مقالات

5.6: تكميلي - تحليل مصفوفة للألياف العصبية المتفرعة - الرياضيات


مقدمة

في الوحدات السابقة على الأنظمة الكهربائية الثابتة والديناميكية ، قمنا بتحليل الألياف العصبية الأساسية والافتراضية أحادية الفرع باستخدام منهجية النمذجة التي أطلقنا عليها اسم Strang Quartet. في الواقع ، هل يمكننا استخدام أدواتنا في بيئة حقيقية (الشكل ( PageIndex {1} ))؟

للإجابة على سؤالك ، ما سبق هو عرض لخلايا عصبية من حصين الجرذ. الأدوات التي قمنا بتنقيحها ستمكننا من نمذجة الخصائص الكهربائية للتغصنات التي تغادر جسم الخلية العصبية. يظهر في الشكل ( PageIndex {2} ) نموذج ثلاثي الفروع لمثل هذا التغصن ، تم تتبعه بدقة شديدة.

يكشف نموذجنا متعدد المقصورات عن 3 فروع ، 10 عقدة ، 27 بنية حافة للألياف. لاحظ أننا قمنا بتضمين إمكانات Nernst ، والدافع العصبي كمصدر حالي ، والحواف الإضافية في أقصى اليسار التي تصور تيار التحفيز الذي يحوله جسم الخلية.

سنستمر في استخدام الرموز السابقة ، وهي: (R_ {i} ) و (R_ {m} ) للإشارة إلى جسم الخلية. ومقاومات الغشاء ، على التوالي ؛ ( textbf {x} ) يمثل متجه الإمكانات (x_ {1} cdots x_ {10} ) ، و ( textbf {x} ) للدلالة على متجه التيارات (y_ {1} cdots y_ {27} ). استخدام القيمة النموذجية لغشاء الخلية

[c = 1 (μF / cm ^ {2}) nonumber ]

نستمد (انظر الاصطلاحات المتغيرة):

التعريف: سعة حجرة واحدة

[C_ {m} = 2 pi a frac {l} {N} c nonumber ]

يتم نمذجة هذه السعة بالتوازي مع مقاومة غشاء الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، إذا تركنا (A_ {cb} ) يشير إلى مساحة سطح الخلية ، فإننا نتذكر أن سعتها ومقاومتها

التعريف: سعة جسم الخلية

[C_ {cb} = A_ {cb} c nonumber ]

التعريف: مقاومة جسم الخلية

[C_ {cb} = A_ {cb} rho_ {m} nonumber ]

تطبيق سترانج الرباعية

الخطوة (S1 ') - قطرات الجهد

لنبدأ في ملء Strang Quartet. بالنسبة للخطوة (S1 ') ، نلاحظ أولاً انخفاض الجهد في الشكل. نظرًا لوجود عدد ضخم من 27 منهم ، فإننا نقوم بتضمين الستة الأولى فقط ، وهي أكثر بقليل مما نحتاجه لتغطية جميع الاختلافات في المجموعة:

[e_ {1} = x_ {1} nonumber ]

[e_ {2} = x_ {1} -E_ {m} nonumber ]

[e_ {3} = x_ {1} -x_ {2} nonumber ]

[e_ {4} = x_ {2} nonumber ]

[e_ {5} = x_ {2} -E_ {m} nonumber ]

[e_ {6} = x_ {2} -x_ {3} nonumber ]

[ cdots nonumber ]

[e_ {27} = x_ {10} -E_ {m} nonumber ]

في مصفوفة ، السماح ( textbf {b} ) بالإشارة إلى متجه البطاريات ،

[ start {array} {ccc} { textbf {x} = textbf {b} -A textbf {x}} & {where} & { textbf {b} = (-Em) begin {pmatrix } {0} {1} {0} {0} {1} {0} {0} {1} {0} {0} {0} {1} {0} {0} {1} {0} {0} {1} {0} {0} {1} {0} {0} {1} {0} {0} {1} end {pmatrix}} end {array} nonumber ]

و

[A = begin {pmatrix} {-1} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {-1} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {-1} & {1 } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {- 1} & {0} & {0} & {0} & {0 } & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {- 1} & {1} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0 } & {0} & {0} {0} & {0} & {- 1} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0 } {0} & {0} & {- 1} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & { 0} & {- 1} & {1} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & { 1} & {- 1} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {1} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {1} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1 } & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {- 1} & {0} & {0} & {0} & {1} & {0 } & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {0} & {0} { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {0} & {0} {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {1} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & { -1} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} & {1} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- 1} end {pmatrix} nonumber ]

على الرغم من أن مصفوفة التقارب (A ) أكبر بشكل ملحوظ من الأمثلة السابقة ، فقد التقطنا نفس الظواهر كما في السابق.

تطبيق (S2): قانون أوم المعزز بقانون الجهد والتيار للمكثفات

الآن ، بتذكر قانون أوم وتذكر أن التيار عبر المكثف يختلف بشكل متناسب مع المعدل الزمني لتغير الجهد عبره ، نقوم بتجميع متجه التيارات لدينا. كما كان من قبل ، نسرد فقط عددًا كافيًا من 27 التيارات لتوصيف المجموعة بالكامل:

[y_ {1} = C_ {cb} frac {de_ {1}} {dt} nonumber ]

[y_ {2} = frac {e_ {2}} {R_ {cb}} nonumber ]

[y_ {3} = frac {e_ {3}} {R_ {i}} nonumber ]

[y_ {4} = C_ {m} frac {de_ {4}} {dt} nonumber ]

[y_ {5} = frac {e_ {5}} {R_ {m}} nonumber ]

[ cdots nonumber ]

[y_ {27} = frac {e_ {27}} {R_ {m}} nonumber ]

من حيث المصفوفة ، يتم تجميع هذا إلى

[ textbf {y} = G textbf {e} + Cd textbf {e} dt nonumber ]

أين

مصفوفة المواصلة

[G = begin {pmatrix} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & { frac {1} {R_ {cb}}} & {0} & {0} & {0} & {0 } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & { frac {1 } {R_ {i}}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {m}}} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {i}}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {i }}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {i}}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {i}}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0 } & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {m}}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0 } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {i}}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0 } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {m}}} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac { 1} {R_ {i}}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {m}}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0 } & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {i}}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {m}}} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac { 1} {R_ {i}}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0 } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {m}}} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {i}}} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {m}}} end {pmatrix} nonumber ]

و

مصفوفة السعة

[C = begin {pmatrix} {C_ {cb}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0 } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0 } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0 } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} } & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0 } & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { C_ {m}} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} end {pmatrix} nonumber ]

الخطوة (S3): تطبيق قانون كيرشوف

خطوتنا التالية هي كتابة معادلات قانون كيرشوف الحالي. نحن نرى:

[i_ {0} -y_ {1} -y_ {2} -y_ {3} = 0 nonumber ]

[y_ {3} -y_ {4} -y_ {5} -y_ {6} = 0 nonumber ]

[y_ {6} -y_ {7} -y_ {8} -y_ {9} = 0 nonumber ]

[y_ {9} -y_ {10} -y_ {19} = 0 nonumber ]

[y_ {10} -y_ {11} -y_ {12} -y_ {13} = 0 nonumber ]

[y_ {13} -y_ {14} -y_ {15} -y_ {16} = 0 nonumber ]

[y_ {16} -y_ {17} -y_ {18} -y_ {19} = 0 nonumber ]

[y_ {19} -y_ {20} -y_ {21} -y_ {22} = 0 nonumber ]

[y_ {22} -y_ {23} -y_ {24} -y_ {25} = 0 nonumber ]

[y_ {25} -y_ {26} -y_ {27} = 0 nonumber ]

نظرًا لأن مصفوفة المعامل (B ) التي سنشكلها هنا تساوي (A ^ {T} ) ، يمكننا القول بعبارات المصفوفة:

[A ^ {T} textbf {y} = - textbf {f} nonumber ]

حيث يتكون المتجه ( textbf {f} ) من (f_ {1} = i_ {0} ) و (f_ {2} cdots 27 = 0 )

الخطوة (S4): تقليب المكونات معًا

الخطوة (S4) توجهنا لتجميع كادحنا السابقة معًا في معادلة نهائية ، والتي سنسعى لحلها بعد ذلك. باستخدام العملية المشتقة في وحدة Strang الديناميكية ، نصل إلى المعادلة

[A ^ {T} CA frac {d textbf {x}} {dt} + A ^ {T} GA textbf {x} = A ^ {T} G textbf {b} + textbf {f } + A ^ {T} C frac {d textbf {b}} {dt} nonumber ]

وهو الشكل العام للمعادلات المحتملة لدائرة RC. كما ذكرنا ، تفترض هذه المعادلة معرفة القيمة الأولية لكل من الإمكانات ، ( textbf {x} (⁢0) = X ).

من خلال مراقبة دائرتنا ، والسماح ( frac {1} {R_ {foo}} = G_ {foo} ) بحساب الكميات اللازمة لملء أجزاء المعادلة (لهذه الحسابات ، انظر dendrite.m):

[A ^ {T} CA = begin {pmatrix} {C_ {cb}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { 0} & {0} {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0 } & {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0 } & {C_ {m}} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {C_ {m}} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {C_ {m}} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {C_ {m }} end {pmatrix} nonumber ]

[A ^ {T} GA = begin {pmatrix} {G_ {i} + G_ {cb}} & {- G_ {i}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {-G_ {i}} & {2G_ {i} + G_ {m}} & {- G_ {i}} & {0} & { 0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {- G_ {i}} & {2G_ {i} + G_ {m}} & {- G_ {i}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {- G_ {i}} & {3G_ { i}} & {- G_ {i}} & {0} & {0} & {- G_ {i}} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & { -G_ {i}} & {2G_ {i} + G_ {m}} & {- G_ {i}} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0 } & {0} & {0} & {- G_ {i}} & {2G_ {i} + G_ {m}} & {- G_ {i}} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- G_ {i}} & {G_ {i} + G_ {m}} & {0} & {0} & { 0} {0} & {0} & {0} & {- G_ {i}} & {0} & {0} & {0} & {2G_ {i} + G_ {m}} & {- G_ {i}} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {- G_ {i}} & {2G_ { i} + G_ {m}} & {- G_ {i}} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & {-G_ {i}} & {G_ {i} + G_ {m}} end {pmatrix} nonumber ]

[A ^ {T} G textbf {b} = E_ {m} begin {pmatrix} {G_ {cb}} {G_ {m}} {G_ {m}} {0} {G_ {m}} {G_ {m}} {G_ {m}} {G_ {m}} {G_ {m}} {G_ {m}} end {pmatrix} nonumber ]

[A ^ {T} C frac {d textbf {b}} {dt} = textbf {0} nonumber ]

وإمكانات (راحة) أولية لـ

[ textbf {x} (0) = E_ {m} start {pmatrix} {1} {1} {1} {1} {1} {1} {1} {1} {1} {1} end {pmatrix} nonumber ]

تطبيق طريقة Backward-Euler

نظرًا لأن نظامنا كبير جدًا ، فإن طريقة Backward-Euler هي أفضل طريق للحل. بالنظر إلى المصفوفة (A ^ {T} CA ) نلاحظ أنها مفردة وبالتالي فهي غير قابلة للعكس. ينشأ هذا التفرد من العقدة التي تربط الفروع الثلاثة للألياف ويمنعنا من استخدام المعادلة البسيطة ( textbf {x} '= B textbf {x} + textbf {g} ) ، التي استخدمناها في السابق Backward -أولر-إينغز. ومع ذلك ، سنرى أن التعميم المتواضع لشكلنا السابق ينتج المعادلة:

[D textbf {x} '= E textbf {x} + textbf {g} nonumber ]

التقاط شكل نظامنا والسماح لنا بحل معادلة ( textbf {x} ⁢ (t) ) على النحو التالي:

[D textbf {x} '= E textbf {x} + textbf {g} nonumber ]

[D frac { tilde {x} (t) - tilde {x} (t-dt)} {dt} = E tilde {x} (t) + textbf {g} nonumber ]

[(D-Edt) tilde {x} (t) = D tilde {x} (t-dt) + textbf {g} dt nonumber ]

[ tilde {x} (t) = (D-Edt) ^ {- 1} ( tilde {x} (t-dt) + textbf {g} dt) nonumber ]

أين في حالتنا

[D = A ^ {T} CA nonumber ]

[E = - (A ^ {T} GA) nonumber ]

[ textbf {g} = A ^ {T} G textbf {b} + textbf {f} nonumber ].

يتم تنفيذ هذه الطريقة في dendrite.m مع أبعاد الخلية النموذجية وخصائص المقاومة ، مما يؤدي إلى الرسم البياني التالي للإمكانيات.

