience : 7712—7720. Архів оригіналу за 12 серпня 2017. Процитовано 4 листопада 2013.
{{}}
: Проігноровано невідомий параметр|Volume=
(можливо,|volume=
?) () - Borg-Graham L and Grzywacz NM. (1992). A model of the directional selectivity circuit in retina: transformations by neurons singly and in concert. У McKenna T, Davis JL, Zoenetzer SF (ред.). Single Neuron Computation. Academic Press. с. 347—375. ISBN .
- Masland Richard H. (2001). The fundamental plan of the retina. Nature Neuroscience. 4 (9): 877—886. doi:10.1038/nn0901-877. ISSN 1097-6256.
- Macneil Margaret A., Heussy John K., Dacheux Ramon F., Raviola Elio, and Masland Richard H. (1999). The shapes and numbers of amacrine cells: Matching of photofilled with Golgi-stained cells in the rabbit retina and comparison with other mammalian species. The Journal of Comparative Neurology. 413 (2): 305—326. doi:10.1002/(SICI)1096-9861(19991018)413:2<305::AID-CNE10>3.0.CO;2-E. ISSN 0021-9967.
- Yoshida Kazumichi, Watanabe Dai, Ishikane Hiroshi, Tachibana Masao, Pastan Ira, and Nakanishi Shigetada (2001). A Key Role of Starburst Amacrine Cells in Originating Retinal Directional Selectivity and Optokinetic Eye Movement. Neuron. 30 (3): 771—780. doi:10.1016/S0896-6273(01)00316-6. ISSN 0896-6273.
- Euler Thomas, Detwiler Peter B., and Denk Winfried (2002). Directionally selective calcium signals in dendrites of starburst amacrine cells. Nature. 418 (6900): 845—852. doi:10.1038/nature00931. ISSN 0028-0836.
- Hausselt Susanne E., Euler Thomas, Detwiler Peter B., and Denk Winfried (2007). A Dendrite-Autonomous Mechanism for Direction Selectivity in Retinal Starburst Amacrine Cells. PLoS Biology. 5 (7): e185. doi:10.1371/journal.pbio.0050185. ISSN 1544-9173.
{{}}
: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом () - Taylor W.Rowland and Vaney David I. (2003). New directions in retinal research. Trends in Neurosciences. 26 (7): 379—385. doi:10.1016/S0166-2236(03)00167-X. ISSN 0166-2236.
- Grimes William N., Zhang Jun, Graydon Cole W., Kachar Bechara, and Diamond Jeffrey S. (2010). Retinal Parallel Processors: More than 100 Independent Microcircuits Operate within a Single Interneuron. Neuron. 65 (6): 873—885. doi:10.1016/j.neuron.2010.02.028. ISSN 0896-6273.
- Gollisch Tim and Meister Markus (2010). Eye Smarter than Scientists Believed: Neural Computations in Circuits of the Retina. Neuron. 65 (2): 150—164. doi:10.1016/j.neuron.2009.12.009. ISSN 0896-6273.
- Chávez Andrés E., Singer Joshua H., and Diamond Jeffrey S. (2006). Fast neurotransmitter release triggered by Ca influx through AMPA-type glutamate receptors. Nature. 443 (7112): 705—708. doi:10.1038/nature05123. ISSN 0028-0836.
- Chklovskii D. (2 вересня 2004). . Neuron: 609—617. doi:10.1016/j.neuron.2004.08.012. Архів оригіналу за 5 жовтня 2013. Процитовано 4 листопада 2013.
{{}}
: Проігноровано невідомий параметр|Volume=
(можливо,|volume=
?) (); Текст «Issue 5» проігноровано () - Oertel D. (1999). THE ROLE OF TIMING IN THE BRAIN STEM AUDITORY NUCLEI OF VERTEBRATES. Annual Review of Physiology. 61 (1): 497—519. doi:10.1146/annurev.physiol.61.1.497. ISSN 0066-4278.
- Grothe B., Pecka M., & McAlpine D. (2010). Mechanisms of Sound Localization in Mammals. Physiological Reviews. 90 (3): 983—1012. doi:10.1152/physrev.00026.2009. ISSN 0031-9333.
- Zhou Y., Carney Laurel H., and Colburn H. Steven (2005). A Model for Interaural Time Difference Sensitivity in the Medial Superior Olive: Interaction of Excitatory and Inhibitory Synaptic Inputs, Channel Dynamics, and Cellular Morphology. Journal of Neuroscience. 25 (12): 3046—3058. doi:10.1523/JNEUROSCI.3064-04.2005. ISSN 0270-6474.
- Stiefel Klaus M., Tapson Jonathan, and van Schaik André (2013). Temporal Order Detection and Coding in Nervous Systems. Neural Computation. 25 (2): 510—531. doi:10.1162/NECO_a_00400. ISSN 0899-7667.
- Joris Philip X, Smith Philip H, and Yin Tom C.T (1998). Coincidence Detection in the Auditory System. Neuron. 21 (6): 1235—1238. doi:10.1016/S0896-6273(00)80643-1. ISSN 0896-6273.
- Agmon-Snir Hagai, Carr Catherine E. and Rinzel John (1998). The role of dendrites in auditory coincidence detection. Nature. 393 (6682): 268—272. doi:10.1038/30505. ISSN 0028-0836.
- Trussell Laurence O. (1999). Synaptic mechanisms for coding timing in auditory neurons. Annual Review of Physiology. 61 (1): 477—496. doi:10.1146/annurev.physiol.61.1.477. ISSN 0066-4278.
- Mathews Paul J., Jercog Pablo E., Rinzel John, Scott Luisa L., and Golding Nace L. (2010). Control of submillisecond synaptic timing in binaural coincidence detectors by Kv1 channels. Nature Neuroscience. 13 (5): 601—609. doi:10.1038/nn.2530. ISSN 1097-6256.
- Scott L.L., Mathews P.J., and Golding N.L. (2010). Perisomatic Voltage-Gated Sodium Channels Actively Maintain Linear Synaptic Integration in Principal Neurons of the Medial Superior Olive. Journal of Neuroscience. 30 (6): 2039—2050. doi:10.1523/JNEUROSCI.2385-09.2010. ISSN 0270-6474.
- Golding N.L. and Oertel D. (2012). Synaptic integration in dendrites: exceptional need for speed. The Journal of Physiology. 590 (22): 5563—5569. doi:10.1113/jphysiol.2012.229328. ISSN 0022-3751.
- McGinley M. J., Liberman M. C., Bal R., and Oertel D. (2012). Generating Synchrony from the Asynchronous: Compensation for Cochlear Traveling Wave Delays by the Dendrites of Individual Brainstem Neurons. Journal of Neuroscience. 32 (27): 9301—9311. doi:10.1523/JNEUROSCI.0272-12.2012. ISSN 0270-6474.
- Grienberger Christine, Adelsberger Helmuth, Stroh Albrecht, Milos Ruxandra-Iulia, Garaschuk Olga, Schierloh Anja, Nelken Israel, and Konnerth Arthur (2011). Sound-evoked network calcium transients in mouse auditory cortex in vivo. The Journal of Physiology: no—no. doi:10.1113/jphysiol.2011.222513. ISSN 0022-3751.
- Gilson Matthieu, Bürck Moritz, Burkitt Anthony N., and van Hemmen J. Leo (2012). Frequency Selectivity Emerging from Spike-Timing-Dependent Plasticity. Neural Computation. 24 (9): 2251—2279. doi:10.1162/NECO_a_00331. ISSN 0899-7667.
Література
- Stuart G, Spruston N, Hausser M., ред. (1999). Dendrites. Oxford University Press. с. 139—160. ISBN .
{{}}
: Перевірте значення|isbn=
: недійсний символ () - Segev I., Rinzel J. and Shepherd G., ред. (1995). The Theoretical Foundation of Dendritic Function: Selected Papers of Wilfrid Rall with Commentaries. MIT Press. с. 456. ISBN .
- Yuste, Rafael (2010). Dendritic Spines. MIT Press. с. 264. ISBN .
- Tuckwell, Henry C. (1988). Introduction to Theoretical Neurobiology: Volume 1, Linear Cable Theory and Dendritic Structure. Cambridge University Press. с. 304. ISBN .
- Koch, Christof (2004). Biophysics of Computation: Information Processing in Single Neurons. Oxford University Press. с. 562. ISBN .
Оглядові статті
- Magee Jeffrey C and Johnston Daniel (2005). Plasticity of dendritic function. Current Opinion in Neurobiology. 15 (3): 334—342. doi:10.1016/j.conb.2005.05.013. ISSN 0959-4388.
- Sjostrom P. J., Rancz E. A., Roth A., Hausser M. (2008). Dendritic Excitability and Synaptic Plasticity. Physiological Reviews. 88 (2): 769—840. doi:10.1152/physrev.00016.2007. ISSN 0031-9333.
- Hausser M. (27 жовтня 2000). . Science. 290: 739—744. doi:10.1126/science.290.5492.739. Архів оригіналу за 28 вересня 2014. Процитовано 4 листопада 2013.
- London Michael and Häusser Michael (2005). Dendritic computation. Annual Review of Neuroscience. 28 (1): 503—532. doi:10.1146/annurev.neuro.28.061604.135703. ISSN 0147-006X.
- Mel Bartlett W. (1994). Information Processing in Dendritic Trees. Neural Computation. 6 (6): 1031—1085. doi:10.1162/neco.1994.6.6.1031. ISSN 0899-7667.
- Kasai Haruo, Fukuda Masahiro, Watanabe Satoshi, Hayashi-Takag Akiko, and Noguchi Jun (2010). Structural dynamics of dendritic spines in memory and cognition. Trends in Neurosciences. 33 (3): 121—129. doi:10.1016/j.tins.2010.01.001. ISSN 0166-2236.
