التسهيل العصبي

Ca ²⁺يلعب دورًا هامًا في نقل الإشارات في المشابك الكيميائية . ^قنوات الكالسيوم ذات البوابات الفولتيةتوجد القنوات داخل الطرف قبل المشبكي. عندما يخترق جهد الفعل الغشاء قبل المشبكي، تُفتح هذه القنوات ويتدفق أيون الكالسيوم (Ca2 ^+).يدخل. تركيز أعلى من أيونات الكالسيوم (Ca2 ^{+) .}تُمكّن الحويصلات المشبكية من الاندماج مع الغشاء قبل المشبكي وإطلاق محتوياتها ( الناقلات العصبية ) في الشق المشبكي لتتصل في النهاية بالمستقبلات في الغشاء بعد المشبكي. وترتبط كمية الناقل العصبي المُطلق بكمية أيونات الكالسيوم (Ca2 ^+).تدفق. لذلك، ينتج التسهيل قصير المدى (STF) عن تراكم أيونات الكالسيوم (Ca2 ^+).داخل الطرف قبل المشبكي عندما تنتشر جهود الفعل متقاربة في الوقت. ^{[ 4 ]}

يمكن قياس تسهيل التيار الاستثاري بعد المشبكي (EPSC) كنسبة بين قوى التيارات الاستثارية اللاحقة. ويتم تحفيز كل تيار استثاري بعد المشبكي بواسطة تركيزات الكالسيوم قبل المشبكية، ويمكن تقريبه بما يلي:

EPSC = k([ Ca ²⁺] _{قبل المشبكي} ) ⁴ = k([ Ca ²⁺راحة ₊ [ Ca ²⁺] _تدفق + [ Ca ²⁺] _{المتبقي} ) ⁴

حيث k ثابت.

التسهيل = EPSC ₂ / EPSC ₁ = (1 + [ Ca ²⁺المتبقي _/ [ Ca ²⁺] _تدفق ) ⁴ - 1

أظهرت تجارب مبكرة أجراها ديل كاستيلو وكاتز عام 1954 ودوديل وكوفلر عام 1968 أن التسهيل ممكن عند الوصلة العصبية العضلية حتى في حالة عدم حدوث إطلاق الناقل العصبي، مما يشير إلى أن التسهيل ظاهرة ما قبل المشبك العصبي حصراً. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

اقترح كاتز وميليدي الكالسيوم المتبقي ²⁺فرضية. وقد عزا الباحثون الزيادة في إطلاق الناقلات العصبية إلى الكالسيوم ^{المتبقي أو المتراكم}الكالسيوم النشط الموجود داخل غشاء المحور العصبي والذي يبقى متصلاً بالسطح الداخلي للغشاء. ^{[ 7 ]} قام كاتز وميليدي بالتلاعب بأيونات الكالسيوم (Ca2 ^+).تركيز الكالسيوم داخل الغشاء قبل المشبكي لتحديد ما إذا كان الكالسيوم ^{المتبقي موجودًا أم لا}أدى البقاء داخل الطرف العصبي بعد النبضة الأولى إلى زيادة في إطلاق الناقل العصبي بعد التحفيز الثاني.

أثناء النبضة العصبية الأولى، Ca ²⁺كان التركيز إما أقل بكثير من تركيز النبضة الثانية أو قريبًا منه. عندما Ca ²⁺مع اقتراب التركيز من تركيز النبضة الثانية، ازداد التسهيل. في هذه التجربة الأولى، عُرضت المحفزات بفواصل زمنية قدرها 100  مللي ثانية بين المحفز الأول والثاني. وبلغت فترة الامتناع  المطلق ذروتها عندما كانت الفواصل الزمنية حوالي 10 مللي ثانية.