رسم بياني لإمكانيات التغصنات


5.6: تكميلي - تحليل مصفوفة للألياف العصبية المتفرعة - الرياضيات

يتم تنظيم مورفولوجيا العمود الفقري من خلال إشارات داخل الخلايا ، مثل PKC ، التي تؤثر على ديناميات الهيكل الخلوي والغشاء. لقد بحثنا في دور MARCKS (ركيزة C-kinase الغنية بالألانين ، الميرستويل) في التشعبات في مزارع الحصين التي يبلغ عمرها 3 أسابيع. ترتبط MARCKS بالأغشية من خلال العمل المشترك من myristoylation ومجال المستجيب متعدد القاعدة ، الذي يربط الفسفوليبيدات و / أو F-actin ، ما لم يتم الفسفرة بواسطة PKC. ضربة قاضية لـ MARCKS الذاتية باستخدام RNAi قللت من كثافة العمود الفقري وحجمه. تسبب تنشيط PKC في حدوث تأثيرات مماثلة ، والتي تم منعها عن طريق التعبير عن متحولة غير قابلة للنفخ. علاوة على ذلك ، كان التعبير عن ماركس الفسفوري الكاذب ، بحد ذاته ، كافيًا للحث على فقدان العمود الفقري وانكماشه ، مصحوبًا بانخفاض محتوى F-actin. تسبب MARCKS غير الفسفوري في استطالة العمود الفقري وزيادة حركة مجموعات العمود الفقري الأكتين. والمثير للدهشة أنه قلل أيضًا من كثافة العمود الفقري عبر آلية جديدة لدمج العمود الفقري ، وهو تأثير يتطلب تسلسل الميريستل. وبالتالي ، يعد MARCKS عاملاً رئيسيًا في الحفاظ على العمود الفقري الشجيري ويساهم في اللدونة المورفولوجية المعتمدة على PKC.


مقدمة

يبدأ البروتين المفرز Reelin سلسلة إشارات تضع الخلايا العصبية في دماغ الثدييات النامي (D’Arcangelo et al.، 1995). في الإنسان ، يؤدي غياب ريلين إلى حدوث ترنح (دماغ أملس) مع نقص تنسج مخيخي (هونج وآخرون ، 2000) ، وهو متلازمة متنحية تتميز بالرنح والتخلف العقلي والصرع الخفيف. متلازمة الإنسان يوازي الاضطرابات التشريحية التي لوحظت سابقًا في بكرة فأر (Falconer، 1951 Caviness and Sidman، 1973 Goffinet، 1980 Goffinet et al.، 1984). الهندسة الخلوية لـ بكرة تعطل دماغ الفأر بشكل كبير: الطبقات الخلوية للقشرة الدماغية غير منظمة ومقلوبة تقريبًا (Caviness and Sidman ، 1973).

يتم التعبير عن Reelin بشكل كبير بواسطة خلايا Cajal-Retzius الموجودة في الطبقة الخارجية للقشرة النامية (D’Arcangelo et al. ، 1995) حيث يمكن لريلين تنظيم موضع الطبقات القشرية حديثة التكوين. يربط ريلين المستقبلات VLDLR (مستقبل البروتين الدهني منخفض الكثافة جدًا) و ApoER2 (مستقبل البروتين الشحمي E 2) (D'Arcangelo et al.، 1999 Hiesberger et al.، 1999 Trommsdorff et al.، 1999) ، مما يتسبب في الفسفرة التيروزينية لـ معطل 1 (Dab1) ، بروتين محول السيتوبلازم (Howell et al. ، 1997a ، 1999). تظهر الفئران التي تفتقر إلى Dab1 (Gonzalez et al. ، 1997) أو Reelin (Caviness and Sidman ، 1973) عيوبًا نسيجية لا يمكن تمييزها بشكل أساسي.

في أحد نماذج وظيفة Reelin ، يتم إنتاج التصفيح القشري الجديد عن طريق تغيير التصاق الخلايا العصبية الدبقية ، بحيث تنفصل الخلايا العصبية المهاجرة عن ركيزة الألياف الدبقية الشعاعية عند وصولها إلى نهاية طريق الهجرة أسفل المنطقة الهامشية (MZ) (Pinto Lord et al. ، 1982). لاحق في المختبر أظهر تحليل الهجرة العصبية الموجهة الدبقية أن ريلين المؤتلف يمنع الهجرة ويؤدي إلى انفصال الخلايا العصبية المهاجرة من الألياف الدبقية (Dulabon et al. ، 2000) ، وهي نتيجة مدعومة بفحص الخلايا العصبية المهاجرة في جهاز تشويش إذاعي الماوس ، وهو أيضًا نقص في إشارات Reelin (Sanada et al. ، 2004).

تم تحدي النموذج القائل بأن الانفصال الدبقي الشعاعي الناجم عن ريلين يؤدي إلى التصفيح العصبي من خلال الدراسات التي تؤكد على القدرة الواضحة لريلين على العمل كمنشط قابل للانتشار أو عامل مساعد للهجرة. على سبيل المثال ، يؤدي استئصال الخلايا المنتجة لـ Reelin (خلايا Cajal-Retzius) بواسطة حمض الدومويك إلى توقف الهجرة المبكر للخلايا المصممة للطبقات 2/3 (Super et al. ، 2000) ، والتعبير خارج الرحم عن Reelin في المناطق التكاثرية من إن تطوير الدماغ كافٍ لإنقاذ تطور المخيخ والجوانب المبكرة ، ولكن ليس لاحقًا ، من تطور القشرة المخية الحديثة في بكرة الفئران (Magdaleno et al. ، 2002). تزداد هذه النتائج تعقيدًا من خلال الملاحظات التي تشير إلى أن إشارات ريلين يمكن أن تحفز بشكل مباشر نمو الخلايا الدبقية الشعاعية ونضجها (Hartfuss et al. ، 2003 Luque et al. ، 2003).

لفهم كيف تتحكم إشارات ريلين في تحديد مواقع الخلايا العصبية في الجسم الحي، استخدمنا تداخل الحمض النووي الريبي (RNAi) لقمع التعبير عن Dab1 في مجموعة فرعية من الخلايا العصبية المهاجرة المخصصة للطبقة القشرية 2/3. نجد أن الخلايا المكبوتة Dab1 تكون في وضع خاطئ بمقدار 40 ميكرومتر أسفل حدود MZ ، ويبدو أنها غير قادرة على الانتقال بشكل طبيعي من خلال اللوحة القشرية كثيفة الخلايا (CP). يتم أيضًا تبسيط العملية الرائدة والتغصنات بعد الولادة للخلايا المعالجة بـ RNAi وإظهار اتصال أقل مع المنطقة المستهدفة الطبيعية ، MZ. تشير هذه النتائج إلى أن التفصيل المعتمد على Dab1 للتغصن الناشئ ضروري لكل من الانتقال الطرفي وموضع الخلية.


17 يونيو 2015

هنا نوع من تكنولوجيا الواجهة العصبية شائع إلى حد ما في الخيال العلمي: يتم إدخال شبكة نانوية في أدمغة الأطفال ، تتكشف بينما يتطور الدماغ ، ويتمدد ، ويتكيف ويصلح نفسه ليصبح جزءًا لا يتجزأ من دماغ البالغين. هذه الشبكة مرصعة بأجهزة صغيرة تحفز وتسجل من مليارات الخلايا العصبية في جميع أنحاء الدماغ وتعمل كشبكة اتصالات مرنة مرنة بما يكفي لاستيعاب التغيرات في الركيزة العصبية طوال حياة الفرد. تتصل هذه الشبكة بسلاسة بالشبكات الخارجية باستخدام مجموعة من البروتوكولات والمرحلات الوسيطة & # 8212 انظر هنا للحصول على أحد هذه المقترحات.

يتوصل كتّاب الخيال العلمي المبتكرون إلى جميع أنواع السيناريوهات المثيرة للاهتمام حول كيفية حدوث هذا النوع من التكنولوجيا في المجتمع المستقبلي ، والتي يتضمن معظمها نوعًا من واجهة بين العقل والآلة ، وبالتواصل المباشر بين العقل والعقل. غالبًا ما يبدو هذا الأخير هو الأقل منطقية ، لما يمكن أن تكون اللغة المشتركة التي قد يتشاركها عقلا. تنبع إحدى الإجابات المحتملة من حقيقة أن تنظيم القشرة المخية الحديثة للرئيسيات متشابه بشكل ملحوظ بين الأفراد ، خاصةً في المناطق الحسية الأولية. لدرجة أنه من الممكن تدريب المصنف على التعرف على الفئة المرئية التي يشاهدها موضوع ما من عمليات مسح التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي للموضوع و rsquos دماغ ، ثم استخدام نفس المصنف لفك تشفير أدمغة موضوع آخر [46 ، 204 ، 142 ، 196] .

ماذا لو تمكنا من التحدث أو النطق الفرعي وجعلنا جهاز كمبيوتر يفهم ما نقوله؟ وماذا لو كانت واجهة الدماغ والحاسوب شيئًا غير مزعج مثل نوع الشبكة العصبية التي روجها كتاب الخيال العلمي؟ يشير العمل الأخير إلى أن مثل هذه التكنولوجيا ممكنة. قام فريق من الفيزيائيين وعلماء الأعصاب والكيميائيين بقيادة الأستاذ في جامعة هارفارد تشارلز ليبر بزرع أدمغة الفئران بشبكة حريرية ملفوفة ومرصعة بأجهزة إلكترونية صغيرة ، وأظهروا أنه يمكن جعلها تتفتح للتجسس على الخلايا العصبية الفردية وتحفيزها . فيما يلي ملخص للعمل الذي كتبته هايدي جيبني [83] ونشر في طبيعة هذا الشهر. بدأت من خلال تحفيز التحدي المتمثل في تسجيل النشاط المزمن من مجموعات كبيرة من الخلايا العصبية في موضوعات اليقظة:

حفزت المشكلة البحث عن التقنيات التي ستسمح للعلماء بدراسة الآلاف ، أو من الناحية المثالية الملايين ، من الخلايا العصبية في وقت واحد ، لكن استخدام غرسات الدماغ محدود حاليًا بعدة عيوب. حتى الآن ، حتى أفضل التقنيات كانت تتألف من إلكترونيات صلبة نسبيًا تعمل مثل ورق الصنفرة على الخلايا العصبية الحساسة. كما أنهم يكافحون أيضًا لتتبع نفس العصبون على مدى فترة طويلة ، لأن الخلايا الفردية تتحرك عندما يتنفس الحيوان أو ينبض قلبه.

حل فريق هارفارد هذه المشكلات باستخدام شبكة من خيوط البوليمر الموصلة مع أقطاب كهربائية نانوية أو ترانزستورات متصلة عند تقاطعاتها.كل خصلة ناعمة مثل الحرير ومرنة مثل أنسجة المخ نفسها. تشكل المساحة الحرة 95٪ من الشبكة ، مما يسمح للخلايا بترتيب نفسها حولها.

في عام 2012 ، أظهر الفريق أن الخلايا الحية التي تنمو في طبق يمكن إقناعها لتنمو حول هذه السقالات المرنة وتختلط معها ، ولكن هذا النسيج [الاصطناعي] تم إنشاؤه خارج الجسم الحي. & lsquo & lsquo المشكلة هي ، كيف تحصل على ذلك في دماغ موجود؟ & [رسقوو] & [رسقوو] يقول ليبر.

[الحل الذي توصل إليه الفريق هو. ] لف بإحكام شبكة ثنائية الأبعاد بعرض بضعة سنتيمترات ثم استخدم إبرة قطرها 100 ميكرومتر لحقنها مباشرة في المنطقة المستهدفة من خلال ثقب في الجزء العلوي من الجمجمة. تنفتح الشبكة لملء أي تجاويف صغيرة وتختلط بالأنسجة [. ] يمكن توصيل الأسلاك النانوية التي تخرج بجهاز كمبيوتر لأخذ التسجيلات وتنشيط الخلايا.

تخيل العديد من هذه الشبكات الموضعية التي يتم إدخالها من خلال ثقوب صغيرة في الجمجمة وتستهدف مجموعات سكانية مختلفة في الدماغ. يمكن توصيل هذه الشبكات الموزعة بشبكة تغطي الجمجمة ومتصلة بشبكات خارجية باستخدام تقنية ترددات لاسلكية منخفضة الطاقة مدعومة بنفس النوع من التقنيات المستخدمة لتشغيل غرسات القوقعة وأجهزة الجيل التالي من أجهزة التحفيز العميق للدماغ المستخدمة لعلاج مرض باركنسون ورسكووس. .

اللغة الطبيعية هي واجهة بديلة واضحة بين الآلة والحاسوب وهيرف وآخرون [106] توقع حلاً لمشكلة فك شفرة اللغة المنطوقة أو الصوتية الفرعية من الدماغ باستخدام مخطط كهربية القشرة داخل الجمجمة (ECoG).

هذه بعض النتائج الأولى التي تؤدي هذه المهمة ، وإذا كانت قابلة للتكرار ، فإنها بالتأكيد ستشجع الآخرين على تطوير أجهزة وبرامج أفضل لتسهيل هذا النوع من الاتصال & # 8212 بما في ذلك من إنسان إلى آلة ومن آلة إلى إنسان ، مثل وكذلك واجهات التفاعل من إنسان إلى آلة إلى إنسان آخر.


نتائج

يؤدي استنفاد Afg3l2 في أجهزة الكمبيوتر إلى زيادة التعرض لتركيزات الكالسيوم 2+ العالية.

في Afg3l2 + / & # x02013 الفئران وأجهزة الكمبيوتر تقدم ميزات مورفولوجية نموذجية لـ DCD (الشكل & # x200B (الشكل 1 أ). 1 أ). يمثل DCD في هذا النموذج ما يقرب من 20٪ إلى 30٪ من أجهزة الكمبيوتر الشخصية في 8 أشهر ، كما ورد بالفعل (16). هذه الظاهرة ناتجة عن زيادة في [Ca 2+]سيتو، وبالتالي تنشيط calpains ، وهي بروتينات السيستين الحساسة Ca 2+ التي تتوسط انهيار الهيكل الخلوي (30 & # x0201332). عند البحث عن دليل جزيئي لتفعيل هذا المسار في SCA ، قمنا بتقييم التحلل البروتيني بوساطة الكالب من & # x003b1II-سبيكترين ، والذي كان من المتوقع أن ينتج عنه جزأين محللين للبروتين من التنقل الكهربي المتساوي تقريبًا (

150 كيلو دالتون) (33). تم العثور على هذه الشظايا بالفعل في المخيخ Afg3l2 + / & # x02013 الفئران عن طريق تحليل اللطخة الغربية (WB) وتم دمجها مع الأجزاء التي تم الحصول عليها عن طريق معالجة مستخلصات المخيخ WT مع m-calpain المؤتلف بالإضافة إلى 2 ملي مولار Ca 2+ ، مما يدل على زيادة [Ca 2+]سيتو وتنشيط calpain (الشكل & # x200B (الشكل 1 و 1 و B و C).