Див. також
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
U Vikipediyi ye statti pro inshi znachennya cogo termina Plastichnist znachennya Dendritna plastichnist ce harakternij dlya CNS fundamentalnij mehanizm sho lezhit v osnovi sinaptichnoyi potenciaciyi i ye klyuchovim dlya formuvannya pam yati navchannya ta kognitivnih zdibnostej dlya normalnogo funkcionuvannya mozku V osnovi dendritnoyi plastichnosti ye dinamichna priroda dendritiv yaki mozhut buti modulovani cherez zminu yih ob yemu nahilu vtratoyu chi dodavannyam inshih dendritiv i dendritnih shipikiv zminami dovzhini shiyi shipikiv diyeyu na dendritni potencial zalezhni ionni kanali Vsi ci formi dendritnoyi plastichnosti pov yazani iz navchannyam ta pam yattyu i ye osnovoyu unikalnih biologichnih obchislyuvalnih funkcij odinichnih nejroniv Vpliv dendritiv na nejronnu plastichnist Hocha zdatnist nejronnih dendritiv do generaciyi lokalnih potencialiv diyi dendritnih spajkiv vidoma vzhe kilka desyatilit vidnosno malo uvagi pridilyalos zdatnosti dendritiv stimulyuvati sinaptichnu plastichnist Vtim oskilki sinapsi osoblivo zbudzhuvalni najbilshe zoseredzheni v dendritah to dendritni vlastivosti povinni suttyevo vplivati na poyavu ta formuvannya riznih tipiv sinaptichnoyi ta nesinaptichnoyi vnutrishnoyi plastichnosti source source source source source source Rist shipika pov yazanij iz strukturnoyu plastichnistyu translokaciya aCaMKII Zmini v morfologiyi dendritiv u doroslomu mozku vidbuvayutsya duzhe povilno Do prikladu trivala vizualizaciya dendritiv v mishi ne pokazala yakih nebud dodavan abo vidalen dendritnih gilok protyagom odnogo misyacya Tomu vvazhayetsya sho ne tak sami dendriti yak dendritni shipiki ye elementarnimi odinicyami zberigannya pam yati ta formuvannya sinaptichnoyi plastichnosti obumovlenoyi zminami v sinaptichnij efektivnosti cherez dovgotrivalu potenciaciyu LTP i dovgostrokove osblablennya LTD Na vidminu vid dendritiv shipiki neperervno i spontanno formuyutsya u mozku ruhayuchis virostayuchi ta vidhodyachi protyagom kilkoh hvilin a yihnij rozmir korelyuye z yihnoyu funkcionalnoyu sinaptichnoyu efektivnistyu yak in vivo tak in vitro Progres v tehnologiyi in vivo nejrovizualizaciyi dozvoliv viyaviti plastichni zmini v nejronalnih vlastivostyah pov yazanih iz navchannyam ta pam yattyu Taki zmini vklyuchayut perebudovu v morfologiyi vzhe isnuyuchih sinapsiv zokrema zbilshennya dendritnih shipikiv protyagom LTP i zmenshennya shipikiv protyagom LTD Inshi strukturni zmini mozhut vklyuchati poyavu novih sinaptichnih kontaktiv obumovlenih poyavoyu novih dendritnih shipikiv vnaslidok stimulyaciyi sinaptichnoyi plastichnosti Odnim iz dokaziv togo sho podibni strukturni zmini pov yazani z pam yattyu ta navchannyam ye neshodavnye doslidzhennya yake pokazalo rist dendritnih shipikiv v nejronah yak naslidok ruhovogo navchannya Nezalezhno vid mehanizmiv stimulyuvannya vazhliva oznaka nayavnosti sinaptichnoyi plastichnosti ce zbilshennya vnutrishnoklitinnoyi koncentraciyi kalciyu protyagom stimulyuvannya Vid amplitudi i trivalosti postsinaptichnogo timchasovogo zbilshennya kalciyu protyagom stimulyuvannya zalezhit te posilitsya chi poslabitsya sinaptichna peredacha Trivale i pomirne zbilshennya kalciyu vede do LTD todi yak korotke i silne zbilshennya do LTP Aktivaciya tilki odnogo zbudzhuvalnogo sinapsu vede do nakopichennya kalciyu v individualnih dendritnih shipikah zaluchayuchi dlya cogo NMDA receptori sho zavdyaki suchasnim dosyagnennyam u tehnologiyi nejrovizualizaciyi mozhe buti pobacheno ta vimiryano in vivo Vtim do cogo chasu kilkisnih ocinok kalciyevih impulsiv sho lezhat v osnovi cih mehanizmiv ne otrimano STDP LTP ta LTD A Stimulyaciya STDP shlyahom sinhronizaciyi presinaptichnih spajkiv ta ZPSP EPSP iz postsinaptichnimi spajkami bAP potencial diyi zvorotnogo poshirennya B Pre do post spajki stimulyuyut LTP a post do pre spajki stimulyuyut LTD Sami po sobi pre abo postsinaptichni spajki ne zminyuyut sinaptichnu silu vagu S STDP zmina sinaptichnih zv yazkiv yak funkciya vidnosnoyi sinhronizaciyi pre i postsinaptichnih spajkiv pislya povtoryuvanoyi korelyaciyi 60 spajkiv z chastotoyu 1 Gc Hebbivska plastichnist NMDA plastichnist A Vezikuli v presinaptichnih zakinchennyah mistyat glutamat yak nejromediator zapovneni trikutniki Pri potenciali spokoyu kanal NMDA receptora blokuyetsya magniyem B Koli potencial diyi AP dosyagaye presinaptichnogo zakinchennya vezikula zlivayetsya z membranoyu klitini glutamat vihodit v sinaptichnu shilinu ta zv yazuyetsya NMDA ta ne NMDA receptorami na postsinaptichnij membrani Pri potenciali spokoyu kanal NMDA receptora zalishayetsya zablokovanim ionom magniyu todi yak ne NMDA kanali vidchinyayutsya vnizu C Koli membrana postsinaptichnogo nejrona depolyarizuyetsya to pripinyayetsya blokuvannya magniyem i kalciyevi ioni vhodyat u klitinu D Depolyarizaciya postsinaptichnoyi membrani mozhe buti sprichinena zvorotnim poshirennyam potencialu diyi BPAP E Klitinni mehanizmi zalezhnoyi vid chasu plastichnosti Biohimichni signalni shlyahi dlya bilshosti form STDP Chervonim vkazana depolyarizaciya Dlya mGluR CB1 LTD presinaptichnij detektor zbigiv pokazanij zelenoyu strilkoyu a postsinaptichnij sinoyu mGluR metabotropnij glutamat receptor CB kanabinoyidi N i A NMDA i AMPA receptori A astrocit Vidkrittya potencialiv diyi zvorotnogo poshirennya bulo odnim iz pershih svidchen sinaptichnoyi plastichnosti v dendritah oskilki voni umozhlivlyuyut chasovu koordinaciyu ta viyavlennya zbigiv Rezultati bagatoh doslidzhen pidtverdzhuyut sho Ca2 impulsi pov yazani z bAP ta sinaptichnimi vhidnimi impulsami sumuyutsya superlinijno koli sinhronnist dvoh podij vidbuvayetsya v dosit vuzkomu chasovomu intervali lt 50 msk Cya vzayemodiya mizh vhodom ta vihodom dozvolyaye spajkam sho sliduyut za sinaptichnim vhidnim impulsom protyagom kilkoh desyatkiv mikrosekund mks zgeneruvati postsinaptichnij kalciyevij potencial yakij ye znachno bilshim anizh yakbi spajk pereduvav vhidnomu impulsu abo nadto silno vidstavav vid nogo gt 50 mks Cya chasova sinhronnist obumovlyuyutsya NMDA receptorom ta potencialzalezhnimi kanalami i ye odnim iz mehanizmiv plastichnosti zalezhnoyi vid chasu spajku spike timing dependent plasticity STDP yaka ye rozshirenoyu versiyeyu hebbivskoyi modeli sinaptichnoyi plastichnosti Pravilo navchannya Hebba vimagaye viyavlennya zbigiv v presinaptichnij ta postsinaptichnij aktivnosti Vidpovid detektora zbigiv za prisutnosti oboh impulsiv maye buti yakisno vidminnoyu vid vidpovidi do kozhnogo z cih impulsiv okremo Yak bulo zgadano pered cim najkrashe na rol takogo detektora pidhodit unikalnij makromolekulyarnij kompleks NMDA receptor NMDA R yakij mozhe lezhati v osnovi LTP Mayuchi ryad nezvichnih biofizichnih ris NMDA R vidchinyayetsya tilki koli obidva presinaptichnij ta postsinaptichnij nejroni ye aktivovanimi Tobto vidchinennya receptora vimagaye i presinaptichnogo himichnogo impulsu vivilnennya Nejromediatori glutamatu i postsinaptichnogo elektrichnogo potencialu lokalnoyi membrannoyi depolyarizaciyi Koli ci dvi umovi vikonuyutsya v toj samij chas vidchinennya NMDA R dozvolyaye Ca2 ionam uvijti v postsinaptichnij nejron ta aktivuvati Ca2 chutlivi fermenti sho vreshti resht i privodyat do sinaptichnogo posilennya abo poslablennya Yak i inshij ionotropnij receptor AMPA receptor NMDA R aktivuyetsya zbudzhuvalnim nejromediatorom glutamatom ale jogo sprijnyatlivist do cogo mediatora znachno bilsha EC50 v diapazoni 1 sho robit cej receptor bilsh sprijnyatlivim do jogo menshih koncentracij Vin takozh maye povilnishu chastotu deaktivaciyi pislya korotkotrivalogo zastosuvannya glutamatu sho oznachaye sho buduchi odin raz presinaptichno vivilnenij glutamat zv yazuyetsya z receptorom i zalishayetsya z yednanim z nim protyagom dovgogo chasu Cherez ce NMDA R diye yak dovgotrivalij indikator presinaptichnoyi aktivnosti Same ci vlastivosti roblyat NMDA receptor idealnoyu osnovoyu dlya sinaptichnoyi plastichnosti napr STDP ta viyavlennya zbigiv Klasterna plastichnist Oskilki vnutrishnoklitinna koncentraciya kalciyu ye neobhidnoyu umovoyu dlya viniknennya sinaptichnoyi plastichnosti to sinaptichno porodzheni lokalni dendritni spajki mozhut buti odniyeyu z prichin sinaptichnoyi plastichnosti i navit sami po sobi sprichinyati LTP ta LTD Tak do prikladu v odnomu z neshodavnih doslidzhen bulo zrobleno neochikuvane vidkrittya sho sinaptichno viklikani dendritni spajki stimulyuyut LTP v CA1 nejronah gipokampa odnak cya sinaptichna plastichnist ne potrebuye aktivnogo zvorotnogo poshirennya natriyevih somatichnih potencialiv diyi oskilki voni blokuyutsya lokalnim zastosuvannyam do najblizhchoyi chastini apikalnogo dendrita antagonista natriyevogo kanalu TTX Skorish za vse formuvannya micnoyi LTP u viddalenih dendritah potrebuye vidnosno silnoyi stimulyaciyi i yak naslidok lokalnih dendritnih spajkiv a ne oslablenogo potencialu zvorotnogo poshirennya V comu zh samomu doslidzhenni bulo pokazano sho LTP v blizkih dendritah takozh mozhe buti viklikane lokalnimi dendritnimi spajkami za vidsutnosti somatichnih potencialiv diyi Vidtak stimulyaciya plastichnosti ne obov yazkovo povinna buti pov yazana iz aksonnim zvorotnim potencialom diyi A oskilki prostorovo razom lokalizovani sinaptichni vhidni impulsi mayut bilshu imovirnist viklikati lokalni dendritni spajki ta LTP z cogo viplivaye vazhlivij visnovok sho aksoni presinaptichnih nejroniv iz korelovanoyu