سیناپسی تنوع را فراهم می کند سازگاری ریتمیک موتور الگوی

به خوبی آموزش دیده ورزشکار دو سرعت 100 متری انجام می دهد بسیار کلیشه ای تکراری, موتور, الگوی. دانشمندان علوم اعصاب را در درک که این ریتمیک موتور برنامه های مانند پیاده روی شنا و در حال اجرا هستند تولید شده توسط مدارات عصبی است که به تولید الگوهای تکراری که مشابه هستند از چرخه به چرخه. بیش از یک قرن پیش آزمایش بر روی نخاع منجر به این پیشنهاد که ساده شبکه عصبی می تواند به تولید چنین ریتمیک نوسانی الگوی شلیک. این نوسانی شبکه در حال حاضر شناخته شده به عنوان مرکزی الگوی ژنراتور. در تجزیه و تحلیل تولید این الگوهای شلیک مرکزی ژنراتور الگوی دانشمندان علوم اعصاب به طور سنتی به متمرکز تجربی آماده سازی که در آن ریتمیک خروجی تقریبا یکسان از چرخه به چرخه. اما برای یک حیوان یا فرد موفق شود باید برنامه حرکتی باید سازگار باشد. موتور الگوی یک فرد راه رفتن بر روی یک سطح لغزنده متفاوت از موتور الگوی یک فرد راه رفتن در خشک سطح صاف. موتور الگوی یک فرد با خوردن غلات با آجیل و توت خشک متفاوت از موتور الگوی یک فرد خوردن ساده بلغور جو دوسر.

تولید موتور متغیر برنامه ها نیز در ابتدا ضروری برای فعال کردن آموزش های آینده. در طول توسعه یک کودک یاد می گیرد به تولید یک موتور الگوی ابتدا با شدت متغیر الگوی. در اوایل یک کودک نو پا راه رفتن بسیار ناپایدار است اما قبل از آنها می تواند راه رفتن با یک مطابق راه رفتن. همین روند می رود هنگامی که یک فرد مسن تر می آموزد یک فعالیت جدید مانند شنا یا اسکیت روی یخ. به تدریج سیستم عصبی می آید به طور مداوم تولید موفق تر برنامه حرکتی. پرندگان که یادگیری آهنگ از طریق مشابه پیشرفت - در اوایل ترانه متغیر است اما به تدریج آن را تبدیل به بیشتر های کلیشه ای و یا سازگار است.

چگونه سیستم عصبی تولید موتور متغیر برنامه ها ؟ به تازگی محققان در دانشگاه نانجینگ در نانجینگ و پنگ چنگ آزمایشگاهی در شنژن با همکاری همکاران در مونت سینای در نیویورک مورد مطالعه برنامه حرکتی برای تغذیه در ساده سیستم عصبی حلزون دریایی Aplysia. این محققان شناسایی مهم و اساسی مکانیسم است که توسط آن تنوع در قدرت تحریک ورودی به تغذیه مرکزی الگوی ژنراتور در نتیجه انعطاف پذیری در تغذیه موتور برنامه. هنگامی که یک نورون را فراهم می کند ورودی به یکی دیگر از آن اغلب باعث الکتریکی پاسخ یعنی یک postsynaptic بالقوه است. آن را به مدت طولانی شناخته شده است که تنها postsynaptic پتانسیل به طور کلی subthreshold برای راه اندازی یک postsynaptic پاسخ. بعلاوه postsynaptic بالقوه دامنه به طور کلی متفاوت قابل ملاحظه ای در طول زمان حتی کمتر از یک دهم ثانیه است. اگر چه این ممکن است به نظر می رسد کمتر از حد مطلوب نویسندگان نشان می دهد که تحت شرایط خاصی این تنوع می تواند ترجمه به رفتاری انعطاف پذیری.

این حلزون دریایی Aplysia دارای تعداد نسبتا کمی از سلول های عصبی و همان فرد سلول های عصبی مشخصه خواص و می توان دوباره از شناسایی یک فرد حیوان به دیگری. استفاده از توانایی خود را برای کار با شناسایی سلول های عصبی نویسندگان نشان داد که سیناپسی ورودی از هر دو بالادست شناسایی سلول های عصبی می تواند درایو فعالیت محوری مرکزی pattern generator نورون است که یک سطح پایین از تحریک پذیری. ورودی یکی از بالادست نورون متغیر است و کاملا ضعیف و همیشه نمی تواند الگوی ژنراتور نورون به آتش کشیدند. در نتیجه موتور برنامه هایی که ناشی از زمانی که این بالادست سلول فعال می شود متغیر است. در مقابل اگر چه ورودی از دوم بالادست نورون است که به طور مشابه متغیر آن است که قابل ملاحظه ای قوی تر است. در نتیجه ژنراتور الگوی نورون است که قابل اعتماد هیجان زده و خروجی موتور بسیار کمتر متغیر است. آیا مدار تولید کلیشه ای و یا یک متغیر الگوی تعیین شده است که بالادست نورون درایوهای فعالیت است. ظریف محاسباتی مدلسازی تقویت مطالعات فیزیولوژیکی یافته و کشف اضافی بینش که روشن خاص کمک های سیناپسی تنوع و قدرت به درجه های مختلف از برنامه حرکتی تنوع.

در خلاصه نویسندگان نشان می دهد که تنوع در سیناپسی ورودی همراه با سطح پایین تحریک پذیری مرکزی pattern generator نورون را فراهم می کند حلزون با قابلیت سوئیچ به یک متغیر الگوی رفتاری. تحقیقات آینده آشکار خواهد شد که آیا مشابه تغییرات در تنوع موتور برنامه در پستانداران می توان توضیح داد که با یک مکانیسم مشابه.

###

محققان شامل co-اولین نویسندگان: Guo ژانگ, Ke یو وانگ تائو و تینگ تینگ چن از دانشگاه نانجینگ در نانجینگ. مربوط به نویسندگان دکتر جیان جینگ نانجینگ دانشگاه دانشکده پزشکی Icahn در نیویورک و پنگ چنگ آزمایشگاهی در شنژن و دکتر لیو فنگ از دانشگاه نانجینگ. این کار با حمایت مالی از ملی علوم طبیعی پایه و چین و موسسه ملی بهداشت ایالات متحده.

Zhang et al.: "سیناپسی مکانیزم های حرکتی تنوع در یک شبکه feedforward." انتشار در علم پیشرفت, Vol. 6, eaba485 ژوئن 19 سال 2020 است. DOI:10.1126/sciadv.aba4856 https://پیشرفت.sciencemag.org/

سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert! مسئول صحت اخبار منتشر شده به EurekAlert! با کمک موسسات و یا برای استفاده از هر گونه اطلاعات از طریق EurekAlert سیستم.