(أ) أقسام رقيقة للغاية من المخيخ من عمر 6 أشهر Afg3l2 + / & # x02013 و WT تظهر الفئران تنكسًا غامقًا في أجهزة الكمبيوتر. شريط المقياس: 2 & # x003bcm. (ب) تحليل WB لمستخلصات المخيخ من Afg3l2 + / & # x02013 وفئران WT. عند الإشارة ، CaCl2 تمت إضافة و / أو 1 U calpain. (ج) تحليل قياس الكثافة لنطاقات WB. تمثل البيانات المتوسط ​​& # x000b1 SD ن = 3 **ص & # x0003c 0.001 بواسطة Student & # x02019s ر اختبار. (د) إذا تم الحصول على صور لشرائح المخيخ ذات النمط العضوي من عمر 10 أيام Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 و Afg3l2 + / & # x02013 الفئران وزملائهم في WT بعد تعرض AMPA. تم استخدام ABS ضد calbindin و SBDPs. شريط المقياس: 50 & # x003bcm. (ه) التقييم الكمي لأجهزة الكمبيوتر الشخصية الداكنة (إيجابية SBDP) بالنسبة إلى العدد الإجمالي لأجهزة الكمبيوتر في شرائح المخيخ المعالجة بـ AMPA. تمثل البيانات المتوسط ​​& # x000b1 SD ن = 4 ، بمتوسط ​​25 خلية عصبية تم تحليلها لكل نمط وراثي لكل تجربة. *ص & # x0003c 0.05 و **ص & # x0003c 0.001 بواسطة Student & # x02019s ر اختبار. (Fكشف تحليل WB لشرائح المخيخ عن زيادة كمية SBDPs في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 و Afg3l2 + / & # x02013 الفئران مقارنة بتلك المكتشفة في الفئران WT.

ثم قمنا بالتحقيق فيما إذا كانت أجهزة الكمبيوتر في أي Afg3l2 يتم تقليل التعبير أو إلغاؤه ويكونون عرضة بشكل انتقائي للمثيرات التي تزيد [Ca 2+]سيتو. تحقيقا لهذه الغاية ، استخدمنا أقسام المخيخ من Afg3l2-الفئران المستنفدة وزملاء الفضلات WT وأثارت DCDs من خلال التعرض القصير لـ AMPA (34). في الواقع ، تُظهر أجهزة الكمبيوتر مستويات عالية من مستقبلات AMPA ، والتي يمكن أن يزيد تنشيطها [Ca 2+]سيتو (21). عند علاج AMPA ، وجدنا أن عدد أجهزة PC-DCDs (التي تم تحديدها بواسطة التألق المناعي [IF] باستخدام Ab الذي يتعرف على وجه التحديد على منتج الانهيار الطرفي للأميني للطيف المشقوق بالكالبين المرجع 30) ، تم زيادة في Afg3l2 + / & # x02013 مقارنة مع عدد أجهزة الكمبيوتر الشخصية WT ، وكان هذا التأثير أكبر في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 الخلايا (الشكل & # x200B (الشكل 1 و 1 و D و E والشكل التكميلي 1) ، مما يدعم قابلية أعلى للإصابة بـ Afg3l2- أجهزة الكمبيوتر المستنفدة للمحفزات التي تزيد [Ca 2+]سيتو. لقد حصلنا على نفس النتيجة عن طريق إجراء تحليل WB لشرائح المخيخ باستخدام Ab مقابل سبكترين (الشكل & # x200B (الشكل 1 ب) ، 1 ب) ، والتي كشفت عن زيادة كمية الطيف المشقوق في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 و Afg3l2 + / & # x02013 أجهزة الكمبيوتر مقارنة مع تلك التي تم الكشف عنها في شرائح WT (الشكل & # x200B (الشكل 1 1 F).

يؤدي فقدان Afg3l2 في أجهزة الكمبيوتر إلى انخفاض امتصاص الميتوكوندريا Ca 2+ وزيادة تركيز Ca 2+ في العصارة الخلوية.

في الماوس SCA28 ، ينشأ PC-DCD من خلل في الميتوكوندريا (16). نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر تتعرض لتدفق هائل Ca 2+ (21) ويمكن للميتوكوندريا تخزين كميات كبيرة من Ca 2+ (23 ، 27) بشكل عابر ، فقد اعتقدنا أن التخزين المؤقت المعيب Ca 2+ يتم تشغيله بواسطة Afg3l2- قد تزيد الميتوكوندريا الطافرة في أجهزة الكمبيوتر [Ca 2+]سيتو ويسبب DCD ، وبالتالي محاكاة السمية الإثارة. تم دعم هذه الفرضية أيضًا من خلال بياناتنا السابقة التي تُظهر انخفاض [Ca 2+] في مصفوفة الميتوكوندريا لـ Afg3l2-نضوب الخلايا الليفية (13).

لمعالجة هذه المشكلة ، قررنا قياس (أ) الميتوكوندريا [Ca 2+] ([Ca 2+]ميتو) و (ب) [Ca 2+]سيتو في الثقافات المخيخية الأولية من Afg3l2- الفئران الناضبة. في هذه الثقافات ، توجد أجهزة الكمبيوتر مع الخلايا العصبية المخيخية الأخرى (الخلايا الحبيبية بشكل رئيسي) و Bergmann glia (الشكل التكميلي 2A) ، وهي ضرورية لبقاء الكمبيوتر ووظيفته (35). أجرينا أولاً تقييمًا كميًا لمورفولوجيا الكمبيوتر الشخصي باستخدام IF باستخدام مضاد calbindin Ab في اليوم 14 في المختبر (14 DIV). Afg3l2 + / & # x02013 بدت أجهزة الكمبيوتر مماثلة لتلك الموجودة في الفئران WT ، بينما في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 من أجهزة الكمبيوتر ، وجدنا أن التشعبات انخفضت بشكل طفيف من حيث العدد والطول (الشكل التكميلي 2 و B و C) ، ولكن تم تقليلها بشكل كبير من حيث المساحة ، حيث ظهرت أرق مع فروع جانبية أقصر (الشكل & # x200B (الشكل 2 و 2 و A و B) - كانت الأشواك مرئية في التشعبات لأجهزة الكمبيوتر لكل نمط وراثي ، مع عدم وجود فروق ذات دلالة إحصائية في كثافة العمود الفقري (الشكل التكميلي 2D). تحققنا أيضًا من أن أجهزة الكمبيوتر تعبر بشكل صحيح عن مستقبلات mGluR1 (الشكل التكميلي 2A).

(أ) صور IF لأجهزة الكمبيوتر الأساسية في 14 DIV باستخدام anti-calbindin Ab. (ب) القياس الكمي لمنطقة التشعبات. تمثل البيانات المتوسط ​​& # x000b1 SD ن = 6 مع

تم تحليل 20 خلية عصبية لكل تجربة. **ص & # x0003c 0.001 بواسطة Student & # x02019s ر اختبار. (ج) أثار تمثيلية من أثار [Ca 2+]ميتو الردود في أجهزة الكمبيوتر معربا عن 4mtD1cpv. (د) متوسط ​​& # x000b1 SEM للذروة [Ca 2+]ميتو الاستجابات بعد تحفيز بوكل (زيادة طبيعية في نسبة مضان YFP / CFP تقاس فوق القيمة الأولية. ن = 4 مع

تم تحليل 20 أثرًا لكل تجربة. *ص & # x0003c 0.05 و **ص & # x0003c 0.001 بواسطة Student & # x02019s ر اختبار. (ه) القيم الأساسية لـ [Ca 2+]سيتو تم تقييمه بواسطة مضان fura-2 بنسبة 340: 380 نانومتر. تمثل البيانات المتوسط ​​& # x000b1 SEM ن = 5 مع

تم تحليل 10 آثار لكل تجربة. (F) متوسط ​​& # x000b1 SEM للذروة [Ca 2+]سيتو الاستجابات بعد التحفيز بـ 30 ملي بوكل (زيادة طبيعية تقاس فوق القيمة الأولية ن = 5 مع

تم تحليل 15 أثرًا لكل تجربة). *ص & # x0003c 0.05 و **ص & # x0003c 0.001 بواسطة Student & # x02019s ر اختبار. (جي) متوسط ​​آثار [Ca 2+]سيتو الاستجابات قبل وبعد تحفيز بوكل. كانت الانحرافات التي تلي استجابة الذروة تتناسب مع أسي واحد (خطوط سوداء). (ح) متوسط ​​& # x000b1 SEM لأوقات الاضمحلال المقاسة لكل أثر من [Ca 2+]سيتو كما تم الحصول عليها عن طريق تركيب الآثار الفردية مع الاضمحلال الأسي. ن = 5 مع

تم تحليل 15 أثرًا لكل تجربة.

للقياس [Ca 2+]ميتو في أجهزة الكمبيوتر في ثقافات المخيخ الأولية ، أنشأنا ناقلًا فيروسيًا مرتبطًا بالغدة معبرًا عن نسخة مستهدفة للميتوكوندريا من مسبار Ca 2+ المستند إلى GFP 4mtD1cpv (36) تحت مروج المشبك. أعطى تحويل هذا المسبار في الثقافات المخيخية الأولية إشارة خاصة بالخلايا العصبية. من بين أنواع الخلايا العصبية المختلفة ، تم تمييز أجهزة الكمبيوتر بسهولة في المجال الساطع ، حيث كانت أكبر بشكل ملحوظ وأكثر تشعبًا من الخلايا الحبيبية. عند التحدي باستخدام 30 ملي مولار من كلوريد البوتاسيوم ، والذي يزيل استقطاب غشاء البلازما في الخلايا العصبية عن طريق فتح قنوات Ca 2+ الحساسة المحتملة ، لاحظنا أن ارتفاع الميتوكوندريا Ca 2+ للخلايا العصبية المنقولة كان أصغر بشكل ملحوظ في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 مقارنة مع تلك الموجودة في Afg3l2 + / & # x02013 وخلايا WT (الشكل & # x200B (الشكل 2 و 2 و C و D).

بالتوازي مع ذلك ، أجرينا قياس نسبة [Ca 2+]سيتو في أجهزة الكمبيوتر باستخدام مؤشر Ca 2+ عالي التقارب fura-2. وجدنا أن المستويات الأساسية لـ [Ca 2+]سيتو كانت متطابقة في 3 أنماط وراثية (الشكل & # x200B (الشكل 2E). 2 E). في المقابل ، لاحظنا ذلك في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 أجهزة الكمبيوتر ، كانت ذروة استجابة Ca 2+ الناتجة عن التعرض الحاد لـ 30 ملي بوكل أعلى بكثير من تلك الموجودة في Afg3l2 + / & # x02013 وأجهزة كمبيوتر WT (الشكل & # x200B (الشكل 2F). 2 F). من الجدير بالذكر أن ذروة استجابة Ca 2+ التي لوحظت في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 كانت أجهزة الكمبيوتر مماثلة لتلك التي تم قياسها عن طريق المعالجة المسبقة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية WT مع سلسلة الجهاز التنفسي unoupler trifluorocarbonylcyanide phenylhydrazone (FCCP) (الشكل & # x200B (الشكل 2 F). 2 F). كشف تحليلنا لحركية الاضمحلال عن عدم وجود فروق ذات دلالة إحصائية بين الأنماط الجينية ، مما يدل على أن أنظمة إزالة Ca 2+ النشطة لأجهزة الكمبيوتر المتحولة (على سبيل المثال ، غشاء البلازما Ca 2+ ATPase و ER Ca 2+ ATPase) لم تتأثر (الشكل & # x200B (الشكل 2 و 2 و G و H).

لقد تحققنا من أن استجابة Ca 2+ المتزايدة في غياب AFG3L2 في أجهزة الكمبيوتر لا تحدث فقط في وجود محفز إزالة الاستقطاب مثل KCl ، ولكن أيضًا في وجود مجموعة I mGluR agonist (س) -3،5-ثنائي هيدروكسي فينيل جليسين (DHPG) ، القادر على تحفيز إطلاق Ca 2+ من ER (21). أكدنا أولاً عدم وجود استجابة Ca 2+ في أجهزة الكمبيوتر الأولية التي تفتقر إلى mGluR1 (الشكل التكميلي 3 و A و B). ثم تعاملنا معها Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 وأجهزة كمبيوتر WT المزودة بـ DHPG ، مما أدى إلى زيادة استجابة Ca 2+ في الذروة Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 الخلايا مقارنةً بالخلايا التي تظهر في خلايا WT (الشكل التكميلي 3C ، والنتائج التكميلية ، والطرق التكميلية) ، بالاتفاق مع ما أظهرناه في الشكل & # x200B الشكل 2F 2 F بعد إعطاء محفز إزالة الاستقطاب الذي عزز تدفق Ca 2+ في خلية من غشاء البلازما. توضح هذه النتيجة أن التخزين المؤقت غير الفعال للميتوكوندريا Ca 2+ في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 تسبب أجهزة الكمبيوتر ارتفاعًا غير طبيعي لـ Ca 2+ في العصارة الخلوية ، حتى في وجود محفز يحفز إطلاق Ca 2+ من ER.