aktivnistyu utvoryuyut sinaptichni klasteri v dendritnomu derevi do yakogo nadsilayut impulsi Podibna sinaptichna klasterizaciya t zv gipoteza klasternoyi plastichnosti bula teoretichno peredbachena she do yiyi vidkrittya yak efektivnij sposib obrobki ta zberezhennya informaciyi nejronom Klasterna plastichnist mozhe zv yazuvati razom funkcionalno poyednani vhidni impulsi yaki nadhodyat do dendritiv ta zbilshuvati v individualnih nejronah zdatnist zberigannya shlyahom zaluchennya nelinijnih potencial zalezhnih kanaliv Bilshe togo klasterna plastichnist mozhe zbilshuvati imovirnist generaciyi lokalnogo spajku cherez pidsilennya dendritnoyi zbudlivosti sho v svoyu chergu zmicnyuye poyednannya mizh dendritnoyu gilkoyu ta somoyu Podibne posilennya sili dendritnoyi gilki umozhlivlyuye porodzhennya tochnogo v chasi ta nadijnogo somatichnogo vihidnogo signalu buduchi osnovoyu dostovirnoyi peredachi informaciyi na rivni odinichnih nejroniv Iz poyavoyu tehnologiyi dvo fotonnogo vivilnennya glutamatu vinikla mozhlivist tochnogo spryamuvannya glutamatu do mnozhini chi navit odnogo shipika Zastosuvannya ciyeyi tehniki do dendritiv viyavili bimodalnij rozpodil dendritnih gilok odna populyaciya gilok iz slabkimi vidpovidyami na sinhronni sinaptichni stimulyaciyi a insha iz bilsh silnimi Tobto informaciya v nejronah mozhe zberigatis ne tilki u formi sinaptichnih vag vhidnih sinapsiv a dendritni gilki zdatni aktivno viyavlyati specifichni vlastivosti vhidnih signaliv napr yih sinhronnist Bilshe togo vnutrishni vlastivosti dendritnih gilok mozhut zminyuvatis v rezultati aktivnosti ta protyagom nakopichennya dosvidu Neshodavnye unikalne doslidzhennya novizna rezultativ yakogo porodila cilij ryad novih gipotez ta modelej dendritnoyi plastichnosti pokazalo sho pri odnochasnij stimulyaciyi klasteriv sinapsiv na dendritnij gilci yih povtorna aktivaciya prizvodit do postupovih zmin u vidpovidi membrani na stimuli Zokrema bulo viyavleno sho v CA1 piramidalnih nejronah gipokampa poyava holinergichnogo agonista prizvodit do togo sho slabki gilki peretvoryuyutsya v gilki iz silnoyu spajkovoyu aktivnistyu shlyahom poyednannya sinaptichnogo zbudzhennya iz postsinaptichnim potencialom diyi Take peretvorennya slabkoyi dendritnoyi gilki znachno pidsilyuye poshirennya lokalnih dendritnih Na spajkiv do somi i obumovlene novoyu formoyu plastichnosti branch strength potentiation potenciaciya sili gilki BSP yaka zdatna znachno zbilshuvati naprugu v somi u porivnyanni iz nepotencijovanimi gilkami Zbilshennya naprugi yake vinikaye v rezultati pidsilennya rozpovsyudzhennya dendritnogo spajku vzdovzh gilki skorish za vse ye naslidkom pridushennya aktivnosti potencialzalezhnih kaliyevih Kv4 2 kanaliv yaki obmezhuyut zbudlivist dendritnoyi gilki Cya specifichna dlya dendritnoyi gilki plastichnist yaka pidsilyuye yiyi silu peretvoryuye temporalno korelovani i zgrupovani sinaptichni vhidni signali v dovgotrivali zmini zbudlivosti gilki buduchi imovirnim mehanizmom zberezhennya vlastivostej vhidnih signaliv osnovoyu pam yati Takim chinom zv yazok mizh lokalnim dendritnim spajkom ta somoyu ye plastichnim i mozhe buti zminenij v specifichnij dlya danoyi gilki sposib cherez obumovlenu NMDA receptorom regulyaciyu dendritnih kaliyevih Kv4 2 kanaliv Todi dendritna gilka postaye yak yedinij integrativnij segment fundamentalnoyu funkcionalnoyu odinicyu v nervovij sistemi i vpliv dendritnogo spajku na somatichnij potencial bude suttyevo riznitis mizh okremimi dendritnimi gilkami Dani rezultati buli pidtverdzheni ciyeyi samoyu grupoyu doslidnikiv yaki viyavili sho CA1 piramidalni nejroni v tvarin sho znahodilis v zbagachenomu seredovishi proyavlyayut polegshene poshirennya dendritnih spajkiv v pidgrupi dendritnih gilok plastichno z yednanih iz somoyu Hocha avtori cih doslidzhen i visunuli gipotezu sho potenciaciya dendritnoyi gilki mozhe lezhati v osnovi dovgotrivalogo zberzhennya patterniv vhidnih signaliv mehanizm ciyeyi plastichnosti zalishavsya nevidomim Tilki neshodavno bula zaproponovana detalna obchislyuvalna model yaka peredbachila odin iz takih mozhlivih mehanizmiv ta dala bilsh uzagalnyuyuche poyasnennya roli dendritiv v nejronnih obchislennyah Cya model vpershe pokazala yak nejroni zavdyaki dendritnim spajkam ta poyednannyu klasichnoyi STDP i neklasichnoyi BSP plastichnosti zdatni vikonuvati skladni nelinijni obchislennya shlyahom samoorganizaciyi Obidva mehanizmi plastichnosti mozhut poroditi konkurenciyu mizh dendritnimi gilkami sho dozvolyaye odnomu nejronu na klitinnomu rivni vikonuvati taki nelinijni obchislennya yaki ranishe vvazhalis mozhlivimi tilki dlya nejronnih merezh napr zdatnist zv yazuvati mnozhinu vhidnih oznak t zv problema zv yazuvannya binding problem Zokrema model na prikladi kilkoh desyatkiv simulyacij demonstruye sho tilki za umovi nelinijnosti dendritnih obchislen nejron zmozhe vikonuvati rozdilennya obraziv pattern separation podvijna plastichnist vnaslidok konkurenciyi dendritiv dozvolyaye sformuvati obrazi v klasteri i potim vikoristovuyuchi prosti logichni operaciyi AND ta OR yih klasifikuvati i zv yazati hocha takij nejron i ne v zmozi realizuvati XOR funkciyu dlya chogo potribni ingibuyuchi sinapsi Otozh dana model pidtverdila gipotezi yaki vinikli na osnovi eksperimentiv sho sila gilki mozhe zberigati risi bagatoh patterniv vhidnih signaliv pam yatati yih Okrim znajdenih svidchen in vitro doslidzhen na korist klasternoyi gipotezi ye ryad doslidzhen yaki pokazuyut formuvannya klasteriv sinaptichnih vhidnih impulsiv in vivo najchastishe formuvannya susidnih chi dochirnih shipikiv u grupi dendritiv Tak cilkom odnoznachno bulo pokazano sho aktivnist dendritnih shipikiv chasto sinhronizuyetsya v mezhah grupi shipikiv yaki znahodyatsya blizko odin do odnogo i ob yednani spilnimi sinaptichnimi vhidnimi signalami vid sinhronizovanih presinaptichnih nejroniv Klasterna sinhronizaciya yaka vinikne v rezultati cogo mozhe sluguvati osnovoyu asociativnogo navchannya na klitinnomu rivni oskilki susidni shipiki tut koduyut riznu informaciyu Odne z poshirenih poyasnen docilnosti sinaptichnoyi klasterizaciyi v dendritah polyagaye v tomu sho spilna aktivaciya sinapsiv v mezhah pevnih dendritiv privede do bilshoyi dendritnoyi depolyarizaciyi yaka v svoyu chergu zapustit regenerativni podiyi 1 tim samim zabezpechuyuchi micnu somatichnu vidpovid V takij sposib sinaptichna klasterizaciya mozhe sluzhiti zasobom dlya garantuvannya sho impulsi yaki skladayutsya iz mnozhini odnochasno aktivovanih sinapsiv nadijno poshiryatsya do somi chi zberezhutsya v dendritah todi yak nekorelovani sinapsi ne matimut vplivu na plastichnist ta potenciali diyi Hocha ce ye dosit privabliva gipoteza i maye ryad eksperimentalnih svidchen isnuyut doslidzhennya iz zovsim protilezhnimi rezultatami koli vhidni impulsi ne klasterizuyutsya ale shiroko rozsiyani po dendritnomu derevu i ne shodyatsya v yedinij dendrit linijno sumuyuchis LTP spriyaye dovgostrokovij vibirkovij stabilizaciyi ta klasterizaciyi dendritnih shipikivNe Hebbivska plastichnist Podibno do togo yak vnutrishno nestabilnoyu ye klasichna Hebbivska plastichnist tak samo formi LTP yaki spirayutsya na dendritni lokalni spajki takozh budut destabilizuvati rozpodilennya vag dendritnogo dereva Tomu yak i u vipadku z hebbivskoyu plastichnistyu stijkist dendritnoyi informaciyi povinne zabezpechuvati dovgotrivale poslablennya Neshodavno bulo znajdeno svidchennya togo sho NMDA podibni spajki v neokorteksi takozh zdatni viklikati LTD ale do velikogo podivu doslidnikiv cya forma LTD dlya svogo viniknennya potrebuye lishe odnogo postrilu t zv odnostrilne LTD i ne potrebuye somatichnogo potencialu diyi hocha mozhlivo cej fenomen mozhe zalezhati vid pevnogo regionu mozku Take odnostrilne sinaptichne pravilo navchannya kardinalno riznitsya vid klasichnogo protokolu stimulyaciyi LTD yake zazvichaj vklyuchaye sotni povtoren i povinno spiratis na zovsim inshi mehanizmi anizh klasichni ta sinhronizacijni formi LTD Beruchi do uvagi yak shvidko viklikayetsya ce odnostrilne LTD doslidniki vvazhayut sho vono mozhe sluguvati dlya inshih obchislyuvalnih cilej anizh klasichni formi LTD napriklad buti osnovoyu dlya odnostrilnogo shvidkogo navchannya She bilshe uskladnilo rozuminnya prirodi dendritnogo obchislennya vidkrittya formi odnostrilnogo LTP hocha vzhe v CA1 nejronah gipokampa Cej tip LTP potrebuye tilki odniyeyi pachki burst presinaptichnoyi aktivnosti i zalezhit vid lokalnih dendritnih spajkiv Vidnosno veliki ZPSPi vikoristani doslidnikami dlya stimulyaciyi odnostrilnogo LTP pripuskayut sho kilka desyatkiv presinaptichnih CA3 piramidalnih nejroniv mali b odnochasno buti aktivovani in vivo z dosit visokoyu chasovoyu tochnistyu sho vtim ye cilkom mozhlivim protyagom gipokampnih gostrih hvil yaki vidno na EEG Vidtak vidkrittya cogo shvidkogo LTP navit yaksho vono obmezhuyetsya tilki pevnim regionom mozku pokazuye shvidkist ta neklasichnist suto dendritnogo obchislennya yake lezhit v osnovi zberezhennya informaciyi buduchi cilkom nezalezhne vid aksonnogo potencialu diyi zvorotnogo poshirennya Tozh vse bilshe nakopichuyetsya danih sho lokalni dendritni spajki mozhut viklikati dvostoronnyu sinaptichnu plastichnist Na vidminu vid STDP yaka potrebuye zbigu mizh pre i postsinaptichnimi spajkami zumovlena lokalnimi spajkami plastichnist vklyuchaye zbig sinaptichnih aktivacij tisno zgrupovanih vhidnih impulsiv do odniyeyi i tiyeyi