لدراسة التسهيل خلال فترات زمنية أقصر، قام كاتز وميليدي بتطبيق محفزات إزالة استقطاب قصيرة مباشرة على النهايات العصبية. عند زيادة مدة محفز إزالة الاستقطاب من 1 إلى 2  مللي ثانية، ازداد إطلاق الناقل العصبي بشكل كبير نتيجة لتراكم أيونات الكالسيوم النشطة ( Ca2 ^+).لذلك، تعتمد درجة التسهيل على كمية أيونات الكالسيوم النشطة (Ca2 ^{+) .}والذي يتحدد بانخفاض Ca ²⁺الموصلية بمرور الوقت، بالإضافة إلى كمية الكالسيوم المُزال من نهايات المحاور العصبية بعد التحفيز الأول. يكون التسهيل في أقصى حالاته عندما تكون النبضات متقاربة جدًا، وذلك بسبب أيونات الكالسيوم (Ca2 ^+).لن تعود الموصلية إلى خط الأساس قبل التحفيز الثاني. لذلك، فإن كلا من Ca ²⁺الموصلية وتراكم الكالسيوم ²⁺ سيكون التأثير أكبر بالنسبة للنبضة الثانية عند تقديمها بعد فترة وجيزة من النبضة الأولى.

في مشبك كأس هيلد ، تبين أن التسهيل قصير المدى (STF) ينتج عن ارتباط أيونات الكالسيوم المتبقية (Ca2 ^+).إلى الكالسيوم ^العصبي المستشعر 1 (NCS1). وعلى العكس من ذلك، فقد ثبت أن STF ينخفض ​​عند Ca ²⁺تُضاف عوامل الاستخلاب إلى المشبك العصبي (مما يؤدي إلى الاستخلاب ) والتي تقلل من تركيز أيونات الكالسيوم المتبقية (Ca2 ^+).لذلك، " Ca ^{2+ النشط}يلعب دورًا هامًا في التسهيل العصبي. ^{[ 8 ]}

في المشبك العصبي بين خلايا بوركنجي ، تبين أن التسهيل قصير المدى يتم بوساطة كاملة عن طريق تسهيل أيونات الكالسيوم (Ca2 ^+).التيارات عبر قنوات الكالسيوم المعتمدة على الجهد . ^{[ 9 ]}

غالبًا ما يُصنَّف التحسين المشبكي قصير الأمد إلى فئات التسهيل ، والتعزيز ، والتقوية (المعروفة أيضًا باسم التقوية التالية للتكزز أو PTP ). ^{[ 1 ] [ 10 ]} وتُفرَّق هذه العمليات الثلاث عادةً بحسب نطاقاتها الزمنية: يستمر التسهيل عادةً لعشرات الميلي ثانية، بينما يعمل التعزيز على نطاق زمني في حدود الثواني، وتستغرق التقوية من عشرات الثواني إلى دقائق. تزيد التأثيرات الثلاثة جميعها من احتمالية إطلاق الناقل العصبي من الغشاء قبل المشبكي، لكن الآلية الكامنة وراء كل منها مختلفة. وينتج تسهيل النبضات المزدوجة عن وجود أيونات الكالسيوم المتبقية ( Ca2 ^+).من المرجح أن يحدث التعزيز نتيجة لزيادة نشاط البروتين قبل المشبكي munc -13، ويتم التوسط في تقوية ما بعد التكزز عن طريق التنشيط قبل المشبكي لبروتينات الكيناز. ^{[ 4 ]} يرتبط نوع التعزيز المشبكي الذي يُلاحظ في خلية معينة أيضًا بديناميكيات متغيرة لأيونات الكالسيوم Ca2 ⁺تعتمد عملية الإزالة بدورها على نوع المحفزات؛ إذ يؤدي جهد الفعل الواحد إلى التسهيل، بينما يؤدي التكزز القصير عمومًا إلى التعزيز، ويؤدي التكزز الأطول إلى التقوية. ^{[ 1 ]}

يعمل الاكتئاب قصير الأمد (STD) في الاتجاه المعاكس للتسهيل، مما يقلل من سعة جهد ما بعد المشبكي (PSP). يحدث الاكتئاب قصير الأمد نتيجة لانخفاض مخزون الحويصلات الجاهزة للإطلاق (RRP) بسبب التحفيز المتكرر. ويؤدي تعطيل قنوات الكالسيوم قبل المشبكية ( Ca2 ^{+) إلى حدوث ذلك.}تساهم القنوات بعد جهد الفعل المتكرر أيضًا في التثبيط قصير المدى. ^{[ 8 ]} يتفاعل التثبيط والتسهيل لإحداث تغييرات لدنة قصيرة المدى داخل الخلايا العصبية، ويُطلق على هذا التفاعل نظرية العملية المزدوجة لللدونة . تُصوّر النماذج الأساسية هذه التأثيرات على أنها تراكمية، حيث يُشكّل المجموع التغيير اللدن الصافي (التسهيل - التثبيط = التغيير الصافي). ومع ذلك، فقد ثبت أن التثبيط يحدث في وقت أبكر في مسار الاستجابة للمنبه من التسهيل، وبالتالي يُؤثر في ظهور التسهيل. ^{[ 11 ]} تُظهر العديد من المشابك خصائص كل من التسهيل والتثبيط. بشكل عام، من المرجح أن تُظهر المشابك ذات الاحتمالية الأولية المنخفضة لإطلاق الحويصلات التسهيل، بينما من المرجح أن تُظهر المشابك ذات الاحتمالية الأولية العالية لإطلاق الحويصلات التثبيط. ^{[ 3 ]}