يؤدي فقدان Afg3l2 في أجهزة الكمبيوتر الأولية إلى حدوث تغييرات مورفولوجية في الميتوكوندريا واستنفاد الميتوكوندريا المتغصنة.

لفهم الأساس الجزيئي للتخزين المؤقت المنخفض للميتوكوندريا Ca 2+ في Afg3l2- أجهزة الكمبيوتر المستنفدة ، قمنا بفحص التشكل والتوزيع والحالة الأيضية للميتوكوندريا في أجهزة الكمبيوتر الأولية.

أجرينا أولاً IF والفحص المجهري متحد البؤر باستخدام Ab ضد كل من COX1 (علامة الميتوكوندريا) وكالبيندين (علامة الكمبيوتر). في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 كانت أجهزة الكمبيوتر الشخصية والميتوكوندريا في الغالب مستديرة الشكل ، كما لوحظ سابقًا في MEFs (13) ، على عكس العضيات الأنبوبية الشكل التي لاحظناها في عناصر التحكم التوليفية (الشكل & # x200B (الشكل 3 أ). 3 أ). لقد بحثنا أيضًا فيما إذا كانت تغييرات مورفولوجيا الميتوكوندريا تغير من تهريب العضيات إلى الفروع التغصنية البعيدة لأجهزة الكمبيوتر. باستخدام إعادة بناء ثلاثية الأبعاد لأكوام متحد البؤر من أجهزة الكمبيوتر الملطخة بمضادات كالبيندين ومضادة لـ COX1 Ab ، قمنا بتحليل حجم الميتوكوندريا في حجم جهاز الكمبيوتر بالكامل وفي التشعبات. لم نلاحظ أي تغيير في الحجم الكلي للميتوكوندريا في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 أجهزة الكمبيوتر ، على الرغم من أن هذه الخلايا تحتوي على عدد أقل من الميتوكوندريا في التشعبات الخاصة بها ، مما يشير إلى تراكم العضيات في سوما (الشكل & # x200B (الشكل 3 و 3 و B و C).

(أ) إذا تم تحليل صور أجهزة الكمبيوتر الأولية من الأنماط الجينية المشار إليها في 14 DIV باستخدام Ab ضد علامة الكمبيوتر كالبيندين وعلامة الميتوكوندريا COX1 التي تم تحليلها عن طريق التصوير متحد البؤر. شريط المقياس: 25 & # x003bcm. (ب و ج) القياس الكمي لإجمالي حجم الميتوكوندريا بالنسبة لحجم الكمبيوتر الكلي (ب) أو بالنسبة لحجم التغصنات PC (ج) تم تحليلها من خلال إعادة البناء ثلاثية الأبعاد لمكدسات متحد البؤر المتتالية المأخوذة عند 0.3 & # x003bcm. ن = 15 جهاز كمبيوتر تم تحليلها لكل نمط وراثي. *ص & # x0003c 0.05 و **ص & # x0003c 0.001 بواسطة Student & # x02019s ر اختبار.

يرتبط تغيير مورفولوجيا cristae باستقطاب الميتوكوندريا في أجهزة الكمبيوتر الشخصية المستنفدة لـ Afg3l2.

لمزيد من معالجة الاتجار المعيب بالميتوكوندريا ، قمنا بتقييم البنية التحتية للميتوكوندريا عن طريق الفحص المجهري الإلكتروني (EM). في أجهزة كمبيوتر WT ، لاحظنا أن الميتوكوندريا كانت موزعة بالتساوي في سوما الخلوية والتغصنات ، وكان لها أغشية داخلية وخارجية سليمة هيكليًا مع كرستيات محددة جيدًا ، وكانت ذات شكل أنبوبي. في المقابل ، في Afg3l2 + / & # x02013 أجهزة الكمبيوتر ، لاحظنا إعادة تشكيل لتشكيل الغشاء الداخلي ، بدءًا من الاتساع إلى تكوُّن الحويصلات في الأعراف ، والتي ساءت بشكل كبير في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 أجهزة الكمبيوتر ، حيث ظهرت معظم العضيات منتفخة (الشكل & # x200 ب (الشكل 4 أ). 4 أ). تم الإبلاغ عن التحديد الكمي لهذه التعديلات في الشكل & # x200B Figure4B. 4 ب. بما يتفق مع ملاحظاتنا المجهرية (كنفوكل) ، في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 من أجهزة الكمبيوتر ، تتجمع الميتوكوندريا في سوما ، تاركة التشعبات المنضبة من العضيات. اكتشفنا عدم وجود فروق في توزيع الميتوكوندريا بين Afg3l2 + / & # x02013 و WT PC dendrites ، مما يشير إلى أن التغيرات المورفولوجية العضوية في الفئران غير المتجانسة قد لا تكون شديدة بما يكفي لإعاقة دخول العضيات إلى الشجرة المتغصنة ، على الأقل في ظروف الاستزراع.

(أ) EM لأجهزة الكمبيوتر الأساسية في 14 DIV. تشير رؤوس الأسهم إلى الميتوكوندريا الشاذة. أشرطة المقياس: 2 & # x003bcm (اللوحات اليسرى ، سوما والتشعبات) 1 & # x003bcm (الألواح اليمنى ، سوما والتشعبات). (ب) التحديد الكمي لتعديلات البنية التحتية للميتوكوندريا. تم تصنيف العضيات على أنها طبيعية أو حويصلية أو منتفخة على أساس إعادة تشكيل الغشاء الداخلي. يشير الرسم البياني إلى المتوسط ​​& # x000b1 SD لمتوسط ​​200 ميتوكوندريا من 5 خلايا في 3 تجارب مستقلة. & # x003c7 2 اختبار (درجتان للحرية): Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 مقابل أي منهما Afg3l2 + / & # x02013 أو أجهزة كمبيوتر WT ، ص & # x0003c 0.001 ، مقارنة بالوزن Afg3l2 + / & # x02013 ، ص & # x0003c 0.05. (ج) تحليل & # x00394 & # x003c8ميتو في أجهزة الكمبيوتر الأولية عن طريق قياس التصوير الحي لكثافة مضان TMRM في سوما والتشعبات ، على التوالي. تمثل البيانات المتوسط ​​& # x000b1 SEM ن = 5 ، بمتوسط ​​40 خلية تم تحليلها لكل تجربة. في نهاية التجارب ، تمت إضافة 1 & # x003bcM FCCP. *ص & # x0003c 0.05 و **ص & # x0003c 0.001 بواسطة Student & # x02019s ر اختبار.

دفعتنا هذه البيانات إلى تقييم حالة التمثيل الغذائي للعضيات في Afg3l2- حالات نضوبها. لذلك اختبرنا & # x00394 & # x003c8ميتو عن طريق قياس التصوير الحي لصبغة قياس الجهد رباعي ميثيل رودامين ميثيل إستر (TMRM) في أجهزة الكمبيوتر الأولية. في Afg3l2 + / & # x02013 أجهزة الكمبيوتر ، وإلى حد أكبر في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، لاحظنا إزالة استقطاب الميتوكوندريا في الجسد الذي كان أكثر وضوحًا في التشعبات (الشكل & # x200B (الشكل 4C) ، 4 C) ، مما يشير إلى أن الميتوكوندريا الكمبيوتر التي تفتقر إلى AFG3L2 أو بجرعة نصفية من AFG3L2 مختلة وظيفيًا.

ينقذ التحفيز الاستثاري المنخفض لأجهزة الكمبيوتر النمط الظاهري الترنحي للفئران Afg3l2 + / & # x02013.

بالنظر إلى هذه الأدلة ، قمنا بتصميم استراتيجية إنقاذ تستند إلى الأساس المنطقي الذي مفاده أن تقليل تدفق الكالسيوم 2+ إلى أجهزة الكمبيوتر عن طريق خفض تحفيز الجلوتامات يمكن أن يمنع ، أو على الأقل يحسن ، النمط الظاهري المخيخي لطفرات SCA28. لقد تناولنا هذا الهدف باستخدام نهج ثنائي ، أي الإنقاذ الجيني والدوائي.

تنشيط مستقبل mGluR1 مرتبط بإصدار Ca 2+ بوساطة IP3 من ER (21). وهكذا عبرنا Afg3l2- الفئران غير الكافية مع عنق الرحم 4 (crv4) الفئران غير المتجانسة ، والتي تحمل طفرة تلقائية تسبب فقدان وظيفة mGluR1 المشفرة بواسطة Grm1 جين (37). لقد تحققنا أولاً من مقدار النصف من مستقبلات mGluR1 (الشكل التكميلي 4 أ) واستبعدنا المستويات المتزايدة من مستقبلات AMPA (الشكل التكميلي 4 ب) ، وعلامات ترنح المشي والتغيرات المورفولوجية المخيخية في Grm1 + / crv4 الفئران (الشكل التكميلي 4 و C و D). أيضًا ، لم نعثر على تعبير mGluR5 في أجهزة الكمبيوتر الشخصية للبالغين سواء في WT أو Grm1 + / crv4 الفئران (الشكل التكميلي 4E).

بالاتفاق مع الآلية المقترحة للإمراض ، أوضحنا أن النمط الظاهري لـ SCA28 يتم إنقاذه بالكامل عن طريق خفض كمية مستقبلات mGluR1 إلى النصف وبالتالي تقليل إطلاق Ca 2+ من ER. في الواقع ، فإن Afg3l2 + / & # x02013 Grm1 + / crv4 عرضت المسوخات المزدوجة الوظيفة الحركية والتنسيق ضمن النطاق الطبيعي ، كما يتضح من اختبارات المشي بالأشعة (الشكل & # x200B (الشكل 5 أ 5 أ ومقاطع الفيديو التكميلية 1 و 2). وبناءً على ذلك ، أشار الفحص المرضي العصبي إلى أن إنقاذ النمط الظاهري الرنح مرتبط بانخفاض PC-DCD بتنسيق Afg3l2 + / & # x02013 Grm1 + / crv4 عكس Afg3l2 + / & # x02013 الفئران (الشكل & # x200B (الشكل 5 ، 5 ، B & # x02013E). تم استكمال الارتباط الجزيئي بين انخفاض PC-DCD وخفض قمم Ca 2+ بالتجارب في المختبر ، والتي كشفت عن انخفاض كبير في ذروة ردود Ca 2 + في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 Grm1 + / crv4 عكس Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 أجهزة الكمبيوتر الأولية بعد تحفيز DHPG (الشكل التكميلي 3C) ، مما يشير بقوة إلى أن hploinsufficiency mGluR1 وقائي وقادر على منع تفاقم تحفيز الغلوتامات في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 أجهزة الكمبيوتر.

(أ) تم إجراء اختبار المشي بالأشعة Afg3l2 + / & # x02013 Grm1 + / crv4 الفئران ورفاقها في سن 8 و 12 شهرًا. تمثل البيانات المتوسط ​​& # x000b1 SD لـ 4 اختبارات مستقلة ن = 13 & # x0201315. *ص & # x0003c 0.05 و **ص & # x0003c 0.001 بواسطة Student & # x02019s ر اختبار. (ب) قطع كريوستات من المخيخ من Afg3l2 + / & # x02013 Grm1 + / crv4 الفئران ورفاقها في سن 8 أشهر ملطخة بمضاد كالبيندين أب. شريط المقياس: 100 & # x003bcm. (ج) مقاطع سيميثين من المخيخ من Afg3l2 + / & # x02013 Grm1 + / crv4 الفئران ورفاقها في سن 8 أشهر ملطخة بأزرق التولويدين. تشير الأسهم إلى أجهزة الكمبيوتر المظلمة. (د) القياس الكمي لأجهزة الكمبيوتر الصحية والمظلمة في عمر 8 أشهر Afg3l2 + / & # x02013 Grm1 + / crv4 الفئران. تمثل البيانات المتوسط ​​& # x000b1 SD ن = 4. ص & # x0003c 0.001 بواسطة Student & # x02019s ر اختبار لكل من أجهزة الكمبيوتر الصحية (*) والمظلمة (& # x000a7). (ه) تحليل WB لمستخلصات المخيخ من Afg3l2 + / & # x02013 Grm1 + / crv4 الفئران ورفاقها باستخدام مضاد سبكترين Ab. استخراج المخيخ تعامل مع 2 ملي كلوريد الكالسيوم2 و 1 U calpain تم استخدامه كعنصر تحكم إيجابي. تم استخدام الأكتين للتحقق من التحميل المتساوي.