zh chastini dendritu Ce ye svidchennyam novogo she neznanogo pravila navchannya zgidno z yakim nejroni dilyatsya na veliki nezalezhni moduli integraciyi ta navchannya sho ne zalezhat vid zvichnogo impulsu zvorotnogo zv yazku vid somi bAP Vazhliva vidminnist mizh STDP ta viklikanoyu lokalnimi spajkami plastichnistyu polyagaye v shvidkosti stimulyaciyi todi yak STDP potrebuye bagato povtoren zbizhnih pre post stimulyacij to lishe odnogo lokalnogo spajku dostatno dlya sprichinennya LTD chi LTP ale div takozh Doslidzhennya CA1 piramidalnih nejroniv viyavili sho navit odna aktivaciya yedinogo sinapsa zdatna viklikati lokalnu depolyarizaciyu dostatnyu dlya aktivaciyi NMDA receptoriv Podibne zbilshennya v shvidkosti stimulyaciyi pov yazane v znachnij miri iz vzayemnoyu aktivaciyeyu susidnih NMDA receptoriv sho znahodyatsya na odnomu dendriti Vidtak zalezhna vid lokalnogo spajku plastichnist mozhe buti virishalnim mehanizmom sho lezhit v osnovi shvidkogo zdobuttya spogadiv robochoyi pam yati Dendritni obchislennyaVibirkovist dendritiv do napryamku Vibirkovi do napryamku gangliozni klitini sitkivki DSGC A Vidpovid DSGC na poyavu ta pripinennya neruhomoyi spalahuyuchoyi cyatki V Napryamkova vidpovid na trikutnik sho ruhayetsya v 12 napryamkah Napryamok yakomu klitina viddaye perevagu pokazanij yak strilka v seredini polyarnih koordinat i vidpovidnimi potencialami diyi S Asimetrichni sinaptichni vhidni impulsi reyestrovani koli membrannij potencial buv mizh 65 mV ta 0 mV vidpovidno Znachno bilshij ingibuyuchij impuls pomitnij koli vizualnij stimul ruhavsya v NULL napryamku D Dendritna morfologiya klitini Segment dendritnogo polya buv zbilshenij chitko pokazuyuchi ON E ta OFF F podil dendritiv Diagrama reakcij ON OFF DS ganglioznih klitin na stimul v NULL ta PREF napryamku Vhidni signali zbilshuyutsya v PREF napryamku ta pridushuyutsya v NULL napryamku Vgori Zobrazhennya riznih tipiv amakrinovih klitin Vnizu diagrama zv yazkiv mizh riznimi tipami amakrinovih klitin Zirchastij nejron pokazanij pravoruch ce SAC Vin ne maye aksona a vihidni impulsi vidhodyat z dendritnoyi gilki Odnim z najbilsh yaskravih ta najkrashe vivchenih prikladiv togo naskilki skladnimi mozhut buti dendritni obchislennya ye vibirkovist do napryamku directional selectivity DS Vibirkovi do napryamku nejroni zdatni reaguvati na ruh zobrazhen v odnomu napryamku PREF ale ne v inshomu NULL Ci nejroni isnuyut v bagatoh vidiv vid ochej muh do kori ssavciv i v bilshosti z nih proyavlyayetsya aktivna rol dendritnih obchislen Odne z pershih perekonlivih eksperimentalnih pidtverdzhen zaluchennya dendritiv u vibirkovist napryamku bulo provedene na zorovij sistemi muhi in vivo v yakij isnuye populyaciya velikih internejroniv t zv tangencialnih klitin TC sho prostorovo integruyut vihidni impulsi bagatoh tisyach cilindrichnih klitin kozhna z yakih chutliva lishe do duzhe maloyi chastin zorovogo polya Vsi TC klitini ye sprijnyatlivimi do ruhu voni zbudzhuyutsya ruhom v odnomu napryamku ta galmuyutsya ruhom v protilezhnomu napryamku Poyednavshi vnutrishnoklitinnu reyestraciyu ta kalciyevu vizualizaciyu dendritiv in vivo doslidniki viyavili dva golovni kroki v obrobci informaciyi yaki vikonuyut dendriti TC klitin Zavdyaki obrobci vhidnih elementiv protilezhnih klitin sho mayut inshi perevazhni napryamki napryamkova vibirkovist presinaptichnih nejroniv v TS klitinah ye istotno rozshirenoyu V comu zh doslidzhenni bulo takozh pokazano sho dendritne filtruvannya dopomagaye vidrizniti zminu v kontrasti vnaslidok ruhu stimulu vid zmin pov yazanih iz suto lokalnimi formami stimulu Rezultatom takoyi integraciyi stimuliv ye graduyuvalna depolyarizaciya v aksoni tangencialnih klitin yaka z visokoyu tochnistyu reprezentuye informaciyu pro shvidkist zobrazhennya Klasichnoyu modellyu vivchennya mehanizmiv dendritnogo obchislennya napryamkovoyi vibirkovosti ye doslidzhennya vibirkovosti do napryamku ganglioznih klitin sitkivki Direction Selective Retinal Ganglion Cell DSRGC abo DSGC Sered ganglioznih klitin napryamkovo vibirkovimi ye t zv ON OFF gangliozni klitini Voni diyut yak lokalni detektori ruhu reaguyuchi na ruhayuchisya tochki reshitki ta liniyi v shirokomu diapazoni shvidkostej Pri poyavi chi zniknenni stimulu ON zbudzhuyutsya koli vin potraplyaye na centr yihnogo receptivnogo polya ta ingibuyutsya koli na periferiyu OFF klitini proyavlyayut pryamo protilezhnu reakciyu ON OFF DS klitini mayut dvosharove dendritne derevo iz odnim rozgaluzhennyam v zovnishnij polovini OFF sublamina vnutrishnogo sitchastogo sharu IPL a inshe rozgaluzhennya u vnutrishnij polovini IPL ON sublamina Taka organizaciya DSGC dozvolyaye vidpovidati na napryamok ruhu zobrazhennya temnih ob yektiv na svitlomu foni vikonuyetsya OFF gilkoyu yak i na ob yekti svitlishi anizh fon zdijsnyuyetsya ON gilkoyu Isnuyut chotiri pidtipi DS klitini kozhen z yakih viddaye perevagu odnomu konkretnomu napryamku ruhu Kozhen pidtip pokrivaye sitkivku takim chinom sho utvoryuyetsya nevelike perekrittya dendritiv u takij sposib zdobuvayuchi informaciyu pro napryamok dlya kozhnogo z perevazhayuchih napryamkiv sho dostupni v bud yakomu regioni sitkivki Vilfrid Roll v 1969 roci zaproponuvav pershu prostu model togo yak dendriti mozhut vtilyuvati podibnu DS Narazi zh tochatsya debati shodo viznachennya pervinnogo rivnya nejroniv sho viyavlyaye taku vibirkovist Odni doslidniki vvazhayut sho nelinijnij vzayemozv yazok mizh zbudzhennyam ta ingibuvannyam ye imovirnim mehanizmom dlya poyasnennya DS v ganglioznih klitinah Inshi doslidniki na osnovi teoretichnoyi modeli vvazhayut sho vhidnij impuls do DSRGC vzhe ye vibirkovim do napryamku a pervinno cya vibirkovist mozhe buti obchislyuvana v individualnih dendritnih gilkah zorepodibnih amakrinovih nejroniv starburst amacrine cells SAC yaki ye presinaptichnimi do ganglioznih klitin sitkivki Yaksho bilshist klasichnih teorij napryamkovoyi vibirkovosti rozglyadali yiyi postannya yak rezultat vzayemodiyi mizh nejronami buduyuchi modeli nejronnih merezh to z pogliblennyam vivchennya dendritiv vse chastish vinikayut modeli kotri proponuyut rozglyadati napryamkovu vibirkovist na klitinnomu rivni yak rezultat vnutrishnih vlastivostej nejroniv Odnim iz takih nejroniv de pervinno zdijsnyuyetsya vibirkovist i vvazhayutsya zirchasti amakrinovi klitini Amakrinovi klitini najkrashe pidhodyat dlya podibnih obchislen ruhu Skladayuchis iz 40 morfologichno vidminnih tipiv ci klitini ye najbilshim klasom internejroniv sitkivki Bagato z nih ne mayut aksoniv a yih dendriti sluguyut yak dlya otrimannya vhidnih sinaptichnih impulsiv tak i peredachi vihidnih signaliv tozh voni ne ye dendritami v klasichnomu rozuminni Najbilsh harakternu morfologiyu sered amakrinovih klitin mayut SAC Dendriti SAC iv roztashovani puchkom razom iz DSGC dendritami i same tomu rozglyadayutsya yak najbilsh imovirni kandidati na rol pervinnih detektoriv ruhu Na vidminu vid inshih nejroniv SAC i harakterizuyutsya velicheznim perekrittyam dendritiv i tomu zdatni zabezpechiti rizni pidtipi DSGC nalezhnimi nejronnimi shemami obchislen Yaksho do prikladu SAC viluchiti iz nejronnoyi merezhi napr shlyahom vidalennya klitini to napryamkovo vibirkovi vidpovidi v DSGC h znikayut Zavdyaki majzhe elektrichno izolovanim gilkam yih dendritnogo dereva SAC dendriti reaguyut nezalezhno na svitlovu stimulyaciyu Vidtak inkoli yih navit proponuyut rozglyadati yak avtonomni obchislyuvalni odinici na vidminu vid ciloyi klitini dendriti ye visoko polyarizovanimi strukturami sinaptichni vhidni ta vihidni signali po riznomu rozpodileni vzdovzh dendritiv vhidni sinapsi lokalizovani vzdovzh vsiyeyi dovzhini todi yak vihidni sinapsi pov yazani z vistupami na viddalenij tretini gilok Kozhna golovna gilka vidpovidaye najbilsh silno do vidcentrovogo v napryamku dendritnih zakinchen anizh do docentrovogo v napryamku somi ruhu tim samim proyavlyayuchi dendritnu napryamkovu vibirkovist Z vikoristannyam dvofotonnoyi optichnoyi vizualizaciyi koncentraciyi kalciyu v dendritah SAC bulo viyavleno sho koncentraciya kalciyu na kinchikah dendritiv SAC dijsno ye vibirkovoyu do napryamku Tipi amakrinovih klitin u sitkivci ssavciv 1 All tip amakrinovih klitin v sitkivci mishi 2 A17 amakrinovi klitini v sitkivci shura 3 Zirchasti amakrinovi klitini v sitkivci krolika A17 amakrinovi klitini sitkivki Vivchennya dendritnoyi napryamkovoyi vibirkovosti dozvolilo ociniti naskilki v dijsnosti skladnimi ta nelinijnimi mozhut buti obchislennya yaki vikonuyut dendriti Nove svitlo na dendritnu obrobku informaciyi prolilo provedene Vilyamom Grajmsom Grimes et al novatorske doslidzhennya t zv A17 amakrinovih klitin v sitkivci shura v yakih buli viyavleni skladni formi paralelnih obchislen A Vnutrishnoklitinna reyestraciya v A17 amakrinnih klitinah A17 vidpovidayut na spalahi svitla iz centr depolyarizuyuchoyu reakciyeyu Yih ON centr reakciya vidobrazhaye ON centr signal otrimanij vid palichkovih bipolyarnih klitin Reakciya klitin ye povilnoyu depolyarizaciyeyu sho staye bilsh shvidkoplinnoyu pri yaskravishih stimulah B Formi zv yazkiv A17 klitin z inshimi klitinami sitkivki C Morfologiya A17 klitin D Eksperimentalne pidtverdzhennya isnuvannya izolovanih paralelno obchislyuvalnih funkcionalnih subodinic v A17 klitinah Ob yednanij eksperiment z paroyu varikoz dendritiv A17 klitini viddalenih na 30 mkm Sinaptichni Ca2 koncentraciyi buli viklikani v odnij varikozi v umovah lokalnoyi fiksaciyi