نظرًا لأن احتمال إطلاق الحويصلات يعتمد على النشاط، يمكن للمشابك العصبية أن تعمل كمرشحات ديناميكية لنقل المعلومات. ^{[ 3 ]} تعمل المشابك ذات الاحتمال الأولي المنخفض لإطلاق الحويصلات كمرشحات تمرير عالي : نظرًا لانخفاض احتمال الإطلاق، يلزم وجود إشارة ذات تردد أعلى لتحفيز الإطلاق، وبالتالي يستجيب المشبك بشكل انتقائي للإشارات عالية التردد. وبالمثل، تعمل المشابك ذات احتمالات الإطلاق الأولية العالية كمرشحات تمرير منخفض ، حيث تستجيب للإشارات منخفضة التردد. أما المشابك ذات احتمال الإطلاق المتوسط ​​فتعمل كمرشحات تمرير نطاقي تستجيب بشكل انتقائي لنطاق محدد من الترددات. قد تتأثر خصائص الترشيح هذه بمجموعة متنوعة من العوامل، بما في ذلك كل من تثبيط ما بعد المشبك (PPD) وتسهيل ما بعد المشبك (PPF)، بالإضافة إلى المعدلات العصبية الكيميائية . على وجه الخصوص، نظرًا لأن المشابك ذات احتمالات الإطلاق المنخفضة أكثر عرضة للتسهيل من التثبيط، غالبًا ما يتم تحويل مرشحات التمرير العالي إلى مرشحات تمرير نطاقي. وبالمثل، نظرًا لأن المشابك العصبية ذات احتمالات الإطلاق الأولية العالية أكثر عرضة للتثبيط من التسهيل، فمن الشائع أن تتحول مرشحات الترددات المنخفضة إلى مرشحات ترددات عالية أيضًا. في الوقت نفسه، قد تؤثر المعدلات العصبية على هذه اللدونة قصيرة المدى. في المشابك العصبية ذات احتمالات الإطلاق المتوسطة، تحدد خصائص المشبك العصبي الفردي كيفية تغيره استجابةً للمنبهات. تؤثر هذه التغيرات في الترشيح على نقل المعلومات وتشفيرها استجابةً للمنبهات المتكررة. ^{[ 3 ]}

في البشر، يتم تحديد موقع الصوت بشكل أساسي باستخدام معلومات حول كيفية اختلاف شدة الصوت وتوقيته بين كل أذن. وتُجرى العمليات الحسابية العصبية التي تتضمن فروق الشدة بين الأذنين (IIDs) وفروق التوقيت بينهما (ITDs) عادةً في مسارات مختلفة في الدماغ. ^{[ 12 ]} من المرجح أن اللدونة قصيرة المدى تُساعد في التمييز بين هذين المسارين: حيث يسود التسهيل قصير المدى في مسارات الشدة، بينما يسود التثبيط قصير المدى في المسارات الزمنية. تسمح هذه الأنواع المختلفة من اللدونة قصيرة المدى بأنواع مختلفة من ترشيح المعلومات، مما يُساهم في تقسيم نوعي المعلومات إلى مسارات معالجة متميزة.

قد تُسهم قدرات الترشيح التي تتمتع بها اللدونة قصيرة المدى في ترميز المعلومات المتعلقة بتعديل السعة (AM). ^{[ 12 ]} يمكن للتثبيط قصير المدى أن يُعدّل ديناميكيًا كسب المدخلات عالية التردد، مما قد يسمح بتوسيع نطاق الترددات العالية لتعديل السعة. كما قد يُسهم مزيج من التسهيل والتثبيط في ترميز تعديل السعة من خلال ترشيح المعدل.