من أجل اختبار إنقاذ النمط الظاهري الرنح بالعلاج من تعاطي المخدرات ، Afg3l2 + / & # x02013 تم إعطاء الفئران المضاد الحيوي سيفترياكسون & # x003b2-lactam ، القادر على زيادة تعبير ونشاط EAAT2 (38). استخدمنا هذا الدواء لتقليل تحفيز الجلوتامات بعد المشبكي لأجهزة الكمبيوتر في Afg3l2 + / & # x02013 الفئران ، وبالتالي Ca 2+ التدفق. قررنا أولاً أنه تم الحفاظ على تعبير EAAT2 المتزايد لمدة 7 إلى 8 أسابيع تقريبًا في المخيخ بعد علاج سيفترياكسون (الشكل التكميلي 5 أ). وهكذا تعاملنا Afg3l2 + / & # x02013 وفئران WT في عمر 3 أشهر (حوالي شهر واحد قبل بداية ضعف الحركة المرجع .16) وكرر العلاج بعد شهرين. لاحظنا أن إدارة سيفترياكسون حسنت بشكل ملحوظ القدرات الحركية لفئران SCA28. في الواقع ، صنعت الفئران المعالجة بالعقاقير انزلاقات أقدام أقل بشكل ملحوظ في عبور الحزمة مقارنة بالطفرات المعالجة بالمحلول الملحي في عمر 8 و 12 شهرًا (الشكل & # x200B (الشكل 6A 6 A والفيديو التكميلي 3 و 4). وهذا يشير إلى أن سيفترياكسون العلاج في مراحل ما قبل الأعراض قادر على منع ، وليس فقط تأخير ، النمط الظاهري الترنح في Afg3l2- فئران غير كافية. وفقًا لهذه النتائج ، كشفت المقاطع النصفية من المخيخ عن انخفاض عدد أجهزة PC-DCDs في العلاج. Afg3l2 + / & # x02013 الفئران (الشكل & # x200B (الشكل 6 و 6 و B و C) التي تم تأكيدها أيضًا من قبل WB ، والتي أظهرت توهينًا للانقسام بوساطة calpain & # x003b1II- سبيكترين (الشكل & # x200B (الشكل 6 د). 6 د). ، وجدنا أنه تم استرداد أرقام أجهزة الكمبيوتر الشخصية وتشجير الأشجار المتشعبة بالكامل في المسوخات المعالجة بالعقاقير ، كما هو موضح في IF باستخدام calbindin Ab (الشكل & # x200B (الشكل 6B 6 B والشكل التكميلي 5B). علاج سيفترياكسون (بالإضافة إلى النصف لم ينتج عن جرعة mGluR1) أي آثار ضارة أو تغيرات في وزن الجسم ، كما يتضح من نتائج بروتوكول SHIRPA (سميث كلاين بيتشام ، هارويل ، إمبريال كوليدج ، مستشفى لندن الملكي ، تقييم النمط الظاهري) (39) ، الذي كشف عن المحرك الطبيعي والحسي ، الوظائف اللاإرادية والنفسية العصبية (الجدولان التكميليان 1 و 2).

(أ) تم إجراء اختبار المشي بالأشعة Afg3l2 + / & # x02013 وفئران WT عولجت بالمركبة أو سيفترياكسون في مراحل ما قبل الأعراض. تمثل البيانات المتوسط ​​& # x000b1 SD لـ 4 اختبارات مستقلة ن = 15. *ص & # x0003c 0.05 و **ص & # x0003c 0.001 بواسطة Student & # x02019s ر اختبار. (ب) السيميثين (الألواح العلوية) والمقاطع المقطوعة بالتبريد (الألواح السفلية) من المخيخ من المعالجة بالسيفترياكسون مقابل المعالجة بالمركبة Afg3l2 + / & # x02013 وفئران WT عند عمر 8 أشهر ملطخة بأزرق التولويدين ومضاد كالبيندين أبس ، على التوالي. تشير الأسهم إلى أجهزة الكمبيوتر المظلمة. أشرطة النطاق: 100 & # x003bcm. (ج) القياس الكمي لأجهزة الكمبيوتر الشخصية الصحية والمظلمة في المعالجة بالسيفترياكسون مقابل المعالجة بالمركبة Afg3l2 + / & # x02013 الفئران. تمثل البيانات المتوسط ​​& # x000b1 SD ن = 4. ص & # x0003c 0.001 بواسطة Student & # x02019s ر اختبار لكل من أجهزة الكمبيوتر الصحية (*) والمظلمة (& # x000a7). (د) تحليل WB لمستخلصات المخيخ من Afg3l2 + / & # x02013 وفئران WT عولجت بمركبة أو سيفترياكسون باستخدام مضاد سبكترين أب. مستخلص مخيخي تحكم يعالج بـ 2 ملي مولار من الكالسيوم2 و 1 U calpain تم استخدامه كعنصر تحكم إيجابي. (ه) تم إجراء اختبار المشي بالأشعة Afg3l2 + / & # x02013 الفئران ورفاقها في مراحل ما بعد الأعراض (8 أشهر) وبعد علاج سيفترياكسون. تمثل البيانات المتوسط ​​& # x000b1 SD لـ 4 اختبارات مستقلة ن = 15. *ص & # x0003c 0.05 و **ص & # x0003c 0.001 بواسطة Student & # x02019s ر اختبار.

من الجدير بالذكر أننا أثبتنا أن علاج سيفترياكسون فعال بعد ظهور النمط الظاهري الرنح. حقيقة، Afg3l2 + / & # x02013 أظهرت الفئران التي عولجت في عمر 8 و 10 أشهر تحسنًا كبيرًا في مهارات التنسيق الحركي (الشكل & # x200B (الشكل 6E 6 E والفيديو التكميلي 5 و 6).

استندت عمليات الإنقاذ الجينية والدوائية للنمط الظاهري لـ SCA28 إلى الأساس المنطقي الذي مفاده أن تقليل تدفق الكالسيوم 2+ إلى أجهزة الكمبيوتر يمكن أن يحسن DCD والترنح في Afg3l2- فئران غير كافية. عند تصميم هذه الإستراتيجية ، كنا ندرك أنه من خلال الحد من التحفيز الجلوتاماتيكي لأجهزة الكمبيوتر ، كنا نتدخل في اتجاه مجرى الحدث المرضي الأولي على مستوى الميتوكوندريا. في الواقع ، تدخلنا في تأثيرات التخزين المؤقت للميتوكوندريا Ca 2+ على تركيزات Ca 2+ الخلوي. لهذا السبب ، كان من المتوقع ألا يكون للتدخلات الجينية والدوائية أي تأثير على تشوهات الميتوكوندريا ، لكننا لم نستطع استبعاد الاحتمال رسميًا. في الواقع ، في ظل الظروف الفسيولوجية ، تؤدي زيادة محدودة في الكالسيوم 2+ إلى تحفيز التمثيل الغذائي للميتوكوندريا. ومع ذلك ، في ظل وجود حافز مرضي مهيمن ، فإن تركيزات Ca 2+ لها تأثير ضار على الميتوكوندريا ، مثل تحفيز إنتاج ROS أو تحريض انتقال نفاذية الميتوكوندريا (40). من أجل اختبار فرضيتنا ، قمنا بتقييم التحسين المحتمل للميتوكوندريا (أ) المورفولوجية و (ب) التشوهات الأيضية في Afg3l2 + / & # x02013 Grm1 + / crv4 الفئران و Afg3l2 + / & # x02013 الفئران التي عولجت بالسيفترياكسون مقارنة بتلك الموجودة في مجموعة الشواهد. كشف تحليل EM لأقسام المخيخ عن عدم تحسن كبير في مورفولوجيا الميتوكوندريا في Afg3l2 + / & # x02013 Grm1 + / crv4 مقارنة مع الفئران التي شوهدت في Afg3l2 + / & # x02013 الفئران (الشكل التكميلي 6 ، A و B) ، ولم يلاحظ ذلك في Afg3l2 + / & # x02013 الفئران التي عولجت بالسيفترياكسون مقارنة مع المركبات المعالجة Afg3l2 + / & # x02013 الفئران (الشكل التكميلي 6 و C و D). أيضًا ، أظهرت دراسة EM لأجهزة الكمبيوتر الأولية عدم وجود تحسين في هياكل الميتوكوندريا الأولية للكمبيوتر الشخصي في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 Grm1 + / crv4 مقارنة مع الفئران التي لوحظت في Afg3l2 & # x02013 / & # x02013 الفئران في كل من الظروف القاعدية وبعد التحفيز الحاد باستخدام DHPG (الشكل التكميلي 6E).

أجرينا أيضًا اختبارًا طيفيًا لنشاط الجهاز التنفسي المعقد الأول على مستخلصات البروتين المخيخي. كما هو متوقع ، وجدنا انخفاضًا كبيرًا في نشاط المركب الأول في Afg3l2 + / & # x02013 مقارنة الفئران مع الفئران WT. ومع ذلك ، لم يتم إنقاذ هذا العيب Afg3l2 + / & # x02013 Grm1 + / crv4 الفئران أو في Afg3l2 + / & # x02013 الفئران التي عولجت بالسيفترياكسون ، بما يتفق مع ما لاحظناه في دراسات EM (الشكل التكميلي 7 و A و B).

تشير هذه البيانات إلى أن الحد من تركيزات Ca 2+ في أجهزة الكمبيوتر التي تحققت من خلال تدخلاتنا ، أثناء إنقاذ DCD والنمط الظاهري السريري ، لم يكن قادرًا على استعادة التغيرات في مورفولوجيا الميتوكوندريا والتمثيل الغذائي في الفئران SCA.


مناقشة

استخدمنا الوقت الفعلي في الجسم الحي تصوير الدوائر التغصنية في شبه الظل لفحص ديناميكيات الإصابة التي يسببها SD واستعادة التشعبات والأشواك التغصنية مباشرة. تم تحديد موقع شبه الظل داخل حدود آفة إقفارية مربعة الشكل مستحثة ضوئيًا. يتزامن مع مرور SDs زخرفة شجرية ، والتي يمكن عكسها طالما أن تدفق الدم المتبقي الكافي موجود. يبدو أنه بمجرد عدم تلبية متطلبات الطاقة من أجل التعافي عن طريق تناقص تدفق الدم ، تتضرر التشعبات بشكل لا رجعة فيه من خلال SD ، مما يدل على المكون الخلوي للتجنيد الشاذ في قلب الاحتشاء.

في الآونة الأخيرة ، تم استخدام تخثر ضوئي واسع المجال على منطقة قشرية كبيرة بنجاح مع 2 PLSM للكشف عن التغيرات الديناميكية في التركيب التغصني ، وتدفق الدم ، والوظيفة القشرية مباشرة بعد السكتة الدماغية (Zhang et al. ، 2005 Enright et al. ، 2007 Zhang and Murphy ، 2007) وأثناء التعافي طويل الأمد (Brown et al.، 2007 Winship and Murphy، 2008 Brown et al.، 2009). كما تم استخدام الخثار الكيميائي الضوئي و 2 PLSM بشكل فعال للإغلاق المستهدف للشرايين السطحية الفردية (Nishimura et al. ، 2006 Schaffer et al. ، 2006 Sigler et al. ، 2008) لدراسة التغيرات في الدوائر التغصنية والوظيفة القشرية (Zhang and Murphy ، 2007 ) وكذلك إعادة رسم الخرائط القشرية (Sigler et al. ، 2009). في بروتوكول السكتة الدماغية الضوئية التقليدية (Watson et al. ، 1985) ، يتم إنشاء آفة ذات حجم وموقع ثابت على مساحة قشرية كبيرة. لقد قمنا بتكييف نموذج "حلقة" للتخثر الكيميائي الضوئي (Wester et al. ، 1995 Jiang et al. ، 2006) ودمجناه مع نظام 2PLSM الخاص بنا لإنشاء آفة إقفارية صغيرة مربعة الشكل تحيط بمنطقة تشبه شبه الظلال في خطر. يتجنب نموذج السكتة الدماغية هذا الصعوبة في تحديد المدى الدقيق للظلال في الوقت الفعلي كما هو الحال مع تجلط ضوئي واسع المجال. إنه يخلق منطقة شبه قابلة للتكاثر موضعية تشريحيًا لنفس المنطقة القشرية ، مما يسهل المقارنة بين الحيوانات. المنطقة غير المشععة المعرضة للخطر داخل الآفة تخضع حتما لنقص تدفق الدم التدريجي وتتحول إلى آفة إقفارية (Wester et al. ، 1995). في أيدينا ، كان هذا النموذج قادرًا على توليد SDs التلقائية المتكررة باستمرار. تسبب SDs انخفاضًا في تدفق الدم في الأنسجة المعرضة للأيض في نماذج النزف تحت العنكبوتية (Dreier et al. ، 1998) ونقص التروية البؤري (Shin et al. ، 2006 Strong et al. ، 2007 Oliveira-Ferreira et al. ، 2010). ترتبط SDs بموجات الكالسيوم التي تنتشر بين الخلايا النجمية ، مما يؤدي إلى تضيق شديد في الأوعية (Chuquet et al. ، 2007) مما يؤدي إلى استنفاد مخازن الطاقة (Dreier et al. ، 2001 Hashemi et al. ، 2009) ، مما يؤدي إلى تفاقم عدم التوافق بين احتياطيات الطاقة والتمثيل الغذائي يحتاج لإعادة الاستقطاب. وبالمثل ، في مجموعة فرعية من التجارب ، أظهرنا زيادة في المنطقة القشرية شديدة الانضغاط (& lt20 ٪ من التحكم في CBF) في الظلمة في ذروة SD. ومع ذلك ، لم يتم تحليل ردود CBF على SDs في هذا النموذج. هناك حاجة لدراسات مستقبلية لتقييم اقتران الأوعية الدموية العصبية أثناء SDs ولتوضيح ما إذا كان يتم تسهيل انخفاض CBF التدريجي بواسطة SDs في هذا النموذج. في الدراسة الحالية ، ركزنا على التصوير عالي الدقة للتشعبات والشعيرات الدموية القريبة أثناء SDs.