potencialu sinya kriva i Potim pereviryalas fluorescenciya Ca2 v najblizhchij varikozi bez zmini stimulu chervona kriva ii odnak viklikani Ca2 tranziyenti v nih buli ridko pomitni Pislya pereklyuchennya na fiksaciyu strumu Ca2 signali znov buli zareyestrovani v oboh varikozah iii ta iv Liva panel pokazuye vgori ta vnizu viklikani sinaptichnoyu stimulyaciyeyu Na osnovi Mayuchi diametr dendritnogo polya 400 mkm v sitkivci shura A17 internejroni nalezhat do pidklasu amakrinovih klitin Yih morfologiya majzhe odnakova dlya vidu ssavciv voni prostyagayut desyatki tonkih dovgih azh do 1 mm dendritiv iz malimi varikozami sho utvoryuyut reciprokni GAMKergichni sinaptichni zvorotni zv yazki na aksonnih zakinchennyah palichkovih bipolyarnih klitin Odna A17 amakrinova klitina otrimuye sinaptichni vhidni scotopic impulsi vid 1000 palichkovih bipolyarnih klitin Voni ne formuyut sinapsi z inshimi amakrinnimi chi ganglioznimi klitinami Vidtak A17 na vidminu susidnih All amakrinovih klitin z vuzkim receptivnim polem mayut zovsim inshu shirshu ploshu receptivnogo polya z yakoyi voni otrimuyut signali z palichok Grajms z kolegami poyednavshi dvo fotonnu vizualizaciyu kalciyu ta obchislyuvalne modelyuvannya div zobrazhennya neochikuvano vidkrili sho navit odna A17 amakrinova klitina zabezpechuye sitkivku priblizno 150 lokalnimi odinicyami mikroshemami zvorotnih zv yazkiv yaki zdatni diyati cilkom nezalezhno odna vid odnoyi postayuchi yak okremi dendritni kompartmenti Zokrema v poyednanni iz poperednimi danimi bulo viyavleno sho nadhodzhennya kalciyu do glutamatnih receptoriv aktivovanih bipolyarnimi klitinami pidsilyuyetsya vivilnennyam kalciyu z vnutrishnih zapasnikiv klitini Cogo kalciyu cilkom dostatno dlya togo shob sprichiniti reciprokne vivilnennya GAMK v aksonni zakinchennya bipolyarnih klitin bez neobhidnosti privedennya v diyu potencial zalezhnih kalciyevih kanaliv Tak unikayetsya znachna zmina membrannoyi naprugi sho mogla b poshiritis na susidni varikozi ta pereshkoditi izolyaciyi Tobto zamist togo abi integruvati shirshi prostorovi signali yak diyut dendriti v bagatoh inshih nejronah veliki A17 amakrinovi klitini izolyuyut reciprokni sinapsi zvorotnogo zv yazku i dendritni segmenti todi diyut yak paralelni nezalezhni subodinici kozhna z yakih obchislyuye lokalno Na osnovi otrimanih danih doslidniki pobuduvali model vidpovidno do yakoyi dendritna gilka A17 mozhe izolyuvati sinaptichni procesi v riznih varikozah dlya potoku fotoniv harakternogo dlya nizko osvitlenih scotopic umov Iz zbilshennyam intensivnosti svitla ta potoku fotoniv imovirnist sinhronnih vhidnih signaliv do susidnih varikoziv vzdovzh dendrita zrostaye sho vede do vzayemodij yaki pidsilyuyut sinaptichnij vhidnij impuls Podibna dendritna skladnist ta shiroke receptivne pole A17 klitin mozhe buti poyasnene v konteksti t zv teoriyi optimizaciyi nejronnih zv yazkiv tim sho nejronna arhitektura evolyucionuvala dlya zabezpechennya potrebi u funkcionalnih nejronnih merezhah razom z tim minimizuyuchi vartist zv yazkiv genetichni metabolichni ta prostorovi resursi potribni dlya nejronnih sistem Veliki nejroni napriklad v kori mozhut rozpodilyati resursi vzdovzh bilshoyi kilkosti sinaptichnih zv yazkiv ale voni potrebuyut bilshe energiyi dlya transportuvannya bilkiv i mayut nabagato bilshe elektrotonichne zagasannya impulsu Ale ce ne stosuyetsya A17 klitin yaki vikoristovuyut skorish rozpodilene paralelne obchislennya anizh integrativne yak piramidalni nejroni Taki unikalni vlastivosti dendritiv A17 klitin zberigayuchi prostorovu gostrotu ta dinamichnij diapazon najkrashe pidhodyat same dlya sitkivki oskilki vona dlya nalezhnogo vikonannya svoyih funkcij povinna buti dostatno tonkoyu i optichno prozoroyu Dendritni obchislennya v sluhovij sistemi Inshij yaskravij priklad vplivu dendritiv na nejronni obchislennya buv viyavlenij pri vivchenni sluhovoyi sistemi zokrema yiyi zdatnosti lokalizuvati zvuk Na vidminu vid inshih sensornih sistem sensornij epitelij vnutrishnogo vuha ne maye chitkoyi reprezentaciyi prostoru oskilki voloskovi klitini vnutrishnogo vuha koduyut chastotu zvuku a ne zvukovij prostir Vidtak zvukova sistema povinna obchislyuvati lokalizaciyu dzherela zvuku v prostori dlya chogo vona vikoristovuye dva binauralni signali yaki dozvolyayut lokalizuvati zvuki v gorizontalnij ploshini interauralnu chasovu riznicyu interaural time difference ITD riznicya v chasi nadhodzhennya zvuku do dvoh vuh ta interauralnu rivnevu riznicyu interaural level difference ILD ITD i vikoristovuyutsya dlya nizko chastotnoyi lt 2 kGc lokalizaciyi a IDL i dlya visoko chastotnoyi MSO nejroni vgori ta nejroni vosminogi vnizu Yaksho zvuk nadhodit frontalno do golovi todi ITD 0 msk Oskilki zvuki z periferiyi viddaleni vid seredinno sagitalnoyi ploshini nadhodyat do vuh iz bilshoyu chasovoyu zatrimkoyu to voni porodzhuyut riznici u chasi nadhodzhennya stimulu do dvoh vuh pochatok ITD i protyagom trivalosti stimulu trivayucha ITD Navit v najbilsh virazheno gorizontalnomu polozhenni zvuku ITD i ye nadto malimi 700 msk v lyudini 400 mks v kotiv ta 135 msk v pishanki Lyudina mozhe rozrizniti ITD i iz 10 20 msk dlya nizkochastotnih zvukiv ta IDL i 1 2 dB Podibna tochnist u koduvanni dzherela zvuku i rozriznenni ITD pov yazana z isnuvannyam bipolyarnih nejroniv v medial superior olive MSO sluhovoyi chastini stovburu mozku u ssavciv ta laminarnomu yadri nucleus laminaris NL u ptahiv MSO klitini mayut bipolyarnu morfologiyu i roztashovani v yedinij parasagitalnij ploshini iz dvoma golovnimi dendritami sho vihodyat vid somi na 180 odin vid odnogo ta prostyagayutsya ortogonalno do dorsoventralnoyi osi yadra Nejroni MSO v deyakih z yakih aksoni navit postayut z dendritiv a ne somi otrimuyut bilateralni zbudzhuvalni vhidni impulsi vid kushistih bushy klitin v cochlear nucleus i mayut chi ne odnu z najbilsh unikalnih organizacij dendritiv u vsij CNS Vhidni signali vid dvoh vuh nadhodyat do odniyeyi MSO klitini cherez dva rizni dendriti vhidni signali nadhodyat do lateralnih dendritiv a kontrlateralni signali do medialnih dendritiv Taka nejmovirna organizaciya umozhlivlyuye rozpodil vhidnih signaliv sho prizvodit do yih elektrotonichnoyi izolyaciyi dozvolyaye pokrashiti sumaciyu signaliv iz dvoh riznih dzherel i uniknuti dominuvannya signalu iz bilsh silnogo dendrita Vnaslidok shvidkih vhidnih sinaptichnih signaliv ci vhidni impulsi fazovo sinhronizovani iz formoyu hvili stimulu z tochnistyu bilshoyu anizh sluhovi nervovi volokna MSO nejroni takozh sinhronizovani po fazi yak iz monauralnimi vid odnogo vuha tak i z binauralnimi vid dvoh vuh stimulami ale proyavlyayut maksimalnu reakciyu todi koli fazovo sinhronizovani potenciali diyi z dvoh storin nadhodyat odnochasno tobto koli riznicya v zapiznennyah providnosti kompensuye ITD Viznachalna rol dendritnih obchislen v sluhovomu viyavlenni zbigiv bula spochatku peredbachena teoretichno na osnovi kompartmentnogo modelyuvannya ta kabelnih vlastivostej dendritiv yaki rozshirili tradicijni tochkovi modeli nejroniv dodavshi do nih dendritni segmenti Cya model ne tilki poyasnila yak dendriti pidsilyuyut viyavlennya ITD ale j takozh te chomu isnuye dendritnij gradiyent Isnuvannya dendritiv v MSO chi NL klitinah vede do poyavi dvoh biofizichnih mehanizmiv yaki spriyayut viyavlennyu zbigiv Pershij mehanizm ce prostorova izolyaciya vhidnih signaliv sho umozhlivlyuye nelinijnu integraciyu vhidnih impulsiv z dvoh vuh Drugij ce te sho dendritnij puchok diye yak stik strumu dlya vhidnih sinaptichnih signaliv Maksimalna vidpovid MSO nejroniv mozhliva lishe todi koli pislya kompensaciyi ITD z dopomogoyu zapiznen vhidni signali yaki voni otrimuyut z dvoh vuh zbigayutsya u chasi Tomu MSO mensh reaguyut na impulsi sho nadhodyat lishe z odnogo vuha navit yaksho ti podvoyilis Yakbi MSO bula linijnoyu sistemoyu take rozriznennya bulo b nemozhlive oskilki potriben deyakij nelinijnij mehanizm sho dempferuye sluhovij signal yaksho toj nadhodit tilki vid odnogo vuha ale ne todi koli vid dvoh vuh odnochasno Vpliv dendritiv na viyavlennya zbigiv v sluhovij sistemi A vgori livoruch Interauralna chasova riznicya ITD ta interauralna riznicya intensivnosti ILD u vidpovid na ton z chastotoyu 35 kGc v malenkogo kazhana Molossus ater zalezhno vid poziciyi dzherela zvuku v gorizontalnij ploshini Pomitno veliki ILD i azh do 40 50 dB u porivnyanni iz duzhe malimi ITD i do 50 mks B vnizu livoruch Shema lokalizaciyi nizkochastotnih zvukiv u verhnomu olivarnomu kompleksi ssavciv S vgori pravoruch a Model bipolyarnogo nejrona dlya detektora zbigiv b Model ITD krivoyi dlya stimulu v 500 Gc pokazuye pokrashennya u koduvanni ITD koli do tochkovoyi somi buli dodani pasivni dendriti Riznicya mizh maskimalnoyu 0 zapiznennya ta minimalnoyu 180 zapiznennya spajkovoyu chastotoyu bula najbilshoyu koli vhidni signali lokalizuvalis na dendritah sucilna kriva u porivnyanni iz modellyu tochkovogo bezdendritnogo nejrona punktirna kriva D vnizu livoruch Shematichne podannya vplivu bipolyarnih dendritiv na lokalizaciyu zvuku a Koli vhidnij signal nadhodit tilki z odnogo vuha dosyagayuchi lishe odnogo dendrita naslidkom nelinijnoyi sumaciyi signalu v dendriti ye generaciya mensh depolyarizuyuchogo sinaptichnogo strumu Yak naslidok sinaptichnij potencial ye nadto malim abi zgeneruvati potencial diyi v aksoni b Koli vhidni signali nadhodyat odnochasno iz dvoh vuh i rozpodilyayutsya na riznih dendritah to