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用于体感皮层中依赖于尖峰时间的可塑性的两个重合检测器。

Two coincidence detectors for spike timing-dependent plasticity in somatosensory cortex.

作者信息

Bender Vanessa A, Bender Kevin J, Brasier Daniel J, Feldman Daniel E

机构信息

Neurosciences Program, University of California, San Diego, La Jolla, California 92093-0357, USA.

出版信息

J Neurosci. 2006 Apr 19;26(16):4166-77. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0176-06.2006.

Abstract

Many cortical synapses exhibit spike timing-dependent plasticity (STDP) in which the precise timing of presynaptic and postsynaptic spikes induces synaptic strengthening [long-term potentiation (LTP)] or weakening [long-term depression (LTD)]. Standard models posit a single, postsynaptic, NMDA receptor-based coincidence detector for LTP and LTD components of STDP. We show instead that STDP at layer 4 to layer 2/3 synapses in somatosensory (S1) cortex involves separate calcium sources and coincidence detection mechanisms for LTP and LTD. LTP showed classical NMDA receptor dependence. LTD was independent of postsynaptic NMDA receptors and instead required group I metabotropic glutamate receptors and calcium from voltage-sensitive channels and IP3 receptor-gated stores. Downstream of postsynaptic calcium, LTD required retrograde endocannabinoid signaling, leading to presynaptic LTD expression, and also required activation of apparently presynaptic NMDA receptors. These LTP and LTD mechanisms detected firing coincidence on approximately 25 and approximately 125 ms time scales, respectively, and combined to implement the overall STDP rule. These findings indicate that STDP is not a unitary process and suggest that endocannabinoid-dependent LTD may be relevant to cortical map plasticity.

摘要

许多皮层突触表现出尖峰时间依赖性可塑性(STDP),其中突触前和突触后尖峰的精确时间会诱导突触增强[长期增强(LTP)]或减弱[长期抑制(LTD)]。标准模型假定存在一个基于突触后NMDA受体的单一重合检测器,用于STDP的LTP和LTD成分。相反,我们发现体感(S1)皮层中从第4层到第2/3层突触的STDP涉及用于LTP和LTD的独立钙源和重合检测机制。LTP表现出典型的NMDA受体依赖性。LTD不依赖于突触后NMDA受体,而是需要I型代谢型谷氨酸受体以及来自电压敏感通道和IP3受体门控储存的钙。在突触后钙的下游,LTD需要逆行内源性大麻素信号传导,导致突触前LTD表达,并且还需要激活明显的突触前NMDA受体。这些LTP和LTD机制分别在大约25毫秒和大约125毫秒的时间尺度上检测放电重合,并结合起来实施整体STDP规则。这些发现表明STDP不是一个单一的过程,并表明内源性大麻素依赖性LTD可能与皮层图谱可塑性有关。

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