تصف الدراسات الفيزيولوجية الكهربية SD بأنه تحول في الجهد إلى ما يقرب من 0 مللي فولت ناتج عن تيار داخلي كبير غير محدد (Na + ، Cl - ، Ca 2+ influx ، K + efflux) (Somjen ، 2001). إن إزالة الاستقطاب لفترات طويلة عن طريق SDs المتكرر ضار في الظلال الأيضية المخترقة في النماذج الحيوانية وفي المرضى (أوليفيرا فيريرا وآخرون ، 2010). إذا كانت القدرة الأيضية غير كافية لاستعادة التوازن الأيوني ، تظل الخلايا العصبية غير مستقطبة ومثقلة لفترة طويلة بالكالسيوم 2+ مما يؤدي إلى إصابة عصبية وموت لا رجعة فيه (Somjen، 2001 Dietz et al.، 2009). ارتبط الديكور الشجيري الطرفي بإصابة عصبية لا رجعة فيها أثناء نقص التروية (Hsu and Buzsáki ، 1993 Hori and Carpenter ، 1994) ، وقد يكون مؤشرًا مبكرًا على تنشيط مسار موت الخلية (Enright et al. ، 2007). في تجاربنا ، ارتبطت SD العفوي المتكرر بشكل واضح بالخرز الشجيري ، وكانت المدة الإجمالية لجميع SDs مرتبطة بحدوث التخرز الشجيري الطرفي. يمكن أيضًا عكس التزيين الشجيري عندما لا يتم المساس بمخزون الطاقة ، كما في حالة الحبيبات التي يسببها البرد عندما تصبح احتياطيات الطاقة متاحة مع إعادة التدفئة (كيروف وآخرون ، 2004) أو أثناء SD القشري الذي يتم استدعاؤه في الأنسجة السليمة مع تدفق دم كافٍ ( تاكانو وآخرون ، 2007). يكون التكسير الشجيري قابلاً للانعكاس إذا كان إعادة التروية ممكنة بعد السكتة البؤرية (Zhang et al. ، 2005) أو بعد نقص التروية الشاملة (Murphy et al. ، 2008).

تؤدي الواجهة القوية لتكاثر SD إلى تضخم الجسد العصبي ويسبب تشجيريًا ومحاورًا في شرائح الدماغ أثناء الحرمان من الأكسجين / الجلوكوز (Obeidat et al.، 2000 Andrew et al.، 2007 Risher et al.، 2009). يؤدي هذا الحرمان من الطاقة إلى تغيير شكل وتوزيع البوليمر F-actin (Atkinson et al. ، 2004) ، مما يساهم في تشجير الحبيبات (Gisselsson et al. ، 2005). توفر نفاذية الماء المنخفضة لغشاء البلازما العصبية الحماية من التحولات التناضحية المفاجئة ، مما يؤدي إلى استقرار بنيتها ووظيفتها ، لكن هذه الحماية تفشل في ظل الظروف الإقفارية ، مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب لفترات طويلة (Andrew et al. ، 2007 Risher et al. ، 2009). المسارات الجزيئية التي يتحرك من خلالها الماء عبر الحيز العصبي الضيق تناضحيًا عند بداية السكتة الدماغية ليست مفهومة جيدًا. قد يحدث تدفق المياه بكميات كبيرة من خلال القنوات النصفية أو قنوات المسام الكبيرة الأخرى التي تفتح بسبب نقص التروية (Anderson et al. ، 2005 Thompson et al. ، 2006). قد تكون شركات النقل مسؤولة أيضًا عن تراكم المياه وكذلك التعافي عندما يمكن نقل المياه بسرعة من الخلايا العصبية بواسطة بروتينات النقل المشترك (MacAulay and Zeuthen ، 2010). على أي حال ، عندما تتعرض مخازن الطاقة لخطر شديد ، فإن التكسير الشجيري الدائم مع فقد العمود الفقري يعد علامات على إصابة نهائية حادة (عبيدات وآخرون ، 2000 زانغ وآخرون ، 2005 أندرو وآخرون ، 2007 ديفيس وآخرون ، 2007 إنرايت وآخرون آل ، 2007).

في شبه الظل ، لاحظنا التشعبات لأنها تتشابك استجابة لتكرار SDs. نظرًا لأن تدفق الدم المحلي لم يتم إلغاؤه تمامًا في الساعات القليلة الأولى بعد الانسداد ، تمكنت الخلايا العصبية من إعادة الاستقطاب بعد SD. ومع ذلك ، في كثير من الحالات ، تم فرض تحولات كبيرة في SD على سلبية DC الضحلة بين SDs ، مما قد يعكس جزء من الخلايا العصبية المحتضرة التي فشلت في إعادة الاستقطاب (أوليفيرا فيريرا وآخرون ، 2010). كشف التصوير 2 PLSM أن عودة الاستقطاب كانت مصحوبة بانعكاس للخرز الشجيري في & lt3 min. يتطور نمط مشابه من الانتعاش التغصني بين 4 و 30 دقيقة أثناء إعادة التروية بعد SD العالمي الناجم عن نقص التروية (Murphy et al. ، 2008). كما أدت الجولة الثانية من نقص التروية العالمية إلى حدوث تشقق شجيري ، لكن التعافي كان أبطأ بكثير. أدى SD الناجم عن نقص التروية الفردي أيضًا إلى فقدان بنية شجيري أثناء انسداد MCA (Li and Murphy ، 2008). في تجاربنا ، كررت عملية التكسير الشجيري السريع والانتعاش نفسها مع كل SD متكرر. تم فقدان ما يقرب من 35 ٪ من العمود الفقري بعد حدوث SD الأولي. كان المزيد من فقدان العمود الفقري عابرًا أثناء SDs اللاحقة مع الظهور في نفس المواقع أثناء الشفاء. لم يحدث الانتعاش السريع بعد الحبيبات إلى أجل غير مسمى ، حيث أدى الإجهاد المتراكم لـ SDs في النهاية إلى خسائرها ، مما أدى إلى حدوث تشجير طرفي. وبالتالي ، فإن التشعبات التالفة بشكل لا رجعة فيه تمثل بشكل أساسي المكون الخلوي للإصابة الطرفية ، مما يشير إلى أن هذه المناطق المتأثرة قد تم تجنيدها في قلب الاحتشاء.

حدثت التكوينات المتغصنة السريعة في وقت واحد مع SD معظم الوقت ، بينما كانت التغيرات في تدفق الدم الشعري القريب أكثر تنوعًا. قد يعكس هذا التباين في التدفق الشعري إعادة التوزيع السريع لتدفق الدم في المنبع أثناء SD قبل أن ينتشر SD هذا إلى موقع التصوير. في حالة عدم وجود SD ، قد تظل التشعبات سليمة لفترات طويلة من الوقت على الرغم من فقدان التدفق الشعري القريب. في الواقع ، أثناء السكتة الدماغية البؤرية الناتجة عن تجلط ضوئي واسع المجال ، يمكن الحفاظ على بنية شجيرية سليمة عن طريق الأوعية المتدفقة التي تقع على بعد 80 ميكرومتر (Zhang and Murphy ، 2007). في حالة نقص التروية الحاد (& lt10 ٪ من التحكم في CBF ويفترض في غياب الأوعية المتدفقة في دائرة نصف قطرها 80 ميكرومتر) ، تم تزيين التشعبات في غضون 10 دقائق (Zhang et al. ، 2005). للمقارنة ، في دراستنا وفي Murphy et al. (2008) حدث الديكور في غضون ثوان قليلة خلال SD. وتجدر الإشارة إلى أنه في ظل ظروف انسداد الأوعية الدموية المستمر ، فإن الخلايا العصبية المعرضة للأيض ستتضخم في النهاية وتتشعب حتى في حالة عدم وجود SDs بسبب تدفق الأيونات التي تحركها قوى Gibbs-Donnan (Somjen ، 2004). سوف تتضخم الخلايا العصبية دون النقل الخارجي المضاد بواسطة مضخات الأيونات ، بشكل أساسي بواسطة Na + -K + -ATPase. في التجارب التي تم الإبلاغ عنها هنا ، تؤدي SDs إلى زخرفة شجيري في غضون بضع ثوانٍ ، مما يسهل إصابة التغصنات الحادة في شبه الظل.

توضح جولات التخرز الشجيري والانتعاش المرونة الهيكلية للخلايا العصبية الناضجة (كيروف وآخرون ، 2004). لم تتأثر احتمالية هذا الانتعاش السريع (& lt3 min) بالمعلمات الكمية لـ SDs الفردية ولكنها كانت تعتمد على وجود الأوعية الدموية المجاورة المتدفقة. في تجاربنا ، كان للتعافي الهيكلي السريع فرصة أكبر بكثير لحدوث التشعبات القريبة من الأوعية المتدفقة ، مما يعني أن وجود الوعاء كان كافياً لتوفير الطاقة اللازمة للتعافي. ومع ذلك ، فإن وجود وعاء متدفق قريب لم يكن مؤشرا نهائيا على الانتعاش لأن بعض التشعبات المخرزة لم تتعافى حتى عندما كان الوعاء المتدفق على بعد 20 ميكرون. يشير هذا إلى أن الطلب الأيضي لإعادة الاستقطاب على نطاق واسع بعد كل SD يؤدي دائمًا إلى رفع الإجهاد الأيضي ، وتجنيد المناطق شبه الممتلئة في الاحتشاء حتى في حالة وجود التدفق المتبقي.


5.6: تكميلي - تحليل مصفوفة للألياف العصبية المتفرعة - الرياضيات

عثرت مجموعتنا في الأصل على (كدنا) واستنسخته لبروتين سكري عبر الغشاء 98 كيلو دالتون من النوع 1 غير معروف الوظيفة. بسبب تعبيره الوفير في الخلايا النجمية ، أطلق عليه اسم بروتين أستروبرسين (APCN). ثلثي البروتين المحفوظ تطوريًا هو داخل الهيولى ، بينما يحمل المجال خارج الخلية سلسلتين جانبيتين من N-glycosidic. يتم التعبير عن APCN من الناحية الفسيولوجية في الأرومة الغاذية المشيمة والهيكل العظمي وعضلات الموقد والكلى والبنكرياس. الإفراط في التعبير عن APCN (كدنا) في خطوط الخلايا المختلفة التي تسببها تنبت الإسقاطات النحيلة ، في حين أن ضربة قاضية APCN تسبب التعبير عن طريق siRNA في اختفاء ألياف إجهاد الأكتين.أظهر التلوين الكيميائي الهيستوكيميائي المناعي لسرطانات الإنسان من أجل APCN الداخلي تعبيرًا مرتفعًا في الخلايا السرطانية الغازية مقارنة بالخلايا داخل الورم. خلايا الورم الميلانيني البشري (SK-MEL-28) المنقولة بواسطة APCN اكتسب (كدنا) القدرة على النمو الغازي في وسط شبه صلب (ماتريجيل) غير مرئي مع خلايا التحكم. تم العثور على امتداد كربوكسي تيرمينال محفوظ لـ 21 من الأحماض الأمينية ضروريًا لـ APCN للحث على نمو الخلايا والنمو الغازي. كشف فحص الخميرة ثنائي الهجين عن العديد من الشركاء التفاعليين ، تم التحقق من صحة ornithine decarboxylase antizyme-1 و NEEP21 (NSG1) و ADAM10 عن طريق الترسيب المناعي المشترك. هذا هو أول وصف وظيفي لـ APCN. تظهر هذه البيانات أن APCN ينظم ديناميكيات الهيكل الخلوي للأكتين ، وبالتالي شكل الخلية وإمكانات النمو الغازية للخلايا السرطانية.


أنتولاس ، أ.س. (2005). تقريب الأنظمة الديناميكية واسعة النطاق. فيلادلفيا: جمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقية (SIAM).

Bai، Z.، & amp Su، Y. (2005). تقليل أبعاد الأنظمة الديناميكية من الدرجة الثانية على نطاق واسع باستخدام طريقة Arnoldi من الدرجة الثانية. مجلة SIAM للحوسبة العلمية، 26(5), 1692–1709.

باور ، جي إم ، وأمبير بيمان ، د. (1998). كتاب GENESIS: استكشاف النماذج العصبية الواقعية باستخدام GEneral NEural SImulation System. نيويورك: سبرينغر.

بوش ، بي سي ، وأمبير سيجنوفسكي ، تي جيه (1993). نماذج مجزأة مخفضة للخلايا الهرمية القشرية الحديثة. مجلة طرق علم الأعصاب ، 46, 159–166.

بوتس ، دي إيه ، وينغ ، سي ، جين ، جي ، يه ، سي ، ليسيكا ، إن إيه ، ألونسو ، جي ، وآخرون. (2007). الدقة الزمنية في الشفرة العصبية والمقاييس الزمنية للرؤية الطبيعية. الطبيعة ، 449, 92–95.

Dayan، P.، & amp Abbott، L. (2001) ، علم الأعصاب النظري: النمذجة الحسابية والرياضية للنظام العصبي. كامبريدج: مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

Djurfeldt ، M. ، Lundqvist ، M. ، Johansson ، C. ، Rehn ، M. ، Ekeberg ، Ö. ، & amp Lansner ، A. (2007). محاكاة على نطاق الدماغ للقشرة المخية الحديثة على الكمبيوتر العملاق الأزرق Gene / L من IBM. مجلة آي بي إم للبحوث والتطوير ، 52(1/2), 31–40.