nelinijnist v sumaciyi sinaptichnih impulsiv ye mensh istotnoyu Yak naslidok sinaptichnij potencial ye vishim vid porogu zbudzhennya i mozhe generuvati potencial diyi v aksoni Pidvishennya viyavlennya zbigiv a otzhe i lokalizaciyi zvuku MSO klitinami zdijsnyuyetsya zavdyaki nelinijnij sumaciyi t zv nasichennya nelinijnosti vhidnih zbudzhuvalnih sinaptichnih signaliv ta zbilshenni nelinijnoyi vtrati koli signali skupchuyutsya na odnomu dendriti a ne rozpodilyayutsya mizh kilkoma Koli sinaptichni vhidni signali aktivuyutsya na tomu samomu dendriti to vinikaye bilsha lokalna zmina naprugi yaka znizhuye rushijnu silu dlya sinaptichnogo strumu v comu dendriti anizh yakbi sinapsi formuvali kontakti na riznih dendritah V ostannomu vipadku sinaps generuye bilsh depolyarizuyuchij strum i tomu vinikaye bilsha jmovirnist porodzhennya potencialu diyi v aksoni yakij v rezultati signalizuye sho zvuk prijshov z danogo miscya Model detektora zbigiv z dendritami takozh peredbachila optimalnu dovzhinu dendritiv dlya riznih chastot zvukiv Yaksho chastoti zbilshuyutsya to dovzhina dendritiv povinna zmenshuvatis oskilki pri visokih zvukovih chastotah fazova sinhronizaciya staye slabshoyu i v spajkah vinikayut fazovi tremtinnya yaki pereshkodzhayut viyavlennyu zbigiv ta lokalizaciyi dzherela zvuku V takij sposib MSO nejroni proyavlyayut mikrosekundnu vibirkovist do ITD Koli obidva zbudzhuvalni shlyahi do dendritiv aktivuyutsya v mezhah vuzkogo chasovogo intervalu MSO nejroni viyavlyayut zbig sinaptichnih vhidnih impulsiv i generuyut potencial diyi Koli zh ci shlyahi aktivuyutsya asinhronno to MSO nejroni ne generuyut PD Tomu funkciya vidkliku ITD reprezentuye variaciyu chastoti rozryadiv MSO klitin iz vidnosnim zapiznennyam dvoh vhidnih signaliv a otzhe i poziciyu zvuku vzdovzh gorizontalnoyi ploshini Hocha dana model bula pobudovana dlya pasivnih dendritiv neshodavni eksperimentalni doslidzhennya pokazali sho vona takozh dobre pidhodit dlya poyasnennya aktivnoyi roli dendritiv dlya binauralnogo viyavlennya zvukovih zbigiv V odnomu z neshodavnih doslidzhen shlyahom odnochasnoyi soma dendritnoyi reyestraciyi MSO nejroniv pishanki in vitro ta kompartmentnogo modelyuvannya doslidniki viyavili potencialzalezhne zagostrennya ZPSP iv blizhche do somi yake protidiye dendritnomu filtruvannyu sho znizhuye chasovu tochnist impulsiv Ci doslidzhennya vpershe prodemonstruvali neodnoridnij rozpodil nizko porogovih kaliyevih KLVA kanaliv v somi ta dendritah yih vpliv na sinaptichnu chasovu sinhronizaciyu v sluhovij sistemi Hocha Kv1 kanali prisutni yak v somi tak i dendritah yih shilnist bilsh zmishena v bik somi Koli ZPSP i rozpovsyudzhuyutsya vzdovzh viddalenih dendritiv MSO nejroniv pasivne kabelne filtruvannya pritamanne cim dendritam zatrimuye chas narostannya ZPSP iv ta zbilshuye yih trivalist Obumovlene Kv1 kanalami zagostrennya ZPSP iv ne maye na ci dendriti vidchutnogo vplivu navit pid chas silnoyi depolyarizaciyi Odnak koli ci impulsi pronikayut do blizhchih dendritiv ta somi voni diferencijno aktivuyut znachno bilshi nizko porogovi kaliyevi strumi IKLVA bilya somi Cya aktivaciya IKLVA ye dosit trivaloyu protyagom binauralnoyi stimulyaciyi Takim chinom somatichno zmishenij rozpodil IKLVA kompensuye dendritne kabelne filtruvannya ta zberigaye mikrosekundnu chasovu tochnist sinaptichnih potencialiv sho vinikayut u vidokremlenih regionah dendritiv zagostryuyuchi ZPSP i i v takij sposib pokrashuyuchi chasovu tochnist binauralnih detektoriv zbigiv Zovsim po inshomu hocha i dlya tiyeyi samoyi cili viyavlennya zbigiv vikoristovuyutsya dendriti klitinami vosminogami octopus cells sho znahodyatsya v zadnomu zavitkovomu ventralnomu yadri PCVN Voni viyavlyayut zbigi aktivaciyi grupi sluhovih nervovih volokon gt 60 u mishi shirokosmugovimi korotkotrivalimi zvukami Ostanni porodzhuyut bizhuchi hvili u zavitci yaki viklikayut zbudzhennya sluhovih nervovih volokon nalashtovanih na visoki chastoti na kilka milisekund ranishe anizh volokon nalashtovanih na nizki chastoti Na vidminu vid MSO klitin klitini vosminogi dlya kompensaciyi podibnogo kohlearnogo zapiznennya bizhuchoyi hvili vikoristovuyut dendritne pasivne filtruvannya porodzhuyuchi veliki shvidko zrostayuchi integrovani ZPSP i bilya somi source source source source source source source Individualni dendritni shipiki volodiyut vibirkovistyu do chastot toniv Tri poslidovni kalciyevi vidpovidi odinichnih shipikiv na iz zagasannyam 0 dB 100 msk trivalist Yaksho she vidnosno nedavno pri modelyuvanni i vivchenni nejronnih obchislen v sluhovij sistemi dendriti ne bralis do uvagi to z poyavoyu linijnoyi ta nelinijnoyi kabelnih teorij bulo peredbacheno a nastupni doslidzhennya ce eksperimentalno pidtverdili sho bez vklyuchennya dendritiv v nejronni modeli ryad unikalnih ris sluhovoyi sistemi ne mozhut buti poyasneni Odnak she bilshij progres u doslidzhenni skladnih dendritnih obchislen buv zroblenij z vidkrittyam yih aktivnih vlastivostej zdatnosti modulyuvati ta zminyuvati vhidni signali Dlya vipadku sluhovoyi sistemi take vidkrittya aktivnoyi roli dendritiv bulo neshodavno zroblene v novatorskomu doslidzhenni in vivo kalciyevoyi aktivnosti v piramidalnih nejroniv sharu 2 3 sluhovoyi kori mishi na rivni individualnih shipikiv Podibno do dendritiv zorovoyi sistemi bulo viyavleno sho sensorna zvukova stimulyaciya mozhe aktivuvati navit odin shipik i sho rizni shipiki na tomu samomu dendriti viddayut perevagu tonam riznih chastot ta navit zdatni vidpovidati na shirokosmugovij shum Ce doslidzhennya vpershe pokazalo sho sensorna aktivnist stimulyuye ne dendritnij stovbur a shipik yakij vidtak postaye yak okremij chastotno vibirkovij frequency selective segment dendritnogo dereva Razom z tim na vidminu vid bilshosti doslidzhen yaki svidchat pro klasterizaciyu sinaptichnih vhidnih signaliv tut bulo viyavleno sho shipiki ye nadto neodnoridno rozpodileni na dendriti de navit dva susidni shipiki viddayut perevagu riznim chastotam toniv Vtim taka sama chastotna selektivnist okremih segmentiv dendritiv neshodavno bula peredbachena teoretichno na osnovi STDP plastichnosti Ale na vidminu vid zgadanogo eksperimentalnogo doslidzhennya cya teoriya modelyuye dendriti yak pasivni kabeli ne beruchi do uvagi potencialzalezhni kanali ta kalciyevu aktivnist Pri takih riznih posilkah teoriya i eksperiment prihodyat majzhe do odnakovih visnovkiv sho sinapsi v riznih regionah dendritnogo dereva nalashtovani na rizni chastoti Za vinyatkom togo sho matematichna model peredbachaye klasterizaciyu sinapspiv a eksperiment pokazuye yih neodnoridne rozpodilennya po vsomu dendritnomu derevi DzherelaTrachtenberg J T Chen B E Knott G W Feng G Sanes J R Welker E Svoboda K 2002 Long term in vivo imaging of experience dependent synaptic plasticity in adult cortex Nature 420 6917 788 794 doi 10 1038 nature01273 ISSN 0028 0836 Holtmaat Anthony and Svoboda Karel 2009 Experience dependent structural synaptic plasticity in the mammalian brain Nature Reviews Neuroscience 10 9 647 658 doi 10 1038 nrn2699 ISSN 1471 003X Matsuzaki M Ellis Davies G Nemoto T Miyashita Y Iino M and Kasai H 2001 Dendritic spine geometry is critical for AMPA receptor expression in hippocampal CA1 pyramidal neurons Nature Neuroscience 4 11 1086 1092 doi 10 1038 nn736 ISSN 1097 6256 Dent Erik W Merriam Elliott B and Hu Xindao 2011 The dynamic cytoskeleton backbone of dendritic spine plasticity Current Opinion in Neurobiology 21 1 175 181 doi 10 1016 j conb 2010 08 013 ISSN 0959 4388 Noguchi J Nagaoka A Watanabe S Ellis Davies G C R Kitamura K Kano M Matsuzaki Masanori and Kasai H 2011 In vivo two photon uncaging of glutamate revealing the structure function relationships of dendritic spines in the neocortex of adult mice The Journal of Physiology 589 10 2447 2457 doi 10 1113 jphysiol 2011 207100 ISSN 0022 3751 Hubener Mark and Bonhoeffer Tobias 2010 Searching for Engrams Neuron 67 3 363 371 doi 10 1016 j neuron 2010 06 033 ISSN 0896 6273 Kasai Haruo Fukuda Masahiro Watanabe Satoshi Hayashi Takag Akiko and Noguchi Jun 2010 Structural dynamics of dendritic spines in memory and cognition Trends in Neurosciences 33 3 121 129 doi 10 1016 j tins 2010 01 001 ISSN 0166 2236 Xu Tonghui Yu Xinzhu Perlik Andrew J Tobin Willie F Zweig Jonathan A Tennant Kelly Jones Theresa and Zuo Yi 2009 Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories Nature 462 7275 915 919 doi 10 1038 nature08389 ISSN 0028 0836 Kampa B M Letzkus J J and Stuart G J 2006 Requirement of dendritic calcium spikes for induction of spike timing dependent synaptic plasticity The Journal of Physiology 574 1 283 290 doi 10 1113 jphysiol 2006 111062 ISSN 0022 3751 Malenka Robert C 1991 Postsynaptic factors control the duration of synaptic enhancement in area CA1 of the hippocampus Neuron 6 1 53 60 doi 10 1016 0896 6273 91 90121 F ISSN 0896 6273 Golding Nace L Staff Nathan P and Spruston Nelson 2002 Dendritic spikes as a mechanism for cooperative long term potentiation Nature 418 6895 326 331 doi 10 1038 nature00854 ISSN 0028 0836 Sjostrom P and Nelson S 2002 Spike timing calcium signals and synaptic plasticity Current Opinion in Neurobiology 12 3 305 314 doi 10 1016 S0959 4388 02 00325 2 ISSN 0959 4388 Svoboda Karel Mainen Zachary F and Malinow Roberto 1999 Synaptic calcium transients in single spines indicate that NMDA receptors are not saturated Nature 399 6732 151 155 doi 10 1038 20187 ISSN 0028 0836 Jia