ديرفجيلد جونسن ، جيه ، ماير ، جيه ، شوبرت ، دي ، ستايجر ، جيه ، لومان ، إتش جيه ، ستيفان ، كيه إي ، وآخرون. (2005). CoCoDat: نظام قاعدة بيانات لتنظيم واختيار البيانات الكمية على الخلايا العصبية المفردة والدوائر الدقيقة العصبية. مجلة طرق علم الأعصاب ، 141, 291–308.

Feldmann، P.، & amp Freund، R.W (1995)، تحليل الدائرة الخطية الفعال عن طريق تقريب Padė عبر عملية Lanczos. معاملات IEEE على التصميم بمساعدة الكمبيوتر للدوائر والأنظمة المتكاملة ، 14, 639–649.

Gerstner، W.، Kreiter، A.K، Markram، H.، & amp Herz، A.VM (1997). الرموز العصبية: معدلات إطلاق النار وما بعدها. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية ، 94, 12740–12741.

جلوفر ، ك. (1984). جميع التقريبات المثالية لمعيار Hankel للأنظمة الخطية متعددة المتغيرات و إل ∞ حدود الخطأ. المجلة الدولية للرقابة ، 39(6), 1145–1193.

جريم ، إي جيه ، سورنسن ، دي سي ، وأمبير فان دورين ، ب. (2005). اختزال نموذجي لأنظمة الفضاء الخاصة بالحالة عن طريق طريقة لانكس المعاد تشغيلها ضمنيًا الخوارزميات العددية ، 12(1), 1–31.

Gugercin، S.، Antoulas، S.، & amp Beattie، C. (2008). ح 2 تخفيض النموذج للأنظمة الديناميكية الخطية واسعة النطاق. SIAM Journal on Matrix Analysis and Applications، 30, 609–638.

هودجكين ، أ ، وأمبير هكسلي ، أ. (1952). وصف كمي لتيار الغشاء وتطبيقه على التوصيل والإثارة في العصب. مجلة علم وظائف الأعضاء ، 117, 500–544.

إيزيكيفيتش ، إي إم ، وأمبير إيدلمان ، جي إم (2007). نموذج واسع النطاق للأنظمة المهادية القشرية للثدييات. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية ، 105, 3593–3598.

جاك ، جي جي بي ، نوبل ، دي ، وأمبير تسين ، آر دبليو (1975). تدفق التيار الكهربائي في خلايا قابلة للإثارة. أكسفورد: مطبعة كالديرون.

Kellems ، A. R. ، Chaturantabut ، S. ، Sorensen ، D.C ، & amp Cox ، S.J. (2010). نمذجة ترتيب مخفضة دقيقة من الناحية الشكلية للخلايا العصبية المتصاعدة. مجلة علم الأعصاب الحسابي ، 28, 477–494.

Kellems، A. R.، Roos، D.، Xiao، N.، & amp Cox، S.J. (2009). نماذج منخفضة الأبعاد ودقيقة شكليًا لإمكانات الغشاء تحت العتبة. مجلة علم الأعصاب الحسابي ، 27, 161–176.

كوخ ، سي (1999). الفيزياء الحيوية للحساب. أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد.

ماركرام ، هـ. (2006). مشروع الدماغ الأزرق. مراجعات الطبيعة. علم الأعصاب ، 7, 153–160.

مور ، ب سي (1981). تحليل المكون الرئيسي في الأنظمة الخطية: إمكانية التحكم وإمكانية الملاحظة وتقليل النموذج. معاملات IEEE على التحكم الآلي ، 26, 17–31.

Odabasioglu، A. (1998). Prima: خوارزمية الخوارزمية الخاملة ذات الترتيب المنخفض للتوصيل البيني. معاملات IEEE على التصميم بمساعدة الكمبيوتر للدوائر والأنظمة المتكاملة ، 17, 645–654.

بيلاج ، إل تي ، وأمبير روهرر ، ر. أ. (1990). تقييم شكل الموجة المقاربة لتحليل التوقيت. معاملات IEEE على التصميم بمساعدة الكمبيوتر للدوائر والأنظمة المتكاملة ، 9, 352–366.

رال ، و. (1959). الأشجار المتغصنة المتفرعة ومقاومة غشاء العصب الحركي. علم الأعصاب التجريبي ، 1, 491–527.

رال ، و. (1964). الأهمية النظرية لأشجار التغصنات لعلاقات المدخلات والمخرجات العصبية. في R. Reiss (محرر) ، النظرية العصبية والنمذجة (ص 73 - 97). ستانفورد: مطبعة جامعة ستانفورد.

رال ، و. (1967). تمييز الإمكانات المشبكية النظرية المحسوبة لتوزيع سوما شجيري مختلف للمدخلات المشبكية. مجلة الفسيولوجيا العصبية ، 30, 1138–1168.

Rapp، Y.، Koch، C.، & amp Segev، I. (1992). تأثير نشاط خلفية الألياف المتوازية على خصائص الكابلات لخلايا بوركينجي المخيخية. الحساب العصبي ، 4, 518–532.

روبرتس ، سي بي ، بيست ، جي إيه ، وأمبير سوتر ، كيه جيه (2010). المعالجة الشجيرية للمدخلات المشبكية الاستثارية في الخلايا العصبية التي تطلق هرمون الغدد التناسلية. طب الغدد الصماء ، 147, 1545–1555.

سعد ، واي (2003). الطرق التكرارية للأنظمة الخطية المتفرقة. فيلادلفيا: جمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقية (SIAM).

Salimbahrami، B.، & amp Lohmann، B. (2002). طرق الفراغ الجزئي Krylov في تقليل ترتيب النموذج الخطي: مقدمة وخصائص الثبات. تقرير علمي ، معهد الأتمتة ، جامعة بريمن.

سيغيف ، آي (1992). نماذج الخلايا العصبية المفردة: مفرطة في البساطة ومعقدة ومختصرة. علب 15, 414–421.

Single، S.، & amp Borst، A. (1998). التكامل الشجيري ودوره في حساب سرعة الصورة. العلم ، 281, 1848–1850.

سبروستون ، ن. (2008). الخلايا العصبية الهرمية: هيكل شجيري وتكامل متشابك. مراجعات الطبيعة. علم الأعصاب ، 9, 206–221.

شتاين ، ر. ، جوسين ، إي ، & أمبير جونز ، ك. (2005). تقلبية الخلايا العصبية: ضوضاء أم جزء من الإشارة؟ مراجعات الطبيعة. علم الأعصاب ، 6, 389–397.

ستيوارت ، جي دبليو (2001) ، خوارزميات المصفوفة: أنظمة Eigens. فيلادلفيا: جمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقية (SIAM).

Villemagne، C.D، & amp Skelton، R.E (1987). نموذج التخفيض باستخدام صيغة الإسقاط. المجلة الدولية للرقابة ، 46, 2141–2169.

ويلسون ، إم إيه ، وأمبير باور ، جي إم (1989). محاكاة الشبكات العصبية على نطاق واسع. في سي كوخ ، وأمبير آي سيغيف (محرران) ، طرق النمذجة العصبية (ص 291 - 333). ستانفورد: مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

Yan، B.، Zhou، L.، Tan، S.، Chen، J.، & amp McGaughy، B. (2008). DeMOR: تخفيض طلب نموذج لامركزي للشبكات الخطية ذات المنافذ الضخمة. في بروك. تحالف أتمتة التصميم. (DAC) (ص 409-414).


مخاريط النمو العصبية هي محطات حسية لتطوير محاور عصبية تستخدم إشارات محلية في بيئتها لتوجيه امتداد العملية. ركزت دراسة إرشادات المحاور العصبية إلى حد كبير على كيفية تحفيز الروابط الكيميائية القابلة للذوبان ، والتي يتم إطلاقها في البيئة المحلية خارج الخلية بالقرب من نقاط الاختيار ، على إحداث تغييرات مورفولوجية داخل أقماع النمو لتنظيم معدل واتجاه النمو (Lowery and Van Vactor، 2009، Tessier-Lavigne and غودمان ، 1996). ومع ذلك ، تشير الأبحاث إلى أن معظم إشارات التوجيه وعوامل النمو السرية من المحتمل أن تكون مثبتة في المصفوفة خارج الخلية (ECM) أو سطح الخلية في & # x000a0vivo. على سبيل المثال ، يعتمد التوجيه الكيميائي تجاه النترين على تثبيت الترابط في الطبقة التحتية (Moore et & # x000a0al.، 2010، Moore et & # x000a0al.، 2012). العوامل الأخرى المُفرزة ، مثل التغذية العصبية ، والبروتينات المُكونة للعظام ، والشقوق ، والسيمافورينات ، ترتبط أيضًا ببروتينات ECM ، مما يشير إلى إشارات مماثلة تعتمد على عدم الحركة (De Wit et & # x000a0al.، 2005، Hu، 2001، Hynes، 2009، Kerstein et & & # x000a0al ، 2015). تشير التفاعلات بين بروتينات ECM وعوامل النمو ومستقبلات سطح الخلية إلى أن العديد من الروابط تعمل كجهات اتصال لاصقة ومنشطات للإشارات داخل الخلايا. بينما تشير الأدلة المتزايدة إلى أن مخاريط النمو تستجيب للإشارات الميكانيكية المعتمدة على الالتصاق (Kerstein et & # x000a0al.، 2015، Gomez et & # x000a0al.، 1996، Kerstein et & # x000a0al.، 2017، Kostic et & # x000a0al.، 2007) ، الدقة لا يزال دور مرونة البيئة في إرشاد وإرشاد النوريت غير مفهوم بشكل جيد.

أثناء التطور الجنيني ، تقوم الخلايا العصبية بتمديد المحاور على طول وعبر الأنسجة ذات المرونة المتفاوتة على نطاق واسع في طريقها إلى مواقعها المستهدفة المركزية والمحيطية. تُقاس المرونة على أنها قابلية تشوه مادة استجابة للقوة الميكانيكية ويتم تمثيلها بمعامل يونغ أو معامل المرونة (يقاس بالباسكال [Pa]). باستخدام التصوير الإلستوجرافي بالرنين المغناطيسي ، وجد أن مرونة الأنسجة البشرية تتفاوت على نطاق واسع داخل الأنسجة وبينها ، بما في ذلك الدماغ والحبل الشوكي والأنسجة المحيطية (Kruse et & # x000a0al.، 2008، McCracken et & # x000a0al.، 2005، Tyler، 2012). في الواقع ، يبدو أن مناطق الجهاز العصبي المركزي (CNS) في كل من الإنسان والقوارض تحتوي على معاملات مرنة تتراوح من 0.1 & # x000a0kPa إلى 16 & # x000a0kPa (Tyler ، 2012). لذلك ، تخترق الإسقاطات المحورية داخل الجهاز العصبي المركزي مجموعة من الظروف المرنة اللينة نسبيًا (Franze ، 2013 ، Koser et & # x000a0al. ، 2016). ومع ذلك ، فإن بعض الخلايا العصبية الإسقاطية ، مثل الخلايا العصبية الحركية (MNs) والخلايا العصبية لعقدة الجذر الظهرية (DRG) ، تقوم بإسقاط محاور عصبية داخل بيئات الجهاز العصبي المركزي الرخوة وعبر الأنسجة الطرفية الأكثر صلابة. الأنسجة المحيطية ، مثل الأنسجة الضامة والشرايين (0.1 & # x020131 ميجا باسكال) ، والعضلات (10 & # x02013100 & # x000a0kPa) ، والعظام (15 & # x0201330 GPa) ، أكثر صلابة بشكل ملحوظ من الجهاز العصبي المركزي (Franze، 2013، Tyler، 2012 ). لذلك ، توفر الإسقاطات المحورية MN نموذجًا مثيرًا للاهتمام لفحص امتداد المحور العصبي المعتمد على المرونة ، حيث تبدأ محاور MN في الجهاز العصبي المركزي اللين ولكن بعد ذلك تخرج من الحبل الشوكي من خلال الشبكة الكثيفة للصفيحة القاعدية (Bonanomi and Pfaff ، 2010).

هنا ، استخدمنا MNs البشرية (hMNs) والخلايا العصبية البشرية للدماغ الأمامي # x000a0 (hFB) ، متمايزة عن الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات (iPSCs) ، لفحص تأثيرات مرونة الطبقة التحتية على تكوين الخلايا العصبية بواسطة هذه الفئات المميزة من الخلايا العصبية. نظهر أن hMNs تولد أعصابًا أطول وتمتد بشكل أسرع على الهلاميات المائية الأكثر صلابة ثنائية الأبعاد (2D) بولي أكريلاميد (PAA) وفي داخل كولاجين صلب ثلاثي الأبعاد (ثلاثي الأبعاد) هيدروجيل. في المقابل ، كان معدل نمو نوريت hFB أسرع بشكل ملحوظ على الطبقات السفلية ثنائية الأبعاد اللينة ، وخلايا الخلايا العصبية hFB لها عمليات أطول في المواد الهلامية ثلاثية الأبعاد الناعمة. قد يكون زيادة تمديد المحوار بواسطة hMNs على الطبقات السفلية الصلبة ناتجًا عن التصاق أقوى ، كما يتضح من نتوءات الحافة الأمامية الأكثر استقرارًا. تمشيا مع زيادة الالتصاق ، قامت hMNs برفع أحد أفراد عائلة الجين المتماثل لـ Ras A (RHOA) - guanosine triphosphatase (GTPase) ونشاط الميوسين II على طبقات صلبة ، مما يشير إلى أن إشارات RHOA قد تتغذى إلى الأمام لتعزيز تكوين الالتصاق المعتمد على الانقباض. تشير التلاعبات الدوائية الحادة لـ RHOA إلى أن توازن المحرك الانقباضي والقوى اللاصقة يدعم النمو الأقصى لعصابات hMN على الطبقات السفلية الصلبة. أخيرًا ، يتم تنشيط العديد من بروتينات الالتصاق الحساسة للميكانيكا في hMNs على ركائز صلبة ، والتي تعتمد على نشاط RHOA الأمثل. توضح هذه البيانات دورًا مهمًا لإشارات RHOA والالتصاق في تنظيم التطور المعتمد على المرونة البيئية للخلايا العصبية البشرية الخاصة بالفئة.