Hongbo Rochefort Nathalie L Chen Xiaowei and Konnerth Arthur 2010 Dendritic organization of sensory input to cortical neurons in vivo Nature 464 7293 1307 1312 doi 10 1038 nature08947 ISSN 0028 0836 Chen Xiaowei Leischner Ulrich Rochefort Nathalie L Nelken Israel and Konnerth Arthur 2011 Functional mapping of single spines in cortical neurons in vivo Nature 475 7357 501 505 doi 10 1038 nature10193 ISSN 0028 0836 Feldman Daniel E 2012 The Spike Timing Dependence of Plasticity Neuron 75 4 556 571 doi 10 1016 j neuron 2012 08 001 ISSN 0896 6273 Bi Guo qiang Bi and Poo Mu ming 15 grudnya 1998 The Journal of Neuroscience 24 10464 72 Arhiv originalu za 17 kvitnya 2015 Procitovano 4 listopada 2013 Gerstner Wulfram and Kistler Werner M 2002 Spiking Neuron Models Single Neurons Populations Plasticity Cambridge University Press s 480 ISBN 9780521890793 Magee J C and Johnston D 1997 A Synaptically Controlled Associative Signal for Hebbian Plasticity in Hippocampal Neurons Science 275 5297 209 213 doi 10 1126 science 275 5297 209 ISSN 0036 8075 Johnston D Christie B R Frick A Gray R Hoffman D A Schexnayder L K Watanabe S and Yuan L L 2003 Active dendrites potassium channels and synaptic plasticity Philosophical Transactions of the Royal Society B Biological Sciences 358 1432 667 674 doi 10 1098 rstb 2002 1248 ISSN 0962 8436 Nevian T and Sakmann B 2004 Single Spine Ca2 Signals Evoked by Coincident EPSPs and Backpropagating Action Potentials in Spiny Stellate Cells of Layer 4 in the Juvenile Rat Somatosensory Barrel Cortex Journal of Neuroscience 24 7 1689 1699 doi 10 1523 JNEUROSCI 3332 03 2004 ISSN 0270 6474 Abbott L F Song Sen and Miller Kenneth D 2000 Competitive Hebbian learning through spike timing dependent synaptic plasticity Nature Neuroscience 3 9 919 926 doi 10 1038 78829 ISSN 1097 6256 Stuart Greg J and Hausser Michael 2001 Dendritic coincidence detection of EPSPs and action potentials Nature Neuroscience 4 1 63 71 doi 10 1038 82910 Kairiss Edward W Mainen Zachary F Claiborne Brenda J and Brown Thomas H 1992 Dendritic Control of Hebbian Computations 69 83 doi 10 1007 978 1 4615 4010 6 7 Hunt David L and Castillo Pablo E 2012 Synaptic plasticity of NMDA receptors mechanisms and functional implications Current Opinion in Neurobiology 22 3 496 508 doi 10 1016 j conb 2012 01 007 ISSN 0959 4388 Rikhye Rajeev V Tan Xulin and Dongen Antonius MJ Van 2013 BMC Neuroscience 14 399 Arhiv originalu za 10 chervnya 2015 Procitovano 4 listopada 2013 Lisman John and Spruston Nelson 2005 Postsynaptic depolarization requirements for LTP and LTD a critique of spike timing dependent plasticity Nature Neuroscience 8 7 839 841 doi 10 1038 nn0705 839 ISSN 1097 6256 Mel BW 1992 The clusteron toward a simple abstraction for a complex neuron U Moody J Hanson S amp R Lippmann red Advances in neural information processing systems Morgan Kaufmann Publishers s 35 42 ISBN 9781558602229 Poirazi Panayiota and Mel Bartlett W 2001 Impact of Active Dendrites and Structural Plasticity on the Memory Capacity of Neural Tissue Neuron 29 3 779 796 doi 10 1016 S0896 6273 01 00252 5 ISSN 0896 6273 Hausser Michael and Mel Bartlett 2003 Dendrites bug or feature Current Opinion in Neurobiology 13 3 372 383 doi 10 1016 S0959 4388 03 00075 8 ISSN 0959 4388 Poirazi Panayiota Brannon Terrence and Mel Bartlett W 2003 Pyramidal Neuron as Two Layer Neural Network Neuron 37 6 989 999 doi 10 1016 S0896 6273 03 00149 1 ISSN 0896 6273 Frick Andreas Magee Jeffrey amp Johnston Daniel 2004 LTP is accompanied by an enhanced local excitability of pyramidal neuron dendrites Nature Neuroscience 7 2 126 135 doi 10 1038 nn1178 ISSN 1097 6256 Losonczy Attila Makara Judit K and Magee Jeffrey C 2008 Compartmentalized dendritic plasticity and input feature storage in neurons Nature 452 7186 436 441 doi 10 1038 nature06725 ISSN 0028 0836 Koch Christof and Segev Idan 2000 The role of single neurons in information processing Nature Neuroscience 3 Supp 1171 1177 doi 10 1038 81444 ISSN 1097 6256 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Cite maye pustij nevidomij parametr 1 dovidka Branco Tiago and Hausser Michael 2010 The single dendritic branch as a fundamental functional unit in the nervous system Current Opinion in Neurobiology 20 4 494 502 doi 10 1016 j conb 2010 07 009 ISSN 0959 4388 Losonczy Attila and Magee Jeffrey C 2006 Integrative Properties of Radial Oblique Dendrites in Hippocampal CA1 Pyramidal Neurons Neuron 50 2 291 307 doi 10 1016 j neuron 2006 03 016 ISSN 0896 6273 Makara Judit K Losonczy Attila Wen Quan and Magee Jeffrey C 2009 Experience dependent compartmentalized dendritic plasticity in rat hippocampal CA1 pyramidal neurons Nature Neuroscience 12 12 1485 1487 doi 10 1038 nn 2428 ISSN 1097 6256 Legenstein R and Maass W 2011 Branch Specific Plasticity Enables Self Organization of Nonlinear Computation in Single Neurons Journal of Neuroscience 31 30 10787 10802 doi 10 1523 JNEUROSCI 5684 10 2011 ISSN 0270 6474 Lebedeva S A Stepanyuk A R and Belan P V 2013 Local Signalization in Dendrites and Mechanisms of Short Term Memory Neurophysiology 45 4 359 367 doi 10 1007 s11062 013 9381 6 ISSN 0090 2977 Kleindienst T Winnubst J Roth Alpermann C Bonhoeffer T Lohmann C 2011 Activity Dependent Clustering of Functional Synaptic Inputs on Developing Hippocampal Dendrites Neuron 72 6 1012 1024 doi 10 1016 j neuron 2011 10 015 ISSN 0896 6273 Makino Hiroshi and Malinow Roberto 2011 Compartmentalized versus Global Synaptic Plasticity on Dendrites Controlled by Experience Neuron 72 6 1001 1011 doi 10 1016 j neuron 2011 09 036 ISSN 0896 6273 Yadav A Gao Yuan Z Rodriguez A Dickstein D L Wearne S L Luebke J I Hof P R Weaver C M 2012 Morphologic evidence for spatially clustered spines in apical dendrites of monkey neocortical pyramidal cells The Journal of Comparative Neurology 520 13 2888 2902 doi 10 1002 cne 23070 ISSN 0021 9967 Fu Min Yu Xinzhu Lu Ju and Zuo Yi 2012 Repetitive motor learning induces coordinated formation of clustered dendritic spines in vivo Nature 483 7387 92 95 doi 10 1038 nature10844 ISSN 0028 0836 Chen T W Wardill T J Sun Y Pulver S R Renninger S L Baohan A Schreiter E R Kerr R A Orger M B Jayaraman V Looger L L Svoboda K and Kim D S 2013 Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity Nature 499 7458 295 300 doi 10 1038 nature12354 ISSN 0028 0836 Takahashi N Kitamura K Matsuo N Mayford M Kano M Matsuki N Ikegaya Y 2012 Locally Synchronized Synaptic Inputs Science 335 6066 353 356 doi 10 1126 science 1210362 ISSN 0036 8075 Varga Z Jia H Sakmann B and Konnerth A 2011 Dendritic coding of multiple sensory inputs in single cortical neurons in vivo Proceedings of the National Academy of Sciences 108 37 15420 15425 doi 10 1073 pnas 1112355108 ISSN 0027 8424 Larkum Matthew E and Nevian Thomas 2008 Synaptic clustering by dendritic signalling mechanisms Current Opinion in Neurobiology 18 3 321 331 doi 10 1016 j conb 2008 08 013 ISSN 0959 4388 DeRoo Mathias Klauser Paul and Muller Dominique 2008 LTP Promotes a Selective Long Term Stabilization and Clustering of Dendritic Spines PLoS Biology 6 9 e219 doi 10 1371 journal pbio 0060219 ISSN 1544 9173 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Obslugovuvannya CS1 Storinki iz nepoznachenim DOI z bezkoshtovnim dostupom posilannya Goldberg Jesse Holthoff Knut adn Yuste Rafael 2002 A problem with Hebb and local spikes Trends in Neurosciences 25 9 433 435 doi 10 1016 S0166 2236 02 02200 2 ISSN 0166 2236 Holthoff K Kovalchuk Y Yuste R and Konnerth A 2004 Single shock LTD by local dendritic spikes in pyramidal neurons of mouse visual cortex The Journal of Physiology 560 1 27 36 doi 10 1113 jphysiol 2004 072678 ISSN 0022 3751 Sjostrom P J Rancz E A Roth A Hausser M 2008 Dendritic Excitability and Synaptic Plasticity Physiological Reviews 88 2 769 840 doi 10 1152 physrev 00016 2007 ISSN 0031 9333 Kamondi Anita Acsady Laszlo and Buzsaki Gyorgy 15 travnya 1998 The Journal of Neuroscience 3919 3928 http www jneurosci org content 18 10 3919 long a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Propushenij abo porozhnij title dovidka Proignorovano nevidomij parametr Volume mozhlivo volume dovidka Abraham Wickliffe C and Bear Mark F 1996 Metaplasticity the plasticity of synaptic plasticity Trends in Neurosciences 19 4 126 130 doi 10 1016 S0166 2236 96 80018 X ISSN 0166 2236 Noguchi Jun Matsuzaki Masanori Ellis Davies Graham C R and Kasai Haruo 2005 Spine Neck Geometry Determines NMDA Receptor Dependent Ca2 Signaling in Dendrites Neuron 46 4 609 622 doi 10 1016 j neuron 2005 03 015 ISSN 0896 6273 Rusakov D A and Fine A 2003 Extracellular Ca2 Depletion Contributes to Fast Activity Dependent Modulation of Synaptic Transmission in the Brain Neuron 37 2 287 297 doi 10 1016 S0896 6273 03 00025 4 ISSN 0896 6273 Holthoff Knut Kovalchuk Y and Konnerth A 2006 Dendritic spikes and activity dependent synaptic plasticity Cell and Tissue Research 326 2 369 377 doi 10 1007 s00441 006 0263 8 ISSN 0302 766X Chavis Pascale Sun Le Han Xu and He Shigang 2011 Direction Selective Circuitry in Rat Retina Develops Independently of GABAergic Cholinergic and Action Potential Activity PLoS ONE 6 5 e19477 doi 10 1371 journal pone 0019477 ISSN 1932 6203 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Obslugovuvannya CS1 Storinki iz nepoznachenim DOI z bezkoshtovnim dostupom posilannya Vaney David I Sivyer Benjamin and Taylor W Rowland 2012 Direction selectivity in the retina symmetry and asymmetry in structure and function Nature Reviews Neuroscience doi 10 1038 nrn3165 ISSN 1471 003X Single S and Borst A 1998 Dendritic Integration and Its Role in Computing Image Velocity Science 281 5384 1848 1850 doi 10 1126 science 281 5384 1848 Barlow HB and Levick WR 1 chervnya 1965 The mechanism of directionally selective units in rabbit s retina The Journal of physiology 477 504 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Proignorovano nevidomij parametr Volume mozhlivo volume dovidka nedostupne posilannya z serpnya 2019 Kong Jee Hyun Fish Daniel R Rockhill Rebecca L and Masland Richard H 2005 Diversity of ganglion cells in the mouse retina Unsupervised morphological classification and its limits The Journal of Comparative Neurology 489 3 293 310 doi 10 1002 cne 20631 ISSN 0021 9967 Masland R 2001 Neuronal diversity in the retina Current Opinion in Neurobiology 11 4 431 436 doi 10 1016 S0959 4388 00 00230 0 ISSN 0959 4388 Rall Wilfrid December 1969 Biophysical Journal 1483 1508 doi 10 1016 S0006 3495 69 86467 2 Arhiv originalu za 24 veresnya 2015 Procitovano 4 listopada 2013 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Proignorovano nevidomij parametr Volume mozhlivo volume dovidka Koch C Poggio T and Torres V 1982 Retinal Ganglion Cells A Functional Interpretation of Dendritic Morphology Philosophical Transactions of the Royal Society B Biological Sciences 298 1090 227 263 doi 10 1098 rstb 1982 0084 ISSN 0962 8436 Taylor Rowland W and Vaney David I 1 veresnya 2002 The Journal of Neuroscience 7712 7720 Arhiv originalu za 12 serpnya 2017 Procitovano 4 listopada 2013 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Proignorovano nevidomij parametr Volume mozhlivo volume dovidka Borg Graham L and Grzywacz NM 1992 A model of the directional selectivity circuit in retina transformations by neurons singly and in concert U McKenna T Davis JL Zoenetzer SF red Single Neuron Computation Academic Press s 347 375 ISBN 0 12 484815 X Masland Richard H 2001 The fundamental plan of the retina Nature Neuroscience 4 9 877 886 doi 10 1038 nn0901 877 ISSN 1097 6256 Macneil Margaret A Heussy John K Dacheux Ramon F Raviola Elio and Masland Richard H 1999 The shapes and numbers of amacrine cells Matching of photofilled with Golgi stained cells in the rabbit retina and comparison with other mammalian species The Journal of Comparative Neurology 413 2 305 326 doi 10 1002 SICI 1096 9861 19991018 413 2 lt 305 AID CNE10 gt 3 0 CO 2 E ISSN 0021 9967 Yoshida Kazumichi Watanabe Dai Ishikane Hiroshi Tachibana Masao Pastan Ira and Nakanishi Shigetada 2001 A Key Role of Starburst Amacrine Cells in Originating Retinal Directional Selectivity and Optokinetic Eye Movement Neuron 30 3 771 780 doi 10 1016 S0896 6273 01 00316 6 ISSN 0896 6273 Euler Thomas Detwiler Peter B and Denk Winfried 2002 Directionally selective calcium signals in dendrites of starburst amacrine cells Nature 418 6900 845 852 doi 10 1038 nature00931 ISSN 0028 0836 Hausselt Susanne E Euler Thomas Detwiler Peter B and Denk Winfried 2007 A Dendrite Autonomous Mechanism for Direction Selectivity in Retinal Starburst Amacrine Cells PLoS Biology 5 7 e185 doi 10 1371 journal pbio 0050185 ISSN 1544 9173 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Obslugovuvannya CS1 Storinki iz nepoznachenim DOI z bezkoshtovnim dostupom posilannya Taylor W Rowland and Vaney David I 2003 New directions in retinal research Trends in Neurosciences 26 7 379 385 doi 10 1016 S0166 2236 03 00167 X ISSN 0166 2236 Grimes William N Zhang Jun Graydon Cole W Kachar Bechara and Diamond Jeffrey S 2010 Retinal Parallel Processors More than 100 Independent Microcircuits Operate within a Single Interneuron Neuron 65 6 873 885 doi 10 1016 j neuron 2010 02 028 ISSN 0896 6273 Gollisch Tim and Meister Markus 2010 Eye Smarter than Scientists Believed Neural Computations in Circuits of the Retina Neuron 65 2 150 164 doi 10 1016 j neuron 2009 12 009 ISSN 0896 6273 Chavez Andres E Singer Joshua H and Diamond Jeffrey S 2006 Fast neurotransmitter release triggered by Ca influx through AMPA type glutamate receptors Nature 443 7112 705 708 doi 10 1038 nature05123 ISSN 0028 0836 Chklovskii D 2 veresnya 2004 Neuron 609 617 doi 10 1016 j neuron 2004 08 012 Arhiv originalu za 5 zhovtnya 2013 Procitovano 4 listopada 2013 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Proignorovano nevidomij parametr Volume mozhlivo volume dovidka Tekst Issue 5 proignorovano dovidka Oertel D 1999 THE ROLE OF TIMING IN THE BRAIN STEM AUDITORY NUCLEI OF VERTEBRATES Annual Review of Physiology 61 1 497 519 doi 10 1146 annurev physiol 61 1 497 ISSN 0066 4278 Grothe B Pecka M amp McAlpine D 2010 Mechanisms of Sound Localization in Mammals Physiological Reviews 90 3 983 1012 doi 10 1152 physrev 00026 2009 ISSN 0031 9333 Zhou Y Carney Laurel H and Colburn H Steven 2005 A Model for Interaural Time Difference Sensitivity in the Medial Superior Olive Interaction of Excitatory and Inhibitory Synaptic Inputs Channel Dynamics and Cellular Morphology Journal of Neuroscience 25 12 3046 3058 doi 10 1523 JNEUROSCI 3064 04 2005 ISSN 0270 6474 Stiefel Klaus M Tapson Jonathan and van Schaik Andre 2013 Temporal Order Detection and Coding in Nervous Systems Neural Computation 25 2 510 531 doi 10 1162 NECO a 00400 ISSN 0899 7667 Joris Philip X Smith Philip H and Yin Tom C T 1998 Coincidence Detection in the Auditory System Neuron 21 6 1235 1238 doi 10 1016 S0896 6273 00 80643 1 ISSN 0896 6273 Agmon Snir Hagai Carr Catherine E and Rinzel John 1998 The role of dendrites in auditory coincidence detection Nature 393 6682 268 272 doi 10 1038 30505 ISSN 0028 0836 Trussell Laurence O 1999 Synaptic mechanisms for coding timing in auditory neurons Annual Review of Physiology 61 1 477 496 doi 10 1146 annurev physiol 61 1 477 ISSN 0066 4278 Mathews Paul J Jercog Pablo E Rinzel John Scott Luisa L and Golding Nace L 2010 Control of submillisecond synaptic timing in binaural coincidence detectors by Kv1 channels Nature Neuroscience 13 5 601 609 doi 10 1038 nn 2530 ISSN 1097 6256 Scott L L Mathews P J and Golding N L 2010 Perisomatic Voltage Gated Sodium Channels Actively Maintain Linear Synaptic Integration in Principal Neurons of the Medial Superior Olive Journal of Neuroscience 30 6 2039 2050 doi 10 1523 JNEUROSCI 2385 09 2010 ISSN 0270 6474 Golding N L and Oertel D 2012 Synaptic integration in dendrites exceptional need for speed The Journal of Physiology 590 22 5563 5569 doi 10 1113 jphysiol 2012 229328 ISSN 0022 3751 McGinley M J Liberman M C Bal R and Oertel D 2012 Generating Synchrony from the Asynchronous Compensation for Cochlear Traveling Wave Delays by the Dendrites of Individual Brainstem Neurons Journal of Neuroscience 32 27 9301 9311 doi 10 1523 JNEUROSCI 0272 12 2012 ISSN 0270 6474 Grienberger Christine Adelsberger Helmuth Stroh Albrecht Milos Ruxandra Iulia Garaschuk Olga Schierloh Anja Nelken Israel and Konnerth Arthur 2011 Sound evoked network calcium transients in mouse auditory cortex in vivo The Journal of Physiology no no doi 10 1113 jphysiol 2011 222513 ISSN 0022 3751 Gilson Matthieu Burck Moritz Burkitt Anthony N and van Hemmen J Leo 2012 Frequency Selectivity Emerging from Spike Timing Dependent Plasticity Neural Computation 24 9 2251 2279 doi 10 1162 NECO a 00331 ISSN 0899 7667 LiteraturaStuart G Spruston N Hausser M red 1999 Dendrites Oxford University Press s 139 160 ISBN ISBN 0198566565 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite book title Shablon Cite book cite book a Perevirte znachennya isbn nedijsnij simvol dovidka Segev I Rinzel J and Shepherd G red 1995 The Theoretical Foundation of Dendritic Function Selected Papers of Wilfrid Rall with Commentaries MIT Press s 456 ISBN 9780262193566 Yuste Rafael 2010 Dendritic Spines MIT Press s 264 ISBN 9780262013505 Tuckwell Henry C 1988 Introduction to Theoretical Neurobiology Volume 1 Linear Cable Theory and Dendritic Structure Cambridge University Press s 304 ISBN 9780521350969 Koch Christof 2004 Biophysics of Computation Information Processing in Single Neurons Oxford University Press s 562 ISBN 9780195181999 Oglyadovi statti Magee Jeffrey C and Johnston Daniel 2005 Plasticity of dendritic function Current Opinion in Neurobiology 15 3 334 342 doi 10 1016 j conb 2005 05 013 ISSN 0959 4388 Sjostrom P J Rancz E A Roth A Hausser M 2008 Dendritic Excitability and Synaptic Plasticity Physiological Reviews 88 2 769 840 doi 10 1152 physrev 00016 2007 ISSN 0031 9333 Hausser M 27 zhovtnya 2000 Science 290 739 744 doi 10 1126 science 290 5492 739 Arhiv originalu za 28 veresnya 2014 Procitovano 4 listopada 2013 London Michael and Hausser Michael 2005 Dendritic computation Annual Review of Neuroscience 28 1 503 532 doi 10 1146 annurev neuro 28 061604 135703 ISSN 0147 006X Mel Bartlett W 1994 Information Processing in Dendritic Trees Neural Computation 6 6 1031 1085 doi 10 1162 neco 1994 6 6 1031 ISSN 0899 7667 Kasai Haruo Fukuda Masahiro Watanabe Satoshi Hayashi Takag Akiko and Noguchi Jun 2010 Structural dynamics of dendritic spines in memory and cognition Trends in Neurosciences 33 3 121 129 doi 10 1016 j tins 2010 01 001 ISSN 0166 2236 Div takozhNejron Dendrit nejrobiologiya Sinaps Sinaptichna plastichnist Potencial diyi Dendritnij potencial diyi Kabelna teoriya dendritiv Zorova sistema Sluhova sistema lyudini