مناقشة

تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن MTs المتغصنة ديناميكية ويمكن أن تتبلمر بسرعة وعابرة إلى نتوءات شجرية طوال حياة الخلايا العصبية القشرية والحصينية. ومن المثير للاهتمام ، أن MTs يمكنها اختراق كامل العمود الفقري وحتى إحداث نتوءات عابرة في رأس العمود الفقري (tSHPs). على الرغم من توثيق MTs فقط في 1٪ من النتوءات التغصنية في الثقافات الثابتة (DIV 20-28) في ظل الظروف القاعدية ، فمن المحتمل أن يتم استهداف العديد من الأشواك خلال فترات زمنية قصيرة نسبيًا. في الواقع ، أظهر تصويرنا بفاصل زمني لمدة ساعة واحدة للـ MTs على فترات متكررة (10 ثوانٍ) أن 9 ٪ من النتوءات (العمود الفقري وأرجل الخيط المستقرة) مستهدفة بواسطة MTs. وبالتالي ، على مدى فترة من اليوم ، من الممكن أن يتم استهداف جميع الأشواك الموجودة على التغصنات بواسطة MTs. ومع ذلك ، من المرجح أن يؤدي غزو MT للأشواك وظائف محددة وبالتالي ليس حدثًا عشوائيًا. في الواقع ، وجدنا أن زيادة النشاط أدى إلى زيادة كبيرة في عدد النتوءات التي تم غزوها بواسطة MTs والوقت الذي بقيت فيه MTs في تلك النتوءات ، بينما أدى انخفاض النشاط إلى إحداث اتجاه معاكس.

لماذا يُعتقد أن العمود الفقري يخلو من MTs؟

نتائجنا مدهشة بناءً على العديد من الدراسات المجهرية الضوئية ومئات الدراسات المجهرية الإلكترونية التي لم توثق وجود MTs في العمود الفقري. ومع ذلك ، كان هناك عدد قليل من الدراسات التي وثقت MTs في العمود الفقري. الدراسات الأولى التي أظهرت MTs في العمود الفقري التغصني هي تلك التي أجراها Westrum and Gray (Westrum and Gray ، 1976 Westrum et al. ، 1980 ، 1983 Gray et al. ، 1982). ومع ذلك ، فإن حدوث MTs في العمود الفقري كان يعتمد على تشريح الأنسجة في ما يصل إلى 20 ٪ من ألبومين مصل الأبقار. تم رفض هذه التقنية ، لسبب وجيه ، من قبل العديد من الباحثين. أظهر العمل الأكثر حداثة MTs في أشواك معقدة ومتفرعة من منطقة CA3 من الحصين التي تحتوي على أكثر من أربعة رؤوس (Chicurel and Harris ، 1992) ، مما يشير إلى دخول MT في ظروف غير عادية فقط. علاوة على ذلك ، أظهرت دراسة حديثة من نفس المختبر أن وجود MTs في العمود الفقري المتغصن من المحتمل أن يكون نتيجة لتسخين شرائح الحصين ولم يتم توثيقه في الأنسجة المروية حديثًا (Fiala et al. ، 2003). تم تأكيد هذه النتائج على مستوى EM باستخدام الفحص المجهري الضوئي عن طريق التصوير EGFP-MAP2b و -MAP2c باستخدام الفحص المجهري الفلوري بفاصل زمني (Kaech et al. ، 2001). من غير الواضح سبب فشل هؤلاء المحققين في اكتشاف MTs في العمود الفقري (أو الكثير من حركة MAP2 الديناميكية) بعد التصوير لعدة ساعات. أحد الاحتمالات هو أن الإفراط في التعبير عن MAP2 استقرت MTs. ومع ذلك ، صورت هذه المجموعة شرائح قرن آمون من الفئران التي تعبر عن EGFP-MAP2c والتي لم تظهر أي تشوهات مورفولوجية أو سلوكية ، مما يجعل هذه الحجة أقل إقناعًا.

نقترح أن الفشل في اكتشاف MTs في العمود الفقري يمكن تفسيره بطبيعتها الديناميكية بطبيعتها. في تحضير العينات للفحص المجهري الإلكتروني ، لا يتم عادةً تثبيت MTs ضد إزالة البلمرة أثناء التثبيت. كما نوضح هنا في الخلايا العصبية الناضجة وقد تم توثيقه في الخلايا العصبية غير الناضجة (Dent and Kalil ، 2001 Dent et al. ، 2004 ، 2007) ، فإن MTs عبارة عن بوليمرات ديناميكية للغاية حساسة للغاية للاضطراب. لذلك ، فقط الدراسات التي استقرت عن قصد MTs ضد إزالة البلمرة قد اكتشفت MTs في العمود الفقري بواسطة EM (Westrum and Gray ، 1976 Westrum et al. ، 1980 ، 1983 Gray et al. ، 1982 Mitsuyama et al. ، 2008). من الواضح أن التثبيت يجمد أي حركة ديناميكية في الوقت المناسب. لذلك ، إذا كانت ∼1 ٪ فقط من العمود الفقري تمتلك MTs في وقت يتم فيه تثبيت MTs ضد إزالة البلمرة (هذه الدراسة) ، فمن غير المحتمل جدًا اكتشاف MTs في الصور المجهرية الإلكترونية ، ما لم يتم فحص عدة مئات من العمود الفقري في أقسام تسلسلية. وبالمثل ، فإن عدم اكتشاف MAP2 في العمود الفقري في الفحص المجهري الزمني (Kaech et al. ، 2001) يمكن أن يرجع إلى حقيقة أن MAP2 لا تسمي النهايات الديناميكية لـ MTs (البيانات غير معروضة) ، ولكن بالأحرى أكثر استقرارًا مقاطع من بوليمرات MT الموجودة في العمود الشجيري. لذلك ، فإن التصوير الديناميكي أو وضع العلامات على التشعبات باستخدام الأجسام المضادة لـ MAP2 لن يُظهر MTs في العمود الفقري. يتوافق هذا الاقتراح مع عدم وجود حركة EGFP-MAP2c في عمود التغصنات عن طريق التصوير بفاصل زمني (Kaech et al. ، 2001) ، على الرغم من أن مجموعة MTs ديناميكية للغاية في مهاوي التغصنات في Purkinje الناضجة (Stepanova et al. ، 2003) والخلايا العصبية الحُصَينية / القشرية (هذه الدراسة). وبالتالي ، فإن الدراسات المذكورة أعلاه لا تتعارض مع النتائج الحالية.

الوظائف المحتملة لغزو MT للنتوءات المتغصنة

تستهدف MTs العمود الفقري بشكل متكرر ولفترات زمنية أطول من الأرجل الخيطية المستقرة. تشير هذه النتائج إلى أن غزو MT للعمود الفقري قد يعمل في الحفاظ على بنية العمود الفقري. ومع ذلك ، فإنه لا يستبعد احتمال أن يكون غزو MT لفيلوبوديا مهمًا لنضج أرجل الخيط في العمود الفقري (Hayashi and Majewska، 2005 Alvarez and Sabatini، 2007 Bourne and Harris، 2007 Harms and Dunaevsky، 2007). تتوافق هذه الفرضية مع النتائج التي توصل إليها Zheng وزملاؤه (Gu et al. ، 2008) حيث أظهروا أن تثبيط ديناميكيات MT في جميع أنحاء الخلايا العصبية يثبط الزيادات التي يسببها BDNF في أعداد العمود الفقري وتدمير + TIP بروتين EB3 مع shRNA يقلل أيضًا من أعداد العمود الفقري.

نظرًا لأن MTs هي المسار الرئيسي لنقل المواد من جسم الخلية إلى العمليات العصبية الطرفية ، فقد يكون غزوها العابر للأشواك التغصنية مسارًا مهمًا لتوصيل المواد إلى الأشواك التغصنية الناشئة والمثبتة. على الرغم من أن جميع غزوات MT التي وثقناها كانت عابرة ، إلا أنها كانت طويلة بما يكفي (متوسط ​​الوقت في العمود الفقري ∼ 2.5 دقيقة) لكي ينقل كينيسين المواد إلى العمود الفقري ودينين / كينيسين لنقل المواد من العمود الفقري قبل إزالة بلمرة MT (فالى) و Fletterick ، ​​1997). علاوة على ذلك ، وجدنا أن MTs تدخل أشواك من كل من المناطق القريبة والبعيدة من التغصنات. وبالتالي ، فمن المحتمل أن تدخل المواد المنقولة بشكل أمامي وكذلك رجعي إلى العمود الفقري عبر MTs. هذه النتيجة مثيرة للاهتمام لأن النقل القائم على MT يمكن أن يوفر طريقًا مباشرًا للتواصل بين العمود الفقري البعيد والقريب ، وكذلك بين جسم الخلية والعمود الفقري المحدد. من المفترض أن أي مادة يتم نقلها على MTs (Hirokawa and Takemura ، 2005) يمكن توجيهها إلى أشواك محددة عبر MTs التي تتبلمر من عمود التغصنات مباشرة إلى المدى البعيد للعمود الفقري. في الواقع ، من المغري التكهن بأن الطبيعة الديناميكية لإعادة توزيع البروتين بعد المشبكي (Gray et al. ، 2006 Tsuriel et al. ، 2006) قد تعتمد جزئيًا على ديناميكيات MT.

الوظيفة التي يلعبها tSHPs في نشاط متشابك غير واضحة. نتوءات من رأس العمود الفقري ، على شكل شقوق (Westrum and Blackstad ، 1962 Toni et al. ، 1999 Spacek and Harris ، 2004) ، نتوءات رأس العمود الفقري (SHPs) (Richards et al. ، 2005) ، و lazypodia (Zha et ، 2005) تم توثيقه مسبقًا. في كثير من الأحيان ، ترتبط هذه الهياكل بالنشاط الواضح ، في شكل تحريض LTP (Toni et al. ، 1999) ، أو التطبيق البؤري للجلوتامات (Richards et al. ، 2005) أو تطبيق الحمام لـ GABAأ مثبط للحث على نشاط الصرع (Zha et al. ، 2005).ومع ذلك ، تتشكل نتوءات رأس العمود الفقري أيضًا بعد تطبيق السموم الرباعية (TTX) ، مما يقلل من نشاط الخلايا العصبية (Richards et al. ، 2005). نظرًا لأن tSHPs التي نوثقها هنا سريعة الزوال (متوسط ​​عمر 40 ثانية) ونادرة (أظهر 4 من 69 عمودًا فقط tSHPs) فقد تختلف عن العمود الفقري و SHPs و lazypodia. علاوة على ذلك ، لم نكتشف أي توسع للخلايا في MTs / tubulin ، كما هو موضح في العمود الفقري (Spacek and Harris ، 2004) ، مما يشير إلى أن العمود الفقري و tSHPs هي هياكل متميزة. ستكون هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتمييز وظيفة هذه الهياكل وهناك اعتماد على ديناميات الترجمة الآلية والأكتين.

نوثق هنا لأول مرة أن النشاط العصبي يؤثر على قدرة MTs على البلمرة في العمود الفقري. وجدنا أن تحفيز النشاط العالمي في مزارع الحصين من خلال تقنية ثابتة (Wu et al. ، 2001 Li et al. ، 2004) أدى إلى زيادة عدد النتوءات المتغصنة التي تحتوي على MT بنسبة 400٪ (0.7٪ قبل علاج KCl و 3.1٪ بعده. علاج بوكل). إذا قمنا بحظر النشاط المشتق من إمكانية العمل باستخدام TTX ، فقد ألغينا قدرة KCl على إحداث غزو متزايد للـ MTs في نتوءات شجيرية. علاوة على ذلك ، اكتشفنا MTs التي بلمرة في هذه النتوءات بقيت في النتوءات و GT 250 ٪ أطول (3:03 دقيقة قبل KCl و 7:48 دقيقة بعد) تُظهر هذه البيانات أن النشاط العالمي يزيد من عدد النتوءات المستهدفة بواسطة MTs ووقت بقاء MTs في النتوءات. ومن المثير للاهتمام ، وجدنا أن معظم الأشواك التي تعرضت لغزو MT قبل التنشيط العالمي لم يكن لديها أي غزو MT بعد التنشيط. علاوة على ذلك ، فإن معظم الأشواك التي تعرضت لغزو MT بعد التنشيط لم يكن لديها أي غزوات MT قبل التنشيط (على الأقل في 30 دقيقة قبل علاج KCl). تشير هذه البيانات ، إلى جانب البيانات التي تُظهر أن TTX تقلل من غزوات MT للنتوءات المتغصنة ، إلى أن غزو MT قد يتزامن مع قدر معين من التنشيط المشبكي. هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتحديد ما إذا كان النشاط البؤري كافيًا لإحداث بلمرة MT في العمود الفقري المنشط الفردي وما هي الآليات اللازمة لغزو MT للعمود الفقري.


شاهد الفيديو: المصفوفات الخامس العلمي محاضرة 1الاستاذ حيدر وليد (شهر اكتوبر 2021).